Een CityGML ADE voor het modelleren van oude Chinese houten architectuur in 3D met semantische informatie

Waarom oude houten tempels nieuwe digitale hulpmiddelen nodig hebben

Door heel China staan eeuwenoude houten zalen en tempels er nog steeds, met hun gelaagde daken en ingewikkelde kapconstructies die aardbevingen, oorlogen en weersinvloeden hebben doorstaan. Deze meesterwerken zijn echter kwetsbaar, en hun behoud hangt tegenwoordig van meer af dan alleen timmerwerk. Deze studie presenteert een nieuwe manier om dergelijke gebouwen in drie dimensies te beschrijven, zodat computers niet alleen kunnen begrijpen hoe ze eruitzien, maar ook wat elk onderdeel is en hoe alles samenhangt — hiermee leggen de auteurs de basis voor slimmer behoud en onderzoek.

Traditioneel vakmanschap omzetten in digitale bouwstenen

De traditionele Chinese houtskeletbouw volgt een ordelijke logica: een verhoging als fundering, een houten constructie van zuilen en liggers, omsluitende wanden en deuren, en een complex dak. Speciale houten elementen zoals dougong en pen-en-gatverbindingen laten gebouwen vervormen tijdens aardbevingen terwijl ze zware dakpannen dragen. De auteurs stellen dat digitale modellen deze hiërarchie en vocabulaire moeten vastleggen om het erfgoed echt te beschermen, niet alleen de buitenvorm. Bestaande 3D-modellen en zelfs veel erfgoedgerichte gebouwinformatiesystemen leggen vaak vormen heel nauwkeurig vast maar vervagen of negeren de traditionele categorieën die vakmensen gebruiken, waardoor het moeilijk wordt om vragen te stellen zoals welke elementen bij de daklaag horen of hoe een specifieke set kapconstructies zich verhoudt tot nabije zuilen.

Betekenis toevoegen aan 3D-stadsmodellen

Om deze kloof te dichten breiden de onderzoekers CityGML uit, een internationale standaard voor het beschrijven van 3D-steden, door een gespecialiseerde add-on te creëren: de Chinese Timber Architecture Application Domain Extension (CTAADE). Deze extensie introduceert vier hoofdlagen — fundering, houtskelet, verticale omsluiting en dak — en zeventien belangrijke componenttypes, waaronder funderingen, zuilen, liggers, spanten, dakpannen, muren, ramen en dougong. Elk digitaal object kan informatie bevatten zoals historische periode, stijl, beschermingsniveau en afmetingen, en is gekoppeld aan geometrische oppervlakken in de ruimte. Door deze componenten in een duidelijke hiërarchie te nestelen, laat CTAADE computers ‘weten’ dat een bepaalde ligger bij een gegeven zaal hoort, in de houtskeletlaag zit en verbonden is met specifieke zuilen en dakdelen.

Van ontwerpbestanden naar semantisch rijke erfgoedmodellen

Gebaseerd op dit raamwerk ontwikkelde het team een pijplijn om bestaande erfgoed-gebouwinformatiesystemen om te zetten naar CTAADE-conforme stadsmodellen. Beginnend met een gedetailleerd 3D-model gemaakt in commerciële ontwerpsoftware, extraheren ze automatisch de vormen en basisattributen van elk object. Omdat het oorspronkelijke model elementen vaak alleen in zeer brede categorieën labelt, classificeren experts vervolgens elk onderdeel — bijvoorbeeld door funderingen, deuren, liggers of individuele kapsets te onderscheiden — met behulp van een maattabel die is afgestemd op de 17 CTAADE-componenttypes. Aangepaste scripts coderen tenslotte al deze geometrie en betekenissen in CityGML-bestanden, zodat het resultaat kan worden gelezen door standaard geografische informatiesystemen en visualisatietools.

De methode testen in een grote tempelzaal

Om te laten zien wat hun aanpak kan, pasten de auteurs CTAADE toe op de Hal van Grote Mededogen in de Chongshan-tempel in Taiyuan, provincie Shanxi — een grote houten zaal uit de Ming-dynastie met gelaagde dakranden en rijk uitgewerkte houtconstructies. Ze transformeerden het gebouwinformatiesysteem van het erfgoed in een CTAADE-gebaseerd 3D-stadsmodel met 4.704 semantische componenten en meer dan een half miljoen driehoekige oppervlakken. Met gespecialiseerde viewers bevestigden ze dat het bestand voldeed aan de CityGML-regels en dat de geometrische primitieven vrijwel geheel geldig waren. Belangrijker nog: de software kon een boomstructuur van componenten tonen, individuele elementen zoals een enkele kapset of daklaag markeren en hun attributen en relaties weergeven, waardoor rijke zoekvragen mogelijk werden die met een kale mesh onmogelijk waren.

Wat dit betekent voor het beschermen van historische gebouwen

In praktische termen biedt dit werk conservatoren, planners en onderzoekers een gedeelde, computerleesbare taal om over complexe houten tempels te spreken. In plaats van een zaal als een massieve schaal te behandelen, breekt CTAADE die op in betekenisvolle onderdelen die doorzocht, geanalyseerd en gekoppeld kunnen worden aan andere gegevens zoals structurele simulaties of blootstelling aan het weer. Hoewel het huidige model zich concentreert op één hoofdgebouwtype en nog afhankelijk is van menselijke expertise voor de classificatie van componenten, kan het uitgebreid worden naar andere structuren en gecombineerd met kunstmatige intelligentie om herkenning te versnellen. Uiteindelijk kan deze semantische 3D-aanpak digitale tweelingen van erfgoedlocaties ondersteunen, waardoor samenlevingen reparaties kunnen plannen, risico’s kunnen inschatten en de kennis ingebed in eeuwenoud timmermanschap levend kunnen houden voor toekomstige generaties.

Bronvermelding: Zhang, J., Hou, M., Chen, J. et al. A CityGML ADE for modeling ancient chinese timber architecture in 3D with semantic information. npj Herit. Sci. 14, 271 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02535-2

Trefwoorden: oude Chinese houten architectuur, 3D semantisch modelleren, CityGML ADE, behoud van cultureel erfgoed, HBIM-integratie