Расширение CityGML для моделирования древней китайской деревянной архитектуры в 3D с семантической информацией

Почему старым деревянным храмам нужны новые цифровые инструменты

По всей Китаю до сих пор стоят вековые деревянные залы и храмы, чьи многослойные кровли и замысловатые кронштейны пережили землетрясения, войны и непогоду. Но эти шедевры хрупки, и их сохранение сейчас требует не только столярного мастерства. В этом исследовании предложен новый способ описания таких строений в трёх измерениях — так, чтобы компьютеры понимали не только их внешний вид, но и что представляет собой каждая деталь и как все части взаимосвязаны, закладывая основу для более продуманной консервации и научной работы.

Преобразование древнего ремесла в цифровые строительные блоки

Традиционная китайская деревянная архитектура подчиняется упорядоченной логике: возвышенный цоколь, деревянный каркас из стоек и балок, ограждающие стены и двери и сложная кровельная система. Особые деревянные кронштейны — доугун и шипово‑пазовые соединения — позволяют зданиям «играть» при землетрясениях, одновременно неся тяжёлую черепичную кровлю. Авторы утверждают, что для действительно надёжной охраны этого наследия цифровые модели должны фиксировать не только внешнюю форму, но и иерархию и лексику традиционного строительства. Существующие 3D‑модели и даже многие ориентированные на наследие модели информации о зданиях часто очень точно записывают геометрию, но размывают или игнорируют традиционные категории, используемые ремесленниками, что затрудняет ответы на вопросы вроде того, какие элементы относятся к кровельному слою или как конкретный набор кронштейнов связан с соседними столбами.

Наполнение 3D‑моделей городов смыслом

Чтобы устранить этот разрыв, исследователи расширяют CityGML, международный стандарт описания 3D‑городов, созданием специализированного дополнения — Chinese Timber Architecture Application Domain Extension (CTAADE). Это расширение вводит четыре основных слоя — фундамент, деревянный каркас, вертикальные ограждения и кровля — и 17 ключевых типов компонентов, включая цоколи, столбы, балки, стропила, черепицу, стены, окна и доугун. Каждый цифровой объект может нести сведения о периоде, стиле, уровне охраны и габаритах и быть связан с геометрическими поверхностями в пространстве. Вложенность этих компонентов в ясную иерархию позволяет CTAADE «сообщать» компьютеру, что конкретная балка принадлежит определённому залу, находится в слое деревянного каркаса и соединяется с набором столбов и элементов кровли.

От проектных файлов к семантически насыщенным моделям наследия

Опираясь на эту структуру, команда разработала конвейер для преобразования существующих моделей информации о зданиях наследия в городские модели, соответствующие CTAADE. Начиная с детальной 3D‑модели, созданной в коммерческом CAD‑приложении, они автоматически извлекают формы и базовые атрибуты каждого объекта. Поскольку исходная модель помечает элементы очень общими категориями, затем эксперты классифицируют каждую деталь — например, разграничивая цоколи, двери, балки или отдельные наборы кронштейнов — с помощью таблицы соответствий, согласованной с 17 типами компонентов CTAADE. Пользовательские скрипты наконец кодируют всю эту геометрию и семантику в файлы CityGML, чтобы результат мог читаться стандартными геоинформационными системами и средствами визуализации.

Практическая проверка метода на примере крупного храмового зала

Чтобы продемонстрировать возможности подхода, авторы применили CTAADE к Залу Великого Сострадания в храме Чуншань в Тайюани, провинция Шаньси — крупному деревянному залу минской эпохи с многослойными карнизами и богато проработанной деревянной конструкцией. Они преобразовали его модель информации о наследии в 3D‑городскую модель на базе CTAADE, содержащую 4 704 семантических компонента и более полумиллиона треугольных поверхностей. С помощью специализированных программ для просмотра они подтвердили, что файл соблюдает правила CityGML и что геометрические примитивы в основном валидны. Более важно, программное обеспечение могло отображать дерево компонентов, выделять отдельные элементы, такие как один набор кронштейнов или слой кровли, и показывать их атрибуты и связи, позволяя выполнять подробные запросы, которые были невозможны при работе с простым мешем.

Что это значит для защиты исторических зданий

Проще говоря, эта работа даёт реставраторам, планировщикам и исследователям единый машиночитаемый язык для обсуждения сложных деревянных храмов. Вместо того чтобы рассматривать зал как сплошную оболочку, CTAADE разбивает его на значимые части, которые можно искать, анализировать и связывать с другими данными, например структурными расчётами или информацией о воздействии погоды. Хотя текущая модель сосредоточена на одном основном типе здания и по‑прежнему опирается на экспертную классификацию компонентов, её можно расширить на другие сооружения и сочетать с методами искусственного интеллекта для ускорения распознавания. В конечном счёте этот семантический 3D‑подход может поддерживать цифровые двойники объектов наследия, помогая планировать ремонты, оценивать риски и сохранять знания, вложенные в древнее столярное мастерство, для будущих поколений.

Цитирование: 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

Ключевые слова: древняя китайская деревянная архитектура, 3D семантическое моделирование, CityGML ADE, сохранение культурного наследия, интеграция с HBIM