En CityGML ADE för att modellera antik kinesisk träarkitektur i 3D med semantisk information

Varför gamla trätempel behöver nya digitala verktyg

I hela Kina står århundraden gamla trähallar och tempel kvar, deras lager på lager‑tak och intrikata konsoler har överlevt jordbävningar, krig och väder. Men dessa mästerverk är sköra, och bevarandet av dem kräver i dag mer än enbart snickerikunskap. Denna studie presenterar ett nytt sätt att beskriva sådana byggnader i tre dimensioner så att datorer kan förstå inte bara hur de ser ut utan vad varje del är och hur allt hänger ihop — vilket banar väg för smartare konservering och forskning.

Att göra antikt hantverk till digitala byggstenar

Traditionell kinesisk träarkitektur följer en ordnad logik: en upplyft grund, ett trästomme av pelare och balkar, inneslutande väggar och dörrar samt ett komplext tak. Särskilda träkonsoler kallade dougong och tapp‑och‑lås‑förband gör att byggnader kan svänga vid jordbävningar samtidigt som de bär tunga tegeltak. Författarna menar att för att verkligen skydda detta kulturarv måste digitala modeller fånga denna hierarki och vokabulär — inte bara det yttre formatet. Befintliga 3D‑modeller och även många kulturarvsinriktade bygginformationsmodeller registrerar ofta former mycket exakt men suddar ut eller ignorerar de traditionella kategorier som hantverkarna använder, vilket försvårar frågor som vilka element som hör till takskiktet eller hur en specifik uppsättning konsoler förhåller sig till närliggande pelare.

Att lägga betydelse till 3D‑stadmodeller

För att överbrygga detta gap utökar forskarna CityGML, en internationell standard som används för att beskriva 3D‑städer, genom att skapa ett specialiserat tillägg kallat Chinese Timber Architecture Application Domain Extension (CTAADE). Detta tillägg introducerar fyra huvudlager — grund, trästomme, vertikal inneslutning och tak — och 17 viktiga komponenttyper, inklusive socklar, pelare, balkar, takstolar, takpannor, väggar, fönster och dougong. Varje digitalt objekt kan bära information såsom historisk period, stil, skyddsnivå och dimensioner, och är kopplat till geometriska ytor i rummet. Genom att nästla dessa komponenter i en tydlig hierarki låter CTAADE datorer ”veta” att en viss balk tillhör en viss hall, sitter i trästomslaget och förbinder till en specifik uppsättning pelare och takkonstruktioner.

Från designfiler till semantiskt rika kulturarvsmodeller

Med denna ram verkade teamet ut en pipeline för att konvertera befintliga kulturarvets bygginformationsmodeller till CTAADE‑kompatibla stadmodeller. Utifrån en detaljerad 3D‑modell skapad i kommersiell designprogramvara extraherar de automatiskt formerna och grundläggande attribut för varje objekt. Eftersom den ursprungliga modellen ofta bara märker element i mycket grova kategorier klassificerar experter sedan varje del — till exempel genom att skilja på socklar, dörrar, balkar eller individuella konsoluppsättningar — med hjälp av en avstämningstabell som är anpassad till de 17 CTAADE‑komponenttyperna. Anpassade skript kodar slutligen all denna geometri och semantik till CityGML‑filer, så att resultatet kan läsas av standardverktyg för geografiska informationssystem och visualisering.

Att pröva metoden i en större tempehall

För att demonstrera vad deras tillvägagångssätt kan göra tillämpade författarna CTAADE på Hall of Great Compassion vid Chongshan‑templet i Taiyuan, Shanxi‑provinsen — en stor trähall från Mingdynastin med lager av takfötter och rikt artikulerat träarbete. De omvandlade dess kulturarvsbygginformationsmodell till en CTAADE‑baserad 3D‑stadmodell som innehöll 4 704 semantiska komponenter och över en halv miljon triangulära ytor. Med specialiserade visningsprogram bekräftade de att filen följde CityGML‑reglerna och att de geometriska primitiva i stort sett var giltiga. Viktigare var att mjukvaran kunde visa en komponentträdstruktur, markera enskilda element såsom en enskild konsoluppsättning eller ett takkikt, samt visa deras attribut och relationer — vilket möjliggjorde rika frågor som vore omöjliga med ett rent mesh.

Vad detta betyder för skydd av historiska byggnader

I praktiska termer ger detta arbete konservatorer, planerare och forskare ett gemensamt, datorläsbart språk för att tala om komplexa trätempel. Istället för att behandla en hall som ett solitt skal bryter CTAADE ner den i meningsfulla delar som kan sökas, analyseras och länkas till andra data såsom strukturella simuleringar eller väderexponering. Medan den nuvarande modellen fokuserar på en huvudbyggnadstyp och fortfarande förlitar sig på mänsklig expertis för att klassificera komponenter, kan den utökas till andra strukturer och paras med artificiell intelligens för att snabba upp igenkänningen. I förlängningen skulle detta semantiska 3D‑ansats kunna stödja digitala tvillingar av kulturarvsplatser, hjälpa samhället att planera reparationer, bedöma risker och bevara kunskapen inbäddad i antikt snickeri för framtida generationer.

Citering: 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

Nyckelord: antik kinesisk träarkitektur, 3D semantisk modellering, CityGML ADE, bevarande av kulturarv, HBIM‑integration