作为一项研究课题：一种基于参数化的机器人技术，用于中世纪柱子上石制装饰品的几何造型

《Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage》：Making as inquiry: A parametric robotic approach to the geometric formation of stone ornaments on medieval columns

　　

Begum Hamzaoglu|Johannes Braumann|Mine ?zkar

土耳其伊斯坦布尔技术大学建筑系

摘要

虽然数字制造技术最初是为了通过自动化和标准化提高速度和精度而引入的，但它们与参数化建模和分析工具的结合越来越多地促进了建筑知识的系统化。机器人制造系统与参数化设计环境的融合现在使得数字建造工作流程可定制，并在数字几何形状和材料生产之间实现了可追踪的数据流动，从而能够更细致地研究形式与建造之间的关系。本研究探讨了如何利用这些能力来探究历史制造技术中几何形状与建造之间的生成原理。以安纳托利亚中世纪纪念碑上雕刻的装饰性石头为例，提出了一种新的工作流程，该流程利用摄影测量数据生成用于减材制造的参数化机器人路径，能够再现同一历史背景下观察到的雕刻变化。通过研究两个不同的案例组，探讨了雕刻图案的差异和螺旋凹槽柱体几何形状如何反映不同的建造策略。这种方法并非追求重建，而是将机器人制造视为一种实验性方法，用于探究其中蕴含的制造规则。通过结合机器人控制和参数化建模，本研究提供了关于历史设计意图、建造工具和制造技术如何编码在雕刻几何形状中的见解。最终，这项研究不仅将数字制造视为一种生产方式，还将其视为生成关于建筑遗产新见解的手段。

章节摘录

引言：面向文化遗产背景下的基于工艺的数字制造

通过制造的角度来研究建筑遗产，可以探讨知识不仅嵌入在最终形态中，还嵌入在生成这些形态的过程和逻辑中。在历史建筑背景下，尤其是在那些受基于工艺的建筑传统影响的环境中，建造往往是由实用的过程知识指导的，而不是遵循预定义的设计。中世纪的几何绘图实践就是这种前数字时代的、基于过程的方法的典范。

石雕的数字化

石头在建筑遗产中一直扮演着重要角色，从纪念性建筑到复杂的装饰，使其成为多种文化背景下都至关重要的材料（Fallacara和Barberio，2018）。尽管石头因其耐用性和美学品质而受到重视，但由于其劳动密集型的特性，在处理石头时面临显著的技术挑战。这些需求激发了人们对石雕数字化的兴趣，旨在提高精度和效率。

中世纪安纳托利亚的装饰性柱子

中世纪安纳托利亚的装饰遗产展示了材料、几何形状和制造传统如何融合成独特的地区表达方式。这些装饰实践经过几个世纪的文化交流演变而来，主要通过口头传承得以延续。然而，由于书面记录和实物文献的稀缺，尤其是关于工具和工作方法的记录，我们对中世纪安纳托利亚石雕的理解仍然有限（McClary）。

石雕的参数化建造

本节概述了一种提出的机器人建造工作流程，该流程将重点从表面复制转移到以建造为导向的逻辑上。这里开发的方法不是直接铣削摄影测量网格，而是使用提取的变量通过一系列参数化操作来重建装饰性几何形状。为了说明这种方法，下面简要介绍了两种在遗产应用中常用的典型建造工作流程（工作流程A和B）。

讨论与结论

本研究通过提出将机器人工作流程作为研究历史建造知识的方法论工具，为关于数字制造在遗产保护中的讨论做出了贡献。通过一系列概念验证实验，它探讨了计算设计与材料过程的交叉如何有助于揭示复杂工艺传统的隐性维度。在许多历史工艺文化中，绘图与制造之间的迭代交流，以及概念与实践之间的互动

未来研究方向

当前的工作流程仅在具有规则表面条件的圆柱形几何形状上进行了测试。未来，如果能够扩展数据集，包括更多风格和地理上多样的装饰样本，将有助于进行更多的比较研究，并识别不同地区中反复出现的设计原则。这也有助于阐明共同的生成逻辑，并提供关于难以通过其他方式理解的历史建造方法的见解。

CRediT作者贡献声明

Begum Hamzaoglu：撰写——原始草稿。Johannes Braumann：撰写——原始草稿。Mine ?zkar：撰写——原始草稿。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

伊斯坦布尔技术大学科学研究项目协调单位（授权号MGA-2021-43337）的支持。