“我們對(duì)云岡石窟第13窟整窟進(jìn)行了三維建模,拍攝了28.34萬張高清影像,原始圖像超過13TB。團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的軟件合成出第13窟的超高精度三維數(shù)字化模型,并設(shè)計(jì)出若干平臺(tái)應(yīng)用場景?!苯衲?0月在武漢舉行的2021中國地理信息產(chǎn)業(yè)大會(huì)上,黃先鋒代表團(tuán)隊(duì)所做的文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)成果介紹吸引了諸多與會(huì)者的關(guān)注。
“數(shù)字云岡”是黃先鋒團(tuán)隊(duì)近年來持續(xù)研發(fā)的項(xiàng)目之一。如今,越來越多的留學(xué)歸國人員加入到文化遺產(chǎn)保護(hù)的行列中來,而借助現(xiàn)代攝影測量與遙感技術(shù),對(duì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行三維數(shù)字重建,正在賦予文物超越時(shí)間與空間的永恒魅力。
“克隆”石窟
鏡頭緩緩?fù)七M(jìn),云岡第13窟主佛像交腳彌勒歷經(jīng)時(shí)間洗禮,斑駁中仍舊神采卓然,頭戴寶冠、眉眼含笑,胸前配飾隱約可見,盡顯威嚴(yán)莊重。通高約13米的主佛像右手臂肘下,一力士四臂奮力托舉,勢若拔山?;腥恢g,第13窟仿佛近在眼前。
這樣的畫面正是由超過28萬張高清圖像“克隆”而成,整個(gè)石窟模型幾乎無一形變。同時(shí),三維展示系統(tǒng)結(jié)合了漫游展示、知識(shí)圖譜信息、石窟病害標(biāo)注等幾項(xiàng)功能,還可以提供多種形式的三維模型、真實(shí)的高精度位置信息、量測工具、考古圖件的輸出服務(wù),從而得以為云岡文物的研究與保護(hù)提供輔助。
萌芽于武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大勢智慧科技有限公司是技術(shù)提供方,黃先鋒是公司創(chuàng)始人。他告訴記者,團(tuán)隊(duì)為“數(shù)字云岡”所提供的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩大突破:“一是應(yīng)用便捷,手機(jī)、平板、電腦都可以作為載體;二是建立起數(shù)據(jù)防御機(jī)制,能夠保證私有和共有數(shù)據(jù)的安全性?!?/p>
“幾十萬張照片在兩兩之間會(huì)出現(xiàn)接縫,需要超大集群來處理接縫和色差?!睆?015年第一次前往云岡石窟考察項(xiàng)目可行性開始,黃先鋒用了3年時(shí)間才實(shí)現(xiàn)三維重建技術(shù)的更新,以適應(yīng)云岡石窟如此大體量的數(shù)字建模需求。“沒有金剛鉆就不敢攬瓷器活啊。經(jīng)過和云岡研究院數(shù)字中心寧波主任的大量技術(shù)交流和預(yù)研,直到2018年我們才敢真正開始實(shí)施項(xiàng)目。之后又是3年,到今年上半年才最終完成第13窟的驗(yàn)收工作?!秉S先鋒感慨地說。
想要完成文化遺產(chǎn)的數(shù)字化真實(shí)再現(xiàn),需要專注于真實(shí)世界的高精度采集、數(shù)字化重建以及三維應(yīng)用等多方面軟硬件關(guān)鍵技術(shù)開發(fā),這也正是黃先鋒團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢所在?!白寯z影測量技術(shù)的應(yīng)用變得更簡單,這始終是我們創(chuàng)業(yè)、研發(fā)過程中的目標(biāo),目的是讓大家可以像拍照一樣,便捷地進(jìn)行三維建模,以實(shí)景三維數(shù)據(jù)來記錄世間萬物,理解世界。”黃先鋒說。
緣起敦煌
2007年,剛剛博士畢業(yè)留校不久的黃先鋒接到一項(xiàng)特殊而難忘的任務(wù)——同十幾名武大研究人員一道,在武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授朱宜萱的帶領(lǐng)下前往敦煌,他們要通過激光設(shè)備對(duì)莫高窟進(jìn)行三維掃描,再拍攝洞窟照片,最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
那是黃先鋒第一次參與文化遺產(chǎn)保護(hù)工作。他已記不清自己在那段時(shí)間往返武漢與敦煌多少次,依靠如今看來顯得極其寒酸的工具,一次次完成158號(hào)窟的立面攝影測量。
然而,剛開始的測量精度低、速度慢,效果并不好。經(jīng)過去噪、拼接等技術(shù)處理后,仍舊無法精準(zhǔn)還原洞窟的色彩紋理。
“通俗地說,二維照片是平面的,但石窟內(nèi)的佛像、壁畫卻不是。最難的是讓平面和曲面能夠‘對(duì)準(zhǔn)’,用文物貼圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的數(shù)字化復(fù)制?!彼麄円庾R(shí)到,傳統(tǒng)測繪技術(shù)已無法滿足復(fù)雜度成倍提升的建模校準(zhǔn)工作。想要順利完成數(shù)字化復(fù)制,必須開發(fā)出新的建模軟件。
敦煌風(fēng)沙呼嘯,為便于打理,黃先鋒與博士生張帆、張志超干脆剃光了頭發(fā),埋頭研究起了軟件工具。張帆寫代碼,黃先鋒做調(diào)試,仨人輪換著干,經(jīng)過近3個(gè)月的嘗試,一款名叫“貼圖大師”的軟件正式誕生,它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)石窟文物的高質(zhì)量紋理重建,從而為數(shù)據(jù)采集掃清了技術(shù)障礙。
經(jīng)過團(tuán)隊(duì)一步步地掃描、測量與模型構(gòu)建,兩年后,復(fù)刻敦煌的構(gòu)想終于成為現(xiàn)實(shí),全貌3D數(shù)據(jù)得以完好展現(xiàn)。
建模時(shí)空
2011年,黃先鋒前往蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)繼續(xù)從事攝影測量專業(yè)的相關(guān)科研工作。這段經(jīng)歷讓黃先鋒更深入地了解了全球范圍內(nèi)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)工作,也讓他開始思考一個(gè)重要命題——如何用成本更低的技術(shù)來完成文化遺產(chǎn)保護(hù)。
“有些國家經(jīng)費(fèi)充足,文化遺產(chǎn)保護(hù)工作開展得早,效果也好;反之,一些國家缺乏經(jīng)費(fèi)和人手,文化遺產(chǎn)的保護(hù)現(xiàn)狀其實(shí)很糟糕。如果相關(guān)技術(shù)成本更低廉,數(shù)字化重建的門檻也可以隨之降低。”黃先鋒說。
他的確找到了辦法。使用包括手機(jī)在內(nèi)的便攜式攝影設(shè)備,對(duì)文物進(jìn)行不同方向角度的拍攝,再將照片上傳至其團(tuán)隊(duì)開發(fā)的GET3D后臺(tái)頁面,等待十幾分鐘后就能獲得文物清晰的三維建模結(jié)果,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化保存。
“我們將這種輕量級(jí)的三維建模技術(shù),稱之為新一代人工智能云計(jì)算三維建模引擎G-Engine2.0,用戶打開手機(jī)、輕觸拍照按鈕,便能復(fù)刻三維世界,人人都可以建模?!毕噍^于激光雷達(dá)掃描,這種技術(shù)使用成本低、也更易于操作。
云岡石窟三維重建項(xiàng)目驗(yàn)收后,黃先鋒與團(tuán)隊(duì)又馬不停蹄地開始了麥積山石窟、龜茲石窟的數(shù)字重建工作?!白尭辔幕z產(chǎn)在數(shù)字化空間實(shí)現(xiàn)永生,我們還有大量工作要做。數(shù)字重生不僅僅是為研究和保護(hù),通過拓寬展示手段,我們也希望能拉近文物與公眾的距離,讓更多人了解文物,愛上文物。”黃先鋒說。
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