云岡、敦煌的數(shù)字化再現(xiàn)

孫亞慧

“我們對云岡石窟第13窟整窟進行了三維建模，拍攝了28.34萬張高清影像，原始圖像超過13TB。團隊自主研發(fā)的軟件合成出第13窟的超高精度三維數(shù)字化模型，并設計出若干平臺應用場景?！苯衲?0月在武漢舉行的2021中國地理信息產業(yè)大會上，黃先鋒代表團隊所做的文化遺產數(shù)字化保護成果介紹吸引了諸多與會者的關注。

“數(shù)字云岡”是黃先鋒團隊近年來持續(xù)研發(fā)的項目之一。如今，越來越多的留學歸國人員加入到文化遺產保護的行列中來，而借助現(xiàn)代攝影測量與遙感技術，對文化遺產進行三維數(shù)字重建，正在賦予文物超越時間與空間的永恒魅力。

1、“克隆”石窟

鏡頭緩緩推進，云岡第13窟主佛像交腳彌勒歷經時間洗禮，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，整個石窟模型幾乎無一形變。同時，三維展示系統(tǒng)結合了漫游展示、知識圖譜信息、石窟病害標注等幾項功能，還可以提供多種形式的三維模型、真實的高精度位置信息、量測工具、考古圖件的輸出服務，從而得以為云岡文物的研究與保護提供輔助。

萌芽于武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室的大勢智慧科技有限公司是技術提供方，黃先鋒是公司創(chuàng)始人。他告訴筆者，團隊為“數(shù)字云岡”所提供的技術實現(xiàn)了兩大突破：“一是應用便捷，手機、平板、電腦都可以作為載體;二是建立起數(shù)據防御機制，能夠保證私有和共有數(shù)據的安全性?！?/p>

“幾十萬張照片在兩兩之間會出現(xiàn)接縫，需要超大集群來處理接縫和色差。”從2015年第一次前往云岡石窟考察項目可行性開始，黃先鋒用了3年時間才實現(xiàn)三維重建技術的更新，以適應云岡石窟如此大體量的數(shù)字建模需求?！皼]有金剛鉆就不敢攬瓷器活啊。經過和云岡研究院數(shù)字中心寧波主任的大量技術交流和預研，直到2018年我們才敢真正開始實施項目。之后又是3年，到今年上半年才最終完成第13窟的驗收工作?！秉S先鋒感慨地說。

想要完成文化遺產的數(shù)字化真實再現(xiàn)，需要專注于真實世界的高精度采集、數(shù)字化重建以及三維應用等多方面軟硬件關鍵技術開發(fā)，這也正是黃先鋒團隊的優(yōu)勢所在?！白寯z影測量技術的應用變得更簡單，這始終是我們創(chuàng)業(yè)、研發(fā)過程中的目標，目的是讓大家可以像拍照一樣，便捷地進行三維建模，以實景三維數(shù)據來記錄世間萬物，理解世界。”黃先鋒說。

2、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特殊而難忘的任務——同十幾名武大研究人員一道，在武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授朱宜萱的帶領下前往敦煌，他們要通過激光設備對莫高窟進行三維掃描，再拍攝洞窟照片，最后進行數(shù)據處理。

那是黃先鋒第一次參與文化遺產保護工作。他已記不清自己在那段時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。經過去噪、拼接等技術處理后，仍舊無法精準還原洞窟的色彩紋理。

“通俗地說，二維照片是平面的，但石窟內的佛像、壁畫卻不是。最難的是讓平面和曲面能夠‘對準，用文物貼圖技術實現(xiàn)精準的數(shù)字化復制?！彼麄円庾R到，傳統(tǒng)測繪技術已無法滿足復雜度成倍提升的建模校準工作。想要順利完成數(shù)字化復制，必須開發(fā)出新的建模軟件。

敦煌風沙呼嘯，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，黃先鋒做調試，仨人輪換著干，經過近3個月的嘗試，一款名叫“貼圖大師”的軟件正式誕生，它能夠實現(xiàn)對石窟文物的高質量紋理重建，從而為數(shù)據采集掃清了技術障礙。

經過團隊一步步地掃描、測量與模型構建，兩年后，復刻敦煌的構想終于成為現(xiàn)實，全貌3D數(shù)據得以完好展現(xiàn)。

3、建模時空

2011年，黃先鋒前往蘇黎世聯(lián)邦理工大學繼續(xù)從事攝影測量專業(yè)的相關科研工作。這段經歷讓黃先鋒更深入地了解了全球范圍內文化遺產的數(shù)字化保護工作，也讓他開始思考一個重要命題——如何用成本更低的技術來完成文化遺產保護。

“有些國家經費充足，文化遺產保護工作開展得早，效果也好;反之，一些國家缺乏經費和人手，文化遺產的保護現(xiàn)狀其實很糟糕。如果相關技術成本更低廉，數(shù)字化重建的門檻也可以隨之降低?！秉S先鋒說。

他的確找到了辦法。使用包括手機在內的便攜式攝影設備，對文物進行不同方向角度的拍攝，再將照片上傳至其團隊開發(fā)的GET3D后臺頁面，等待十幾分鐘后就能獲得文物清晰的三維建模結果，從而實現(xiàn)數(shù)字化保存。

“我們將這種輕量級的三維建模技術，稱之為新一代人工智能云計算三維建模引擎G-Engine2.0，用戶打開手機、輕觸拍照按鈕，便能復刻三維世界，人人都可以建模?！毕噍^于激光雷達掃描，這種技術使用成本低、也更易于操作。

云岡石窟三維重建項目驗收后，黃先鋒與團隊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產在數(shù)字化空間實現(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，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?！秉S先鋒說。