要怎樣把現(xiàn)實中的建筑搬進(jìn)手機(jī)里？歷史文物及遺跡復(fù)刻，會對數(shù)字資產(chǎn)的還原精度和制作效率提出更高的要求嗎？
近日，由國家文物局指導(dǎo)、敦煌研究院與騰訊公司聯(lián)合打造的“數(shù)字藏經(jīng)洞”正式上線，成為全球首個運用游戲科技打造的新一代“超時空參與式博物館”。
數(shù)字藏經(jīng)洞通過數(shù)字照掃、三維建模技術(shù)，首次在數(shù)字世界還原了1600米莫高窟外崖面原貌，并且以毫米級1:1高精度復(fù)刻了莫高窟“三層樓”和第16、17窟（藏經(jīng)洞），讓窟內(nèi)壁畫、塑像和文物細(xì)節(jié)無限接近真實場景效果，打造出身臨其境的超擬真體驗。
將數(shù)字藏經(jīng)洞搬進(jìn)手機(jī)，需要解決實地取景困難、掃描資產(chǎn)質(zhì)量要求高等多個問題。為此，技術(shù)團(tuán)隊騰訊游戲CROS做出了許多努力，最終實現(xiàn)了令人驚嘆的效果。
數(shù)字藏經(jīng)洞演示視頻
如何讓歷史遺跡栩栩如生的動態(tài)展現(xiàn)在屏幕之上？數(shù)字藏經(jīng)洞經(jīng)歷了從照片到模型的制作流程——Photogrammertry。即通過照片矩陣，激光數(shù)據(jù)等方式計算空間點云，進(jìn)而構(gòu)建三維模型。
相比于傳統(tǒng)美術(shù)流程，Photogrammertry的掃描對象依賴于所拍攝的真實對象，是一種通過照片來測量和制作三維模型的技術(shù)，利用相機(jī)拍攝物體多個角度的照片，借助計算機(jī)算法分析，測量出物體不同部分的位置、大小和形狀，從而創(chuàng)建一個精確的三維模型。雖然在美術(shù)創(chuàng)造性上有一定局限性，但擁有出色的寫實度和較低的制作門檻，憑借極高的效率就能創(chuàng)作出高精度的數(shù)字資產(chǎn)，是傳統(tǒng)美術(shù)流程所不具備的特性。
由此可見，Photogrammertry適用于寫實、高精度、影視級數(shù)字資產(chǎn)的快速準(zhǔn)確制作。在影視特效、3A游戲場景、數(shù)字資產(chǎn)庫、城市生成、工業(yè)測繪以及文物數(shù)字還原為側(cè)重點的數(shù)字文化項目上，都有廣泛應(yīng)用。
不過，雖然Photogrammertry的應(yīng)用在業(yè)界并不罕見，但騰訊游戲CROS團(tuán)隊在推進(jìn)敦煌項目時，還是拿出了一些新方法適應(yīng)實際情況。
其中，拍攝時間問題是制作團(tuán)隊在拍攝照片之前就遇到的首要挑戰(zhàn)。受限于項目進(jìn)行時場地、天氣等因素影響，敦煌項目的實地拍攝時間僅有3天時間，并且在排除白天光線干擾及不影響游客游覽的情況下，合適的取景時間只分布在每天早上6:30～8:30和晚上18:00～23:00。這迫使制作團(tuán)隊不得不快速調(diào)整拍攝方案規(guī)劃策略，即分高、中、低三檔不同精度對敦煌實景進(jìn)行拍攝，其中室內(nèi)場景最為精細(xì)，而室外場景由近及遠(yuǎn)，依次降低，在有限的時間內(nèi)綜合效率，以滿足項目需求。
此外，諸如還原場景中物體空間關(guān)系等元素，如何優(yōu)化拍攝方案做到對敦煌細(xì)節(jié)的精準(zhǔn)呈現(xiàn)，同樣是還原敦煌遺址重點關(guān)注的部分。
以拍攝敦煌藏經(jīng)洞三層樓的左右300米場景為例，每間隔一米距離就需要對崖壁進(jìn)行一次由下往上、連續(xù)6張的垂直掃描拍攝，然后經(jīng)左右斜45度對包括欄桿內(nèi)外側(cè)及三層崖壁的場景進(jìn)行掃描。為了達(dá)到盡可能達(dá)到最佳的拍攝效果，制作人員在300米的拍攝距離內(nèi)來回走了數(shù)十次，拍攝了超過1.3萬張8K照片。
為了保證完整的掃描角度，制作團(tuán)隊還使用無人機(jī)對崖壁及三層樓的高空視角進(jìn)行照片與視頻采集。考慮到照掃照片要求拍攝物體盡量無強(qiáng)烈光影，而場景當(dāng)?shù)貐s又受到光照變化及周圍植被陰影遮蓋等影響，制作團(tuán)隊制定了早晨拍攝崖壁頂部、傍晚拍攝崖壁立面的規(guī)劃。這又導(dǎo)致實際可利用的拍攝時間大大縮短，對拍攝效率提出了極大考驗。
對于三層樓主體，制作團(tuán)隊在原先墻體拍攝方式的基礎(chǔ)上近一步提高了拍攝密度，把每一面墻、每一根柱子和房梁進(jìn)行拆分，使用近景甚至是特寫鏡頭進(jìn)行70%重復(fù)率的采集，再次獲得了萬張級別的照片數(shù)據(jù)。
與此同時，制作團(tuán)隊與敦煌研究院的數(shù)字拍攝團(tuán)隊深入交流，溝通照掃心得，從他們多年的敦煌掃描工作中也得到了諸多寶貴經(jīng)驗，敦煌研究院更是提供了17窟甬道室內(nèi)掃描模型數(shù)據(jù)及高清貼圖，極大幫助了數(shù)字資產(chǎn)的制作。
完成了照片拍攝后，在應(yīng)用美術(shù)制作之前，敦煌項目還花了一個月時間進(jìn)行掃描資產(chǎn)的制作。
高精度的照片拍攝為掃描資產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)的土壤，在此之后，校準(zhǔn)環(huán)節(jié)會進(jìn)一步優(yōu)化掃描資產(chǎn)的質(zhì)量。高質(zhì)量的掃描資產(chǎn)能有效減少美術(shù)后期的修復(fù)成本，更直接決定了項目最終能達(dá)到的效果水平。
面對超過30000照片、2小時視頻、超過1.8TB規(guī)模的數(shù)據(jù)處理總量，色卡在掃描資產(chǎn)的校準(zhǔn)過程中起到了關(guān)鍵作用。從簡單的照片記錄開始，便用色卡生成色彩配置，每張RAW照片經(jīng)過色卡的白平衡調(diào)整、曝光調(diào)整、色階調(diào)整，直到輸出JPG文件至分類的文件夾中，用于三維重建。
除此之外，正因為每當(dāng)開啟新一輪拍攝時，都需先拍色卡，讓色卡不止發(fā)揮校色的功能，還能像電影場記板一樣，由一張色卡牽引一系列照片，經(jīng)過重重步驟，最后將所有照片按命名歸類到文件夾中，大大優(yōu)化了海量數(shù)據(jù)處理的效率。
為滿足數(shù)字文化項目本身高質(zhì)量、高還原度的多重屬性，在敦煌項目中還加入LookDev標(biāo)準(zhǔn)化方案，與數(shù)字掃描Photogrammertry相結(jié)合，進(jìn)一步提升掃描資產(chǎn)的準(zhǔn)確性，是騰訊游戲CROS在項目研發(fā)進(jìn)程中的一個創(chuàng)新點。
PBR（Physicallly Based Rendering）是主流的寫實渲染技術(shù)，由鏡頭，材質(zhì)，光照配合完成。其中，PBR材質(zhì)定義了物體外觀及物理屬性，通過不同的貼圖及參數(shù)控制，為渲染器提供光照算法信息。LookDev流程為PBR材質(zhì)校準(zhǔn)提供了標(biāo)準(zhǔn)化的場景。主要包括前期拍攝燈光環(huán)境、中期HDR及參照照片合成，后期燈光匹配和材質(zhì)調(diào)整等。
其中，拍攝環(huán)境捕捉素材中的的HDR照片用于提供環(huán)境光照明；鉻球照片用于光源定位；灰球照片用于確定光源亮度；參照照片則用于進(jìn)行材質(zhì)校準(zhǔn)。這一流程歷經(jīng)現(xiàn)場環(huán)境燈光采集、在引擎中還原環(huán)境、調(diào)配模型資產(chǎn)3個過程，最終實現(xiàn)相當(dāng)于把資產(chǎn)放在真實環(huán)境中做標(biāo)準(zhǔn)的效果。
在此次“數(shù)字藏經(jīng)洞”項目中，騰訊游戲CROS通過Photogrammertry流程，在高精度掃描資產(chǎn)制作層面的技術(shù)革新，將云游戲、PBR、PCG、動作捕捉等多項游戲技術(shù)融入文物數(shù)字化等舉措，最終實現(xiàn)毫米級精度的1:1還原，讓用戶可以“云游”敦煌遺址。
成功完成數(shù)字藏經(jīng)洞，體現(xiàn)出騰訊游戲CROS團(tuán)隊堅持鉆研創(chuàng)新技術(shù)的價值，源于對歷史和文物的尊重以及敬畏之心；而用嚴(yán)謹(jǐn)工作方式產(chǎn)出高質(zhì)量項目成果，也正是對數(shù)字文化項目正向價值傳承的一種極好體現(xiàn)。
