文物建模新技術：7天可“重建”一座西北古城

　　“你們‘建’一件文物需要多長時間？”“從數據採集到建模完成隻需要20分鐘。”“不需要購買專門的掃描儀？”“普通相機就完全可以建模。”在日前舉辦的北京數字博物館研討會上，一項高效的文物建模新技術引起了博物館專家們的關注。

　　“這項技術的研發將建模價格從激光掃描的萬元壓縮到千元，將有效推動博物館文物展示和保存的數字化、檔案化。”技術的開發方——北京無限界科技有限公司的代表言語中充滿自豪。

　　兩部照相機加一張旋轉台

　　復制出逼真三維文物模型

　　兩部照相機、一張旋轉台、一件兵馬俑，不到半小時，幾十張不同角度的兵馬俑圖片，就變成了可720度自主交互瀏覽和3D打印的逼真三維實物模型。如此高效的建模成果，真讓你有點不敢相信自己的眼睛。技術人員向記者介紹，這個過程採用的是最新研發的基於圖像的三維重建技術。

　　將文物放在轉台上，設置軟件參數決定拍攝的照片數量，“照片數量與建模的最后質量有關，照片數量越多，建模的質量越精細。”轉台自動旋轉，兩台固定好的相機同時拍照，與此同時，圖像數據傳輸到軟件裡，完成數據的採集。

　　技術人員告訴記者，基於圖像的3D建模原理較為通俗易懂，類似於雙目立體視覺的原理：“人眼在觀察物體的時候，如果僅用一隻眼睛隻能看見二維的物體，而採用雙眼則可以看見三維的物體。”每兩張圖片都會形成一個立體的“像對”，而360度的“環拍”則可以形成許多立體“像對”。

　　採集完成后，就是解算數據、形成模型的過程。首先是將採集的二維圖像數據形成三維的“點雲”。“難點在於通過‘像對’的解算和比對，找到不同圖片上同一個點的對應位置。估算參數，以密密麻麻的點‘集合’構成模型的大致形狀。”第二步是將空間中的點聯結起來構造一個完整的曲面。最后一步則是將採集到的圖像紋理自動“貼”在文物空間模型的表面。

　　至此，一個逼真的三維立體文物模型就建成了。“每一個步驟之間，我們都設計了一個交互編輯的機會，操作者可以根據情況進行調整、去噪。”

　　成本比激光掃描方式降低5倍以上

　　“目前，國內的博物館給文物建模主要採用的是激光掃描的方式。通過掃描直接得到文物三維立體的‘點信息’，構成空間模型后再手動拍攝文物的圖片信息，經過人工的比對，將紋理手動‘粘貼’在空間模型的表面。”技術人員指出，激光掃描是為了“拼接”模型，而手持掃描儀非常耗時，尤其是文物體量較大時，操作較麻煩。

　　而新開發的基於圖像的三維建模技術則不用“費二遍事”，自動環繞拍攝就可直接形成文物的模型，對於大件文物則可直接調整拍攝焦距、進行遠距離拍攝，省時省力。“一件文物用5至20分鐘就可建模，而採用傳統激光掃描的建模方式，一個‘熟手’一天最多隻能做6個模型。”

　　此外，與傳統激光掃描方式相比，這項新技術成本的低廉也是其一大優勢。“目前國內建模使用的激光掃描儀都是從國外進口的，成本高昂。加上操作的自動化程度較低，手動拍攝、模型拼接、人工貼制紋理信息的過程，操作人員都需要專業培訓，因此造價不菲。”而圖像3D建模技術自動化程度很高，流程化的生產讓成本降低了5倍以上。

　　這項剛剛成型的新技術目前已在一家石刻藝術博物館進行應用和驗証，“30多件精致的古代石刻外加博物館全景的建模，總共耗時還不到兩天。”開發人員告訴記者，這項技術的出現大大降低了博物館數據採集的時間和資金成本，“以前各博物館多只是為館藏的幾件‘鎮館之寶’建立數字模型用以展示，有了這項技術則可以在不增加成本的條件下批量建模。”

　　7天“重建”出

　　一座恢弘古城

　　這項技術不僅可以應用於小物件的文物身上，更可以應用於大場景的數字建模，如皇陵、石窟、寺廟、墓葬等古建筑群落，這是激光掃描儀難以相比的。“我們可以採用遠距離拍攝的方式，完成目前國內技術無法完成的建模任務。”

　　這項技術可在7天之內完成一座西北大城的“重建”，技術人員向記者展示了他們剛剛完成的城市數字模型：全景氣勢恢宏，當把視線拉近時，古塔、寺廟、高樓、園林……纖毫畢現，一座古朴又現代的西北古城盡收眼底，令人嘆為觀止。

　　技術人員告訴記者，“重建”這座古城運用的是地理信息三維重建的技術，原理與制作小物件文物三維立體模型類似，不過大場景的“重建”一般輔以傾斜攝影相機採集的數據。如構造這座古城的3D模型時，就採用了飛機航拍的圖像數據，“2800幅萊卡相機攝制的照片就可以‘建’起這座城池。”

　　“此前，這項技術在國內尚無研發，‘3D城市’的構建採用的都是外國引進的技術和軟件，基於圖像的三維重建技術可謂國內該領域的‘領跑者’。”