導語
當現實中的建築搬到手機裡，總會讓人好奇這是怎樣做到的？尤其是在進行歷史文物及遺蹟復刻時，更會對數字資產的還原精度和製作效率提出了更高的要求。 |
近日，由國家文物局指導、敦煌研究院與騰訊公司聯合打造的“數字藏經洞”正式上線，成為全球首個運用遊戲科技打造的新一代“超時空參與式博物館”。
“數字藏經洞”透過數字照掃、三維建模技術，首次在數字世界還原了1600m莫高窟外崖面原貌，並且以毫米級1:1高精度復刻了莫高窟“三層樓”和第16、17窟（藏經洞），讓窟內壁畫、塑像和文物細節無限接近真實場景效果，打造出身臨其境的超擬真體驗
但在這背後，負責把數字藏經洞搬進手機裡的技術團隊“騰訊遊戲CROS”，也同時面臨實地取景困難，掃描資產質量要求極高等多重挑戰，而製作團隊如何在短時間內高效化解這些挑戰，就成了影響專案能否順利推進的關鍵。
從照片到模型，還有更高效的拍攝手法如何讓歷史遺蹟栩栩如生的動態展現在螢幕之上？這就需要經歷了從照片到模型的製作流程——Photogrammertry。即透過照片矩陣，鐳射資料等方式計算空間點雲，進而構建三維模型。
相比於傳統美術流程，Photogrammertry流程的掃描物件依賴於所拍攝的真實物件，是一種透過照片來測量和製作三維模型的技術，利用相機拍攝物體多個角度的照片，藉助計算機演算法分析，測量出物體不同部分的位置、大小和形狀，從而建立一個精確的三維模型。雖然在美術創造性上有一定侷限性，但擁有出色的寫實度和較低的製作門檻，憑藉極高的效率就能創作出高精度的數字資產，是傳統美術流程所不具備的特性。
（Photogrammertry流程與傳統美術流程對比示意）
所以，Photogrammertry適用於寫實、高精度、影視級數字資產的快速準確製作。在影視特效、3A遊戲場景、數字資產庫、城市生成、工業測繪以及文物數字還原為側重點的數字文化專案上，都有廣泛應用。
不過，雖然Photogrammertry的應用在業界並不罕見，但騰訊遊戲CROS團隊在推進敦煌專案時，卻不得不拿出一些新方法適應實際情況。
其中，拍攝時間問題是製作團隊在拍攝照片之前就遇到的首要挑戰。受限於專案進行時場地、天氣等因素影響。
這迫使製作團隊不得不的快速調整拍攝方案規劃策略，即分高、中、低三檔不同精度對莫高窟外景進行拍攝，由近及遠，依次降低，在有限的時間內綜合效率，以滿足專案需求。
此外，諸如還原場景中物體空間關係等元素，如何最佳化拍攝方案做到對敦煌莫高窟細節的精準呈現，同樣是還原真實的敦煌莫高窟重點關注的部分。
以拍攝敦煌藏經洞三層樓的左右300米場景為例，每間隔一米距離就需要對崖壁進行一次由下往上、連續6張的垂直掃描拍攝，然後經左右斜45度對包括欄杆內外側及三層崖壁的場景進行掃描。為了達到儘可能達到最佳的拍攝效果，製作人員在300米的拍攝距離內來回走了不下數十次，拍攝了超過1.3萬張8K照片。
（敦煌專案成果展示-室外）
並且，不只是拍攝人員走了數十個來回，為了保證完整的掃描角度，製作團隊還使用無人機對崖壁及三層樓的高空視角進行照片與影片採集。考慮到照掃照片要求拍攝物體儘量無強烈光影，而場景當地卻又受到光照變化及周圍植被陰影遮蓋等影響，製作團隊制定了早晨拍攝崖壁頂部，傍晚拍攝崖壁立面的規劃。這又導致實際可利用的拍攝時間被大大縮短，對拍攝效率提出了極大考驗。
對於三層樓主體，製作團隊在原先牆體拍攝方式的基礎上近一步提高了拍攝密度，把每一面牆、每一根柱子和房梁進行拆分，使用近景甚至是特寫鏡頭進行70%重複率的採集，再次獲得了萬張級別的照片量資料。
與此同時，製作團隊與敦煌研究院的數字拍攝團隊深入交流，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驗。
色卡使用：有效最佳化海量資料處理效率完成了照片拍攝後，在應用美術製作之前，敦煌專案還經歷了為時一個月時間用於掃描資產的製作。
高精度的照片拍攝確實為掃描資產提供了優質的土壤，但還少不了校準環節來進一步最佳化掃描資產的質量，畢竟，高質量的掃描資產能有效減少美術後期的修復成本，更直接決定了專案最終能達到的效果水平。
面對30000+照片，2h影片2h，超過1.8TB規模的資料處理總量，色卡在掃描資產的校準過程中起到了關鍵作用。從簡單的照片記錄開始，便用色卡生成色彩配置，每張RAW照片經過色卡的白平衡調整、曝光調整、色階調整，直到輸出JPG檔案至分類的資料夾中，用於三維重建。
除此之外，正因為每當開啟新一輪拍攝時，都需先拍色卡，讓色卡也不止有校色的功能，還能像電影場記板一樣，由一張色卡牽引一系列照片，經過重重步驟，最後將所有照片按命名歸類到資料夾中，大大優化了海量資料處理的效率。
LookDev流程：對保證資產最終質量起到決定性作用更值得一提的是，為滿足數字文化專案本身高質量、高還原度的多重屬性，在敦煌專案中還加入LookDev標準化方案，與數字掃描Photogrammertry相結合進一步提升掃描資產的準確性，是騰訊遊戲CROS在專案研發程序中的一個創新點。
PBR（Physicallly Based Rendering）是主流的寫實渲染技術，由鏡頭，材質，光照配合完成。其中，PBR材質定義了物體外觀及物理屬性，透過不同的貼圖及引數控制，為渲染器提供光照演算法資訊。LookDev流程為PBR材質校準提供了標準化的場景。主要包括前期拍攝燈光環境、中期HDR及參照照片合成，後期燈光匹配和材質調整等。
（LookDev拍攝示意）
其中，拍攝環境捕捉素材中的的HDR照片用於提供環境光照明；鉻球照片用於光源定位；灰球照片用於確定光源亮度；參照照片則用於進行材質校準。這一流程歷經現場環境燈光采集、在引擎中還原環境、調配模型資產三個過程，最終實現相當於把資產放在真實環境中做標準的效果。
在此次“數字藏經洞”專案中，騰訊遊戲CROS除了著眼Photogrammertry流程，在高精度掃描資產製作層面的技術革新，還將雲遊戲、PBR、PCG、動作捕捉等多項遊戲技術融入文物數字化的程序中，最終實現毫米級精度1:1還原，雲遊敦煌遺址。
（數字藏經洞中的互動動畫）
而且，對於騰訊遊戲CROS團隊而言，堅持鑽研創新遊戲技術的價值，也是源於對歷史和文物的尊重以及敬畏之心，用遊戲科技助力數字文博，這也正是對數字文化專案正向價值傳承的一種極好體現。
更重要的是，只有我們越來越關注，才能讓文化得以更好地傳承延續。
現在就可以透過“雲遊敦煌”小程式一鍵進入數字藏經洞，感受這場超時空穿越之旅帶來的震撼與美感。也可以在電腦上登入“數字敦煌”網站體驗PC版本，獲得不同的感受️️。