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”。

當(dāng)現(xiàn)實中的建筑搬到手機里,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跡復(fù)刻時,更會對數(shù)字資產(chǎn)的還原精度和制作效率提出了更高的要求。

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”。

(相關(guān)資料圖)

“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1600m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。

但不為人所知的是,在達成這一令人驚嘆的效果背后,負責(zé)把數(shù)字藏經(jīng)洞搬進手機里的技術(shù)團隊“騰訊游戲CROS”,卻同時面臨實地取景困難,掃描資產(chǎn)質(zhì)量要求極高等多重挑戰(zhàn),而制作團隊如何在短時間內(nèi)高效化解這些挑戰(zhàn),就成了影響項目能否順利推進的關(guān)鍵。

從照片到模型,還有更高效的拍攝手法

如何讓歷史遺跡栩栩如生的動態(tài)展現(xiàn)在屏幕之上?這就需要經(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,進而構(gòu)建三維模型。

相比于傳統(tǒng)美術(shù)流程,Photogrammertry流程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),利用相機拍攝物體多個角度的照片,借助計算機算法分析,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。

[ Photogrammertry流程與傳統(tǒng)美術(shù)流程對比示意 ]

所以,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團隊在推進敦煌項目時,卻不得不拿出一些新方法適應(yīng)實際情況。

其中,拍攝時間問題是制作團隊在拍攝照片之前就遇到的首要挑戰(zhàn)。受限于項目進行時場地、天氣等因素影響,敦煌項目的實地拍攝時間僅有三天時間,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。

這迫使制作團隊不得不的快速調(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行拍攝,其中室內(nèi)場景最為精細,而室外場景由近及遠,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行掃描。為了達到盡可能達到最佳的拍攝效果,制作人員在300米的拍攝距離內(nèi)來回走了不下數(shù)十次,拍攝了超過1.3萬張8K照片。

[ 敦煌項目成果展示-室外 ]

并且,不只是拍攝人員走了數(shù)十個來回,為了保證完整的掃描角度,制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視頻采集。考慮到照掃照片要求拍攝物體盡量無強烈光影,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被大大縮短,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行拆分,使用近景甚至是特寫鏡頭進行70%重復(fù)率的采集,再次獲得了萬張級別的照片量數(shù)據(jù)。

與此同時,制作團隊與敦煌研究院的數(shù)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(jīng)驗,并且,除了感嘆敦煌工作者的寶貴初心,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。

色卡使用:有效優(yōu)化海量數(shù)據(jù)處理效率

完成了照片拍攝后,在應(yīng)用美術(shù)制作之前,敦煌項目還經(jīng)歷了為時一個月時間用于掃描資產(chǎn)的制作。

高精度的照片拍攝確實為掃描資產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)的土壤,但還少不了校準(zhǔn)環(huán)節(jié)來進一步優(yōu)化掃描資產(chǎn)的質(zhì)量,畢竟,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到的效果水平。

面對30000+照片,2h視頻2h,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(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。

LookDev流程:對保證資產(chǎn)最終質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用

更值得一提的是,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。

[ LookDev拍攝示意 ]

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)三個過程,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。

結(jié)語

在此次“數(shù)字藏經(jīng)洞”項目中,騰訊游戲CROS除了著眼Photogrammertry流程,在高精度掃描資產(chǎn)制作層面的技術(shù)革新,還將云游戲、PBR、PCG、動作捕捉等多項游戲技術(shù)融入文物數(shù)字化的進程中,最終實現(xiàn)毫米級精度1:1還原,云游敦煌遺址。

并且,對騰訊游戲CROS團隊而言,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)。