解密“数字藏经洞”:腾讯游戏CROS把敦煌遗址搬进手机_世界速递

近日,由国家文物局指导、敦煌研究院与腾讯公司联合打造的“数字藏经洞”正式上线,成为全球首个运用游戏科技打造的新一代“超时空参与式博物馆”。

当现实中的建筑搬到手机里,总会让人好奇这是怎样做到的?尤其是在进行历史文物及遗迹复刻时,更会对数字资产的还原精度和制作效率提出了更高的要求。

近日,由国家文物局指导、敦煌研究院与腾讯公司联合打造的“数字藏经洞”正式上线,成为全球首个运用游戏科技打造的新一代“超时空参与式博物馆”。

(相关资料图)

“数字藏经洞”通过数字照扫、三维建模技术,首次在数字世界还原了1600m莫高窟外崖面原貌,并且以毫米级1:1高精度复刻了莫高窟“三层楼”和第16、17窟(藏经洞),让窟内壁画、塑像和文物细节无限接近真实场景效果,打造出身临其境的超拟真体验。

但不为人所知的是,在达成这一令人惊叹的效果背后,负责把数字藏经洞搬进手机里的技术团队“腾讯游戏CROS”,却同时面临实地取景困难,扫描资产质量要求极高等多重挑战,而制作团队如何在短时间内高效化解这些挑战,就成了影响项目能否顺利推进的关键。

从照片到模型,还有更高效的拍摄手法

如何让历史遗迹栩栩如生的动态展现在屏幕之上?这就需要经历了从照片到模型的制作流程——Photogrammertry。即通过照片矩阵,激光数据等方式计算空间点云,进而构建三维模型。

相比于传统美术流程,Photogrammertry流程的扫描对象依赖于所拍摄的真实对象,是一种通过照片来测量和制作三维模型的技术,利用相机拍摄物体多个角度的照片,借助计算机算法分析,测量出物体不同部分的位置、大小和形状,从而创建一个精确的三维模型。虽然在美术创造性上有一定局限性,但拥有出色的写实度和较低的制作门槛,凭借极高的效率就能创作出高精度的数字资产,是传统美术流程所不具备的特性。

[ Photogrammertry流程与传统美术流程对比示意 ]

所以,Photogrammertry适用于写实、高精度、影视级数字资产的快速准确制作。在影视特效、3A游戏场景、数字资产库、城市生成、工业测绘以及文物数字还原为侧重点的数字文化项目上,都有广泛应用。

不过,虽然Photogrammertry的应用在业界并不罕见,但腾讯游戏CROS团队在推进敦煌项目时,却不得不拿出一些新方法适应实际情况。

其中,拍摄时间问题是制作团队在拍摄照片之前就遇到的首要挑战。受限于项目进行时场地、天气等因素影响,敦煌项目的实地拍摄时间仅有三天时间,并且在排除白天光线干扰及不影响游客游览的情况下,合适的取景时间只分布在每天早上6:30-8:30和晚上18:00-23:00。

这迫使制作团队不得不的快速调整拍摄方案规划策略,即分高、中、低三档不同精度对敦煌实景进行拍摄,其中室内场景最为精细,而室外场景由近及远,依次降低,在有限的时间内综合效率,以满足项目需求。

此外,诸如还原场景中物体空间关系等元素,如何优化拍摄方案做到对敦煌细节的精准呈现,同样是还原敦煌遗址重点关注的部分。

以拍摄敦煌藏经洞三层楼的左右300米场景为例,每间隔一米距离就需要对崖壁进行一次由下往上、连续6张的垂直扫描拍摄,然后经左右斜45度对包括栏杆内外侧及三层崖壁的场景进行扫描。为了达到尽可能达到最佳的拍摄效果,制作人员在300米的拍摄距离内来回走了不下数十次,拍摄了超过1.3万张8K照片。

[ 敦煌项目成果展示-室外 ]

并且,不只是拍摄人员走了数十个来回,为了保证完整的扫描角度,制作团队还使用无人机对崖壁及三层楼的高空视角进行照片与视频采集。考虑到照扫照片要求拍摄物体尽量无强烈光影,而场景当地却又受到光照变化及周围植被阴影遮盖等影响,制作团队制定了早晨拍摄崖壁顶部,傍晚拍摄崖壁立面的规划。这又导致实际可利用的拍摄时间被大大缩短,对拍摄效率提出了极大考验。

对于三层楼主体,制作团队在原先墙体拍摄方式的基础上近一步提高了拍摄密度,把每一面墙、每一根柱子和房梁进行拆分,使用近景甚至是特写镜头进行70%重复率的采集,再次获得了万张级别的照片量数据。

与此同时,制作团队与敦煌研究院的数字拍摄团队深入交流,沟通照扫心得,从他们多年的敦煌扫描工作中也得到了诸多宝贵经验,并且,除了感叹敦煌工作者的宝贵初心,研究院更是提供了17窟甬道室内扫描模型数据及高清贴图,极大帮助了数字资产的制作。

色卡使用:有效优化海量数据处理效率

完成了照片拍摄后,在应用美术制作之前,敦煌项目还经历了为时一个月时间用于扫描资产的制作。

高精度的照片拍摄确实为扫描资产提供了优质的土壤,但还少不了校准环节来进一步优化扫描资产的质量,毕竟,高质量的扫描资产能有效减少美术后期的修复成本,更直接决定了项目最终能达到的效果水平。

面对30000+照片,2h视频2h,超过1.8TB规模的数据处理总量,色卡在扫描资产的校准过程中起到了关键作用。从简单的照片记录开始,便用色卡生成色彩配置,每张RAW照片经过色卡的白平衡调整、曝光调整、色阶调整,直到输出JPG文件至分类的文件夹中,用于三维重建。

除此之外,正因为每当开启新一轮拍摄时,都需先拍色卡,让色卡也不止有校色的功能,还能像电影场记板一样,由一张色卡牵引一系列照片,经过重重步骤,最后将所有照片按命名归类到文件夹中,大大优化了海量数据处理的效率。

LookDev流程:对保证资产最终质量起到决定性作用

更值得一提的是,为满足数字文化项目本身高质量、高还原度的多重属性,在敦煌项目中还加入LookDev标准化方案,与数字扫描Photogrammertry相结合进一步提升扫描资产的准确性,是腾讯游戏CROS在项目研发进程中的一个创新点。

PBR(Physicallly Based Rendering)是主流的写实渲染技术,由镜头,材质,光照配合完成。其中,PBR材质定义了物体外观及物理属性,通过不同的贴图及参数控制,为渲染器提供光照算法信息。LookDev流程为PBR材质校准提供了标准化的场景。主要包括前期拍摄灯光环境、中期HDR及参照照片合成,后期灯光匹配和材质调整等。

[ LookDev拍摄示意 ]

其中,拍摄环境捕捉素材中的的HDR照片用于提供环境光照明;铬球照片用于光源定位;灰球照片用于确定光源亮度;参照照片则用于进行材质校准。这一流程历经现场环境灯光采集、在引擎中还原环境、调配模型资产三个过程,最终实现相当于把资产放在真实环境中做标准的效果。

结语

在此次“数字藏经洞”项目中,腾讯游戏CROS除了着眼Photogrammertry流程,在高精度扫描资产制作层面的技术革新,还将云游戏、PBR、PCG、动作捕捉等多项游戏技术融入文物数字化的进程中,最终实现毫米级精度1:1还原,云游敦煌遗址。

并且,对腾讯游戏CROS团队而言,坚持钻研创新技术的价值,源于对历史和文物的尊重以及敬畏之心,而用严谨工作方式产出高质量项目成果,也正是对数字文化项目正向价值传承的一种极好体现。