解密“數(shù)字藏經(jīng)洞”:騰訊游戲CROS把敦煌遺址搬進(jìn)手機(jī)_世界速遞

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(gè)運(yùn)用游戲科技打造的新一代“超時(shí)空參與式博物館”。

當(dāng)現(xiàn)實(shí)中的建筑搬到手機(jī)里,總會(huì)讓人好奇這是怎樣做到的?尤其是在進(jìn)行歷史文物及遺跡復(fù)刻時(shí),更會(huì)對(duì)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(gè)運(yùn)用游戲科技打造的新一代“超時(shí)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(jí)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(shí)場景效果,打造出身臨其境的超擬真體驗(yàn)。

但不為人所知的是,在達(dá)成這一令人驚嘆的效果背后,負(fù)責(zé)把數(shù)字藏經(jīng)洞搬進(jìn)手機(jī)里的技術(shù)團(tuán)隊(duì)“騰訊游戲CROS”,卻同時(shí)面臨實(shí)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(tuán)隊(duì)如何在短時(shí)間內(nèi)高效化解這些挑戰(zhàn),就成了影響項(xiàng)目能否順利推進(jìn)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(dòng)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(jì)算空間點(diǎn)云,進(jìn)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(duì)象依賴于所拍攝的真實(shí)對(duì)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(gè)角度的照片,借助計(jì)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(gè)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(shí)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(duì)比示意 ]

所以,Photogrammertry適用于寫實(shí)、高精度、影視級(jí)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(diǎn)的數(shù)字文化項(xiàng)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(duì)在推進(jìn)敦煌項(xiàng)目時(shí),卻不得不拿出一些新方法適應(yīng)實(shí)際情況。

其中,拍攝時(shí)間問題是制作團(tuán)隊(duì)在拍攝照片之前就遇到的首要挑戰(zhàn)。受限于項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)場地、天氣等因素影響,敦煌項(xiàng)目的實(shí)地拍攝時(shí)間僅有三天時(shí)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(shí)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(duì)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(duì)敦煌實(shí)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(shí)間內(nèi)綜合效率,以滿足項(xiàng)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(duì)敦煌細(xì)節(jié)的精準(zhǔn)呈現(xiàn),同樣是還原敦煌遺址重點(diǎn)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(duì)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(duì)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)來回走了不下數(shù)十次,拍攝了超過1.3萬張8K照片。

[ 敦煌項(xiàng)目成果展示-室外 ]

并且,不只是拍攝人員走了數(shù)十個(gè)來回,為了保證完整的掃描角度,制作團(tuán)隊(duì)還使用無人機(jī)對(duì)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(duì)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(shí)際可利用的拍攝時(shí)間被大大縮短,對(duì)拍攝效率提出了極大考驗(yàn)。

對(duì)于三層樓主體,制作團(tuán)隊(duì)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(jí)別的照片量數(shù)據(jù)。

與此同時(shí),制作團(tuán)隊(duì)與敦煌研究院的數(shù)字拍攝團(tuán)隊(duì)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(yàn),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(xiàng)目還經(jīng)歷了為時(shí)一個(gè)月時(shí)間用于掃描資產(chǎn)的制作。

高精度的照片拍攝確實(shí)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(jìn)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(xiàng)目最終能達(dá)到的效果水平。

面對(duì)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?yàn)槊慨?dāng)開啟新一輪拍攝時(shí),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(duì)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(xiàng)目本身高質(zhì)量、高還原度的多重屬性,在敦煌項(xiàng)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(xiàng)目研發(fā)進(jìn)程中的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

PBR(Physicallly Based Rendering)是主流的寫實(shí)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(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)三個(gè)過程,最終實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于把資產(chǎn)放在真實(shí)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(xiàng)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(dòng)作捕捉等多項(xiàng)游戲技術(shù)融入文物數(shù)字化的進(jìn)程中,最終實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精度1:1還原,云游敦煌遺址。

并且,對(duì)騰訊游戲CROS團(tuán)隊(duì)而言,堅(jiān)持鉆研創(chuàng)新技術(shù)的價(jià)值,源于對(duì)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(xiàng)目成果,也正是對(duì)數(shù)字文化項(xiàng)目正向價(jià)值傳承的一種極好體現(xiàn)。