“你们‘建’一件文物需要多长时间？”“从数据采集到建模完成只需要20分钟。”“不需要购买专门的扫描仪？”“普通相机就完全可以建模。”在日前举办的北京数字博物馆研讨会上，一项高效的文物建模新技术引起了博物馆专家们的关注。

　　“这项技术的研发将建模价格从激光扫描的万元压缩到千元，将有效推动博物馆文物展示和保存的数字化、档案化。”技术的开发方——北京无限界科技有限公司的代表言语中充满自豪。

　　两部照相机加一张旋转台

　　复制出逼真三维文物模型

　　两部照相机、一张旋转台、一件兵马俑，不到半小时，几十张不同角度的兵马俑图片，就变成了可720度自主交互浏览和3D打印的逼真三维实物模型。如此高效的建模成果，真让你有点不敢相信自己的眼睛。技术人员向记者介绍，这个过程采用的是最新研发的基于图像的三维重建技术。

　　将文物放在转台上，设置软件参数决定拍摄的照片数量，“照片数量与建模的最后质量有关，照片数量越多，建模的质量越精细。”转台自动旋转，两台固定好的相机同时拍照，与此同时，图像数据传输到软件里，完成数据的采集。

　　技术人员告诉记者，基于图像的3D建模原理较为通俗易懂，类似于双目立体视觉的原理：“人眼在观察物体的时候，如果仅用一只眼睛只能看见二维的物体，而采用双眼则可以看见三维的物体。”每两张图片都会形成一个立体的“像对”，而360度的“环拍”则可以形成许多立体“像对”。

　　采集完成后，就是解算数据、形成模型的过程。首先是将采集的二维图像数据形成三维的“点云”。“难点在于通过‘像对’的解算和比对，找到不同图片上同一个点的对应位置。估算参数，以密密麻麻的点‘集合’构成模型的大致形状。”第二步是将空间中的点联结起来构造一个完整的曲面。最后一步则是将采集到的图像纹理自动“贴”在文物空间模型的表面。

　　至此，一个逼真的三维立体文物模型就建成了。“每一个步骤之间，我们都设计了一个交互编辑的机会，操作者可以根据情况进行调整、去噪。”

　　成本比激光扫描方式降低5倍以上

　　“目前，国内的博物馆给文物建模主要采用的是激光扫描的方式。通过扫描直接得到文物三维立体的‘点信息’，构成空间模型后再手动拍摄文物的图片信息，经过人工的比对，将纹理手动‘粘贴’在空间模型的表面。”技术人员指出，激光扫描是为了“拼接”模型，而手持扫描仪非常耗时，尤其是文物体量较大时，操作较麻烦。

　　而新开发的基于图像的三维建模技术则不用“费二遍事”，自动环绕拍摄就可直接形成文物的模型，对于大件文物则可直接调整拍摄焦距、进行远距离拍摄，省时省力。“一件文物用5至20分钟就可建模，而采用传统激光扫描的建模方式，一个‘熟手’一天最多只能做6个模型。”

　　此外，与传统激光扫描方式相比，这项新技术成本的低廉也是其一大优势。“目前国内建模使用的激光扫描仪都是从国外进口的，成本高昂。加上操作的自动化程度较低，手动拍摄、模型拼接、人工贴制纹理信息的过程，操作人员都需要专业培训，因此造价不菲。”而图像3D建模技术自动化程度很高，流程化的生产让成本降低了5倍以上。

　　这项刚刚成型的新技术目前已在一家石刻艺术博物馆进行应用和验证，“30多件精致的古代石刻外加博物馆全景的建模，总共耗时还不到两天。”开发人员告诉记者，这项技术的出现大大降低了博物馆数据采集的时间和资金成本，“以前各博物馆多只是为馆藏的几件‘镇馆之宝’建立数字模型用以展示，有了这项技术则可以在不增加成本的条件下批量建模。”

　　7天“重建”出

　　一座恢弘古城

　　这项技术不仅可以应用于小物件的文物身上，更可以应用于大场景的数字建模，如皇陵、石窟、寺庙、墓葬等古建筑群落，这是激光扫描仪难以相比的。“我们可以采用远距离拍摄的方式，完成目前国内技术无法完成的建模任务。”

　　这项技术可在7天之内完成一座西北大城的“重建”，技术人员向记者展示了他们刚刚完成的城市数字模型：全景气势恢宏，当把视线拉近时，古塔、寺庙、高楼、园林……纤毫毕现，一座古朴又现代的西北古城尽收眼底，令人叹为观止。

　　技术人员告诉记者，“重建”这座古城运用的是地理信息三维重建的技术，原理与制作小物件文物三维立体模型类似，不过大场景的“重建”一般辅以倾斜摄影相机采集的数据。如构造这座古城的3D模型时，就采用了飞机航拍的图像数据，“2800幅莱卡相机摄制的照片就可以‘建’起这座城池。”

　　“此前，这项技术在国内尚无研发，‘3D城市’的构建采用的都是外国引进的技术和软件，基于图像的三维重建技术可谓国内该领域的‘领跑者’。”

　　孙乐琪 文并图 J245