胡琢民 上海颢汉数字技术有限公司创始人 技术统筹

敦煌终将不复存在,但我们能让它代代相传

造就 TALK · 2017-11-18 · 14:04:52

造就第221位讲者:胡琢民

上海颢汉数字技术有限公司

创始人、技术统筹


大家好,今天我来这里要跟大家分享的主题是:永恒的收藏。这个永恒的收藏是关于数字化技术的。 

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不知大家有没有注意到今年7月份的一则新闻,说的是敦煌莫高窟的参观游客数在不断地突破。人数从原来最理想的6000增加到了12000,然后在7月份的某一天又增加了6000人,达到了18000人次。

这还远远不够,还有很多游客正在预约当中。游客人数的激增给莫高窟这类文物单位的保护带来了巨大压力。莫高窟不同于馆藏物,它暴露在自然界中,还面临着上游水土流失、沙画、风暴等环境恶化带来的严重影响。

把敦煌留给后代

早在2003年,敦煌研究院老院长樊锦诗就提出了“数字敦煌”的概念,数字敦煌主要包括三个方面。

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  • 保护平面壁画,把平面拍摄数字化。
  • 三维建模,保护莫高窟中的精美雕塑。
  • 测量洞窟,把握洞窟之间的相互位置关系,将之记录下来。

莫高窟是暴露在自然界当中的,不管你采取怎么样的保护措施,它必将有一天不复存在。或者是在一定的时间内,它会不停地变化。所以,如果我们能留存莫高窟的数据,我们的后人将会看到当下莫高窟的一些面貌。 

非常有幸,我们也参加到莫高窟三维数字化的项目中来。三维重建技术的底层技术是逆向建模。

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什么是逆向建模呢?逆向建模就是把现实当中的物体建成三维模型,搭建出一个架构,这就是逆向建模。

与之对应的是正向建模,我们把那些从无到有的建模称为正向建模,比如我们的建筑设计、工业设计、服装设计,甚至于家庭装修的效果图设计。

从平面摄影到三维建模 

在2006年,我们的一个小团队掌握了一个自己独创的技术,即通过解析两个空间点获取的图像之间的位置关系,推断出像素点一个Z方向的数字,把像素点还原成三维点云,再将三维点进行面片处理后,组成物体的实体模型。 

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在2006至2010年,我们完成了软件、硬件、流程控制等等一系列的设备与技术研发,完成了工程样机的实现。

有一个晚上,当我们将电脑里的一张人脸的平面像素转到三维点云时,它会在我的电脑里面旋转。

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那一刻的惊喜直到现在仍记忆犹新。也是在那一刻,我从一个从事多年的平面摄影师变成了三维建模从业人员。

三维建模技术有两个特点,一是有先天优势,由于我们的技术是从平面的静态象素还原到三维点云,所以它的三维分辨率特别高。第二个特点是,它的色彩还原跟色彩的位置精度非常高,这也是从像素来的一个优势。

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大家可以看我后面的图片,左面彩图是我们一幅壁画的局部,这张彩图就完全还原了壁画的原始状态。我们有一个色彩管理系统,可以很好地还原色彩,对之进行标准化管理。

其实,这其中的三维效果是会被图片的色彩所掩盖的,如果我们把色彩去掉,就可以看到图片的数目,然后可以通过三维模型清晰地看出这幅唐朝古画里古人用的笔触。

这个技术在三维重建领域有着它得天独厚的优势,不管是色彩还是分辨率,都能在文物还原和电影等领域里大展所长。

第一次进洞

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与敦煌结缘是在2011年,有一位朋友从莫高窟给我打来电话,聊起我们的技术,问有没有可能做一个莫高窟里彩塑的三维重建呢?当时我稍微想了一想就回答说可以啊、没问题,其实后来回想还是有一点后怕的。

因为我当时从来没去过莫高窟,只是看到几幅照片,觉得莫高窟很美很神秘,还有无数艺术家对它很神往,各种传说盘旋在我脑子里,所以当时我真是出于兴趣答应做这件事。

后来,经过莫高窟研究院的几轮技术测试,他们同意让我们进入洞窟进行实验性的拍摄建模。

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第一次进洞窟我有几个感受,就是我前面说的后怕的感觉就来了。当我们第一次带着设备进332窟时,发现里面非常狭小,但是佛像却有五米高的跨度,这样高的佛像一共有三组,而我们只有十来平方米的拍摄空间。

洞窟中间还有一根方形立柱,立柱后面最内侧有一个佛龛,里面有一尊八米多长的卧佛像。因为有中心立柱的缘故,拍摄距离最远只有1.2米。大家可能想象不到这个拍摄难度有多大,但当时我就傻掉了!

我们还需要很专业的布光,而且比我们平面拍摄要难得多。平面拍摄的布光是主观性的,但这里的布光却有一定的指标,要均匀。所以说,打光也变成了挑战。

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我们的团队就在这个狭小的空间里进行了讨论,最后决定先做一个现场的数据验证,我们先拍摄了释迦牟尼佛像腰部以下的部分,然后进行重建。这一小部分的重建工作花费了我们10个工作日。

最后,这个数据得到了研究院相关负责人跟专家的认可。虽然拍不到整体,一些部分的数据不完整,但对于数据本身来说,它是合格的。 

一场洪水带来的心灵冲击 

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也是在那一次,我亲眼目睹了震撼的一幕。莫高窟前面有一条大泉河,2011年时从三危山上突然涌入一股大水, 它冲破了大泉河的河堤,一米多高的大水在几十公里的沙漠上面肆意狂奔。

这对我的视觉冲击非常大,也正是目睹这一场景,让我觉得我们做的这件事特别有意义,而且非常紧迫。这不单单是为了验证我们的技术,更是为了保护宏大、精美的莫高窟。

这种对古人的崇敬、敬仰之情,让我对这件事情有了一种归属感和认可,让我觉得我们必须把这个事情干下来。

第一次回来以后,我们就对设备进行了改进,希望设备在拍摄时可以到达每一个角度。

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这里我还要补充一点,当我们的摄影灯打到332窟壁画上面的时候,矿物质颜料所呈现出的那种层次感、艳度和立体感,让人震撼!

我分明看到了西方所谓的印象派、野兽派,我们知道莫奈、梵高、马蒂斯。但是画这些壁画的人呢?我们都不知道。 

再回到拍摄的话题上来。在拍摄完毕后,我们希望对数据进行验证,最直接的办法就是通过实体的输出。

由于设备的限制,我们现在打印的体量还很有限。比如我们左图看到的是现场的照片,它的体量有四米八,接近于五米的高度。

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右面这张图就是我们打印的结果,它是60公分的,是按照1:6的比例进行的打印。这样一个60公分的模型也是分六块才打印出来的,所有该有的细节也都在这里得到了呈现。 

将来有一天,当我们的输出技术达到了一定的体量,一定的还原色彩能力时,我们的这个数据完全可以支持一比一打印,甚至一定程度也可以放大。 

让永恒得到收藏 

通过第一轮进洞调试,332窟的重建在2011年底完成了。332窟的数据也成为我们国内第一份固定大型雕塑的三维重建数据。 

第一轮结束后我们回来总结经验,进行了几方面的改进。 

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第一,改进拍摄的支承装置。我们采取了一个模块化的设计,使得不同场合、不同规模的现场文化都能被采集到。

第二,改进设备,例如图像处理软件。这大大提高了我们的工作效率,比如说我们在做332窟时,需要15个人力,但改进后只需要4个人就可以完成。

第三,完善模型拍摄流程。这使得我们的数据完整性、色彩还原度都可以上一个台阶。

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大家可以看看我们用全新设备做的445窟全龛重建。它建于盛唐时期,里面所有佛像的造型都是非常自信。

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特别是这尊菩萨,是莫高窟一个代表作品。他的站姿非常婀娜,神态非常自信。这就是我们的盛唐时期。 

2016年,我想到一个问题,这也是敦煌研究院对我们这个团队的要求。我们最原始的初衷是为了保存莫高窟的这些数据,但是在保存之后,如何将它们利用起来呢? 

我们尝试了两个方向的应用。

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第一个方向是实体化复制,从拍摄、建模再到3D打印输出模型。模型输出后再进行拼合,最后再通过艺术家的上色来体现矿物质的层次感。

矿物质原料上去以后,它的色彩表现跟原来非常接近。这种色彩的肌理又赋予了我们复刻的产品一个全新的生命力。

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第二个方向是视觉方向的尝试,一个是全息展示,当VR或者AR在未来能真正达到一定水准时,我们这个数据会非常精美。 

我们有了这么多的复刻产品,其实都是为了认识自己,或者说让世界认识我们。

技术跟艺术、古代跟当今,它在一定的时间范围内会有冲突跟摩擦。但假以时日,我认为他们一定会在某一个高度进行融合,就像我们的这个三维重建技术。

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借用诗人威廉布莱克的一句话来结束我今天的演讲:

“一颗沙里面可以看到一个世界,一朵花里面可以看到一座天堂,把无限放在我们的手掌,让永恒得到收藏。” 

谢谢大家!

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