時空智能賦能文化遺產-讓文化遺產在數(shù)字空間中永生

時空智能賦能文化遺產——讓文化遺產在數(shù)字空間中永生前言重大需求讓收藏在博物館里的文物、陳列在廣闊大地上的遺產、書寫在古籍里的文字都活起來，讓中華文明同世界各國人民創(chuàng)造的豐富多彩的文明一道，為人類提供正確的精神指引和強大的精神動力2014年3月，習近平總書記在聯(lián)合國教科文組織總部演講2024年8月6日，習近平總書記對加強文化和自然遺產保護傳承利用工作作出重要指示：守護好中華民族的文化瑰寶和自然珍寶，讓文化和自然遺產在新時代煥發(fā)新活力綻放新光彩。自然災害人為破壞自然風化世界遺產分布廣泛、生存環(huán)境受到嚴重威脅我國世界遺產總數(shù)達到59項，居世界前列。文化遺產正在加速消亡、實體修復保護性破壞時有發(fā)生科學保護手段較為欠缺展示渠道較為單一，不利于文化的交流與傳承維護國家文化安全，刻不容緩?。‖F(xiàn)狀與問題讓文化遺產在數(shù)字空間永生！----李德仁目標與愿景文化遺產不能再生，也不可永生！ ——樊錦詩利用最新的測量、遙感、計算機視覺、AI、VR/AR、云計算等技術手段重建數(shù)字文化遺產數(shù)字文化遺產+虛擬地理環(huán)境的全方位數(shù)字孿生支持數(shù)字考古、藝術陳展、保護監(jiān)測、交流傳播、數(shù)字創(chuàng)意遺址尺度千米百米米厘米古長城古城鎮(zhèn)大遺址古建筑石窟寺 壁畫彩塑館藏文物衛(wèi)星有人機無人機架站式手持式控制測量激光掃描攝影測量結構光平臺技術手段第一部分：數(shù)字敦煌莫高窟要推動敦煌文化研究服務共建“一帶一路”，加強同沿線國家的文化交流，增進民心相通，要加強敦煌學研究，廣泛開展國際交流合作，充分展示我國敦煌文物保護和敦煌學研究的成果。習近平在敦煌莫高窟的講話（2019/08/19）絲綢之路絲綢之路是中國古代與西方國家之間貿易和文化交流的重要渠道。敦煌莫高窟敦煌是絲綢之路上，中國通往中東、亞歐等地的必經之地，是古希臘文明、波斯文明、印度文明和中華文明的橋梁和融合地。介紹坐西朝東，南北長1680米，高50米洞窟分布高低錯落，最多有五層始建于十六國前秦時期（公元366年），歷經北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代，開鑿過程延續(xù)了一千多年現(xiàn)存洞窟735個，其中492個有壁畫彩塑壁畫4.5萬平方米，彩塑2415尊敦煌莫高窟測繪遙感保護敦煌之發(fā)端2006年8月，李德仁院士及朱宜萱教授與時任敦煌研究院院長樊錦詩討論“三維數(shù)字敦煌”方案數(shù)字化存檔古老的建筑立體相機地面激光掃描儀點云數(shù)碼相機外觀 壁畫和雕像全站儀圖像 控制點 控制點 立體圖像無人機傾斜攝影傾斜影像實景三維模型、地形地貌天地一體化數(shù)字化存檔無人機傾斜攝影測量飛行平臺：大疆經緯M600傾斜相機：雙魚5.0B4200萬像素全畫幅相機雙鏡頭搖擺工作方式?

重量：1.25kg大疆M600多旋翼無人機雙魚5.0B傾斜相機第一次用無人機傾斜攝影獲取了敦煌及周邊地區(qū)完整的高精度地表數(shù)據(jù)，并建立了莫高窟及周邊實景三維模型，此數(shù)據(jù)可以服務于敦煌地區(qū)的規(guī)劃和保護應用作業(yè)區(qū)域莫高窟及周邊60平方公里分辨率：1cm（核心區(qū)域）2-3cm（周邊區(qū)域）188架次30萬張傾斜影像無人機傾斜攝影測量無人機傾斜攝影測量莫高窟實景三維模型細節(jié)九層樓莫高窟小牌坊332窟(中心柱)302窟(中心塔)158窟(涅盤窟)45窟塑像九層樓立面掃描典型結構的洞窟激光點云（地面激光掃描/

按強度賦色）手持掃描儀佛像模型數(shù)據(jù)手持式掃描儀數(shù)據(jù)融合相位式激光掃描儀測量模型多尺度多分辨率數(shù)據(jù)融合原始數(shù)據(jù)情況：涅盤佛陀?

長15.6m地面激光掃描18站重建結果:幾何模型：210萬三角形超過300張照片進行紋理映射照片3D

紋理模型成果

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158窟唐代塑像高2.8m；120

萬三角形；51張紋理成果

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196窟322窟西龕塑像照片塑像的3D紋理模型。手持掃描儀和地面掃描儀獲取的幾何模型。使用82張數(shù)字照片進行紋理映像成果

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322窟中心柱洞窟結構，1600萬三角形，紋理量：18GB成果

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254窟第二部分：云岡石窟典型石窟數(shù)字化習近平說，云岡石窟體現(xiàn)了中華文化的特色和中外文化交流的歷史。這是人類文明的瑰寶，要堅持保護第一，在保護的基礎上研究利用好。習近平主席在云岡石窟的講話（2020/05/11)第13窟形狀：平面呈橢圓形，穹窿頂尺寸：窟內東西寬11米，南北進深9米，上下高13.6米主佛高：13米四壁特征：各類佛教人物造像2990余尊云岡石窟13窟數(shù)字化采集與重建數(shù)據(jù)獲取困難雕塑體量大、數(shù)量多、分布廣給數(shù)據(jù)獲取帶來的困難文物紋理豐富與洞窟光線條件給紋理數(shù)據(jù)獲取帶來的困難洞窟結構復雜性給幾何數(shù)據(jù)獲取的統(tǒng)一性帶來的困難數(shù)據(jù)處理難幾何數(shù)據(jù)量大導致的處理困難拓撲關系復雜導致幾何構網(wǎng)處理困難復雜模型導致的紋理數(shù)據(jù)表達與處理困難三維可視化難超大數(shù)據(jù)的加載困難超大數(shù)據(jù)的逼真瀏覽困難重點難點解決方案搭建7層腳手架近景攝影測量300dpi高清采集激光掃描+全站儀重建大師分治-合并策略云渲染技術解決洞窟體量大的問題解決重建精度問題解決洞窟整體控制網(wǎng)問題解決超大數(shù)據(jù)量空三問題超大數(shù)據(jù)三維瀏覽問題7層腳手架工作平臺搭建示意激光掃描儀整體控制示意圖數(shù)據(jù)采集與處理總體流程圖采集原始數(shù)據(jù)匯總：影像數(shù)據(jù)28.34萬張15.1T掃描數(shù)據(jù)280站2.1T我們在整體控制網(wǎng)控制下，利用分治-合并策略，對28.34萬張近景影像進行分片空三與整體平差。視頻中每個紫色點都代表一張照片的外方位元素（相機位置和角度）成果：13窟整窟空三結果整窟模型由28.34萬（約14萬億像素）照片重建，精度優(yōu)于0.5毫米，數(shù)據(jù)量500GB；這是全球首次對于如此大體量洞窟進行如此高精度整體三維重建多端統(tǒng)一展示體驗數(shù)據(jù)安全得到保障降低三維數(shù)據(jù)展示與應用門檻云渲染

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讓文物展示突破設備限制利用云渲染技術，可以在PAD和手機上，流暢的交互瀏覽500GB的洞窟三維模型第三部分：數(shù)字香港志蓮凈苑建筑群位于香港的志蓮凈苑，其創(chuàng)作靈感來自莫高窟第172窟的壁畫對獲取每個組件的三維數(shù)據(jù)進行數(shù)字存檔從生產到組裝進行全程質量控制和檢查使用VR和GIS技術為志蓮凈苑開發(fā)完成虛擬建筑環(huán)境（

Virtual

ArchitecturalEnvironment

，VAE)平臺。任務傳統(tǒng)監(jiān)督方法使用測量桿，卡尺等需要許多工作進行大面積，長時間測量而且只能覆蓋局部區(qū)域計算機監(jiān)督使用現(xiàn)代測量技術獲取每個組件的數(shù)據(jù)使用已建立的三維模型數(shù)據(jù)庫工程監(jiān)督以數(shù)字方式存檔每個組件的三維數(shù)據(jù)?

一個典型案例：當組件在計算機上組裝時，發(fā)現(xiàn)了一個設計沖突問題。設計師根據(jù)我們的數(shù)據(jù)進行了修改。工程監(jiān)督：發(fā)現(xiàn)設計錯誤我們?yōu)橹旧弮粼方ㄖ⒘艘粋€大小為24.25GB的三維數(shù)據(jù)庫包括8萬個組件數(shù)據(jù)、25個單體數(shù)據(jù)及數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)等三維模型繪制正射影像繪制正面線圖繪制剖面三維模型和數(shù)字線劃圖這是第一次開發(fā)了中國唐代木結構的三維虛擬裝配，再現(xiàn)了中國唐代木結構的設計，加工和裝置的全過程，代表了唐代的建筑風格和藝術。中國唐代建筑虛擬組合過程第四部分：案例及應用應用于敦煌數(shù)字展示中心旅游模式升級無序抵達

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分時預約實地游覽

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數(shù)實結合帶來的好處分時預約，更好的保護文物數(shù)字游覽，更好的了解文化縱深拉長，更好的旅游服務武漢大學數(shù)字化成果應用于敦煌莫高窟數(shù)字展示中心直徑18米的球幕大屏的高清素材敦煌智慧旅游調度指揮中心數(shù)字文化遺產與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)結合，打造的敦煌指揮旅游調度指揮中心游客空間分布一目了然洞窟微環(huán)境狀態(tài)實時監(jiān)測講解員帶團路線優(yōu)化配置客流優(yōu)化調度的削峰填谷武當山古建筑群數(shù)字化實現(xiàn)武當山全域從大空間到小文物，從保護區(qū)域到文物構件的三維數(shù)字化。地理空間：山系、水系不可移動文物：宮、觀、廟、庵堂、廟巖、古建遺存可移動文物：道藏古籍、歷史文物、檔案資料非物質文化遺產：武當?shù)泪t(yī)、武當武術、武當?shù)罉肺洚斏焦沤ㄖ簲?shù)字化展示基于武當山全域數(shù)字化成果，打造游于武當之無窮自然與無窮文化的線上展覽。突破時空限制創(chuàng)新性沉浸性轉化性武當山古建筑群數(shù)字資源活化利用游戲與影視渲染場景應用基于文物數(shù)字化的文化創(chuàng)作和傳播《數(shù)字敦煌》虛擬沉浸展覽發(fā)掘文化元素提供旅游二銷《黑神話·悟空》讓中國傳統(tǒng)文化“出圈”帶火山西旅游偽滿皇宮博物院“無界安保指揮體系”在文化遺產實景三維數(shù)字模型上匯集了3065個感知設備，將安防、消防、建筑、光照及觀眾等實時信息加上AI算法，為博物院安防提供有力支撐。獲得202