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从《黑神话·悟空》爆火，看数字孪生发展方向
September 5th, 2024近期，中国古建在国产3A大作《黑神话·悟空》中惊艳一众国内外玩家。从屋檐的斗拱到墙面的灰尘痕迹，游戏中对古建筑逼真的视觉还原和高精度细节，不仅加深了玩家的沉浸体验，也提升了整个游戏的艺术品质。
摩崖石刻上的颜体《金刚经》、北方大地伫立的西夏文石碑、佛像风化后残破的手臂……小到一则铭文，一只不起眼的壶，你都能在游戏中找到他们的位置。
一众古建筑能穿越千年重现玩家眼前，除了一众主创的苦心孤诣，也要归功于视觉科技的进步。其中，实景扫描就是一项重要的技术。
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什么是实景扫描？
实景扫描技术通过激光雷达、摄影测量等多种手段，精确地捕捉现实世界的三维信息，生成高精度的三维模型。这些模型可用于多种用途，例如地理地形测绘、重建历史遗迹、创建游戏环境或是优化工业生产过程。
但细分这两个方法，原理又大不相同。
激光雷达是利用激光脉冲来测量距离构建出高精度的三维模型，目前主要用于实时物体运动状态的检测。比如目前发展得如火如荼的汽车自动驾驶，就是通过在车辆外部安装激光雷达来实现的，就算是在夜晚、阴天或者恶劣天气，激光雷达也能坚守岗位，不像摄像头那样容易“罢工”。
而摄影测量又称倾斜摄影，是通过拍摄物体不同角度的照片，利用三角测量原理，可以计算出物体的位置、形状及运动状态，自动匹配特征点，进而生成详细的三维模型。
这项技术搭建的模型有更强的纹理信息和真实感，在游戏影视中比较常见。最早你能在1995年上映的电影《搏击俱乐部》中看到它的身影，该片导演大卫·芬奇导演就通过摄影扫描创作出了一段追踪镜头下的厨房画面，以营造电影中的紧张感：
如今，摄影测量已经成为视效工作流中的一个重要部分，在生活剧情片中也会大量出现，如HBO出品的《大小谎言》（BigLittleLies）和《利器》（SharpObjects）等。
而对于《黑悟空·神话》团队来说，实景扫描的建模效率才是最大的追求，在团队扫描的全国上百座寺庙和古迹中，光重庆“大足石刻”寺庙的建模就一度达到夸张的12亿个面。
如果参照现实建筑在电脑内创作，一个建筑的制作成本要达到几十万到上百万元，需要半年以上的时间。
“扫描效率能以指数级提升。”艺术总监杨奇说。
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哪些行业在尝鲜？
利用实景扫描能够迅速搭建起宏大的场景，并结合激光雷达、结构化光等先进技术，同步获取高分辨率的纹理资料和精确的地形高度数据。
这不仅极大提升了模型的精确度和视觉效果，也使得模型中的场景和物体更加逼真，从而增强视觉体验和沉浸感，适用于各种高精度应用场合。
此外，无人机三维建模技术还为设计者提供了深入理解建筑场景结构和布局的新途径，有助于他们更精准地进行规划管理工作，赋能打造更加高效的现实世界。
在工业可视化中，也有不少行业尝试引入这项技术：
1.城市建设
城市管理方面正在利用移动实景扫描来管理资产并确保安全和标准。例如，道路状况、桥梁损坏、公用事业、广告牌和路牌等所有内容。数据采集后，扫描成果将被送到地理空间数据库中。通过这种方式，可以存储、分析和可视化每个基础设施资产，在城市规划方面进行赋能。
比如，建设项目想开挖一条道路，不再需要实地考察这里的地质条件，以及周边管线情况。只需点一下鼠标，地下近百米的地质情况和周边建构筑物情况，都能一目了然。能不能开工，在哪个方向上挖多深，都能实时显示。
可视域分析板块中，点击一栋建筑，这栋楼有多高，能看到多远，视线会被哪些建筑遮住，也能精准分析，为打造错落有致、疏密有度的城市天际线，提供宝贵的基础数据。
2.公路养护
采用车载激光扫描测量系统，每秒百万点的测量速率，40-60公里每小时的行驶速度，可快速获得路面点坐标信息及道路破损情况，数据获取的质量和有效性远高于传统的人工采集。
激光显示的路面破损情况
此外，在特殊时期还可以采集隧道水消防高位水池数据、易结冰湿滑路面数据，对汛期桥梁下部结构安全运行和河道水位观测可做到精准监测，进一步提高养护管理水平。
3. 矿山监测
三维模型不仅展示矿山地貌的细节，还可以提供精准的地形信息，包括坡度、高差等，通过对扫描数据进行处理，工程师能够准确计算矿山中的不同体积，包括矿石储量、覆土层等，让矿山规划者可以确定最佳的采矿方案，优化坡度设计，提高采矿效率，并减少环境影响。
对于矿山滑坡问题，实景扫描可以从阴影地貌、坡度和地形等高线，识别出滑坡常见的形态特征。在这些植被茂密的丘陵地区，地形学家可以创建易滑坡地点清单，从而预测滑坡事件并更好地评估安全风险。
数字正射影像中滑坡区的疑似隐患点
4. 智慧旅游
实景扫描技术可以实景扫描景区、浏览和计算特色城镇，帮助旅游景区进行数字化展示和智能化管理，提高游客的体验感和景区的管理水平。
针对景区危险事件、突发事件、客流拥堵事件可视化程度较低、表达不直观的现状，基于三维场景也能根据景区人流量、工作人员及安保人员位置，自动生成最佳应急处理通道，并快速调动周边应急力量，提供景区应急保障能力。
5. 文物保护
一直以来，文物资料是采用传统的拓印，过程中要伴随着清洗、上水蜡、敷纸、敲打等步骤，频繁或非专业的拓印都会损害文物。面对文物这样的无价之宝，三维激光扫描技术具有极其重要的意义，不仅可以对文物进行高科技“备份”，更为未来可能遇到的自然老化或意外损伤提供了一套精准的修复蓝图，也可以制作成高仿真度的3D打印模型和AR影像，让观众近距离感受文物魅力。
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从开花到落地的最大关卡
虽然距离《实景扫三维建设技术大纲（2021版）》的印发已经三年过去，江苏、浙江、山东、安徽、湖北、甘肃、黑龙江等多个省（区、市）也相继发布文件响应要求，明确将实景三维数据生产及更新、时空数据库建设及维护等工作列入，但目前实景扫描技术大型应用并不普遍。
主要还是建设要求、技术难度和资金投入问题。从招投标情况来看，各地政府实景扫描相关的大型项目数量正逐渐增多，千万以上项目不断涌现，但真正有能力建设和承接的供需方都在少数。
但作为完善数字模型重要手段，实景扫描在数字孪生领域的发展趋势仍是不可阻挡的。实景三维数据作为数字孪生的基础，对于城市规划、自然资源管理、应急响应等领域有着重要的意义，是实现行业可视化和优化发展的必然选择。
结语
作为一项长期项目，实景扫描的发展需要自上而下的长远考虑、系统统筹和市场培育，在成长过程中难免经历“阵痛”。随着实景三维中国建设的全面推进，在不远的将来，国内终将形成新的良性生态，产业也将迎来全新的市场格局，为更多行业精细化运营提供赋能。
