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刘建国:我为遗迹做三维建模成本很低
发布时间:2014-11-14    文章出处:弘博网    作者:胡玉瑾    点击率:
  人物简介:
 
  刘建国,男,1966年1月出生于安徽省庐江县。1989年7月毕业于武汉测绘科技大学摄影测量与遥感专业,获工学学士学位。同年到中国社会科学院考古研究所参加工作,从事考古测量、遥感、地理信息系统(即GIS)以及考古计算机图形图像学等方面的应用研究。2007年6月毕业于中国地质大学(北京)研究生院,获地学信息工程专业工学博士学位。现为中国社会科学院考古研究所研究员,中国社会科学院研究生院教授。
 
  1995~2010年,受聘为北京大学考古系(后升级为考古文博学院)考古专业讲授《考古测量》课程,后来逐步增加考古遥感、GIS等内容,课程名称改为《考古信息技术》,2005年该课程被选定为北京大学的主干基础课程,2008出版了该课程教材。2004年起,在中国文化遗产研究院文物保护与修复培训中心举办的多个培训班上主讲《考古空间信息技术》课程。2012年开始,受聘为中央民族大学民族学与社会学学院文物与博物馆专业讲授《考古信息技术》课程。
 
 刘建国老师在办公室接受弘博网记者专访 胡玉瑾摄
 
  10月24日,刘建国老师应弘博网记者邀请在他位于中国社会科学院考古研究所的办公室中接受了我们的采访,采访中刘建国老师为我们介绍了他在三维建模方面的新技术以及这一技术的推广情况,同时还谈到了他对“智慧博物馆”这一新兴词汇的看法,我们将分上、下两期为大家呈现这次访谈的内容。
 
  新技术:成本低、效果好、速度快
 
  记:首先,非常感谢刘老师在百忙之中接受我们的采访,通过您的自传我们了解到您提出了“数字考古”的概念,并且致力于推广考古研究的信息化建设,那么您觉得现在文博行业对于新技术的接受能力如何?
 
  刘:文博、考古行业对新技术的接收能力并不差,但是一项技术能否运用起来,需要考虑这项技术的掌握难度和运行成本。现在社科院考古所的很多发掘现场都需要用遥控飞机拍照,然后制作三维模型。很多兄弟单位听说之后也希望我去给他们介绍这项通过影像进行三维建模的技术,以便把这项技术运用到田野发掘和博物馆展示工作之中。现在大家都大概知道三维建模技术,而且也知道遗迹或文物的三维模型建起来之后展示效果很好,很迫切地想开展这个工作。但是之前三维建模只能通过三维激光扫描来完成,而三维激光扫描的设备非常昂贵,操作起来难度也很大,所以制约了三维建模技术的发展。另外,一些单位请相关公司来开展三维建模工作,但有时效果不是很理想,制作成本也很高,使得这个技术在文博、考古行业发展得比较缓慢。
 
  这两年多视角三维重建技术已经比较成熟,推出了多款软件,有的软件操作很简单。推广这一技术的理由首先是大家现在很迫切地需要做三维信息采集、存档记录的工作;第二是软件价格比较低廉,所需要的配套设备只是照相机和计算机,需要的成本很低。不过软件对计算机的要求很高,我使用的图形工作站可能贵一点,一般的台式计算机可以处理20~30幅2000万左右像素的数字影像,影像多的时候需要降低影像的像素,处理时间也相对多一些。所以这个技术推广应用的可行性很高,有了软件的支持,加上照相机和计算机,三维建模工作就可以开展起来。我给一些省文物考古研究所的技师或研究生介绍之后,基本上两天的时间就能够基本掌握,具体使用过程中可能会出现一些小的问题,但是通过相互交流就可以解决,经过几次实践,他们就会知道哪里可能会出现问题,今后拍摄影像、数据处理时就会注意这些地方,技术也就熟练了。 
 
  记:您推广的技术得到了怎样的反馈呢?
 
  刘:这段时间去了几个考古发掘现场,有些发掘工地还有很多学生在实习,大家对通过影像制作三维模型的技术都有浓厚的兴趣,纷纷拿着相机甚至手机拍照,尝试建立三维模型。前些天有位同仁反馈说他们把三维建模技术应用得非常好,在一个墓葬的不同发掘过程中拍摄照片制作了七个模型。如果请商业公司使用三维激光扫描仪制作一次三维模型,可能需要十余万元的经费,制作七个模型的经费就不可想象了。而现在通过新的技术,就可以在墓葬发掘的不同层位,如墓葬口、出现重要遗迹等情况时,都可以拍摄照片制作三维模型。一般半个小时以内就能够把照片拍完,然后可以继续往下发掘。
 
  一个墓葬制作七个模型,这是很好的研究、存档材料。也可以在网上展示出来,让观众去查看,既可以看到墓葬一个个发掘阶段的整体情况,也可以看到局部的细节。这给观众的感受是完全不同的,以前我们在网上提供的只是二维照片,二维照片反映三维空间的时候有很大的局限,它显示不出空间的关系。那么三维模型展示三维的空间就非常合适,而且大家对三维空间很熟悉,三维模型所展示的信息量也非常大,就给别人一种亲临现场的感觉。现在很多考古发掘现场需要请专家到现场进行指点,以后如果我们把模型做得很好,就可以直接带着三维模型来给专家研究,请不同领域的专家不用到现场就可以探讨复杂的遗迹现象。 
 
  记:您觉得这三维建模技术对文博行业最大的贡献在什么地方?
 
  刘:多视角影像三维重建技术的推广,首先将改变田野绘图的基本方法,这是一次革命性的飞跃,我们几十年的传统田野绘图方法将因此而改变。现在的田野绘图是怎样呢,比如绘制墓葬图时需要拉基线,基线上挂着皮尺,然后用钢卷尺量一些关键点,同时在米格纸上标点、绘图。复杂的发掘区绘图可能要用两三天时间,绘图的时候往往不能继续发掘,会耽误大量宝贵的发掘时间,而很多地方的考古发掘时间都很有限。通过拍摄照片与现场控制测量来制作三维模型,再生成平面、立面正射影像图,然后通过这些影像图绘图,既能提供绘图的精度,更能节省大量的时间,基本上不影响田野发掘工作的进程。当然最重要的是我们获取的信息不一样,以前我们发掘过程中只是画几幅线划图,拍几张二维的照片。现在我们获取三维信息,是全方位的,信息量巨大,为存档、展示和后续研究提供了充分的保障。 
 
  以后田野考古工作中全站仪和RTK的功能应该简化了,以前用全站仪、RTK来测地形图,测地形、地物、遗迹、现象,现在只用来测控制点,然后剩下的全交给航拍照片和软件处理。拍摄照片之前需要摆放四个控制板,用全站仪、RTK把控制板的精确坐标测量出来,照片拍摄之后经过软件处理就可以直接生成等高线了,树木和房屋生成的等高线需要删除、修改,使所有的等高线都符合实地的情况,然后根据正射影像再把遗迹、房屋、道路等画出来,一张地形图就制作完成了。 
 
  记:多视角影像三维重建技术是用相机拍摄照片来处理,可能有些人会觉得听起来设备上不如三维激光扫描仪,为什么三维建模效果会更好呢? 
 
  刘:多视角影像三维重建与三维激光扫描都够获取文化遗产的三维空间信息,制作真实的三维模型,并且能够生成正射影像图、等值线图等资料。多视角影像三维重建的设备简单,处理过程也比较简便、快捷;而三维激光扫描设备的成本非常昂贵,外业操作、计算机处理都很复杂,三维激光扫描首先生成的是点云数据,之后要用计算机处理,把不同的站点扫描所获得的点云拼合在一起,然后生成一个没有纹理的素面模型。最后,对照相机现场拍摄的影像进行纠正和变形处理,粘贴在这个素面模型上才能生成一个真正的三维模型,这个过程是很麻烦的而且效果也不好,对于壁画一类表面比较平坦的文化遗产,粘贴纹理的效果就更差。而多视角影像三维重建技术,只需要用照相机拍照片、并进行少量的控制测量,就能够把三维模型制作做出来,包括点云、纹理、正射影像等全部都可以获取,技术上的难度很小,速度也快,应该是今后的主要发展方向。
 
  新技术的推广:正在进行中
 
  记:这项技术在推广过程中有遇到什么困难和阻碍么?为什么没有快速推广开来呢?
 
  刘:我从去年年初开始接触这项技术,刚刚开始的时候觉得建模效果还不错。后来又对不同的遗迹、文物拍摄照片,进行了很多尝试。遇到一项新的技术需要先熟悉它,然后要检验它的建模精度,了解这个技术究竟能干什么,能解决我们什么问题,考虑的问题很多。然后要进一步摸索它还能够解决一些什么问题,在考古学上还能满足我们什么需要。只有我把问题了解清楚了,才可以告诉大家,让大家感兴趣。去年年底我们又开始运用四轴飞行器拍摄照片制作三维模型,同时尝试生成正射影像图、等值线图等等,发现在考古发掘过程中应该更有施展空间。虽然之前也在一些场合向文博、考古届同仁、学生介绍过这项技术,并且在我单位的一些考古队训练年轻人员和技师使用三维建模技术获取空间信息、辅助田野绘图。但真正开始推广应该是今年夏天,在几个培训班甚至去一些单位专门指导有兴趣的人员、技师练习、操作,全面掌握多视角影像三维重建技术用于三维建模和制图。
 
  当然,现在能够使用多视角影像三维重建技术开展工作的同仁还是很少,但是已经比去年这个时候多很多了,相信很快就会有越来越多的同仁了解并使用这项技术,使我们的空间信息采集、研究、展示等技术更加成熟。
 
  记:现在也还是有人不了解三维模型的意义?您是否想过利用公共平台或者其他方式推广这项技术?
 
  刘:有人可能觉得不需要三维模型,画好线图就可以了。但更多的人可能还是觉得三维建模的成本太高,不可能对每次发掘、每个文物都制作三维模型。所以适当的宣传还是必要的,应该尽快让更多的同仁知道有这项操作简单、成本低廉的技术可以用来制作三维模型和辅助制图,尽快让大家自己动手去尝试和体验这项技术带来的高效和便捷。
 
  10月9日晚上的中央电视台的探索与发现栏目的《考古进行时》播放《古关觅踪》,其中就有我使用六轴飞行器拍摄汉函谷关、制作三维模型等内容,很多同仁观看后还与我交流过相关技术。
 
  我推广这项技术的时间也不长,慢慢来吧,对我来说也不是很着急,这些事也不是一两天就能完成的。不过没有考虑过通过商业运作来推广三维建模技术,那不是我熟悉的方式。我把技术上该做的事都做好,多尝试对一些不同的文化遗产进行拍摄与建模,进行适当的归纳和总结,然后与大家分享。
 
  笔者认为,刘建国老师在中国社会科学网上的自传中的一句话十分适合用来做我们上半部分的结尾,“对于未来我从不作精细的企划,因为总是有许许多多的偶然会随时发生。所以我只是想保持一种淡泊、坦然而且简单的心态,认真做好眼前的工作。”

副标题:中国社会科学院考古研究所刘建国老师专访(上)
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刘建国:我为遗迹做三维建模成本很低

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  刘建国,男,1966年1月出生于安徽省庐江县。1989年7月毕业于武汉测绘科技大学摄影测量与遥感专业,获工学学士学位。同年到中国社会科学院考古研究所参加工作,从事考古测量、遥感、地理信息系统(即GIS)以及考古计算机图形图像学等方面的应用研究。2007年6月毕业于中国地质大学(北京)研究生院,获地学信息工程专业工学博士学位。现为中国社会科学院考古研究所研究员,中国社会科学院研究生院教授。
 
  1995~2010年,受聘为北京大学考古系(后升级为考古文博学院)考古专业讲授《考古测量》课程,后来逐步增加考古遥感、GIS等内容,课程名称改为《考古信息技术》,2005年该课程被选定为北京大学的主干基础课程,2008出版了该课程教材。2004年起,在中国文化遗产研究院文物保护与修复培训中心举办的多个培训班上主讲《考古空间信息技术》课程。2012年开始,受聘为中央民族大学民族学与社会学学院文物与博物馆专业讲授《考古信息技术》课程。
 
 刘建国老师在办公室接受弘博网记者专访 胡玉瑾摄
 
  10月24日,刘建国老师应弘博网记者邀请在他位于中国社会科学院考古研究所的办公室中接受了我们的采访,采访中刘建国老师为我们介绍了他在三维建模方面的新技术以及这一技术的推广情况,同时还谈到了他对“智慧博物馆”这一新兴词汇的看法,我们将分上、下两期为大家呈现这次访谈的内容。
 
  新技术:成本低、效果好、速度快
 
  记:首先,非常感谢刘老师在百忙之中接受我们的采访,通过您的自传我们了解到您提出了“数字考古”的概念,并且致力于推广考古研究的信息化建设,那么您觉得现在文博行业对于新技术的接受能力如何?
 
  刘:文博、考古行业对新技术的接收能力并不差,但是一项技术能否运用起来,需要考虑这项技术的掌握难度和运行成本。现在社科院考古所的很多发掘现场都需要用遥控飞机拍照,然后制作三维模型。很多兄弟单位听说之后也希望我去给他们介绍这项通过影像进行三维建模的技术,以便把这项技术运用到田野发掘和博物馆展示工作之中。现在大家都大概知道三维建模技术,而且也知道遗迹或文物的三维模型建起来之后展示效果很好,很迫切地想开展这个工作。但是之前三维建模只能通过三维激光扫描来完成,而三维激光扫描的设备非常昂贵,操作起来难度也很大,所以制约了三维建模技术的发展。另外,一些单位请相关公司来开展三维建模工作,但有时效果不是很理想,制作成本也很高,使得这个技术在文博、考古行业发展得比较缓慢。
 
  这两年多视角三维重建技术已经比较成熟,推出了多款软件,有的软件操作很简单。推广这一技术的理由首先是大家现在很迫切地需要做三维信息采集、存档记录的工作;第二是软件价格比较低廉,所需要的配套设备只是照相机和计算机,需要的成本很低。不过软件对计算机的要求很高,我使用的图形工作站可能贵一点,一般的台式计算机可以处理20~30幅2000万左右像素的数字影像,影像多的时候需要降低影像的像素,处理时间也相对多一些。所以这个技术推广应用的可行性很高,有了软件的支持,加上照相机和计算机,三维建模工作就可以开展起来。我给一些省文物考古研究所的技师或研究生介绍之后,基本上两天的时间就能够基本掌握,具体使用过程中可能会出现一些小的问题,但是通过相互交流就可以解决,经过几次实践,他们就会知道哪里可能会出现问题,今后拍摄影像、数据处理时就会注意这些地方,技术也就熟练了。 
 
  记:您推广的技术得到了怎样的反馈呢?
 
  刘:这段时间去了几个考古发掘现场,有些发掘工地还有很多学生在实习,大家对通过影像制作三维模型的技术都有浓厚的兴趣,纷纷拿着相机甚至手机拍照,尝试建立三维模型。前些天有位同仁反馈说他们把三维建模技术应用得非常好,在一个墓葬的不同发掘过程中拍摄照片制作了七个模型。如果请商业公司使用三维激光扫描仪制作一次三维模型,可能需要十余万元的经费,制作七个模型的经费就不可想象了。而现在通过新的技术,就可以在墓葬发掘的不同层位,如墓葬口、出现重要遗迹等情况时,都可以拍摄照片制作三维模型。一般半个小时以内就能够把照片拍完,然后可以继续往下发掘。
 
  一个墓葬制作七个模型,这是很好的研究、存档材料。也可以在网上展示出来,让观众去查看,既可以看到墓葬一个个发掘阶段的整体情况,也可以看到局部的细节。这给观众的感受是完全不同的,以前我们在网上提供的只是二维照片,二维照片反映三维空间的时候有很大的局限,它显示不出空间的关系。那么三维模型展示三维的空间就非常合适,而且大家对三维空间很熟悉,三维模型所展示的信息量也非常大,就给别人一种亲临现场的感觉。现在很多考古发掘现场需要请专家到现场进行指点,以后如果我们把模型做得很好,就可以直接带着三维模型来给专家研究,请不同领域的专家不用到现场就可以探讨复杂的遗迹现象。 
 
  记:您觉得这三维建模技术对文博行业最大的贡献在什么地方?
 
  刘:多视角影像三维重建技术的推广,首先将改变田野绘图的基本方法,这是一次革命性的飞跃,我们几十年的传统田野绘图方法将因此而改变。现在的田野绘图是怎样呢,比如绘制墓葬图时需要拉基线,基线上挂着皮尺,然后用钢卷尺量一些关键点,同时在米格纸上标点、绘图。复杂的发掘区绘图可能要用两三天时间,绘图的时候往往不能继续发掘,会耽误大量宝贵的发掘时间,而很多地方的考古发掘时间都很有限。通过拍摄照片与现场控制测量来制作三维模型,再生成平面、立面正射影像图,然后通过这些影像图绘图,既能提供绘图的精度,更能节省大量的时间,基本上不影响田野发掘工作的进程。当然最重要的是我们获取的信息不一样,以前我们发掘过程中只是画几幅线划图,拍几张二维的照片。现在我们获取三维信息,是全方位的,信息量巨大,为存档、展示和后续研究提供了充分的保障。 
 
  以后田野考古工作中全站仪和RTK的功能应该简化了,以前用全站仪、RTK来测地形图,测地形、地物、遗迹、现象,现在只用来测控制点,然后剩下的全交给航拍照片和软件处理。拍摄照片之前需要摆放四个控制板,用全站仪、RTK把控制板的精确坐标测量出来,照片拍摄之后经过软件处理就可以直接生成等高线了,树木和房屋生成的等高线需要删除、修改,使所有的等高线都符合实地的情况,然后根据正射影像再把遗迹、房屋、道路等画出来,一张地形图就制作完成了。 
 
  记:多视角影像三维重建技术是用相机拍摄照片来处理,可能有些人会觉得听起来设备上不如三维激光扫描仪,为什么三维建模效果会更好呢? 
 
  刘:多视角影像三维重建与三维激光扫描都够获取文化遗产的三维空间信息,制作真实的三维模型,并且能够生成正射影像图、等值线图等资料。多视角影像三维重建的设备简单,处理过程也比较简便、快捷;而三维激光扫描设备的成本非常昂贵,外业操作、计算机处理都很复杂,三维激光扫描首先生成的是点云数据,之后要用计算机处理,把不同的站点扫描所获得的点云拼合在一起,然后生成一个没有纹理的素面模型。最后,对照相机现场拍摄的影像进行纠正和变形处理,粘贴在这个素面模型上才能生成一个真正的三维模型,这个过程是很麻烦的而且效果也不好,对于壁画一类表面比较平坦的文化遗产,粘贴纹理的效果就更差。而多视角影像三维重建技术,只需要用照相机拍照片、并进行少量的控制测量,就能够把三维模型制作做出来,包括点云、纹理、正射影像等全部都可以获取,技术上的难度很小,速度也快,应该是今后的主要发展方向。
 
  新技术的推广:正在进行中
 
  记:这项技术在推广过程中有遇到什么困难和阻碍么?为什么没有快速推广开来呢?
 
  刘:我从去年年初开始接触这项技术,刚刚开始的时候觉得建模效果还不错。后来又对不同的遗迹、文物拍摄照片,进行了很多尝试。遇到一项新的技术需要先熟悉它,然后要检验它的建模精度,了解这个技术究竟能干什么,能解决我们什么问题,考虑的问题很多。然后要进一步摸索它还能够解决一些什么问题,在考古学上还能满足我们什么需要。只有我把问题了解清楚了,才可以告诉大家,让大家感兴趣。去年年底我们又开始运用四轴飞行器拍摄照片制作三维模型,同时尝试生成正射影像图、等值线图等等,发现在考古发掘过程中应该更有施展空间。虽然之前也在一些场合向文博、考古届同仁、学生介绍过这项技术,并且在我单位的一些考古队训练年轻人员和技师使用三维建模技术获取空间信息、辅助田野绘图。但真正开始推广应该是今年夏天,在几个培训班甚至去一些单位专门指导有兴趣的人员、技师练习、操作,全面掌握多视角影像三维重建技术用于三维建模和制图。
 
  当然,现在能够使用多视角影像三维重建技术开展工作的同仁还是很少,但是已经比去年这个时候多很多了,相信很快就会有越来越多的同仁了解并使用这项技术,使我们的空间信息采集、研究、展示等技术更加成熟。
 
  记:现在也还是有人不了解三维模型的意义?您是否想过利用公共平台或者其他方式推广这项技术?
 
  刘:有人可能觉得不需要三维模型,画好线图就可以了。但更多的人可能还是觉得三维建模的成本太高,不可能对每次发掘、每个文物都制作三维模型。所以适当的宣传还是必要的,应该尽快让更多的同仁知道有这项操作简单、成本低廉的技术可以用来制作三维模型和辅助制图,尽快让大家自己动手去尝试和体验这项技术带来的高效和便捷。
 
  10月9日晚上的中央电视台的探索与发现栏目的《考古进行时》播放《古关觅踪》,其中就有我使用六轴飞行器拍摄汉函谷关、制作三维模型等内容,很多同仁观看后还与我交流过相关技术。
 
  我推广这项技术的时间也不长,慢慢来吧,对我来说也不是很着急,这些事也不是一两天就能完成的。不过没有考虑过通过商业运作来推广三维建模技术,那不是我熟悉的方式。我把技术上该做的事都做好,多尝试对一些不同的文化遗产进行拍摄与建模,进行适当的归纳和总结,然后与大家分享。
 
  笔者认为,刘建国老师在中国社会科学网上的自传中的一句话十分适合用来做我们上半部分的结尾,“对于未来我从不作精细的企划,因为总是有许许多多的偶然会随时发生。所以我只是想保持一种淡泊、坦然而且简单的心态,认真做好眼前的工作。”

副标题:中国社会科学院考古研究所刘建国老师专访(上)

作者:胡玉瑾

文章出处:弘博网