时空智能赋能文化遗产-让文化遗产在数字空间中永生

时空智能赋能文化遗产——让文化遗产在数字空间中永生前言重大需求让收藏在博物馆里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都活起来，让中华文明同世界各国人民创造的丰富多彩的文明一道，为人类提供正确的精神指引和强大的精神动力2014年3月，习近平总书记在联合国教科文组织总部演讲2024年8月6日，习近平总书记对加强文化和自然遗产保护传承利用工作作出重要指示：守护好中华民族的文化瑰宝和自然珍宝，让文化和自然遗产在新时代焕发新活力绽放新光彩。自然灾害人为破坏自然风化世界遗产分布广泛、生存环境受到严重威胁我国世界遗产总数达到59项，居世界前列。文化遗产正在加速消亡、实体修复保护性破坏时有发生科学保护手段较为欠缺展示渠道较为单一，不利于文化的交流与传承维护国家文化安全，刻不容缓！！现状与问题让文化遗产在数字空间永生！----李德仁目标与愿景文化遗产不能再生，也不可永生！ ——樊锦诗利用最新的测量、遥感、计算机视觉、AI、VR/AR、云计算等技术手段重建数字文化遗产数字文化遗产+虚拟地理环境的全方位数字孪生支持数字考古、艺术陈展、保护监测、交流传播、数字创意遗址尺度千米百米米厘米古长城古城镇大遗址古建筑石窟寺 壁画彩塑馆藏文物卫星有人机无人机架站式手持式控制测量激光扫描摄影测量结构光平台技术手段第一部分：数字敦煌莫高窟要推动敦煌文化研究服务共建“一带一路”，加强同沿线国家的文化交流，增进民心相通，要加强敦煌学研究，广泛开展国际交流合作，充分展示我国敦煌文物保护和敦煌学研究的成果。习近平在敦煌莫高窟的讲话（2019/08/19）丝绸之路丝绸之路是中国古代与西方国家之间贸易和文化交流的重要渠道。敦煌莫高窟敦煌是丝绸之路上，中国通往中东、亚欧等地的必经之地，是古希腊文明、波斯文明、印度文明和中华文明的桥梁和融合地。介绍坐西朝东，南北长1680米，高50米洞窟分布高低错落，最多有五层始建于十六国前秦时期（公元366年），历经北朝、隋、唐、五代、西夏、元等朝代，开凿过程延续了一千多年现存洞窟735个，其中492个有壁画彩塑壁画4.5万平方米，彩塑2415尊敦煌莫高窟测绘遥感保护敦煌之发端2006年8月，李德仁院士及朱宜萱教授与时任敦煌研究院院长樊锦诗讨论“三维数字敦煌”方案数字化存档古老的建筑立体相机地面激光扫描仪点云数码相机外观 壁画和雕像全站仪图像 控制点 控制点 立体图像无人机倾斜摄影倾斜影像实景三维模型、地形地貌天地一体化数字化存档无人机倾斜摄影测量飞行平台：大疆经纬M600倾斜相机：双鱼5.0B4200万像素全画幅相机双镜头摇摆工作方式◼

重量：1.25kg大疆M600多旋翼无人机双鱼5.0B倾斜相机第一次用无人机倾斜摄影获取了敦煌及周边地区完整的高精度地表数据，并建立了莫高窟及周边实景三维模型，此数据可以服务于敦煌地区的规划和保护应用作业区域莫高窟及周边60平方公里分辨率：1cm（核心区域）2-3cm（周边区域）188架次30万张倾斜影像无人机倾斜摄影测量无人机倾斜摄影测量莫高窟实景三维模型细节九层楼莫高窟小牌坊332窟(中心柱)302窟(中心塔)158窟(涅盘窟)45窟塑像九层楼立面扫描典型结构的洞窟激光点云（地面激光扫描/

按强度赋色）手持扫描仪佛像模型数据手持式扫描仪数据融合相位式激光扫描仪测量模型多尺度多分辨率数据融合原始数据情况：涅盘佛陀◼

长15.6m地面激光扫描18站重建结果:几何模型：210万三角形超过300张照片进行纹理映射照片3D

纹理模型成果

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158窟唐代塑像高2.8m；120

万三角形；51张纹理成果

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196窟322窟西龛塑像照片塑像的3D纹理模型。手持扫描仪和地面扫描仪获取的几何模型。使用82张数字照片进行纹理映像成果

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322窟中心柱洞窟结构，1600万三角形，纹理量：18GB成果

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254窟第二部分：云冈石窟典型石窟数字化习近平说，云冈石窟体现了中华文化的特色和中外文化交流的历史。这是人类文明的瑰宝，要坚持保护第一，在保护的基础上研究利用好。习近平主席在云冈石窟的讲话（2020/05/11)第13窟形状：平面呈椭圆形，穹窿顶尺寸：窟内东西宽11米，南北进深9米，上下高13.6米主佛高：13米四壁特征：各类佛教人物造像2990余尊云冈石窟13窟数字化采集与重建数据获取困难雕塑体量大、数量多、分布广给数据获取带来的困难文物纹理丰富与洞窟光线条件给纹理数据获取带来的困难洞窟结构复杂性给几何数据获取的统一性带来的困难数据处理难几何数据量大导致的处理困难拓扑关系复杂导致几何构网处理困难复杂模型导致的纹理数据表达与处理困难三维可视化难超大数据的加载困难超大数据的逼真浏览困难重点难点解决方案搭建7层脚手架近景摄影测量300dpi高清采集激光扫描+全站仪重建大师分治-合并策略云渲染技术解决洞窟体量大的问题解决重建精度问题解决洞窟整体控制网问题解决超大数据量空三问题超大数据三维浏览问题7层脚手架工作平台搭建示意激光扫描仪整体控制示意图数据采集与处理总体流程图采集原始数据汇总：影像数据28.34万张15.1T扫描数据280站2.1T我们在整体控制网控制下，利用分治-合并策略，对28.34万张近景影像进行分片空三与整体平差。视频中每个紫色点都代表一张照片的外方位元素（相机位置和角度）成果：13窟整窟空三结果整窟模型由28.34万（约14万亿像素）照片重建，精度优于0.5毫米，数据量500GB；这是全球首次对于如此大体量洞窟进行如此高精度整体三维重建多端统一展示体验数据安全得到保障降低三维数据展示与应用门槛云渲染

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让文物展示突破设备限制利用云渲染技术，可以在PAD和手机上，流畅的交互浏览500GB的洞窟三维模型第三部分：数字香港志莲净苑建筑群位于香港的志莲净苑，其创作灵感来自莫高窟第172窟的壁画对获取每个组件的三维数据进行数字存档从生产到组装进行全程质量控制和检查使用VR和GIS技术为志莲净苑开发完成虚拟建筑环境（

Virtual

ArchitecturalEnvironment

，VAE)平台。任务传统监督方法使用测量杆，卡尺等需要许多工作进行大面积，长时间测量而且只能覆盖局部区域计算机监督使用现代测量技术获取每个组件的数据使用已建立的三维模型数据库工程监督以数字方式存档每个组件的三维数据◼

一个典型案例：当组件在计算机上组装时，发现了一个设计冲突问题。设计师根据我们的数据进行了修改。工程监督：发现设计错误我们为志莲净苑建筑建立了一个大小为24.25GB的三维数据库包括8万个组件数据、25个单体数据及数字线划图数据等三维模型绘制正射影像绘制正面线图绘制剖面三维模型和数字线划图这是第一次开发了中国唐代木结构的三维虚拟装配，再现了中国唐代木结构的设计，加工和装置的全过程，代表了唐代的建筑风格和艺术。中国唐代建筑虚拟组合过程第四部分：案例及应用应用于敦煌数字展示中心旅游模式升级无序抵达

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分时预约实地游览

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数实结合带来的好处分时预约，更好的保护文物数字游览，更好的了解文化纵深拉长，更好的旅游服务武汉大学数字化成果应用于敦煌莫高窟数字展示中心直径18米的球幕大屏的高清素材敦煌智慧旅游调度指挥中心数字文化遗产与物联网、大数据结合，打造的敦煌指挥旅游调度指挥中心游客空间分布一目了然洞窟微环境状态实时监测讲解员带团路线优化配置客流优化调度的削峰填谷武当山古建筑群数字化实现武当山全域从大空间到小文物，从保护区域到文物构件的三维数字化。地理空间：山系、水系不可移动文物：宫、观、庙、庵堂、庙岩、古建遗存可移动文物：道藏古籍、历史文物、档案资料非物质文化遗产：武当道医、武当武术、武当道乐武当山古建筑群数字化展示基于武当山全域数字化成果，打造游于武当之无穷自然与无穷文化的线上展览。突破时空限制创新性沉浸性转化性武当山古建筑群数字资源活化利用游戏与影视渲染场景应用基于文物数字化的文化创作和传播《数字敦煌》虚拟沉浸展览发掘文化元素提供旅游二销《黑神话·悟空》让中国传统文化“出圈”带火山西旅游伪满皇宫博物院“无界安保指挥体系”在文化遗产实景三维数字模型上汇集了3065个感知设备，将安防、消防、建筑、光照及观众等实时信息加上AI算法，为博物院安防提供有力支撑。获得202