走在“空無一人”的夫子廟景區(qū)，可以不再受嘈雜人流的影響，一磚一瓦仔細品味這一千年歷史的文脈之地，這不是某個“平行世界”，而是一小伙帶領團隊用激光技術將夫子廟景區(qū)在虛擬空間還原的場景。經過渲染掃描的數據，可以在手機上形成可身臨其境體驗的3D游戲，參與者能在其中漫步，甚至可以到處飛翔。

“我們使用的是3D高斯?jié)姙R技術，適合在虛擬空間再現結構復雜、雕刻精美、光影豐富的古建筑景區(qū)。”吳先生介紹，其特色是精細程度讓肉眼都難以分辨是游戲還是現實取景。他將自己制作的視頻發(fā)到社交平臺上，不少網友看了之后驚呼：生長在南京都從來沒有用這樣的視角看遍夫子廟的各種角落，而不少外地網友也表示：可以“賽博旅游”了！

曾經在畢業(yè)設計里掃描學校

如今讓千年古建在數字世界“活”起來

吳先生介紹，自己是今年的應屆畢業(yè)生，學習的專業(yè)是數字媒體技術。他的畢業(yè)設計就是把自己的學校全部用激光“掃描”下來，做成了活靈活現的游戲場景，讓人仿佛身臨其境，難辨是游戲還是現實。畢業(yè)后，吳先生入職江蘇一家開發(fā)裸眼3D顯示器的企業(yè)，從事3D內容的建模工作。

“這個項目既有工作上的測試需要，也是團隊的共同愿望，用今天最尖端的數字技術，讓像夫子廟這樣承載了南京千年文脈的歷史地標，不僅能被永久地、高精度地保存下來，更能以一種動態(tài)、可互動、甚至可游玩的方式，重新走進大眾的視野，尤其是年輕一代的生活中。”吳先生說。

“過去，傳統(tǒng)的文物保護多依賴于圖紙、照片，雖然珍貴，但難以全面、立體地記錄復雜古建筑的每一處細節(jié)。而近年來，隨著三維激光掃描、無人機攝影測量等技術的發(fā)展，古建數字化有了更多新可能。”吳先生說，他們運用的技術名叫3D高斯?jié)姙R（3D Gaussian Splatting, 3DGS），2023年被提出后，他立刻意識到，這簡直是為夫子廟這樣結構復雜、雕刻精美、光影豐富的古建筑景區(qū)量身定制的方案。

“與傳統(tǒng)的多邊形建模或早期的神經輻射場（NeRF）技術相比，3DGS能夠在消費級設備上實現實時、高保真的渲染效果，訓練速度也更快。”吳先生說：“這意味著我們有機會不再滿足于生成一個靜態(tài)的、只能從特定角度觀看的模型，而是創(chuàng)造一個觀眾可以自由穿行其中的沉浸式數字空間，甚至可以將其作為游戲場景進行二次創(chuàng)作。”

從一磚一瓦到虛擬世界

需要給古建筑做“毫米級CT”

吳先生介紹，將真實的夫子廟轉化為真實的游戲世界中，是一個多技術環(huán)節(jié)緊密銜接的系統(tǒng)工程。整個過程大致可以分為三步，首先需要全方位數據采集，給古建筑做一次“毫米級CT”。

為了實現高精度還原，他們采用了“空地融合”的采集方案，包括地面精細掃描和空中全局把握。“我們使用手持式三維激光掃描儀，對大成殿、欞星門、照壁等主要建筑的立面、柱礎、碑刻細節(jié)進行了掃描。設備集成的全景彩色相機，幫助我們捕獲了建筑物真實的色彩與紋理。”吳先生說，掃描的工作量如果全程一個人操作，大概需要兩三個小時，但他們用了多天來完成，“僅夫子廟的石像建模就掃描了4000多張照片。”

針對夫子廟復雜的屋頂結構（如翹角飛檐、屋脊獸吻），他們通過無人機進行傾斜攝影和貼近攝影測量，確保高空細節(jié)無一遺漏。“這個過程就像是給整個夫子廟建筑群做了一次精密的立體CT掃描，獲得了海量的點云數據和多角度高清影像，為后續(xù)建模奠定了堅實的基礎。”

有了數據以后，他們通過3DGS技術進行處理，這也是整個項目最具創(chuàng)新性的環(huán)節(jié)。在通過軟件對圖像進行運動恢復結構處理后，再進行高斯橢球優(yōu)化，最后進行可微分渲染與訓練，使得最終渲染出的圖像無限接近真實照片。這個過程確保了模型能夠捕捉到夫子廟磚木的精妙質感、琉璃瓦的光澤變化。

最終將優(yōu)化好的3DGS模型后，吳先生和團隊將其導入到虛幻引擎這樣的游戲開發(fā)平臺中。他提到，他們還在引擎中設置了動態(tài)光照系統(tǒng)，模擬從清晨到黃昏的不同光線，以再現夫子廟莊重而富有生活氣息的獨特氛圍。

“我們并沒有將其做成一個復雜的游戲，而是設計了一條沉浸式漫游路徑。通過精心設計的鏡頭運動，引導觀眾從天下文樞牌坊下穿行，掠過學宮的長廊，最終仰視大成殿的巍峨。”吳先生說。

“空地融合”技術無縫對接數據

觀眾可以在“虛擬夫子廟”中自由行走

“這個項目并非一帆風順，我們遇到了不少挑戰(zhàn)，也實現了一些讓我們自己都感到興奮的突破。”吳先生說，空中無人機影像和地面掃描儀數據的坐標系與精度不同，融合處理是一大挑戰(zhàn)。他們通過設置精確的地面控制點，并利用（空地融合）技術，成功實現了數據的無縫對接，確保了從屋脊到柱礎的整體模型精度統(tǒng)一。

“夫子廟場景復雜，直接生成的高斯模型可能包含數以千萬計的高斯點，對實時渲染壓力巨大。我們借鑒了分塊優(yōu)化的策略，將大場景劃分為多個區(qū)塊分別優(yōu)化后再合并，有效提升了計算效率并減少了邊界偽影。同時，在保證視覺質量的前提下，對遠處和次要的模型進行了合理的簡化。”

最終成果最令人驚喜的是，3DGS技術完美地還原了夫子廟磚木的質樸紋理和琉璃瓦在陽光下的微妙反光，其視覺效果遠超傳統(tǒng)三維建模。而更重要的是，這一切都是實時渲染的，這意味著觀眾可以在模型內部自由行走探索，獲得了一種“穿越”到數字夫子廟的獨特體驗，這是我們之前采用其他技術難以實現的。

吳先生說：“小時候做夢經常夢見自己飛，這項技術仿佛還原了夢境里的場景，感覺很有意思。”

未來古建筑可高精度數字孿生

助力文化遺產“活態(tài)”傳承

吳先生介紹，這個項目對他們來說不僅僅是一次技術演示，更是一個關于未來的起點。“這讓我們看到了3D高斯?jié)姙R等技術在文化遺產領域的巨大潛力。”他說，這一技術未來可以為珍貴的古建筑建立毫米級精度的數字孿生，即使實體建筑歷經滄桑，其最鼎盛時期的風貌也能在數字世界永久保存，為修復、研究提供無可替代的參考。

他表示，還可以結合VR設備，可以開發(fā)深度的虛擬游覽產品，讓世界各地的人們足不出戶就能“身臨其境”地漫步夫子廟，甚至體驗AR互動，看到虛擬的古代學子在學宮中誦讀的場景。另外，相關技術也可以開發(fā)成生動的歷史教學課件，學生們可以在虛擬場景中完成探索任務，在互動中學習古建知識、儒家文化，讓歷史學習變得有趣而深刻。

如今，不少前沿視覺生產者正在使用3D高斯?jié)姙R、4D高斯?jié)姙R等技術。吳先生認為，從事這樣的開發(fā)需要對歷史文化的敬畏與對技術創(chuàng)新的熱情，二者缺一不可。“古建數字化尤其考驗耐心，從數據采集的每一步都要力求精準。”

“我的最大心得是，技術之于文化，最好的角色不是冰冷的復制者，而是充滿溫度的翻譯官和連接器。”吳先生說：“希望我們做的南京夫子廟這個項目，能成為一個生動的案例，激勵更多人一起探索，讓古老的文明在數字時代煥發(fā)新的生機。”

實習生 高磊 揚子晚報/紫牛新聞記者 劉瀏

校對 陶善工