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数字长城的诞生:游戏技术如何帮助我们保存现实?

时间:2022-06-13 16:54来源:大润发彩票 点击:

历经了许多年的发展,电子游戏终于达到以假乱真的地步了。这是个漫长的旅程,但大体上,我们循序渐进地做着"把现实搬进虚拟世界"的工作。绝大多数时候,即便是创造一个虚拟世界,建模与作画都以现实中已有的事物为准绳。至于照片扫描建模(Photogrammetry)、动作捕捉(Motion Capture)这样直接把影像资产快速变为数字化场景的技术就更不用说了。

"把现实搬进虚拟世界"当然是电子游戏一直在做的事情,但这件事情还有另一面,我们还可以用虚拟来"保存现实"。

让人们印象最深的或许是巴黎圣母院。在 2019 年的大火之后,一度有"游戏公司利用‘刺客信条’建模重建巴黎圣母院"的报道。遗憾的是,这个说法并不准确,真实的情况是,育碧的确为巴黎圣母院的重建捐了一笔款项,还承诺愿意提供力所能及的帮助,但从未表示会提供相关图纸或建模。不过,在这一问题的相关讨论中,人们也更进一步意识到了电子游戏的文化价值——至少,作为一种文化产品,电子游戏对文物或古建筑知识起到了明显的普及作用。

是否有可能更进一步呢?不止是"像那个样子"或是"以假乱真",而是达到在一定程度上就是真的——就像是一个"原件",只不过是在虚拟的世界中。

虽然这个问题看起来一定程度上涉及到哲学,但我始终认为它有一个明确的答案:可以。昨天(6 月 11 日)上线的"云游长城"就是这样的项目,简单来说,这个产品想要的是,在虚拟世界中用数字技术还原一段真实的长城。

"数字长城"可能是另一种现实——是"原件",只不过是在虚拟的世界中

虚拟的长城之旅

通过"云游长城"小程序进入其中,便是一段超写实的"数字长城"之旅。与现在景区常见的电子导游类似,游览的过程中伴随着濮存昕、张若昀的语音向导,各类知识点也以语音、图文的形式倾泻而出:长城上是怎么排水的、射孔箭窗又在哪儿、刻字砖上写了什么……当然,也带有一点儿功能游戏的影子——在这段旅途中,用户的身份是"长城修缮官",能够在线体验考古清理、砌筑、勾缝、砖墙剔补和支护加固等修缮流程。

包括焦距和虚化,我看到的几乎和现实中的摄影作品相同

此前,我们当然见过一些类似的东西,比如基于网页的"云旅游",或者依托于 360 度摄像头的全景视频,甚至就连地图软件附带的 3D 街景都能对周遭的地图做一个动态展示。不过,数字长城能做的并不止于此。

有趣的是,一个游戏玩家和一个没玩过游戏的普通用户都会对数字长城感到吃惊,虽然吃惊的理由不太一样。数字长城拥有极高的清晰度和分辨率,即使放在全球来看,应该都是目前移动端能体验到的天花板。对不熟悉游戏的用户来说,他或许会以为自己是在看一段实拍视频。

而游戏玩家则会直接联想到 3A 游戏——也会或多或少知晓这件事的难度和意义,在数字世界中重建长城,这本身就让人感到激动。

在这段虚拟的长城旅游里,我的第一反应就是联系到很多游戏中附带的"发现之旅"模式。这是一个把"游玩"(包括主角、NPC、敌人和剧情、玩法等等在内)从游戏中删除,增添了更多旅游感、知识点和体验性的模式,是一个纯粹的"步行模拟器"。相比游戏主线剧情的层层推进,"发现之旅"中只有一大片虚拟的古埃及(也可能是希腊、北欧,或是别的什么地方)。不过,除了少数地标性建筑,"发现之旅"中的场景基本上都是虚构的,而数字长城与这些通过本机或云渲染的 3A 游戏不同——尽管它们有类似的原理,但在制作上,数字长城与现实的关联更大,甚至可以说,它所做的就是把我们的世界转化为了数字形态。

长城保护:从现实到数字世界

尽管游戏的画面越来越逼真,游戏玩家仍然容易理解照片与建模这两种概念的差别。但对不了解电子游戏最新进展的人们来说,事情或许有些令人费解:既然看到的东西都是一样的,到底为什么要在意它是不是视频?建模和实拍到底有什么差别?

技术进步带来了视觉奇观,参观者如果不仔细分辨,很难看出建模和实拍的差别

简单点说,和视频、照片相比,数字长城并不是对现实世界直接的影像记录,而是重新制作的模型,就和游戏一样。但和游戏不一样的是,场景的构建并不为游戏性服务,而是完全围绕着"还原"进行,有着毫米级别的超高精度。

数字长城是一种"真实的虚拟"。这种特性导致了它在制作上会比视频拍摄与不考虑真实性的建模都更加麻烦。

为什么要如此大费周折?

这样的项目当然不仅是为了做出一个"云旅游"的小程序,而更多涉及到传统文化传播、古建筑与文物保护等文化领域的内容。

保护文物和传播文物知识的方式有很多种,但这一次与此前都不同——老实说,我也最喜欢这一次。过去对长城保护的尝试,尽管许多成果也在线上呈献,但都围绕着现实中的长城,讨论的是我们拥有过什么、现在还有什么、如何留住历史……这一次的尝试更进一步,不再仅仅讨论"如何保护"的老问题,而是结合了历史与创造。

出于保护的目的,长城经历过数次修缮。历史会留住一部分,但也有失去的部分

数字化的还原、重建和现实中的修缮非常相似,它们共享一个内涵——传承文化

我们在数字世界中备份了当下的世界,自此拥有了一份永远不会丢失的图纸,而且,这还是一份对所有人开放的图纸。

当游戏技术走出游戏

这一切是如何做到的呢?腾讯数字长城项目组向触乐介绍了在这一项目中运用到的技术。在这些介绍中,我听到了许多熟悉的名词——游戏玩家对这些词都不会陌生,这就像是以现实为参照,制作一个高精度的场景。项目组需要做的仍然是建模,但这些模型不再是为玩法和机制而服务,而是专注于达到"接近现实"这一目标。

首先是最关键的场景制作。项目组主要采用了照相建模技术与三维激光扫描技术。

简单来说,照相建模是一种将同一场景不同角度的一系列的照片"翻译"成 3D 模型与贴图的技术。这项技术在"战地""刺客信条"等众多 3A 游戏中都已投入使用,此外,在专业领域,如考古学中也有一定应用。三维激光扫描技术则是利用激光扫描仪对空间进行测量,相比照相建模技术来说要更加精准一些。此前,艺术史学家 Andrew Tallon 就曾利用这项技术对巴黎圣母院进行了激光扫描,这成为了巴黎圣母院重建的宝贵材料。

数字长城的目标是"还原",这要求极高的精度。"素材"来自于两方面:激光拍摄形状,主要用于建模;单反与无人机拍摄照片,用于贴图的参考。这样,项目实现了对喜峰口长城(1 公里范围内)的精准摄影测量,保证了超 5 万张"照片级还原"。

光有素材还不够,要以一种类似游戏的方式还原这样的场景,同样需要高性能的渲染效果。项目组使用了"虚幻"引擎 5 进行渲染,引擎的 Nanite 技术支撑了"超过 10 亿面的资产处理",动态光照(Lumen)技术则提供了更真实的环境效果。

环境光照的效果令人惊讶,可以说,这也是精细化技术在发展后的必然

得到还原的不仅是长城主体,就连周边的地形以及数十万棵树木植被,也都在数字长城中被制作出来。地形的制作,部分依据此前激光扫描获得的 GIS 信息,并结合国家的卫星拍摄地形资源库进行校准、微调;植被的制作,则经过考察当地的县志,筛选符合实地环境的植物来制作模型,再并利用腾讯自研的 PCG 生成技术(Procedural Content Generation,过程化内容生成)分布到漫山遍野。

用户在数字长城中看到的画面背后有着 30GB 的素材,即便不考虑空间,这样 3A 游戏级别的渲染处理,也不是手机的移动版 CPU 所能完成的。为了确保效果,项目组选择了云游戏的模式,在服务器端实时演算,再将 1080p 的画面传输到用户的手机当中。

毫无疑问,在国内甚至全球范围内,还从没有过在文保领域这种程度的投入。腾讯基金会文博项目高级顾问、腾讯新文创研究院执行院长戴斌,在接受媒体采访时提到一个我非常认同的观点:"可能性真的不是单纯靠想象力就可以实现的。"他说,参与文化遗产保护是腾讯的传统,可" 2014 年的时候我没有办法拥有这种想象力",那时候"游戏引擎也有,但是可能精度没有现在这么高,互动也没有现在这么好,我们在移动互联网平台上的移植也不会这么自然"。但如今,我们已经可以做到,这是"游戏技术本身成长带来的必然性"。

的确,在当前,这种技术和投入很有探索意义,也尤其具备前景。

游戏能做到什么?

对于数字长城的每一个修缮体验环节,当然都可以用游戏制作的流程去理解。不过,当我在数字世界中畅游长城的时候,心中总是不由得浮现出一个困惑:那些不了解这些技术的人们会怎么看待这次尝试呢?

在他们看来,效果或许与直接看视频相差不大?或许数字长城要更自由一点儿,但是为这一点自由,比"拍一段视频"多付出了多少东西呀?我们制作了一个虚拟的世界,让它与现实相差无几,然后再向人们展示"真实的虚假"。可人们或许会认为它看上去就是一段视频嘛。

这让我想起此前许多次游戏引擎的演示,无论是"虚幻"还是" Unity ",在它们的演示画面中,都让人难以区分那是不是真实的人类和场景——是不是或许不重要,但我尤其喜欢看玩家们在这个问题上的争论。这种难以分辨意味着"我们可以做到",而技术就是"能不能做到"。"能做到",哪怕当前还没有什么实际作用,也依然意义重大。

"能让人难以分辨"已经是一件十分了不起的事,至于作用嘛,我相信自然会在未来显现

这有点像是我们熟知的那些小故事,比如法拉第刚刚发现电磁感应之初遭遇的那个大哉问——"这玩意儿有什么用?"还有那个流传至今的反问:"一个新生的婴儿有什么用?"在这个世界上,从基本原理的发现到技术的成熟,再到经济实用,每一步都要经历漫长而艰辛的过程。项目组向我介绍说,数字长城是全球首次通过数字技术,实现最大规模的文化遗产毫米级高精度、沉浸交互式的数字还原,也是全球首次将云游戏技术应用于人类文化遗产保护中——相当了不起的成就,不是吗?这或许是腾讯"科技向善"理念的又一次实践。它看上去既足够有"科技",同时也是一件毫无疑问的好事。

选择的对象也是绝佳的。长城是中华民族的图腾,但同时,我们也在不断地失去长城。长城当然不止八达岭,从先秦到如今,无数城墙被建起来,又崩塌于风沙中。

数字长城与修缮前的长城的对比

这种情况和在数字世界中建造长城有点儿像——很多人仍然觉得数字世界似乎是虚拟的,不真实的,但另一方面来说,它们也许能够比真实世界里的东西保留更加长久。巴黎圣母院消失于大火中,但它在数字和游戏世界中仍然存在,当年的测绘数据构建的建模仍然在,也会持续给人带来感动。我们仍执着于区分现实和虚拟,但我总觉得,再过几十年,一切或许会有所不同。

科幻小说中总是会想象,人类文明覆灭之后是不是会留下一片 CD,上面记录了什么。这样的未来看起来很遥远,或许也不会发生,但人们始终会尝试留下更多的东西,在现实的世界中会留下,在虚拟的世界中也要留下。今天是一座长城,或许有一天,整个世界都可以被记录在一个数字媒介之中。

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