本文內(nèi)容摘自《中國(guó)測(cè)繪》2022年第5期

“實(shí)景三維中國(guó)”是國(guó)家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，2022年2月，自然資源部發(fā)文全面推進(jìn)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)，并將其納入“十四五”自然資源保護(hù)和利用規(guī)劃。這為行業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。

實(shí)景三維具備對(duì)國(guó)家地理實(shí)體“全要素”的信息表達(dá)能力，隨著各地實(shí)景三維建設(shè)逐漸進(jìn)入高潮，實(shí)景三維建模需求大幅增長(zhǎng)?！皩?shí)體建模時(shí)代，所見(jiàn)之處，皆為模型?！闭缥錆h大勢(shì)智慧科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“大勢(shì)智慧”)CEO、武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授黃先鋒所言，國(guó)家的三維數(shù)字化建設(shè)是滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家治理所必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)。

大勢(shì)智慧自主研發(fā)的三維建模產(chǎn)品“重建大師”，實(shí)現(xiàn)了自主可控，能夠全面替代國(guó)外傾斜攝影自動(dòng)建模軟件，且復(fù)雜城市部件建模效果更好、大規(guī)模處理能力更強(qiáng)大，與實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)的重大需求不謀而合，有廣闊的用武之地。

實(shí)體三維建模服務(wù)國(guó)家建設(shè)

翁丁古寨原始而又神秘。《中國(guó)國(guó)家地理》雜志曾經(jīng)將云南臨滄的翁丁古寨稱為“中國(guó)最后一個(gè)原始部落”?！拔潭　痹谪粽Z(yǔ)里是云霧繚繞的意思，有著近400年建寨歷史的翁丁古寨，是中國(guó)保存最為完整的原生古村落。

不幸的是，2021年2月14日17時(shí)40分，一場(chǎng)大火將翁丁古寨原本105棟老房子燒得僅剩4棟，令人惋惜。至今，不少網(wǎng)友仍在表達(dá)著自己的遺憾，稱還沒(méi)來(lái)得及去看，便已突然消失。

機(jī)緣巧合，熱愛(ài)航拍的90后小伙子刀劍，在到翁丁古寨游玩時(shí)，用無(wú)人機(jī)攝影記錄下了翁丁古寨的原始風(fēng)貌，并在大勢(shì)智慧的“云端地球”建模平臺(tái)進(jìn)行了建模，讓原本消失殆盡的翁丁古寨又一次展現(xiàn)在了人們眼前。

“大勢(shì)智慧建模平臺(tái)的后臺(tái)計(jì)算能力很強(qiáng)，半個(gè)小時(shí)，模型就建好了，而且非常清晰?！钡秳Ω嬖V記者，他是一名普通的攝影愛(ài)好者，后來(lái)接觸到實(shí)景三維建模后，逐漸對(duì)空間可視化平臺(tái)、資源與環(huán)境遙感研究等產(chǎn)生興趣。

2020年4月，他和朋友一起到“翁丁古寨”游玩時(shí)，就用無(wú)人機(jī)在120米的高度，從5個(gè)方向拍了四五百?gòu)埼潭」耪掌?。為了重建古寨，刀劍無(wú)償將這些原始資料捐給了相關(guān)部門。如今，刀劍正在家中備考博士，準(zhǔn)備往無(wú)人機(jī)研究植物病害方向發(fā)展。同時(shí)他也在琢磨，能否通過(guò)實(shí)景三維與測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)融合，為提升邊境線上人民生活水平做點(diǎn)事。

其實(shí)，翁丁古寨三維實(shí)體建模并非特例，在大勢(shì)智慧的“云端地球”建模平臺(tái)模型廣場(chǎng)，可以看到各式各樣高清三維實(shí)體模型，小到一個(gè)石雕，大到一輛汽車、一個(gè)花園、一個(gè)村落，活靈活現(xiàn)，甚至讓人分不清是照片還是模型，印證了那句：“所見(jiàn)處，皆為模型”。

大勢(shì)智慧自主研發(fā)的三維重建技術(shù)，已經(jīng)在國(guó)家新型基礎(chǔ)測(cè)繪試點(diǎn)建設(shè)中得到驗(yàn)證。黃先鋒表示，大勢(shì)智慧與武漢市測(cè)繪研究院、西安市勘察測(cè)繪院一起，為新型基礎(chǔ)測(cè)繪試點(diǎn)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，在整個(gè)處理過(guò)程中使用大勢(shì)智慧自主研發(fā)的軟件。同時(shí)，大勢(shì)智慧已為以北上廣深為代表的70多個(gè)一二線城市直接提供了數(shù)據(jù)服務(wù)。在應(yīng)用方面，大勢(shì)智慧的技術(shù)已應(yīng)用到了智慧城市、軍工軍用、公安消防等10余個(gè)行業(yè)，國(guó)內(nèi)87.5%的測(cè)繪院都與大勢(shì)智慧有合作。

在服務(wù)國(guó)家重大需求上，尤其在重大賽事和基礎(chǔ)工程建設(shè)上，大勢(shì)智慧已為北京冬奧會(huì)、武漢軍運(yùn)會(huì)，以及即將召開(kāi)的大運(yùn)會(huì)、亞運(yùn)會(huì)提供了相關(guān)技術(shù)服務(wù)。此外，在國(guó)家文化遺產(chǎn)保護(hù)方面，大勢(shì)智慧深度參與了中國(guó)四大石窟相關(guān)項(xiàng)目，開(kāi)展超高精度石窟三維數(shù)字化重建工作，三維數(shù)字化技術(shù)也已經(jīng)在包括國(guó)家博物館、故宮博物院在內(nèi)的大量文化遺產(chǎn)保護(hù)單位得到了應(yīng)用。

自主軟件突破“卡脖子”技術(shù)

“在應(yīng)用當(dāng)中，我們需要保證全面國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的支撐，才能夠在很大程度上保證國(guó)家地理信息數(shù)據(jù)的安全。”黃先鋒介紹說(shuō)，大勢(shì)智慧自主研發(fā)的三維建模軟件重建大師5.0能夠運(yùn)行在windows系統(tǒng)上，支持超大規(guī)模集群計(jì)算處理，也能全方位支持國(guó)產(chǎn)化麒麟操作系統(tǒng)等軟硬件。

“為什么要強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)？”黃先鋒回答說(shuō)，實(shí)景三維重建技術(shù)對(duì)算法的要求非常高，開(kāi)發(fā)難度也很大，是一個(gè)非常基礎(chǔ)性的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以運(yùn)用的領(lǐng)域極其廣泛，并不只是實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)，還可以應(yīng)用在影視制作、文化遺產(chǎn)保護(hù)、國(guó)防、工程基建、軍用、機(jī)器人導(dǎo)航、無(wú)人駕駛地圖制作等各個(gè)方面。這種技術(shù)如果不能夠被全部掌握，并且在應(yīng)用中去迭代，就會(huì)影響到后續(xù)一系列的應(yīng)用成效。這也就是大勢(shì)智慧在這方面投入巨大的重要原因。大勢(shì)智慧用了近8年時(shí)間，投入了大量的研發(fā)資源，才取得了今天這樣一個(gè)成果，算法能夠跟國(guó)外軟件媲美，甚至超越了國(guó)外水平。

那么，大勢(shì)智慧是如何破解以往三維模型“不好看，不好用”的問(wèn)題？黃先鋒告訴記者，這要從具體技術(shù)出發(fā)，在實(shí)景三維建設(shè)過(guò)程中，城市級(jí)里面有很多細(xì)節(jié)部件，當(dāng)采集的圖像分辨率變得很高后，原有的基于像素級(jí)匹配的模型構(gòu)建算法滿足不了精細(xì)度非常高的重建要求，這是行業(yè)一直存在的一大痛點(diǎn)。因?yàn)楫?dāng)精細(xì)度很高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圖像弱紋理區(qū)域匹配錯(cuò)誤、細(xì)碎及薄目標(biāo)模型不完整、植被區(qū)域數(shù)據(jù)量巨大等各種問(wèn)題。

針對(duì)這些問(wèn)題，大勢(shì)智慧研發(fā)出了“內(nèi)容感知的三維重建”技術(shù)，提升了紋理模型質(zhì)量，很好地解決了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的城市場(chǎng)景中出現(xiàn)的模型扭曲，紋理拉花、女兒墻空洞、城市部件缺失等問(wèn)題，同時(shí)能夠自適應(yīng)地減少植被區(qū)域數(shù)據(jù)量，提升數(shù)據(jù)可視化和分析計(jì)算的效率。通過(guò)把深度學(xué)習(xí)和三維重建算法融合打通，實(shí)現(xiàn)了重建時(shí)就能把對(duì)象進(jìn)行單體化的能力，從而讓實(shí)景三維模型不僅好看，而且更好用。這就是“重建即單體”技術(shù)。

“需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，大勢(shì)智慧的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)是領(lǐng)先的，可以說(shuō)比國(guó)外產(chǎn)品好很多，更加實(shí)用，更接地氣，更符合大場(chǎng)景空間地圖生產(chǎn)的實(shí)際需求，更符合三維地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)的需要?！?/p>

大勢(shì)智慧不僅提供了三維重建軟件，還提供了三維模型修編工具“模方”，以及免費(fèi)的三維模型可視化與質(zhì)檢工具DasViewer。這樣就形成了實(shí)景三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)的整條工具體系。整套工具體系已經(jīng)經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，其中DasViewer軟件下載量超過(guò)10萬(wàn)次，不少測(cè)繪公司都在使用。

每個(gè)人都可以通過(guò)拍照進(jìn)行三維建模

大勢(shì)智慧的愿景是，讓每個(gè)人都可以通過(guò)拍照的方式進(jìn)行三維建模，具有復(fù)制現(xiàn)實(shí)世界的能力。在黃先鋒看來(lái)，拍照重建三維就像語(yǔ)音識(shí)別一樣，是一種社會(huì)需要的基礎(chǔ)性能力。大勢(shì)智慧所做的這些努力，就是希望能夠把這種能力建起來(lái)，讓每一個(gè)能夠被拍照的物體都能重建實(shí)景三維，并且提供云建模服務(wù)，就如前面提到的翁丁古寨建模，普通大眾也可以在上面建模。

黃先鋒認(rèn)為，未來(lái)三維建模有數(shù)百億市場(chǎng)空間，甚至上千億市場(chǎng)規(guī)模。從國(guó)土的960萬(wàn)平方千米的數(shù)字化和更新，到每一個(gè)機(jī)器人可以用來(lái)構(gòu)建場(chǎng)景能力，再到影視娛樂(lè)、AR/VR內(nèi)容的生成，發(fā)展的空間非常大。當(dāng)然，跨場(chǎng)景的建模對(duì)技術(shù)要求也非常高，進(jìn)入這樣一種三維建模的核心算法和技術(shù)深水區(qū)，需要時(shí)間積累和技術(shù)沉淀。

在未來(lái)，大勢(shì)智慧仍然要繼續(xù)朝著這個(gè)方向走下去，可能這個(gè)路還很長(zhǎng)，也許還要5年、10年的努力。目前還有很多技術(shù)難關(guān)要攻克，還有很多工作要做，如從解算的穩(wěn)定性到重建的質(zhì)量，再到重建的效率，以及內(nèi)容感知的準(zhǔn)確性等一系列技術(shù)難關(guān)需要去攻克，它里面涉及到各種各樣的技術(shù)和算法，有激光雷達(dá)的、有光學(xué)的、有融合建模的，以及不同數(shù)據(jù)源、不同角度、不同分辨率、不同重疊度等。希望能夠進(jìn)行自動(dòng)化處理分析，并能夠建立一個(gè)完美的模型。

在能力建設(shè)上，實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)對(duì)算法的要求是非常高的，對(duì)精細(xì)度要求也很高，包括對(duì)傳感器來(lái)源，從衛(wèi)星到航空，再到地面、地下空間數(shù)據(jù)化等都是實(shí)景三維建設(shè)的范疇，從鄉(xiāng)村到城市、從城市到省際之間，都需要三維重建?！八裕覀兊摹亟ù髱煛诩夹g(shù)上仍然有很多需要去突破的地方，比如得到更多數(shù)據(jù)源的支持，使用更加簡(jiǎn)單，容錯(cuò)處理更強(qiáng)，以及自動(dòng)實(shí)體生產(chǎn)能力的提升等。未來(lái)仍任重道遠(yuǎn)，需要得到大家的更多支持。”黃先鋒如是說(shuō)。

黃先鋒說(shuō)，實(shí)景三維是數(shù)字孿生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)底座，是未來(lái)世界時(shí)空的基礎(chǔ)。國(guó)家提出新型基礎(chǔ)測(cè)繪和實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)，具有非常高的前瞻性，也是測(cè)繪地理信息行業(yè)一次重大的變革，更是體現(xiàn)測(cè)繪行業(yè)支撐自然資源管理以及支撐中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。

“我們對(duì)實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)的期盼和設(shè)想，就是希望在自然資源部統(tǒng)籌領(lǐng)導(dǎo)下，能高質(zhì)量、迅速有序地建好實(shí)景三維中國(guó)這個(gè)基底，服務(wù)于山水林田湖草沙冰這樣的人類命運(yùn)共同體，同時(shí)支撐各行各業(yè)應(yīng)用來(lái)為經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出貢獻(xiàn)?！秉S先鋒表示。

此外，大勢(shì)智慧一定會(huì)瞄準(zhǔn)行業(yè)需求，以更廣泛應(yīng)用需求不斷升級(jí)產(chǎn)品和服務(wù)，為實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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文 / 本刊首席記者 徐紅 圖 / 受訪者提供

編輯：張永超

初審：齊 陽(yáng)

審核：彭震中