走在“空无一人”的夫子庙景区，可以不再受嘈杂人流的影响，一砖一瓦仔细品味这一千年历史的文脉之地，这不是某个“平行世界”，而是一小伙带领团队用激光技术将夫子庙景区在虚拟空间还原的场景。经过渲染扫描的数据，可以在手机上形成可身临其境体验的3D游戏，参与者能在其中漫步，甚至可以到处飞翔。
“我们使用的是3D高斯泼溅技术，适合在虚拟空间再现结构复杂、雕刻精美、光影丰富的古建筑景区。”吴先生介绍，其特色是精细程度让肉眼都难以分辨是游戏还是现实取景。他将自己制作的视频发到社交平台上，不少网友看了之后惊呼：生长在南京都从来没有用这样的视角看遍夫子庙的各种角落，而不少外地网友也表示：可以“赛博旅游”了！
曾经在毕业设计里扫描学校
如今让千年古建在数字世界“活”起来
吴先生介绍，自己是今年的应届毕业生，学习的专业是数字媒体技术。他的毕业设计就是把自己的学校全部用激光“扫描”下来，做成了活灵活现的游戏场景，让人仿佛身临其境，难辨是游戏还是现实。毕业后，吴先生入职江苏一家开发裸眼3D显示器的企业，从事3D内容的建模工作。
“这个项目既有工作上的测试需要，也是团队的共同愿望，用今天最尖端的数字技术，让像夫子庙这样承载了南京千年文脉的历史地标，不仅能被永久地、高精度地保存下来，更能以一种动态、可互动、甚至可游玩的方式，重新走进大众的视野，尤其是年轻一代的生活中。”吴先生说。
“过去，传统的文物保护多依赖于图纸、照片，虽然珍贵，但难以全面、立体地记录复杂古建筑的每一处细节。而近年来，随着三维激光扫描、无人机摄影测量等技术的发展，古建数字化有了更多新可能。”吴先生说，他们运用的技术名叫3D高斯泼溅（3D Gaussian Splatting, 3DGS），2023年被提出后，他立刻意识到，这简直是为夫子庙这样结构复杂、雕刻精美、光影丰富的古建筑景区量身定制的方案。
“与传统的多边形建模或早期的神经辐射场（NeRF）技术相比，3DGS能够在消费级设备上实现实时、高保真的渲染效果，训练速度也更快。”吴先生说：“这意味着我们有机会不再满足于生成一个静态的、只能从特定角度观看的模型，而是创造一个观众可以自由穿行其中的沉浸式数字空间，甚至可以将其作为游戏场景进行二次创作。”
从一砖一瓦到虚拟世界
需要给古建筑做“毫米级CT”
吴先生介绍，将真实的夫子庙转化为真实的游戏世界中，是一个多技术环节紧密衔接的系统工程。整个过程大致可以分为三步，首先需要全方位数据采集，给古建筑做一次“毫米级CT”。
为了实现高精度还原，他们采用了“空地融合”的采集方案，包括地面精细扫描和空中全局把握。“我们使用手持式三维激光扫描仪，对大成殿、棂星门、照壁等主要建筑的立面、柱础、碑刻细节进行了扫描。设备集成的全景彩色相机，帮助我们捕获了建筑物真实的色彩与纹理。”吴先生说，扫描的工作量如果全程一个人操作，大概需要两三个小时，但他们用了多天来完成，“仅夫子庙的石像建模就扫描了4000多张照片。”
针对夫子庙复杂的屋顶结构（如翘角飞檐、屋脊兽吻），他们通过无人机进行倾斜摄影和贴近摄影测量，确保高空细节无一遗漏。“这个过程就像是给整个夫子庙建筑群做了一次精密的立体CT扫描，获得了海量的点云数据和多角度高清影像，为后续建模奠定了坚实的基础。”
有了数据以后，他们通过3DGS技术进行处理，这也是整个项目最具创新性的环节。在通过软件对图像进行运动恢复结构处理后，再进行高斯椭球优化，最后进行可微分渲染与训练，使得最终渲染出的图像无限接近真实照片。这个过程确保了模型能够捕捉到夫子庙砖木的精妙质感、琉璃瓦的光泽变化。
最终将优化好的3DGS模型后，吴先生和团队将其导入到虚幻引擎这样的游戏开发平台中。他提到，他们还在引擎中设置了动态光照系统，模拟从清晨到黄昏的不同光线，以再现夫子庙庄重而富有生活气息的独特氛围。
“我们并没有将其做成一个复杂的游戏，而是设计了一条沉浸式漫游路径。通过精心设计的镜头运动，引导观众从天下文枢牌坊下穿行，掠过学宫的长廊，最终仰视大成殿的巍峨。”吴先生说。
“空地融合”技术无缝对接数据
观众可以在“虚拟夫子庙”中自由行走
“这个项目并非一帆风顺，我们遇到了不少挑战，也实现了一些让我们自己都感到兴奋的突破。”吴先生说，空中无人机影像和地面扫描仪数据的坐标系与精度不同，融合处理是一大挑战。他们通过设置精确的地面控制点，并利用（空地融合）技术，成功实现了数据的无缝对接，确保了从屋脊到柱础的整体模型精度统一。
“夫子庙场景复杂，直接生成的高斯模型可能包含数以千万计的高斯点，对实时渲染压力巨大。我们借鉴了分块优化的策略，将大场景划分为多个区块分别优化后再合并，有效提升了计算效率并减少了边界伪影。同时，在保证视觉质量的前提下，对远处和次要的模型进行了合理的简化。”
最终成果最令人惊喜的是，3DGS技术完美地还原了夫子庙砖木的质朴纹理和琉璃瓦在阳光下的微妙反光，其视觉效果远超传统三维建模。而更重要的是，这一切都是实时渲染的，这意味着观众可以在模型内部自由行走探索，获得了一种“穿越”到数字夫子庙的独特体验，这是我们之前采用其他技术难以实现的。
吴先生说：“小时候做梦经常梦见自己飞，这项技术仿佛还原了梦境里的场景，感觉很有意思。”
未来古建筑可高精度数字孪生
助力文化遗产“活态”传承
吴先生介绍，这个项目对他们来说不仅仅是一次技术演示，更是一个关于未来的起点。“这让我们看到了3D高斯泼溅等技术在文化遗产领域的巨大潜力。”他说，这一技术未来可以为珍贵的古建筑建立毫米级精度的数字孪生，即使实体建筑历经沧桑，其最鼎盛时期的风貌也能在数字世界永久保存，为修复、研究提供无可替代的参考。
他表示，还可以结合VR设备，可以开发深度的虚拟游览产品，让世界各地的人们足不出户就能“身临其境”地漫步夫子庙，甚至体验AR互动，看到虚拟的古代学子在学宫中诵读的场景。另外，相关技术也可以开发成生动的历史教学课件，学生们可以在虚拟场景中完成探索任务，在互动中学习古建知识、儒家文化，让历史学习变得有趣而深刻。
如今，不少前沿视觉生产者正在使用3D高斯泼溅、4D高斯泼溅等技术。吴先生认为，从事这样的开发需要对历史文化的敬畏与对技术创新的热情，二者缺一不可。“古建数字化尤其考验耐心，从数据采集的每一步都要力求精准。”
“我的最大心得是，技术之于文化，最好的角色不是冰冷的复制者，而是充满温度的翻译官和连接器。”吴先生说：“希望我们做的南京夫子庙这个项目，能成为一个生动的案例，激励更多人一起探索，让古老的文明在数字时代焕发新的生机。”
实习生 高磊 扬子晚报/紫牛新闻记者 刘浏
校对 陶善工
