用技术守护艺术的遥感人——探秘遥感系列专访之一

编者按

遥感信息工程学院60余年辛勤耕耘，始终坚持“着眼于国民经济建设的需要，跟踪世界科学发展的前沿”的发展目标，把立德树人作为根本任务，着力培养担当民族复兴大任的时代新人。学院一批师生“心怀国之大者”，在各自的专业领域默默坚守，汇聚成一股强大的遥感力量。学院新媒体中心试图每期选取一个小视角，采访一位话题人物，得以窥见全球顶尖学科、磅礴遥感力量的概貌。本期我们专访了B站（哔哩哔哩视频网站）话题人物——季铮老师。

“太美啦”“仙境”“VR可以连接看就好了”“数字孪生”“感叹科技的力量”……这是B站UP主影视飓风近期发布的视频《无人机扫描整座山！耗费30天，用10000张照片还原世界文化遗产》中不停刷新的弹幕。视频中，UP主团队用无人机扫描整座山，用摄影测量这一技术进行数字化记录，复刻河南老君山和湖北武当山全貌，引发了对摄影测量技术的广泛热议。目前视频播放量已达200多万，我院季铮老师参与了该视频的录制。

“我们学院是全国测绘地理信息科普教育基地，同时，作为首届‘文化遗产数字化无人机贴近摄影测量大赛’的联合举办单位，参与了这个视频的录制，主要是想立足技术科普，让大众更加了解摄影测量技术，它不是一种冰冷的技术，也能做出很美的东西”，季铮老师向我们介绍参与视频录制的初衷。正如贴近摄影测量大赛名誉主席张祖勋院士所说：“贴近摄影测量是一个由粗到细的精细化过程，借助该技术为文物建立数字化模型，文保工作者可以轻松还原其真实面貌，为文物保护与研究提供数据支撑。”现如今，摄影测量技术在文化遗产保护工作中的应用越来越广泛。

摄测与文遗保护：复刻之美

在摄影测量技术应用到文化遗产保护之前，文化遗产保护往往需要专业人士通过文字、手绘图等方式方法来记录描述，即使在出现相机、摄影机之后，文物遗产的记录变得更加生动，但由于其成像是局部的，单视角成像也是有变形的，而且成像再观察也是固定视角，无法形成任意视角的全景浏览，始终具有局限性。

在使用相机、摄影机进行文物遗产的记录时，摄影测量技术通过建立“被测物体-相机成像-空间场景”的几何关系，并通过一系列的几何重建计算，恢复被测物在实际空间的位置，姿态，以及表面几何造型，弥补成像设备的不足。这样不仅能记录文化遗产的表观，也能记录其几何信息，包括大小、尺寸，乃至精确的坐标。依据这些三维的、更加客观的真实数据信息，就能实现任意视角下对文物数字模型的浏览和分析。

“当然，我们要最大限度的复制和呈现出文化遗产的本来面貌。然而，在对数字文化遗产进行摄影测量和三维重建处理时，存在着诸多难题，需要我们不断克服”，季老师补充道，例如，在数据采集方面，小件文化遗产造型复杂各异，大都不能直接接触，而对于大型文化遗址，物体间的遮挡，光照不均匀都会增加额外的作业负担和后期处理难度；与面向地形测绘摄影测量的尺度不同，文化遗产的数字化处理对精细度的要求相当高，小件通常要毫米级的精度，而文化遗产的三维重建对于完整度和精细度的要求也更高，模型完善修补的工作量也更大，这也为我们摄影测量技术应用于文遗保护，提出了更高的要求。

值得欣慰的是，随着学科之间的不断交叉共同进步，在一批遥感人的持续努力和不断钻研下，基于影像的表面重建技术逐步完善，形成了一系列具有自主可控的技术方法，能够进行成批量、大面积的摄影采集、重建处理、模型应用，形成了工程化的技术流程，大大提高了文化遗产数字化的技术水平，推动了数字文保的工作。

让文化遗产活起来：守护之光

2019年4月，年久失修的巴黎圣母院被火灾严重破坏，令人唏嘘的同时也让人们意识到了古建筑的脆弱之处和数字化保存文化遗产的重要性。文化遗产的数字化保存通过摄影测量结合控制信息，能记录被测物体真实、准确的几何信息，可以得到衍生的数字产品，如可量测影像、立体三维模型等。有了摄影测量和三维重建技术后，文化遗产高精度的数字化可以为专业人士提供更加精准全面的数据，作为专业分析、解译的工具辅助专业研究，提高研究效率；此外，通过建立线上数字博物馆并提供数字化展示，观赏者们不用亲临现场也能领略到古老文化遗产的魅力；在文物保护方面，由于文物的数字化能做到信息的永久性保存，在未来的某一天，即使文物意外损坏，也能通过已保存的精细三维数据，按原样近乎完美的进行复制。

谈及遥感人参与的文化遗产数字化工作，季老师滔滔不绝。他07年在学院工作之初，就参与了课题组承担的湖北省博物馆四大镇馆之宝的数字化课题。元代青花瓷四爱图梅瓶、越王勾践剑、郧县人头骨化石、曾侯乙编钟，这一件件珍贵文物的数字化工作背后，都有着遥感人的身影。而在文化遗址保护方面，由李德仁院士领衔的敦煌莫高窟数字化工程，以三维重建的方式，给敦煌文物穿上了“数字外衣”，为古老文遗注入了全新活力。不仅如此，利用人工智能助力长城修缮，基于传感器集成融合的武当山南岩宫两仪殿精细测绘与三维建模，山西大同悬空寺的高精度实景三维模型建设……在许许多多文化遗产数字化和保护项目中，都留下了遥感人默默坚守的印记。

湖北省博物馆“四大镇馆之宝”

（图源：湖北省博物馆文物数字化项目）

悬空寺三维模型建设

（图源：大疆无人机官网）

季老师还谈到，除了为古建筑重建提供参考数据外，摄影测量技术还可以与激光扫描等手段相结合，对古建筑做定期观测，从而发现随着时间的流逝和雨雪风霜的冲刷不可避免的古建筑老化破损问题，并依此及时做好维护。鉴于摄影测量技术在文物保护中的优势，现在全国多地都在开展当地文化遗产的数字化采集和制作工作，让宝贵的文化遗产在数字世界中熠熠生辉。可以说，摄影测量技术实现了对文化遗产高精度的数字化保护，让文化遗产真正“活”起来，我们甚至可以想象，如果未来元宇宙场景真的实现，那么在广阔的虚拟世界中畅游各个国家和民族的文化遗产，多么令人心驰神往。

“摄影测量+”：传统科学的新生机

文化遗产数字化中运用的摄影测量技术，是一项有着170多年历史的古老科学技术，比计算机的发明早了近百年，在它的发展历程中，与其他科学技术相互渗透、不断交叉。张祖勋院士早在80年代就带领团队研发全数字化测图技术，将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量处理技术结合，成功建立了世界上第一套数字摄影测量网格系统；在国际上首创人机协同的网络全球无缝测图系统，张院士如今还在带领团队研发与无人机系统结合的贴近摄影测量，将摄影测量技术拓展到水利、土建、国防设施、数字文保多个领域中，不断拓展该技术的新前沿。

作为一门不断焕发着新活力的古老学科，摄影测量除了核心的空间解析几何和平差理论，还融合了图像处理，模式识别，人工智能的技术方法，是很多涉及空间信息科学技术的重要基础。学院重视专业基础技能和综合运用能力系统性的培养和训练，培养了一批批优秀的摄影测量专业人才，成为相关领域的中流砥柱。

摄影测量的专业学习者，需要掌握训练逻辑严密的空间几何推理能力、结合其它模型方法的数学能力、设计系统计算的编程能力，在解决多样化场景时，甚至需要一些头脑风暴的想象力。在人才培养上，学院更加注重“厚基础、宽领域”的针对性训练，经常举办类似“遥感+文化遗产”的多学科交叉的沙龙活动，意在培养跨学科领域的复合型人才。季老师很欣慰的谈到，当年参加数字文物项目的05级的吴渊同学，后来在武汉创业，创办极验公司，在数字验证和信用领域做的同样出彩。

“我提到的只是遥感应用的冰山一角，摄影测量技术这项历史悠久的古老科学，它就像一件古文物，随着时间变迁，散发出新的光泽，一代一代的遥感人都在不停的挖掘它新的魅力”，季老师这样说道。

来源丨季铮老师

采写 | 康衍 黄淼

封面图图源 | 贴近摄影测量大赛

图片技术处理 | 黄培旗 陈凌锋

排版 | 魏鹏程

责编 | 黄淼

审核丨党政办公室

推广丨武大遥感新媒体中心

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