數字長城的誕生:遊戲技術如何幫助我們保存現實?


歷經了許多年的發展,電子遊戲終於達到以假亂真的地步了。這是個漫長的旅程,但大體上,我們循序漸進地做著“把現實搬進虛擬世界”的工作。絕大多數時候,即便是創造一個虛擬世界,建模與作畫都以現實中已有的事物為準繩。至於照片掃描建模(Photogrammetry)、動作捕捉(Motion Capture)這樣直接把影像資產快速變為數字化場景的技術就更不用說了。

“把現實搬進虛擬世界”當然是電子遊戲一直在做的事情,但這件事情還有另一面,我們還可以用虛擬來“保存現實”。

讓人們印象最深的或許是巴黎圣母院。在2019年的大火之後,一度有“遊戲公司利用’刺客信條’建模重建巴黎圣母院”的報導。遺憾的是,這個說法並不准確,真實的情況是,育碧的確為巴黎圣母院的重建捐了一筆款項,還承諾願意提供力所能及的幫助,但從未表示會提供相關圖紙或建模。不過,在這一問題的相關討論中,人們也更進一步意識到了電子遊戲的文化價值——至少,作為一種文化產品,電子遊戲對文物或古建築知識起到了明顯的普及作用。

是否有可能更進一步呢?不止是“像那個樣子”或是“以假亂真”,而是達到在一定程度上就是真的——就像是一個“原件”,只不過是在虛擬的世界中。

雖然這個問題看起來一定程度上涉及到哲學,但我始終認為它有一個明確的答案:可以。昨天(6月11日)上線的“雲遊長城”就是這樣的項目,簡單來說,這個產品想要的是,在虛擬世界中用數字技術還原一段真實的長城。

“數字長城”可能是另一種現實——是“原件”,只不過是在虛擬的世界中

虛擬的長城之旅

通過“雲遊長城”小程序進入其中,便是一段超寫實的“數字長城”之旅。與現在景區常見的電子導遊類似,遊覽的過程中伴隨著濮存昕、張若昀的語音嚮導,各類知識點也以語音、圖文的形式傾瀉而出:長城上是怎麼排水的、射孔箭窗又在哪兒、刻字磚上寫了什麼……當然,也帶有一點兒功能遊戲的影子——在這段旅途中,用戶的身份是“長城修繕官”,能夠在線體驗考古清理、砌築、勾縫、磚牆剔補和支護加固等修繕流程。

包括焦距和虛化,我看到的幾乎和現實中的攝影作品相同

此前,我們當然見過一些類似的東西,比如基於網頁的“雲旅遊”,或者依託於360度攝像頭的全景視頻,甚至就連地圖軟件附帶的3D街景都能對周遭的地圖做一個動態展示。不過,數字長城能做的並不止於此。

有趣的是,一個遊戲玩家和一個沒玩過遊戲的普通用戶都會對數字長城感到吃驚,雖然吃驚的理由不太一樣。數字長城擁有極高的清晰度和分辨率,即使放在全球來看,應該都是目前移動端能體驗到的天花板。對不熟悉遊戲的用戶來說,他或許會以為自己是在看一段實拍視頻。

而遊戲玩家則會直接聯想到3A遊戲——也會或多或少知曉這件事的難度和意義,在數字世界中重建長城,這本身就讓人感到激動。

在這段虛擬的長城旅遊裡,我的第一反應就是聯繫到很多遊戲中附帶的“發現之旅”模式。這是一個把“遊玩”(包括主角、NPC、敵人和劇情、玩法等等在內)從遊戲中刪除,增添了更多旅遊感、知識點和體驗性的模式,是一個純粹的“步行模擬器”。相比遊戲主線劇情的層層推進,“發現之旅”中只有一大片虛擬的古埃及(也可能是希臘、北歐,或是別的什麼地方)。不過,除了少數地標性建築,“發現之旅”中的場景基本上都是虛構的,而數字長城與這些通過本機或云渲染的3A遊戲不同——儘管它們有類似的原理,但在製作上,數字長城與現實的關聯更大,甚至可以說,它所做的就是把我們的世界轉化為了數字形態。

長城保護:從現實到數字世界

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儘管遊戲的畫面越來越逼真,遊戲玩家仍然容易理解照片與建模這兩種概念的差別。但對不了解電子遊戲最新進展的人們來說,事情或許有些令人費解:既然看到的東西都是一樣的,到底為什麼要在意它是不是視頻?建模和實拍到底有什麼差別?

技術進步帶來了視覺奇觀,參觀者如果不仔細分辨,很難看出建模和實拍的差別

簡單點說,和視頻、照片相比,數字長城並不是對現實世界直接的影像記錄,而是重新製作的模型,就和遊戲一樣。但和遊戲不一樣的是,場景的構建並不為遊戲性服務,而是完全圍繞著“還原”進行,有著毫米級別的超高精度。

數字長城是一種“真實的虛擬”。這種特性導致了它在製作上會比視頻拍攝與不考慮真實性的建模都更加麻煩。

為什麼要如此大費周折?

這樣的項目當然不僅是為了做出一個“雲旅遊”的小程序,而更多涉及到傳統文化傳播、古建築與文物保護等文化領域的內容。

保護文物和傳播文物知識的方式有很多種,但這一次與此前都不同——老實說,我也最喜歡這一次。過去對長城保護的嘗試,儘管許多成果也在線上呈獻,但都圍繞著現實中的長城,討論的是我們擁有過什麼、現在還有什麼、如何留住歷史……這一次的嘗試更進一步,不再僅僅討論“如何保護”的老問題,而是結合了歷史與創造。

出於保護的目的,長城經歷過數次修繕。歷史會留住一部分,但也有失去的部分

數字化的還原、重建和現實中的修繕非常相似,它們共享一個內涵——傳承文化

我們在數字世界中備份了當下的世界,自此擁有了一份永遠不會丟失的圖紙,而且,這還是一份對所有人開放的圖紙。

當遊戲技術走出遊戲

這一切是如何做到的呢?騰訊數字長城項目組向觸樂介紹了在這一項目中運用到的技術。在這些介紹中,我聽到了許多熟悉的名詞——遊戲玩家對這些詞都不會陌生,這就像是以現實為參照,製作一個高精度的場景。項目組需要做的仍然是建模,但這些模型不再是為玩法和機製而服務,而是專注於達到“接近現實”這一目標。

首先是最關鍵的場景製作。項目組主要採用了照相建模技術與三維激光掃描技術。

簡單來說,照相建模是一種將同一場景不同角度的一系列的照片“翻譯”成3D模型與貼圖的技術。這項技術在“戰地”“刺客信條”等眾多3A遊戲中都已投入使用,此外,在專業領域,如考古學中也有一定應用。三維激光掃描技術則是利用激光掃描儀對空間進行測量,相比照相建模技術來說要更加精準一些。此前,藝術史學家Andrew Tallon就曾利用這項技術對巴黎圣母院進行了激光掃描,這成為了巴黎圣母院重建的寶貴材料。

數字長城的目標是“還原”,這要求極高的精度。 “素材”來自於兩方面:激光拍攝形狀,主要用於建模;單反與無人機拍攝照片,用於貼圖的參考。這樣,項目實現了對喜峰口長城(1公里範圍內)的精準攝影測量,保證了超5萬張“照片級還原”。

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光有素材還不夠,要以一種類似遊戲的方式還原這樣的場景,同樣需要高性能的渲染效果。項目組使用了“虛幻”引擎5進行渲染,引擎的Nanite技術支撐了“超過10億面的資產處理”,動態光照(Lumen)技術則提供了更真實的環境效果。

環境光照的效果令人驚訝,可以說,這也是精細化技術在發展後的必然

得到還原的不僅是長城主體,就連周邊的地形以及數十萬棵樹木植被,也都在數字長城中被製作出來。地形的製作,部分依據此前激光掃描獲得的GIS信息,並結合國家的衛星拍攝地形資源庫進行校準、微調;植被的製作,則經過考察當地的縣志,篩選符合實地環境的植物來製作模型,再並利用騰訊自研的PCG生成技術(Procedural Content Generation,過程化內容生成)分佈到漫山遍野。

用戶在數字長城中看到的畫面背後有著30GB的素材,即便不考慮空間,這樣3A遊戲級別的渲染處理,也不是手機的移動版CPU所能完成的。為了確保效果,項目組選擇了雲遊戲的模式,在服務器端實時演算,再將1080p的畫面傳輸到用戶的手機當中。

毫無疑問,在國內甚至全球範圍內,還從沒有過在文保領域這種程度的投入。騰訊基金會文博項目高級顧問、騰訊新文創研究院執行院長戴斌,在接受媒體採訪時提到一個我非常認同的觀點:“可能性真的不是單純靠想像力就可以實現的。”他說,參與文化遺產保護是騰訊的傳統,可“2014年的時候我沒有辦法擁有這種想像力”,那時候“遊戲引擎也有,但是可能精度沒有現在這麼高,互動也沒有現在這麼好,我們在移動互聯網平台上的移植也不會這麼自然”。但如今,我們已經可以做到,這是“遊戲技術本身成長帶來的必然性”。

的確,在當前,這種技術和投入很有探索意義,也尤其具備前景。

遊戲能做到什麼?

對於數字長城的每一個修繕體驗環節,當然都可以用遊戲製作的流程去理解。不過,當我在數字世界中暢遊長城的時候,心中總是不由得浮現出一個困惑:那些不了解這些技術的人們會怎麼看待這次嘗試呢?

在他們看來,效果或許與直接看視頻相差不大?或許數字長城要更自由一點兒,但是為這一點自由,比“拍一段視頻”多付出了多少東西呀?我們製作了一個虛擬的世界,讓它與現實相差無幾,然後再向人們展示“真實的虛假”。可人們或許會認為它看上去就是一段視頻嘛。

這讓我想起此前許多次遊戲引擎的演示,無論是“虛幻”還是“Unity”,在它們的演示畫面中,都讓人難以區分那是不是真實的人類和場景——是不是或許不重要,但我尤其喜歡看玩家們在這個問題上的爭論。這種難以分辨意味著“我們可以做到”,而技術就是“能不能做到”。 “能做到”,哪怕當前還沒有什麼實際作用,也依然意義重大。

“能讓人難以分辨”已經是一件十分了不起的事,至於作用嘛,我相信自然會在未來顯現

這有點像是我們熟知的那些小故事,比如法拉第剛剛發現電磁感應之初遭遇的那個大哉問——“這玩意兒有什麼用?”還有那個流傳至今的反問:“一個新生的嬰兒有什麼用?”在這個世界上,從基本原理的發現到技術的成熟,再到經濟實用,每一步都要經歷漫長而艱辛的過程。項目組向我介紹說,數字長城是全球首次通過數字技術,實現最大規模的文化遺產毫米級高精度、沉浸交互式的數字還原,也是全球首次將雲遊戲技術應用於人類文化遺產保護中——相當了不起的成就,不是嗎?這或許是騰訊“科技向善”理念的又一次實踐。它看上去既足夠有“科技”,同時也是一件毫無疑問的好事。

選擇的對像也是絕佳的。長城是中華民族的圖騰,但同時,我們也在不斷地失去長城。長城當然不止八達嶺,從先秦到如今,無數城牆被建起來,又崩塌於風沙中。

數字長城與修繕前的長城的對比

這種情況和在數字世界中建造長城有點兒像——很多人仍然覺得數字世界似乎是虛擬的,不真實的,但另一方面來說,它們也許能夠比真實世界裡的東西保留更加長久。巴黎圣母院消失於大火中,但它在數字和遊戲世界中仍然存在,當年的測繪數據構建的建模仍然在,也會持續給人帶來感動。我們仍執著於區分現實和虛擬,但我總覺得,再過幾十年,一切或許會有所不同。

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科幻小說中總是會想像,人類文明覆滅之後是不是會留下一片CD,上面記錄了什麼。這樣的未來看起來很遙遠,或許也不會發生,但人們始終會嘗試留下更多的東西,在現實的世界中會留下,在虛擬的世界中也要留下。今天是一座長城,或許有一天,整個世界都可以被記錄在一個數字媒介之中。

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