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50亿点扫描和100GB数据,如何用十亿数码

本文由腾讯数码独家发布

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如果你最近没有收听非科技新闻,你可能没有意识到巴黎圣母院——法国最着名的历史地标之一的巴黎圣母院最近成为一场大火的不幸受害者。今天早些时候,大教堂的屋顶实际上是一个地狱,巨大的烟雾向天空升起。从几百码远的地方可以看到大火。在一些捕捉破坏的照片中,甚至可以从城市的另一边看到烟雾。

未来,我们甚至也有可能见到一个精确的巴黎圣母院3D打印模型。

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来源 |大数据文摘

说这一事件令人遗憾将是一种严重的轻描淡写。巴黎圣母院的历史不仅使它成为一个受欢迎的旅游景点,而且也是法国居民民族自豪感的主要来源。法国巴黎圣母院突发大火,尽管尚无人员伤亡消息,但已造成其标志性塔尖倒塌。法国总统马克龙表示,从周二开始,将发起国际募捐活动,重建巴黎圣母院。 马克龙称他们将一起重建这座大教堂,将在接下来的几年里做到这一点。从明天开始,一个全国性的捐赠计划将会启动,它将延伸到法国的国界之外。大教堂里有几件文物和建筑元素,可能已经丢失,或者很快就会丢失。事实上,正如雅虎新闻报道的那样,大教堂的中心塔尖已经倒塌,抹去了“几个世纪的遗产”。

文|大数据文摘编辑部

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头图来源|东方IC

幸运的是,在灾难中也有好消息。首先,火灾并不被怀疑是谋杀造成的。第二,消防队员扑灭了大火的大部分,拯救了大教堂剩余的大部分建筑。最后,已经造成的损害从长远来看可能不是太大的损失。

即使这一生没去过巴黎的人,也都曾在中学课本上读过维克多·雨果笔下的巴黎圣母院。

多亏了安德鲁·塔隆博士的辛勤工作,巴黎的官员们或许能够使用圣母大学的3D模型,最终将这座地标恢复到最初的辉煌。塔隆利用激光扫描技术在2015年创建了该建筑的数字档案。他用这种技术为世界各地的许多哥特式教堂做了同样的事情。

大教堂坐落在巴黎市中心塞纳河上的一个小岛?ledelaCité之上,其标志性的飞拱,玫瑰窗和肋骨拱顶结构,被认为是法国哥特式建筑的最佳典范之一。而其中收藏的众多珍贵艺术品,更是无价的世界文化遗产。

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图片 5花费一个世纪建造的奇迹,在63分钟的大火中付之一炬" style="width:60%;margin:1rem auto">

在《国家地理》2015年发布的一段视频中,塔隆这样描述这个过程:我必须建立一个目标网络,这些目标只是空间中的地理位置点。你定义了扫描的密度,以及扫描的分辨率,然后你让激光扫描发出一束光,它测量光束从发射到击中目标所需的时间,以及返回目标所需的时间。

{"type":1,"value":"巴黎当地时间下午6:30,大教堂发生大火,火势迅速蔓延,教堂的尖塔和屋顶已经坍塌。

下面的视频展示了塔隆在不同于圣母院(即华盛顿国家大教堂)的纪念碑上使用的方法,但它展示了他在巴黎历史地标上进行的相同研究。

这座塞纳河畔辉煌雄伟的教堂,始建于1160年,花了整整一百年时间,才在1260年完工,距今约760年历史,期间几度经历重修,而今正经历着他生命长河中又一次重创。

塔隆的扫描技术可以为任何给定的建筑创建极其精确的“丰富”3D模型。虽然我们没有关于他的圣母院模型的具体数字,但塔隆在过去做过类似的工作(比如他在坎特伯雷大教堂的重建),包括“50亿点激光扫描”和大约100GB的存储数据。

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经过消防队员的抢救,火势已趋于稳定,巴黎圣母院主体结构得以保留。但火灾已导致巴黎圣母院顶部塔尖倒塌,左塔上半部被烧毁,世界着名的玫瑰花窗也被摧毁。火灾的原因尚不明晰,据美联社报道,火灾中没有人死亡。相关部门表示他们会尽可能抢救出馆内艺术作品,目前馆内的所有作品基本都已经被转移保存。

塔隆的扫描非常精确,他可能已经发现了圣母院的一些柱子没有排成一行的原因:很明显,它们原本可能是围绕现有的结构建造的,这让我们对这座建筑的过去有了一些有趣的了解。未来的巴黎修复专家是否能看到塔隆的作品还有待观察,因为他在2018年不幸去世。

法国总统马克龙在推特表示:圣母院的火焰吞噬了巴黎,而悲痛的情绪席卷整个法国,此次此刻我感到很痛心,我们每个人内心都有一小部分被大火烧掉了。

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马克龙也发誓要重建大教堂,并表示他将寻求国际帮助。他说,周二将启动全国筹款活动,并呼吁全球协助这项工作。马克龙告诉记者。“我们将重建巴黎圣母院,因为这是法国人所期待的,因为这是我们的历史,这是我们的命运。”

十亿点数据“重建”巴黎圣母院

重建巴黎圣母院绝不是一件容易的事情。但是,与一个世纪前被火烧的圆明园相比,巴黎圣母院依然是幸运的。

据《国家地理(NationalGeography)》的报道,早在2015年,艺术历史学家安德鲁·塔隆就曾利用激光扫描,非常精确地记录下了这一哥特式大教堂的全貌。

图片 8这一次精准的激光扫描耗时数年,扫描点囊括了大教堂内外的50多个地点,对圣母院内的每一个细节都进行了多次扫描、数据反传,最终收集了超过10亿个数据点。" style="width:60%;margin:1rem auto">

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{"type":1,"value":"而激光扫描具有精确的精度,不会遗漏任何东西。每次进行扫描时,先捕获相同三维空间的相同位置拍摄球形全景照片,再将那张照片映射到激光产生的扫描点上,每个点成为照片中该位置的像素的颜色,累计创建大教堂三维图像,可精确到5毫米。因此,最后得出的全景照片非常准确。

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安装在三脚架上的激光扫描仪通过扫描巴黎圣母院内外的50多个位置来收集数据。

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数据被拼接在一起形成了一个包含10亿个点的“pointcloud”,最后加上光影效果,建立出非常逼真准确的三维模型。这个三维模型不仅可以清楚的展示大教堂的全貌,也能够辅助对大教堂进行内部结构的可视化研究。

图片 13在采访中,麻省理工学院的工程师JohnOchsendorf说:“你不能只用直升机飞过建筑,就算完成扫描了。”的确,哥特式大教堂的精妙绝伦在于内部的每一处细节,而塔隆使用的扫描技术足以给一个小规模的布尔日大教堂做出3D打印,从屋顶的顶部、拱顶的顶部、楼梯间的内部,以及人们通常看不到的所有隐藏空间来重塑教堂。" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"未来,我们甚至也有可能见到一个精确的巴黎圣母院3D打印模型。

巴黎圣母院扫描过程

目前,塔隆开源发布了他扫描并重建的所有哥特教堂,并在线构建了一座哥特教堂3D博物馆,巴黎圣母院也在其中。

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科技与人文的结合,拥抱技术的艺术史家

现年46岁的塔隆并不是第一个意识到激光扫描仪可以用来解构哥特式建筑的人。但他却是第一个带队对巴黎圣母院进行了全景及内部结构扫描的艺术史家,也在这次大火后成为了整个人类的“英雄”。

在《国家地理》的相关采访视频中,塔隆身材瘦削,短发、戴着眼镜,在讲话时身体微微向前倾斜,会用双手比划勾勒出建筑形状。他反复从椅子上起身,渴望向参观者展示投影图像上的确切位置。

塔隆对高科技的热爱似乎在人生初期就有端倪可寻,作为一个在密尔沃基长大的孩子,他从小就会拆开卷轴式磁带录音机取出里面的合成器拿着玩。

和很多在巴黎长大的人一样,塔隆也疯狂沉迷着巴黎圣母院。他有一本游客指南,当年他就像一个疯子一样在上面写满了注释。他四年级的时候随母亲搬到巴黎,当时他的母亲正在研究戏剧历史有关的论文。他说到:“我渴望知道与巴黎圣母院有关的一切。是谁制造了这座建筑?他们是怎么做到的?我能不能参与其中?”

图片 15作为普林斯顿大学的本科生,他主修音乐,但却从未错过研究哥特式建筑结构的工程师罗伯特马克教授的每一堂课。毕业之后一个偶然的契机——哥伦比亚大学艺术历史学家默里正在亚眠大教堂组建一个多媒体项目中,需要有人制作“大教堂可能发出的声音”,塔隆被介绍参与了这个项目。也是在这次项目中,默里向他介绍了激光扫描的技术。" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"塔隆称这个项目是一种“有爱的劳作”。他说:“我终于意识到,我真正想做的就是能够将所有这些东西混合在一起——一切我热爱的:中世纪建筑,艺术,技术和知识。”

十多年后,塔隆成为了艺术部瓦萨学院的终身教授,并且完成了大约45座历史建筑的激光扫描数据留存。“用激光扫描重现建筑的时候我仿佛又成为了当年那个凝视着巴黎圣母院,想要进入巴黎圣母院的小孩子,而如今我做到了,我可以进入那些建筑,包括屋顶的顶部,拱顶的顶部,楼梯间的内部,以及人们通常看不到的所有隐藏空间,这是最让人激动的。”

在去年11月份,这位花费数年完成巴黎圣母院扫描工作的艺术史家,安德鲁·塔隆去世了。不必看到自己深爱的圣母院被大火毁于一旦或许是塔隆的幸运,而他以3D复原的巴黎圣母院,将在数字世界永远留存。

其他数字资料将辅助重建

除了塔隆,还有不少机构也用数字的方式保留了巴黎圣母院及相关资料。

不得不提的包括Google Arts & Culture,真是人类的幸运,它源源不断地将世界各地的博物馆高质量地搬到线上,免费开放,巴黎圣母院也在其中。

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除了艺术家们,也有外媒援引此前采访游戏设计师CarolineMiousse时的介绍称,《刺客信条:大革命》在制作时,工作人员曾花费超两年时间学习研究圣母院的构造,并同历史学家一道对巴黎圣母院的外观进行了精确的数字复原,这或将成为重要的修复参考资料。

图片 17正是因为有这样热爱艺术与技术的人和机构的存在,巴黎和世界还可以再期待大教堂重新被修整开放的一天。" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"*原标题《巴黎不哭!十亿数据精准扫描,帮卡西莫多重新找回他的玫瑰花窗》

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