科技與想象力本身就是一對(duì)孿生兄弟。

電影《星際迷航》中曾有一段這樣的故事情節(jié)：電影中的主角們利用空間重建技術(shù)瞬間重建整個(gè)星球，甚至能夠重構(gòu)出新的生命形態(tài)。盡管今天我們尚未實(shí)現(xiàn)，但空間重建技術(shù)對(duì)于現(xiàn)實(shí)物理世界而言已然不是陌生的概念。

上期我們初步認(rèn)識(shí)了數(shù)字孿生，今天我們來(lái)聊聊數(shù)字孿生中的關(guān)鍵技術(shù)——空間重建技術(shù)。

一、何為空間重建？

 空間重建技術(shù)是數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)，是將物理世界宏觀部分中“場(chǎng)”和“物”的對(duì)象映射到元宇宙實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的過(guò)程。

空間重建技術(shù)一般包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、三維建模、紋理映射、模型優(yōu)化等步驟。

其中，數(shù)據(jù)采集是空間重建的基礎(chǔ)，可以通過(guò)相機(jī)、激光雷達(dá)、RGB-D 相機(jī)等設(shè)備獲取圖像或點(diǎn)云數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和過(guò)濾，去除噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度；三維建模是利用相關(guān)算法和技術(shù)，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，生成逼真的三維模型；紋理映射是將模型的表面細(xì)節(jié)和顏色信息映射到模型表面，提高模型的逼真度和可視化效果；模型優(yōu)化是對(duì)重建的模型進(jìn)行優(yōu)化和處理，提高模型的精度和質(zhì)量。

從方式上來(lái)看，可大致分為兩類。

一種是基于視覺(jué)幾何的傳統(tǒng)三維重建，這種三維重建算法技術(shù)相對(duì)成熟，主要通過(guò)多視角圖像對(duì)采集數(shù)據(jù)的相機(jī)位置進(jìn)行估計(jì)，再通過(guò)圖像提取特征后進(jìn)行比對(duì)拼接完成二維圖像到三維模型的轉(zhuǎn)換。

另一種是基于深度學(xué)習(xí)的三維重建，這種方法主要使用了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超級(jí)強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和擬合能力，可以對(duì) RGB 或 RGBD 等圖像進(jìn)行三維重建，通過(guò)各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)學(xué)習(xí)單個(gè)或多個(gè)角度的二維拍攝照片的物體特征，例如形狀扭曲、顏色變化、光感變化等，還原出物體原本的三維模型。

二、眾趣科技的三維重建構(gòu)想

 作為空間數(shù)字孿生云服務(wù)商中的一員，眾趣科技一直對(duì)三維重建技術(shù)的基礎(chǔ)研究與行業(yè)落地進(jìn)行著積極探索。

從技術(shù)角度來(lái)看，三維重建技術(shù)目前主要分為兩類：一類是小物體的三維重建，另一類是大場(chǎng)景的重建。小物體的三維重建如桌子、椅子、花瓶和人體等。「大場(chǎng)景」則是指對(duì)房屋、閑置樓宇和工廠園區(qū)等空間場(chǎng)景進(jìn)行的三維重建。

在眾趣科技的構(gòu)想里，三維重建技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用不僅僅只是對(duì)房屋、閑置樓宇和工廠園區(qū)的宏觀空間場(chǎng)景的重建上，更重要的是能夠深入空間場(chǎng)景的微觀細(xì)節(jié)中，結(jié)合 IOT 和模擬仿真等技術(shù)，為企業(yè)賦予數(shù)據(jù)支持的同時(shí)指導(dǎo)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)和決策。

而這一構(gòu)想的背后是眾趣科技多年來(lái)的技術(shù)實(shí)力沉淀。

1、多傳感器融合，高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集工具集成

在空間三維重建中，單一傳感器往往難以滿足所有需求。例如，單目相機(jī)無(wú)法直接獲取深度信息，而激光掃描儀可能無(wú)法捕捉到細(xì)節(jié)紋理。

眾趣科技自研的 SPACCOM 系列空間掃描設(shè)備，形成了完整的針對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景三維數(shù)據(jù)采集需求的設(shè)備矩陣，包括 3D 激光掃描儀、3D 掃描相機(jī)和 AI 三維相機(jī)等多款硬件產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)入口環(huán)節(jié)即形成優(yōu)勢(shì)壁壘，為空間三維的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度與采集成本提供了技術(shù)實(shí)力保障。

3D 激光掃描儀實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)誤差的有效采集，采用高精度激光雷達(dá)精準(zhǔn)獲取空間深度信息，更可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 100 米的超大量程半徑，實(shí)現(xiàn)高采集率。

3D 掃描相機(jī)基于紅外技術(shù)，可以同時(shí)采集室內(nèi)空間的三維數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)，誤差<2%；同時(shí)，配備三組傳感器實(shí)現(xiàn)高還原度畫面。

2、自研算法，確保數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定性

眾趣通過(guò)自研的機(jī)器視覺(jué)+SLAM、圖像處理和 AI 算法在云端將采集的數(shù)據(jù)完成三維結(jié)構(gòu)重建。100  平米空間場(chǎng)景，15 分鐘內(nèi) 即可完成掃描，30 分鐘即可完成云端數(shù)字化建模，最大程度精準(zhǔn)恢復(fù)空間場(chǎng)景。

與此同時(shí)，眾趣科技非常注重 AI 算法的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，眾趣科技推出的 VR-Lite 輕量化解決方案采用了 AI 圖像深度預(yù)測(cè)技術(shù)，為 2D 全景圖片賦予 3D “深度”，實(shí)現(xiàn)從平面圖片到立體空間的跨越式產(chǎn)品落地。

3、基于Qverse云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維空間的管理和應(yīng)用

三維空間通常還需要根據(jù)行業(yè)特性交由客戶進(jìn)行自定義編輯才能對(duì)外展示。Qverse 云平臺(tái)基于 SPACCOM設(shè)備進(jìn)行實(shí)景復(fù)刻，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化三維空間，并通過(guò) SaaS 平臺(tái)開放能力完成個(gè)性化交互設(shè)計(jì)與集成，讓三維數(shù)據(jù)在強(qiáng)大的 SaaS/PaaS 層中臺(tái)能力下實(shí)現(xiàn)智能、快速、準(zhǔn)確的建模和應(yīng)用。

截止目前，依托 AI、XR、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)融合的空間數(shù)字化服務(wù)，眾趣科技正在為各行各業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景提供全新的數(shù)字化解決方案，累計(jì)復(fù)刻數(shù)百萬(wàn)套 3D 數(shù)字化空間。

例如在智慧城市領(lǐng)域，眾趣科技經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)于空間計(jì)算技術(shù)的沉淀和產(chǎn)品服務(wù)形態(tài)的打磨，研發(fā)了可以實(shí)現(xiàn)全域無(wú)死角覆蓋的智慧城市可視化產(chǎn)品，3D 模型與現(xiàn)實(shí)世界空間全方位耦合，從高空視角的鳥瞰，到地面的室內(nèi)室外建筑，再到城市地下空間，實(shí)現(xiàn)了智慧城市的空地一體化，構(gòu)建了無(wú)死角的智慧城市全域 3D 實(shí)景空間。

用戶不僅可以在手機(jī)上隨時(shí)訪問(wèn)，縱覽園區(qū)全貌，通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)覽功能，可跟隨 VR 快速了解園區(qū)全貌及不同區(qū)域信息，同時(shí)，支持接入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控空間內(nèi)設(shè)施。此外，憑借高精度的空間數(shù)據(jù)，支持場(chǎng)景內(nèi)任意距離，面積和體積等測(cè)量，為空間布局、調(diào)整設(shè)施位置、為空間仿真和規(guī)劃等提供更為便捷、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

憑借在三維重建領(lǐng)域的持續(xù)深耕，眾趣已為工業(yè)設(shè)施、文博旅游、家居家裝等多個(gè)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了助力，持續(xù)釋放傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用的潛能。

未來(lái)，眾趣科技將持續(xù)發(fā)揮在空間三維重建領(lǐng)域的落地優(yōu)勢(shì)，攜手更多的行業(yè)合作伙伴構(gòu)建產(chǎn)業(yè)數(shù)字生態(tài)，賦能企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型。

下期，我們將圍繞數(shù)字孿生的功能應(yīng)用展開，敬請(qǐng)期待。