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視覺，是人類感知世界的一扇窗，我們大約80%的知識都來源于此。因為視覺，我們領(lǐng)略到色彩的萬千繽紛；因為視覺，我們觀賞到自然的宏偉壯麗。但是，人類的視覺常常會受到光線、空間的約束，在面對復(fù)雜、高精度的事物時，極易陷入觀察盲區(qū)。既然如此，我們是否可以發(fā)明一種視覺機器去彌補缺陷、解決困擾呢？

“機器視覺技術(shù)”，一項讓機器得以看見世界的技術(shù)已經(jīng)悄然崛起。它可通過計算機模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。在很大程度上，“機器視覺技術(shù)”拓寬了人類視覺感知世界的邊界。坐落于“中國視谷”核心啟動區(qū)的“先臨三維”，就是這樣一家不斷推進(jìn)對3D視覺技術(shù)創(chuàng)新與探索的企業(yè)。

8月14日，在浙江省科協(xié)的支持下，2024浙江省科協(xié)“走進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力”系列科普活動走進(jìn)了中國視谷，來到先臨三維，帶領(lǐng)公眾近距離了解高精度3D視覺技術(shù)在新質(zhì)生產(chǎn)力中的核心地位，深入探索它如何賦能汽車工業(yè)、能源重工、電子電器、精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域的創(chuàng)新與變革。

3D數(shù)字化視覺采集系統(tǒng)：文物修復(fù)好幫手

前幾年，《我在故宮修文物》這部紀(jì)錄片讓我們看到了世界級的中國文物修復(fù)技術(shù)，當(dāng)這些流轉(zhuǎn)千年的文物在專家們手中煥發(fā)新生，我們深切地感受到這背后凝聚著多少人的專注和汗水。隨著科技的發(fā)展，越來越多的新科技給這個“修舊如舊”的行業(yè)帶來了新的生機，比如紀(jì)錄片中就提到3D打印技術(shù)解決了傳統(tǒng)的脫模劑給文物帶來的影響。

近年來，“虛擬博物館”不斷興起，各大博物館紛紛采用網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)，打破實體博物館的局限性，以滿足公眾多元化的需求。其中文物三維數(shù)據(jù)的獲取就是“虛擬博物館”建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)。事實上，“3D數(shù)字化視覺采集系統(tǒng)”不僅是在文物展出修復(fù)、還是數(shù)字化存檔環(huán)節(jié)，都有著強大的作用。在《文博領(lǐng)域三維數(shù)字化視覺采集的奧秘》科普課堂中，先臨三維技術(shù)工程師洪文靜向大家就該系統(tǒng)的運作和應(yīng)用作了詳細(xì)的分析和介紹。

洪文靜通過分享應(yīng)縣木塔和麥積山石窟的掃描案例，讓大家看到了高精度3D掃描技術(shù)的魅力所在。與傳統(tǒng)的手工測量和建模方法相比，這項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸、無損害、全方位且精準(zhǔn)高效的文物信息記錄，建立起文物的數(shù)字化檔案，從而最大限度地減少了對文物的二次破壞。不僅如此，利用掃描技術(shù)獲取的數(shù)字文物數(shù)據(jù)不僅僅局限于文物修復(fù)與保護(hù)領(lǐng)域，在文物復(fù)制品及衍生品的開發(fā)中同樣展現(xiàn)出了巨大的潛力。

例如，福建博物館為了讓珍藏在館中的德化白瓷藝術(shù)品走出博物館，讓更多人知曉，采用了高精度三維掃描儀進(jìn)行文物元素采集，并結(jié)合現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計理念，精心打造出一系列富有創(chuàng)意的文具、飾品以及藝術(shù)墻等衍生文創(chuàng)產(chǎn)品，以全新的視角展現(xiàn)出德化白瓷的藝術(shù)魅力，讓觀眾能夠輕松領(lǐng)略到德化白瓷獨特的藝術(shù)美感與深厚的文化底蘊。

3D數(shù)字化視覺采集系統(tǒng)從“三維掃描”到“三維CAD設(shè)計與仿真軟件”，從“常用數(shù)字化制造技術(shù)”應(yīng)用再到“線上平臺展示”，整個體系運作完備，有著高效率、高精度、非接觸、易攜帶的特點，因此在許多文物相關(guān)工作中都發(fā)揮著無可替代的作用——在“應(yīng)縣釋迦塔數(shù)字化保護(hù)項目”中，該系統(tǒng)在不損壞文物的前提下，對木塔內(nèi)文物實行三維數(shù)字化存檔；在“程氏三宅徽派古建數(shù)字化存檔”項目中，該系統(tǒng)根據(jù)需求無接觸地記錄文物和古建裝飾的形態(tài)特征；在“文物修復(fù)：數(shù)字化復(fù)原宋代透花瓷”項目中，3D數(shù)字化視覺采集系統(tǒng)為3D修復(fù)打印提供詳細(xì)數(shù)據(jù)支撐，使得文物修復(fù)盡可能接近其原貌，還原本真。

物理變數(shù)字，3D掃描有著大用處

解鎖三維“視”界

結(jié)束了干貨滿滿的科普課堂后，大家興致勃勃地步入了“先臨齒科”主題展廳，在牙科診所的全真場景中，沉浸式體驗3D掃描在牙齒正畸、修復(fù)、種植、美學(xué)等診療中的作用。工作人員向大家展示了3D口腔掃描設(shè)備，并邀請小朋友們親身體驗口腔掃描過程，大家不由地被大屏幕上迅速成型的口腔模型吸引。

“請?zhí)上拢泡p松。”工作人員帶著一個小朋友開始體驗牙齒掃描。只見工作人員將設(shè)備放入小朋友的口腔，左掃一下，右探一下，短短一兩分鐘，小朋友的口腔模型就實時在電腦上生成。“哇，看！這是我的牙齒！”小朋友興奮地指著屏幕上的模型說道，她的媽媽也在一旁感嘆：“這比我們在醫(yī)院做檢查快了好多！”“而且做的時候我的嘴巴都沒什么感覺。”小朋友笑著補充道。

隨后，大家來到綜合展廳。只見一位工程師手持一個酷似魔方的不規(guī)則多邊體，對著汽車這邊揮一下、那邊舞一下……視線一轉(zhuǎn)，眼前的汽車竟“鉆”進(jìn)了電子屏幕里——原來，機器發(fā)出的50條藍(lán)色激光線，正以每秒最高368萬次的速度掃描汽車，約8分鐘后，一個完整的車輛數(shù)字三維模型便在屏幕上躍然浮現(xiàn)。隨著工程師轉(zhuǎn)動鼠標(biāo)滾輪，汽車細(xì)節(jié)在屏幕上不斷放大，直至輪廓、起伏、弧度全部消失不見，只剩最原始的點、線，以及三角網(wǎng)格。

“這就是高精度工業(yè)3D掃描儀，它保留了物體結(jié)構(gòu)、幾何細(xì)節(jié)、尺寸關(guān)系等信息，和現(xiàn)實物體高度一致，可以廣泛運用于工業(yè)測量的各個環(huán)節(jié)。”工作人員向大家介紹道。

隨后，大家跟隨工作人員一起繼續(xù)近距離觀看3D掃描的過程。小朋友們個個摩拳擦掌，爭先恐后地上手體驗工程機械零部件的掃描全過程，眼睛里閃爍著好奇與興奮的光芒。其中最吸引大家的當(dāng)屬“人體掃描”了。被掃描者只需站立不動，目視前方，等待掃描者完成360度全方位掃描，頃刻之間就能獲得全真人體3D數(shù)字模型。不到3分鐘，一個色彩、表情、形態(tài)與真人完全一致的數(shù)字人便從無到有，栩栩如生地出現(xiàn)在屏幕中。

在工作人員的指導(dǎo)下小朋友們親手操作，親眼見證了物質(zhì)世界向數(shù)字世界轉(zhuǎn)化的奇妙過程。他們不僅聽到了專業(yè)解說，更親身感受到了3D掃描技術(shù)的魅力所在。通過大屏幕上一個接一個模型的誕生，孩子們逐漸領(lǐng)悟到，透過機器之眼，我們能夠探索一個更加精細(xì)和廣闊的世界。

來自育才大城北中學(xué)的徐凡恩在參觀完所有展廳后，激動地說道：“3D掃描真的很神奇，好多我根本看不到的東西，它都可以看到，而且很細(xì)致。”3D掃描技術(shù)，已然成為拓展人類視覺能力的重要工具，在汽車制造、能源開發(fā)、電子產(chǎn)業(yè)、文化遺產(chǎn)保護(hù)、口腔醫(yī)學(xué)乃至虛擬現(xiàn)實等多個領(lǐng)域綻放著耀眼的光芒。

什么是空間智能？

目前，“空間智能”（Spatial Intelligence）已成為人工智能技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的新熱點。在人工智能領(lǐng)域，空間智能通常指能夠觀察、理解三維空間，并在三維空間中自主采取行動的智慧能力。

以O(shè)penAI公司于2024年5月發(fā)布的GPT-4o模型為標(biāo)志，人工智能的發(fā)展或?qū)囊蕴剿骷夹g(shù)邊界為主的“上半場”快速過渡到以明確應(yīng)用范圍、構(gòu)建產(chǎn)品形態(tài)為主的“下半場”。在這一背景下，作為結(jié)合多模態(tài)大模型、虛擬現(xiàn)實和先進(jìn)傳感器技術(shù)的綜合性技術(shù)，空間智能展現(xiàn)出了更具實踐意義、更易于理解的應(yīng)用潛力。

【“走進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力”系列科普活動】

隨著科技日新月異的發(fā)展，新質(zhì)生產(chǎn)力正以前所未有的速度重塑我們的世界。浙江省科學(xué)技術(shù)協(xié)會積極響應(yīng)時代呼喚，傾力打造“走進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力”系列科普活動，旨在深耕青少年科普教育，依托浙江省獨特的“315”科技創(chuàng)新體系與前瞻性的“9+6”未來產(chǎn)業(yè)布局，引領(lǐng)公眾步入科技前沿，感知科技魅力，提升全民科學(xué)素質(zhì)，共繪創(chuàng)新發(fā)展藍(lán)圖。

2024浙江省科學(xué)技術(shù)協(xié)會“走進(jìn)新質(zhì)生產(chǎn)力”系列科普活動，以豐富多元的場景式、體驗式、沉浸式科普形式，搭建起公眾與前沿科技之間的橋梁，共同探索合成生物、基因編輯、腦科學(xué)與人工智能、氫能儲能、空天信息、地空一體、元宇宙、深地深海等八大未來產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新脈絡(luò)。