《科技创新与品牌》杂志社成果

四维时代的微米级三维数字化扫描技术


2017年,四维时代在国内建立了首家3D数字化重建技术中心,推动科研成果转化落地


如今,你只需准备一台轻便的手机或者相机设备,即可完成捕捉空间的三维信息,轻松把现实世界的任何一个角落,搬进三维虚拟世界。从精神文化家园,到智慧城市建设,仅需扫描城市街景、购物广场、博物馆、历史遗迹……这些场景将以“数字万物”的方式得以展现。

四维时代是青年科学家、国家万人计划专家、国务院参事室网络安全和信息化专家崔岩联合中国科学院、德国和欧美其他国家多所知名大学的硕博团队搭建的基于人工智能三维数字化技术的理论研究与成果应用平台。其中,四维时代研发的微米级三维数字化精细扫描技术,是目前全球首创的可达微米级精度扫描技术。

2017年,四维时代与德国人工智能研究中心(DFKI)在中德两国总理见证下正式签订《中德人工智能研究院项目》,并成立中德人工智能研究院。基于雄厚的技术背景,四维时代建立了国内首家3D数字化重建技术中心,解决方案及产品服务于故宫博物院、世博会中国馆、港珠澳大桥、德国陶瓷博物馆等100余项国内外重大工程项目,涵盖数字文博、数字城市和数字工业等领域,四维时代正在用先进的人工智能三维数字化技术,为中国早日实现“数字万物”奋斗。

四维时代数字工厂以数字技术应用为重点,助推行业智能化提速

自主攻关路径  帮助行业破局


长期以来,国内90%以上的三维模型的采集和数据处理都依赖于国外进口。由于实景三维数据精确度高、真实性强,在国家未来的城市治理中将发挥越来越重要的作用。特别自然资源部发布《关于全面推进实景三维中国建设》通知后,实景三维软硬件的国产化、自主创新和安全可控备受关注。对此,四维时代以自身技术优势,攻关研发出了全国产化的实景三维空间采集设备——四维深时。四维深时可对空间进行高效快速虚拟重建,显著提升了建(构)筑物结构、建筑室内、道路设施、地下空间等部件的采集效率及数据处理能力。

此外,四维深时还可实现室内外数据一体化建模,拥有“数据采集、数据处理及成果应用发布”完整的闭环工作流程,可输出高精度实景三维模型,综合输出的图像质量高达16K,画面支持4倍放大,不仅能够实现场景轻量化浏览,还支持物联感知数据实时接入,通过可视化技术赋能行业解决方案。

“当然,我们的优势不仅在精度方面,其采集速度方面也表现出明显优势。”崔岩介绍说,四维深时单个点位采集时间只需30秒,将行业的采集速度提升到一倍以上。过往行业内平均1500平方米的空间可能需要长达7个小时才能完全捕获。对于同样的空间,我们仅需3小时就能完成捕捉,给行业带来惊人效益。

操作上,四维深时的整个机身只有一个操作按键,一键开机即可扫描。使用者只需将设备放置于固定的点位,设备自动旋转一圈即可完成单点位拍摄。这意味着在不损失点云质量的情况下,能够降低工作执行成本,减少人力资源投入。

同时,基于其强大的空间数字孪生能力,数据采集后可大幅减少测量工程师、建模工程师、制图工程师、建设方、业主方监理方等反复前往现场确认信息的情况,极大降低了沟通与时间成本,当完成点云采集后,数据将上传云端。编辑系统对点云数据开展云计算重构空间,计算结果通过后台编辑平台可实现数据集校准、热点互动、地理注册。支持无缝转换到AutoCAD等专业软件,轻松应对海量点云数据,通过网络把数据进行发布共享,随时随地可在PC网页端、移动端中查看点云图像。为激光扫描专业人员和工程师提供了一个端到端的现实捕捉解决方案。

助力实景三维  为行业赋能


结合实景三维中国、新型基础测绘、BIM、CIM、数字孪生等诸多领域新发展新需求,四维时代以前所未有的强大功能赋能行业转型升级,拓宽了三维激光扫描应用场景,从建筑BIM、消防刑侦到文旅文博、数字博物馆,四维时代的技术成果已赋能诸多行业。

在“碳达峰”“碳中和”目标指引下,数字化转型已成为能源行业的迫切需求,面对线路管路错综复杂,能源设备门类多样、结构各异等常规建模难题,以燃气系数字化转型为例,四维时代自主研发的四维深时设备基于其高精度、高效率、低成本的数据采集优势,满足不同场景的快速采集,所见即所得,一次采集数据可多次复用,满足燃气领域的数字化需求,助力燃气领域数字化转型,筑牢安全底线。

采用四维深时对各类场站、室外架空管网、入户管线等这3类燃气管道进行实景三维数据采集,输出的实景三维模型与三维点云模型可为无人值守场站提供数字孪生底座;为维检部门提供精确的管网数据及信息化平台数据资料;对入户管理进行空间采集,可以杜绝用户违规改建室内燃气管线,从而保证燃气的安全使用。

以文物保护、文化传播为目的测绘要求准确地反映历史建筑的现状,包括残损、构件错置、改动、变形等情况。在文物保护的应用中,四维深时则采用高精度逆向建模及重构技术,快速获取大型实体或实景目标的三维立体信息,通过独有算法重构其3D数据模型,再现客观事务实时、动态、真实特性。

以国内著名龙门石窟卢舍那大佛为例,卢舍那大佛是龙门石窟中艺术水平最高、整体设计最严密的一座造像。四维时代通过运用全国产自主研发的四维深时设备,扫描精度达到1cm,建模范围能达到260m,可以真实直观、高精度获取大佛的三维模型和点云信息。只需轻轻一按就可以捕获整个空间的高精度数据,大大降低了采集时间,让脆弱的文化遗产得到最大程度保护。

四维时代先后与故宫博物院、首都博物馆、河南博物院等博物馆合作,已累积服务超过超过100家博物馆及文保单位。

我国已从“中国制造”逐步发展成为“中国智造”,四维时代作为“中国智造”的“出海项目”,参与了德国、法国、印度、巴基斯坦等国家的数字、虚拟博物馆和艺术馆的建设。“我们不能用技术重建去掩盖文物本身的艺术价值,但通过技术手段可以让珍贵文物穿越时空,甚至直抵人心。”崔岩说。

当科技之光点亮静默无声的历史文物,它们的记忆终将被再次唤醒。通过数字化技术的还原,有温度地娓娓道出自己的故事,这就是科技的力量。它正在让历史穿越时空,让距离缩短,让人类家园成为一个共同体。