复刻长城，游戏技术做了什么

科技 06-15 来源：窄播

文化遗产保护，本质上是信息管理工作。通过对信息的挖掘、处理和传递，能对历史、文化和文明形成更准确、更完整、更丰富的认知。相比于传统文保，数字化技术也为文保工作带来了许多新变量

作者｜黄泽正

去年8月，腾讯发起了一个全新的项目，要借助自身在游戏技术方面的积累，协同文保基金会、腾讯慈善基金会，将长城的真实细节和信息1:1还原在数字世界中。6月11日，这个被命名为「数字长城」的项目正式面世，长达1公里的喜峰口潘家口段长城被「搬到」了用户的手机屏幕中。

为了制造写实的沉浸式场景体验，腾讯团队初期采集了超过5万张素材，生成了超过10亿面片的超拟真数字模型，还在长城周围的山体上种植了超过20万颗树木。用户不但能够漫步长城上，体验到早晨、中午、黄昏的不同景致变化，还可以通过考古清理、砌筑、勾缝等互动环节学习相关的长城保护知识。

然而，项目的制作越精良，一个疑问就会越强烈：为什么腾讯要下这么多功夫，投入这么多技术资源，来做这样一件看上去并不会产生实际收益的事情？这个疑问有点类似于1970年赞比亚修女对NASA的质疑——为什么地球上还有那么多孩子吃不上饭，你们却还要为远在火星的项目花费数十亿美元？

NASA那封《为什么要探索宇宙》的回信，这样写道：「太空旅行无可置疑地是一项充满挑战的事业。通往火星的航行并不能直接提供食物解决饥荒问题。然而，它所带来大量的新技术和新方法可以用在火星项目之外，这将产生数倍于原始花费的收益。」我们已经习以为常的气垫运动鞋、集成电路、脱水蔬菜、鼠标都是新探索下的衍生品。

文化遗产的保护同样也是一项充满挑战、有望推动进步的事业。随着时间的流逝，风霜雨雪的洗礼，长城、敦煌壁画、巴米扬大佛等人类文明的瑰宝在天灾人祸的破坏下，正在逐渐丧失自己最本真的一面。一旦这些遗产消逝，与之相伴产生的诸多历史文化素材的精神与情感价值也将大打折扣。

古城墙上蝴蝶飞远

如何利用新技术和新方法让文化遗产得以更持久保存、更低门槛传播，正在成为一个人类文明延续的新命题。对文化遗产进行数字化表达，无疑是在当下的技术环境下能够寻找到的最佳解决方案。将现实的文化遗产搬到数字空间中，甚至在数字空间中还原出位于重要历史时期的面貌，本质上是对虚拟与现实融合的一种深度探索。

当游戏技术以毫米级精度实现了对长城的复刻之后，我们完全可以期待正在申遗的北京中轴线、脆弱易逝的敦煌壁画、石窟等等，都能够以这种形式被复刻到数字空间中。这样的复刻经验，也将不止在文化遗产保护中贡献文化价值，也可能在游戏开发、数字孪生、设计展示等领域中创造更多社会价值与商业价值。

数字文保浪潮

将数字技术应用于文化遗产的保护，并不是一件新鲜事。早在上世纪90年代，美国斯坦福大学就与意大利博物馆合作，利用三维数字化技术，对大量文艺复兴时期的雕塑进行数字化建模；2001年，世界上第一台三维激光扫描仪系统的发明者Ben Kacyra创办CyArk，致力于用数字化技术保护人类文化遗产……

真正推动数字化技术在文化遗产保护方面的价值被大众认知的，是2019年巴黎圣母院的一场大火。火灾之后，育碧《刺客信条：大革命》研发团队花费两年时间在游戏中复现巴黎圣母院的消息，曾一度引发了游戏或可帮助专家修复巴黎圣母院的热议。

更有可能的重建希望来自于已故建筑史学家安德鲁·塔隆的硬盘。他被认为是「将新的数字技术引入到中世纪建筑空间的考古分析和再创造中」的人。塔隆利用大约50个激光扫描仪对这座教堂进行了精确测量，记录的数据点就超过10亿个，生成的模型误差只有5毫米。这种精确度，足以帮助建筑师最大限度地还原巴黎圣母院那个高达90米的哥特式尖顶。

在塔隆看来，激光扫描是考古和书写历史的又一种方式，让他在测绘空间的过程中，得以回望过去。而更多数字技术的运用，让更多普通人也可以在数字空间中，通过自己的眼睛丈量历史。去年11月，希腊政府宣布与微软合作，以数字化方式保护和恢复奥林匹克运动会原址——古奥林匹亚。借助这个项目，人们可以通过PC、移动APP、或在雅典奥林匹克博物馆举办的微软HoloLens 2展览，沉浸式体验古奥林匹亚。

以数字化技术助力文保工作，具有天然的契合度。《奈良真实性文件》在阐述文化遗产的真实性时指出，既要保持形式与设计、材料与物质、用途与功能、传统与技术等外在的真实性，也要传承精神与情感等内在的真实性。数字技术，或者更细化的游戏技术，可以为文化遗产保护与传播创造一个保持真实性的理想环境。

数字长城朝阳初升

一方面，文化遗产保护，本质上是信息管理工作。通过对信息的挖掘、处理和传递，才能对历史、文化和文明形成更准确、更完整、更丰富的认知。从这一角度出发，互联网行业所积累的数字化能力、丰富的数字媒介、实时渲染引擎、云计算、人工智能等技术，和游戏、动漫、影视等数字化表达手段，能让我们从文化遗产中提取出更多信息，进行更生动的演绎和广泛传播，让更多人了解和接受。

另一方面，数字化技术为文保工作带来了新的变量。主要体现在信息展示和信息再开发两方面。文化遗产的保护与修复是一个复杂的过程，但这个过程很难通过修复成果进行更形象生动的展现。更不用说，可以在现实世界中呈现一些文化遗产在不同历史阶段的系统演变过程，即其价值中的时间属性。数字化则让这些都拥有了具像化的可能。

在信息展示方面，更沉浸、更低门槛的内容体验，已成为新时代的要求。以往，文保领域的内容存在数据库里，好比美人养在深闺人未识，美好却始终与普通大众有距离感。而数字化技术，恰好是增强互动性，降低理解门槛，消除距离感的绝佳方式。在巴米扬东大佛天井壁画修复中，千年文物的结构、纹理、质感、色彩得以重现，漫步其中，浓郁的伊朗萨珊风格扑面而来。

信息再开发，让文化遗产焕发新生，与现代人喜欢的元素相结合。2018年以来，在敦煌研究院专家的指导下，腾讯《王者荣耀》连续推出了三款敦煌主题皮肤。其中，「遇见飞天」还原了敦煌壁画中飞天形象的风采；「遇见神鹿」用贴合年轻人喜好的方式重新演绎了九色鹿舍己为人的故事；「遇见胡旋」则在舞蹈画面中展现了开放包容、生生不息的盛唐文化和丝路精神。

长城需要数字化

长城是我国现存体量最大、分布最广的线型文化遗址。在漫长的时间跨度中，长城见证和参与了中华民族多元一体发展的历史进程，已经被熔铸为中华民族历史和精神的符号，是中华民族自我认知的支柱，也是中华文化通向世界的重要窗口。长久以来，对长城历史、艺术、科技价值的研究不断深入，并取得了大量的成果。

但是这些成果却并不为大多数人所知，甚至大部分人对于长城的认知仅限于八达岭或者居庸关。广泛认知中的长城一向以雄伟壮观著称。实际上，在国家文物局发布的中国长城资源调查数据中，这种砖石搭建的雄伟精致的长城段落占比很少，绝大多数的长城由夯土搭建、形制多样，且「损毁严重、破败不堪」，几乎不为国人所知。

数字长城俯瞰图

而且，大多数分布在胡焕庸线以西的长城段落，位于自然环境恶劣，人迹罕至的山区、戈壁、草原等区域，常年遭受自然风化侵蚀，濒临倒塌而无人修缮。更多地方的长城在旅游开发、城镇化建设、大型基础设施建设、居民生产生活和不当干预等人为因素影响下，也遭到了不同程度的破坏。

同时，《长城数字化修复的基本问题与研究方向》一文指出，长城从原貌到遗址的变化是历经时空及自然因素的共同作用结果，其本体演变中内含的重要历史、艺术、科学、材料、结构和工艺等原真性价值信息也在不同程度上遭到了损失，这也使得只有长城脚下少数长者才对其原貌和历史价值略知一二，成为长城保护如今面临的又一个现实困境。

遗址本体之外，长城的历史演变过程是一个多方共同作用的结果，涉及到历史沿革、时空地理变化、人文社会变迁、使用状况等多方面因素。正如天津大学建筑学院教授、中国民居建筑大师张玉坤所言：「如果对长城的研究不全面、不完整，会导致长城保护传承工作的局限性和片面性，直接影响到长城的价值认知及其文化影响力的发挥。」

数字技术提供了一种可能性，既可以在数字空间中将现存的长城1:1进行复刻保护，又或许可以结合对历史资料的研究，恢复不同重要时间节点的长城面貌，在数字空间上还原长城历史价值中的时间属性。在理想化的数字空间中，时间与空间的交错重叠会给长城的保护和传播带来更多可能性。

着落在「云游长城」项目中，这种可能性更多体现在对真实长城的数字化复刻。通过这种手段，让用户以极低的门槛，在手机上沉浸感受长城真实场景。用户能像玩游戏一样，走长城古道，看月落日升，听漠北风声，观长城烽火，在里面自由探索，按照兴趣了解长城的建造和修缮知识。

总共分几步

打造数字长城的愿景固然美好，但具体到项目落地上，难度是空前的，也需要强大的技术支持。据窄播了解，数字长城的制作工作主要由腾讯游戏技术团队完成。将游戏技术应用于长城的数字化复刻，利用引擎、建模、渲染、算力等方面的技术积累，破解大量传统方式难以解决的问题，成为贯穿“数字长城”项目的技术主线。

巨大的数据采集量、超现实的展示效果和低体验门槛是这个项目需要解决的三个核心问题。与全景影像相比，1:1复刻的复杂度提升了不止一个数量级，不仅要实现毫米级的真实还原，还要让用户能够在移动端小程序上就获得完整的沉浸式交互体验。这在游戏制作中都是一个相当高的要求。

首先，项目素材的采集需要用到3A游戏制作中已经采用的photogrammetry（照相建模）技术。简单来说，就是通过三维激光扫描来描绘形状作为骨架，利用单反拍摄照片作为皮肤，利用无人机拍摄大致地形作为血肉，最终实现照片级别的还原。虽然需要复刻的长城长度仅有一公里，但前期的数据采集量已经非常庞大，照片数量超过了五万张。

群山环绕的视感

其次，在素材齐备基础上，对于真实场景的还原需要依靠虚幻5游戏引擎的强大能力。一方面，虚幻5游戏引擎的Nanite和Lumen技术实现了数字长城从早晨到傍晚的动态光照效果。Nanite能够支撑处理长城多达10亿+面的资产，保证环境（的数字）资产不会跳变；Lumen则支持实现了真实还原环境下的动态光照效果。

为了达到高精度的呈现，「数字长城」要处理的细节纷繁复杂，「想去掉的和想增加的东西都很多」。

一方面，现场真实拍摄的照片，遍布石灰、砖块和正在翻修的水管，严重影响观感。因此在建模期间，团队不仅要在技术端进行手工美化，甚至涉及到大量物理清除工作。

同时，为还原长城重峦叠嶂、郁郁葱葱的风貌，团队参考当地植被和县志，运用PCG（过程化内容生成技术）技术，配合大量手动优化、美化，无中生有，人工「造出」了20万棵树木。

最后，完成数字资产构建之后，需要让用户在移动端就能实现完整的沉浸式交互体验。这是最为关键的一步。通过融合游戏引擎、动态光照、超分AI等技术，数字长城拥有诸多动态效果，让用户得以在阴晴圆缺间，一人独行苍茫古道，真正体会长城的浓重历史，沧海桑田。

将这些效果完全呈现在移动端，就需要借助云游戏技术和AI算法能力的支持。项目素材的大小达到30G，只有云游戏的技术才能达到1080P的画质，并且保证既能够很流畅地去玩，还能方便地去传播，让更多人在线参与。这不管对于腾讯，还是对于数字文保领域，都是一次全新的探索。