透过机器之“眼”，我们正在“看见”更大的世界

2024-08-22 12:23机械之最

视觉，是人类感知世界的一扇窗，我们大约80%的知识都来源于此。因为视觉，我们领略到色彩的万千缤纷；因为视觉，我们观赏到自然的宏伟壮丽。但是，人类的视觉常常会受到光线、空间的约束，在面对复杂、高精度的事物时，极易陷入观察盲区。既然如此，我们是否可以发明一种视觉机器去弥补缺陷、解决困扰呢？

“机器视觉技术”，一项让机器得以看见世界的技术已经悄然崛起。它可通过计算机模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。在很大程度上，“机器视觉技术”拓宽了人类视觉感知世界的边界。坐落于“中国视谷”核心启动区的“先临三维”，就是这样一家不断推进对3D视觉技术创新与探索的企业。

8月14日，在浙江省科协的支持下，2024浙江省科协“走进新质生产力”系列科普活动走进了中国视谷，来到先临三维，带领公众近距离了解高精度3D视觉技术在新质生产力中的核心地位，深入探索它如何赋能汽车工业、能源重工、电子电器、精准医疗等领域的创新与变革。

3D数字化视觉采集系统：文物修复好帮手

前几年，《我在故宫修文物》这部纪录片让我们看到了世界级的中国文物修复技术，当这些流转千年的文物在专家们手中焕发新生，我们深切地感受到这背后凝聚着多少人的专注和汗水。随着科技的发展，越来越多的新科技给这个“修旧如旧”的行业带来了新的生机，比如纪录片中就提到3D打印技术解决了传统的脱模剂给文物带来的影响。

近年来，“虚拟博物馆”不断兴起，各大博物馆纷纷采用网络虚拟技术，打破实体博物馆的局限性，以满足公众多元化的需求。其中文物三维数据的获取就是“虚拟博物馆”建设中至关重要的一环。事实上，“3D数字化视觉采集系统”不仅是在文物展出修复、还是数字化存档环节，都有着强大的作用。在《文博领域三维数字化视觉采集的奥秘》科普课堂中，先临三维技术工程师洪文静向大家就该系统的运作和应用作了详细的分析和介绍。

洪文静通过分享应县木塔和麦积山石窟的扫描案例，让大家看到了高精度3D扫描技术的魅力所在。与传统的手工测量和建模方法相比，这项技术能够实现无接触、无损害、全方位且精准高效的文物信息记录，建立起文物的数字化档案，从而最大限度地减少了对文物的二次破坏。不仅如此，利用扫描技术获取的数字文物数据不仅仅局限于文物修复与保护领域，在文物复制品及衍生品的开发中同样展现出了巨大的潜力。

例如，福建博物馆为了让珍藏在馆中的德化白瓷艺术品走出博物馆，让更多人知晓，采用了高精度三维扫描仪进行文物元素采集，并结合现代艺术设计理念，精心打造出一系列富有创意的文具、饰品以及艺术墙等衍生文创产品，以全新的视角展现出德化白瓷的艺术魅力，让观众能够轻松领略到德化白瓷独特的艺术美感与深厚的文化底蕴。

3D数字化视觉采集系统从“三维扫描”到“三维CAD设计与仿真软件”，从“常用数字化制造技术”应用再到“线上平台展示”，整个体系运作完备，有着高效率、高精度、非接触、易携带的特点，因此在许多文物相关工作中都发挥着无可替代的作用——在“应县释迦塔数字化保护项目”中，该系统在不损坏文物的前提下，对木塔内文物实行三维数字化存档；在“程氏三宅徽派古建数字化存档”项目中，该系统根据需求无接触地记录文物和古建装饰的形态特征；在“文物修复：数字化复原宋代透花瓷”项目中，3D数字化视觉采集系统为3D修复打印提供详细数据支撑，使得文物修复尽可能接近其原貌，还原本真。

物理变数字，3D扫描有着大用处

解锁三维“视”界

结束了干货满满的科普课堂后，大家兴致勃勃地步入了“先临齿科”主题展厅，在牙科诊所的全真场景中，沉浸式体验3D扫描在牙齿正畸、修复、种植、美学等诊疗中的作用。工作人员向大家展示了3D口腔扫描设备，并邀请小朋友们亲身体验口腔扫描过程，大家不由地被大屏幕上迅速成型的口腔模型吸引。

“请躺下，放轻松。”工作人员带着一个小朋友开始体验牙齿扫描。只见工作人员将设备放入小朋友的口腔，左扫一下，右探一下，短短一两分钟，小朋友的口腔模型就实时在电脑上生成。“哇，看！这是我的牙齿！”小朋友兴奋地指着屏幕上的模型说道，她的妈妈也在一旁感叹：“这比我们在医院做检查快了好多！”“而且做的时候我的嘴巴都没什么感觉。”小朋友笑着补充道。

随后，大家来到综合展厅。只见一位工程师手持一个酷似魔方的不规则多边体，对着汽车这边挥一下、那边舞一下……视线一转，眼前的汽车竟“钻”进了电子屏幕里——原来，机器发出的50条蓝色激光线，正以每秒最高368万次的速度扫描汽车，约8分钟后，一个完整的车辆数字三维模型便在屏幕上跃然浮现。随着工程师转动鼠标滚轮，汽车细节在屏幕上不断放大，直至轮廓、起伏、弧度全部消失不见，只剩最原始的点、线，以及三角网格。

“这就是高精度工业3D扫描仪，它保留了物体结构、几何细节、尺寸关系等信息，和现实物体高度一致，可以广泛运用于工业测量的各个环节。”工作人员向大家介绍道。

随后，大家跟随工作人员一起继续近距离观看3D扫描的过程。小朋友们个个摩拳擦掌，争先恐后地上手体验工程机械零部件的扫描全过程，眼睛里闪烁着好奇与兴奋的光芒。其中最吸引大家的当属“人体扫描”了。被扫描者只需站立不动，目视前方，等待扫描者完成360度全方位扫描，顷刻之间就能获得全真人体3D数字模型。不到3分钟，一个色彩、表情、形态与真人完全一致的数字人便从无到有，栩栩如生地出现在屏幕中。

在工作人员的指导下小朋友们亲手操作，亲眼见证了物质世界向数字世界转化的奇妙过程。他们不仅听到了专业解说，更亲身感受到了3D扫描技术的魅力所在。通过大屏幕上一个接一个模型的诞生，孩子们逐渐领悟到，透过机器之眼，我们能够探索一个更加精细和广阔的世界。

来自育才大城北中学的徐凡恩在参观完所有展厅后，激动地说道：“3D扫描真的很神奇，好多我根本看不到的东西，它都可以看到，而且很细致。”3D扫描技术，已然成为拓展人类视觉能力的重要工具，在汽车制造、能源开发、电子产业、文化遗产保护、口腔医学乃至虚拟现实等多个领域绽放着耀眼的光芒。

什么是空间智能？

目前，“空间智能”（Spatial Intelligence）已成为人工智能技术发展与应用的新热点。在人工智能领域，空间智能通常指能够观察、理解三维空间，并在三维空间中自主采取行动的智慧能力。

以OpenAI公司于2024年5月发布的GPT-4o模型为标志，人工智能的发展或将从以探索技术边界为主的“上半场”快速过渡到以明确应用范围、构建产品形态为主的“下半场”。在这一背景下，作为结合多模态大模型、虚拟现实和先进传感器技术的综合性技术，空间智能展现出了更具实践意义、更易于理解的应用潜力。

【“走进新质生产力”系列科普活动】

随着科技日新月异的发展，新质生产力正以前所未有的速度重塑我们的世界。浙江省科学技术协会积极响应时代呼唤，倾力打造“走进新质生产力”系列科普活动，旨在深耕青少年科普教育，依托浙江省独特的“315”科技创新体系与前瞻性的“9+6”未来产业布局，引领公众步入科技前沿，感知科技魅力，提升全民科学素质，共绘创新发展蓝图。

2024浙江省科学技术协会“走进新质生产力”系列科普活动，以丰富多元的场景式、体验式、沉浸式科普形式，搭建起公众与前沿科技之间的桥梁，共同探索合成生物、基因编辑、脑科学与人工智能、氢能储能、空天信息、地空一体、元宇宙、深地深海等八大未来产业的创新脉络。