孪生“再造”故宫
文｜柳南
编｜园长
红墙黄瓦，朱门金钉。
这里包含着故宫这座历史建筑群的独特色彩美学，时刻彰显着皇家宫殿的气势恢宏，庄严肃穆。
然而，正是这种古建风格的配色与审美，成为了互联网工程师小T“进驻”故宫以来所遇到的一个非常棘手的问题——600年故宫对于建筑颜色的拿捏“极其苛刻”，小T和团队需要在一个“数字孪生”世界中高清还原故宫的建筑和颜色。
尽管小T所在的腾讯数字孪生团队在建筑数字化领域经历了10年的大潮洗礼，有着业内领先的深厚行业经验，但面对故宫这样极具文化特色的项目，也需要迎难而上先去攻破配色问题。
故宫檐廊
通过细致观察，项目现场的可视化小组总结了故宫色彩的鲜明特点，研究了饱和度、色差等，经过后台UI打磨、频繁的贴图尝试，一次次靠近理想中的那个“临界点”。这中间，就颜色问题就与故宫的专家开过6次专题会。
最终，项目团队交付了一个不再冰冷冷的故宫建筑形象，在数字孪生的空间中还原了宫廷的风貌，封存住了古典意趣。
在此之前，由于故宫的古建是没有留下建筑图纸的，这给建模与还原形成了挑战。腾讯数字孪生团队利用扫描、自动化三维重建等技术对实验室每个区域进行立体式高精建模，一些复杂的数据得到表现，比如屋脊的曲线形态，檐廊的形状，就连管线这种仅凭肉眼难以发现的细节也得到记录。
在数字孪生管理平台上， 一个与实体建筑互联互通的“孪生空间”就此出现。
一
联合创新实验室，位于故宫西华门内，这里是故宫数字信息部原有的影像采集工作室，运行已超20年，由于设施老化、设备老旧，采集空间功能也较为单一，已难以满足“数字故宫”对文物数字化采集工作的需要。
经过一番升级改造，设备重新采购、管线重新部署、功能全新规划，这里成为一座创新实验室，在5月的世界博物馆日这一天正式投入运营。
故宫·腾讯联合创新实验室
除了继续承载摄像采集工作，实验室还增加了很多新的功能，为文物数字化采集的全过程提供更为安全的环境。
创新实验室源于故宫博物院与腾讯公司的共同推动建设，双方都投入了不少资源，其面向的是一个全新的文物数字化的科研实体。
这其中，腾讯数字孪生团队与故宫博物院团队共同开发了一个“数字孪生智慧管理平台”，以相关核心技术实现了实验室空间高精度建模、物联网可视化监测、设备与采集等多源数据融通，帮助实验室构建安全第一、标准规范、高效的文物数据采集数字化全流程。
二
如前面提到的，为了复刻实验室的建筑样貌，极致追求每一个细节，数字孪生项目团队在建模过程中不断加强新知识的学习，以求最大化实现数字化与历史韵味审美的统一。
项目团队克服技术难关，进行三维管线制作和数字化管理
据项目组回忆，一开始拿到这个需求的时候，其实大家挺犯难：
如何在数字界面还原故宫的经典配色，内敛而又不张扬，大气而又不超越现实？
如何在实现科技风、写实风基础上，把故宫的独特韵味完整呈现，使人一看就知道这就是故宫？
问题摆在面前，必须解决。经过大量的学习和专业调试，跨越这样一个难题后，项目组需要面对的是如何使实验室内的各种设施设备得到统一高效管理。
在实验室的各个区域，分布着大大小小、各式各样的设备，比如拍摄、照明、环境监测、仓储、电力等多重设备。
要知道，在以前，设备运行是一个个“黑盒”，设备数据是一座座“孤岛”，每个设备都有一个管理系统，但这相当于做了很多重复建设，要做到集中管理难度极大。
数字孪生技术进来后，基于一整套物联感知能力，设备的运行信息被统一接管，原本各自为战的设备在智慧管理平台上做到了互联。实验室里分布数十个传感器，就是管理平台最前沿的“触角”。
这里面最大的挑战，在于如何协调这些设备，因为设备是不同厂家的，腾讯实际上是承担横向管理的角色，要实现把所有设备都接入到数字孪生平台，就涉及到大量沟通工作，以及后台协议打通以及现场的点位调试等。
数字孪生团队还为此专门成立了一个物联小组，专门跟进协调设备厂商以及做多重系统的接入。由于项目组驻场时间长，也收到了故宫“网红猫”的关注，它们经常来项目团队“检查工作”，和项目团队的每个人都成为了好朋友。
三
等可视化和物联接入都相继完成，整个数字孪生管理平台的作用更加明显：不仅“综合态势”呈现，也能实现“联动策略”，最大化实现实验室的智慧管理。
这中间，对文物影像的采集流程，帮助很大。
综合态势上，包括管线管理、能耗管理、恒湿管理、智能仓储、门禁管理、照明管理、环境管理等众多数据实时展示，每个系统的指标非常明确。以管线管理为例，强电、弱电、空调新风、给排水、供暖、配套设备的管线信息，非常全面，管理平台控制着这些系统。
联动策略上，实时性是一大特色。 当实验室实际开了3盏灯的时候，孪生大屏就显示目前开启的3盏灯的具体位置，并且有清晰的图形化“开启”标志，相当于大屏里的灯也被“点亮”；对于空调系统也一样，实际开启的二维采集区的空调在大屏上也是“凉风劲吹”。
当然，设备联动最大的特色功能在于对文物影像采集区的温度、湿度实现一键预约和一键控制。
数字孪生智慧管理大屏
故宫珍藏着无数的国宝，每一件国宝都是对历史的沉淀和重现，其不可复制性决定着对保存和陈列的场所都有严格的环境控制要求，其中，温度、湿度、二氧化碳浓度几项指标对文物保存有着十分重要的影响。
不合适的温湿度会造成文物翘曲干裂、酥裂剥落等各方面问题，而通过数字孪生智慧管理平台进行精准的温湿度管控，则能尽力防止文物劣化和变质，做到保护文物安全。
管理平台已经根据行业对不同类别文物保护所要求的环境参数标准，自动调整至相应的温度与湿度，为织绣、陶瓷、青铜、玉石等文物数字化提供恒定的环境。
除了温度、湿度、二氧化碳的参数调解，平台还把安防系统、设备安全系统等纳入其中。仔细来看，实验室通过高清摄像机、AI摄像机、门户防御、状态传感等手段进行安全防护；同时，智能仓储系统的安全防护系统能保护实验室的摄影资产、显示员工行动，保障内部管理更加清晰有效。
四
以上这些功能的实现，潜藏着技术的精妙。
在文博赛道，实际上数字技术已经展现诸多的助力价值，云、数字孪生、地图LBS、AR、AI、游戏技术等，成为文博数字化道路上的热门词汇。 比如，腾讯的数字孪生技术就已经用于复刻“北京中轴线”、还原“数字长城”等项目，以其实时、精细、逼真、可计算的方式，在实现数字升级方面扮演重要角色。
今天，基于空间构造、物联感知、时空计算、逼真渲染、仿真推演等核心能力，以腾讯为代表的数字科技企业正在打磨相关技术，将数字孪生的进化从可视往可计算的方向推进，注入更多智能。
在建筑园区、在交通出行、在能源环保、在工业等诸多领域，互联互通的数字孪生空间不断落地，人与物、空间的关系被重塑，过去、现在与未来在同一时刻“重叠”，这带来的是产业的巨大革新。
眼下，实体经济的高质量发展是新的时代旋律，数实融合成为旋律下的一条主要路径与共识，其背后将依托数字技术发挥积极力量，推动产业繁荣向前。
发布于：北京
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