點雲運算智能升級精準重建古蹟風貌

2021-01-26 13:21經濟日報曹松清

肯特動畫導演張永昌(左起)、新竹市政府文化局副局長李欣耀、新竹市政府副市長沈慧虹... — 肯特動畫導演張永昌(左起)、新竹市政府文化局副局長李欣耀、新竹市政府副市長沈慧虹、國研院國網中心主任史曉斌、國立臺灣文學館館長蘇碩斌、國研院國網中心組長郭嘉真、力弘科技公司總經理黃寅睿。國研院/提供

科技部部長吳政忠就任時即提出：要邁向創新的國家，人文科學跟社會科學十分重要。科技部轄下的財團法人國家實驗研究院國家高速網路與計算中心所建置的算圖農場，過去已大量協助國內培育從事文化創意產業之3D動畫人才及其所需算圖技術。

現將應用領域擴充以「點雲」技術在電腦中建構各種物品、古蹟與其他建築物之3D模型，並以人工智慧技術使異常點雲校正所需時間由現有之6個月縮減為1個月，大幅縮減人力，藉由科技的力量提升維護古蹟的能力，是將科技與人文社會結合的最佳典範。

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所謂「點雲」（point cloud），是真實世界物體的空間維度數位記錄，由數百萬至數十億個點組成，每個點都是以「光達」掃描量測物體，以快速獲取該物體大量且精確的三維座標，將這些點在電腦中結合，即可建構該物體的立體模型；再結合彩色數位相片，將該物體的正確顏色貼到正確位置，即可在電腦中建置跟真實物件相仿的數位立體模型。點雲技術可運用於古蹟維護、建築工程、自動駕駛、數位城市等廣泛領域。

依現有技術，點雲資料多少會產生錯誤的色彩對應，特別如容易搖晃的樹葉時常對應到天空顏色，形成有如降雪的現象，或是路過的人影殘留。根據許多量測業者之經驗分享，過去修復這些缺陷的方法，除了設法改善量測技術與環境條件，便是以人工對區域異常點雲重新切割及著色。手動著色不僅費工費時，經常擬真度也不足。

為此，國研院國網中心於雲端算圖農場的點雲解算服務中，自主研發點雲改良技術「校正異常點雲資料之方法」，透過人工智慧辨識異常點雲並自動修正色彩，以填補現有產品技術缺口。

「校正異常點雲資料之方法」是使用人工智慧技術，區分出顏色正常點雲與顏色異常點雲，完成辨別後再以最近鄰回歸法及雷射反射強度進行校正，以顏色正常之點雲對顏色異常點雲重新著色，自動修正模型色彩，可將原本6個月的人工處理時間縮減為1個月，也讓點雲模型更擬真及精確。此技術已實際應用於新竹市日本海軍第六燃料廠新竹支廠及臺北市齊東詩舍之數位場景再造，協助古蹟保存與活化運用。

目前此技術正在申請臺灣及美國專利，除已建置於雲端算圖農場做為點雲解算的加值服務，讓有點雲模型修正需求的客戶可以透過平臺結合高速運算優勢自動優化點雲之呈現，國研院國網中心未來亦希望能技術授權給點雲軟體研發業者、光達系統廠商、掃描量測廠商、空間資訊應用業者等，協助我國點雲技術全面升級。

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