誰擁有先進(jìn)的三維數(shù)字化技術(shù)（3D內(nèi)容生產(chǎn)），誰就掌握下個數(shù)字世界的入口，誰解決了3D內(nèi)容生產(chǎn)的技術(shù)、商業(yè)瓶頸，誰就是下一個全球頂級的科技巨頭，這是全球科技的核心領(lǐng)域，也是全球競爭的戰(zhàn)略高地。

3D內(nèi)容生產(chǎn)主要有人工建模和三維掃描兩種方式，核心看好三維掃描中的圖像建模、結(jié)構(gòu)光技術(shù)。三維掃描，又稱3D數(shù)字化、3D建模，指通過機(jī)器掃描、配套軟件處理，人工修復(fù)生產(chǎn)出具有三維立體數(shù)據(jù)、色彩、紋理、各種幾何面的3D數(shù)據(jù)模型。機(jī)器掃描又分為激光、結(jié)構(gòu)光、圖像建模三種細(xì)分領(lǐng)域，各有優(yōu)缺點(diǎn)，具備核心競爭力，能解決未來十年數(shù)十萬億級別的3D內(nèi)容，主要是依賴圖像建模、結(jié)構(gòu)光技術(shù)的發(fā)展。

國外傳統(tǒng)3D公司以激光為主。海外是從上世紀(jì)80-90年代開始進(jìn)行研發(fā)和商業(yè)化，以服務(wù)汽車、機(jī)械、建筑、醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用為主，絕大部分采用激光雷達(dá)掃描，價格十分昂貴，且掃描后的模型無色彩紋理，無法用于互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR的消費(fèi)端。

科技巨頭近幾年跨界進(jìn)軍，并購頻發(fā)。相較于國內(nèi)對3D產(chǎn)業(yè)認(rèn)知缺失，海外科技巨頭對未來十年3D內(nèi)容生態(tài)充分認(rèn)知，近幾年紛紛進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)召?，加大技術(shù)研發(fā)三維數(shù)字化技術(shù)。如蘋果收購了香港大學(xué)全龍教授的技術(shù)，推出了軟件Object Capture；谷歌多年來一直在研發(fā)三維數(shù)字化技術(shù)；亞馬遜近幾年多次高價收購三維數(shù)字化技術(shù)公司。

中國軍團(tuán)厚積薄發(fā)具備全球競爭力。我國幾乎與國外同步開展相關(guān)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化培育，國內(nèi)圖像建模以景致三維為代表，結(jié)構(gòu)光技術(shù)以易尚展示為代表，均是產(chǎn)研學(xué)一體，自主研發(fā)，各有優(yōu)勢，在技術(shù)研發(fā)、商業(yè)化、工程實(shí)踐上取得一定進(jìn)展。相較于AR/VR頭顯端，我國在三維數(shù)字化技術(shù)—3D內(nèi)容生產(chǎn)方面具備全球競爭力。

國外高度重視，國內(nèi)急需重視和投入。目前三維數(shù)字化技術(shù)還未像二維成像技術(shù)（拍照、視頻）這么成熟，仍需對關(guān)鍵底層技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，對硬件產(chǎn)品、軟件體系進(jìn)行升級迭代，不斷解決產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的技術(shù)難題和商業(yè)短板，進(jìn)而具備全球競爭優(yōu)勢，培育巨大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。相較于國外對三維數(shù)字化技術(shù)的高度認(rèn)知和戰(zhàn)略重視，我國在政府層、產(chǎn)業(yè)層、大型公司、投資層對此認(rèn)知不足。

 一、3D內(nèi)容生產(chǎn)的方法、流程和難點(diǎn) 

3D內(nèi)容的生產(chǎn)——又稱3D數(shù)字化、3D建模，是指通過機(jī)器掃描、計(jì)算機(jī)軟件、人工處理等構(gòu)建出具有三維立體數(shù)據(jù)、色彩、紋理、各種幾何面的3D數(shù)據(jù)模型。其涉及到多視圖立體幾何、深度圖估計(jì)、點(diǎn)云處理、網(wǎng)格重建和優(yōu)化、紋理貼圖、馬爾科夫隨機(jī)場、圖割等技術(shù)。目前，3D內(nèi)容生產(chǎn)主要有人工建模、機(jī)器掃描兩種方式，其中機(jī)器掃描又分為激光、結(jié)構(gòu)光和圖像建模。

（一）傳統(tǒng)人工建模難以商業(yè)應(yīng)用

人工建模又稱正向建模。其從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，經(jīng)過數(shù)據(jù)編程、加工，依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，得到開發(fā)者需要的3D模型。人工建模要求操作人員要具有豐富的專業(yè)知識，熟練使用建模軟件，之前適用于3D游戲、3D動畫和電影。

人工建模涉及環(huán)節(jié)多，流程較為復(fù)雜。主要流程有：構(gòu)建3D幾何形狀-構(gòu)建3D建模-材質(zhì)著色器-UV展開-烘焙-紋理貼圖-骨骼綁定和動畫-布局與渲染。

人工建模其有諸多天然缺陷，難以滿足3D-AR的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用：

• 三維模型真實(shí)度、還原度不高，不利于打造3D-AR的虛實(shí)結(jié)合
• 操作復(fù)雜，周期較長，商業(yè)成本極高（3D電影、3D游戲上億成本）
• 精細(xì)度不夠，且難以標(biāo)準(zhǔn)化

（二）三維數(shù)字化技術(shù)迎來時代機(jī)遇

三維掃描，又稱三維數(shù)字化技術(shù)，是一種先進(jìn)的全自動高精度立體掃描技術(shù)，使用光學(xué)傳感器件、計(jì)算機(jī)硬件等對物體進(jìn)行掃描，通過發(fā)射光的反饋獲取三維坐標(biāo)信息，依靠設(shè)備的攝像頭來獲取紋理顏色，結(jié)合三維重構(gòu)的算法和系統(tǒng)，構(gòu)建三維物體的幾何形狀、色彩、特征的三維數(shù)字模型。

計(jì)算機(jī)視覺—三維數(shù)字化原理

目前技術(shù)主要有激光、結(jié)構(gòu)光、圖形建模三種路徑。最初的應(yīng)用領(lǐng)域主要是工業(yè)、制造業(yè)的逆向工程、測繪檢測等，采用激光技術(shù)為主，講究高精度、高密度，但生成數(shù)據(jù)為黑白，缺乏色彩和紋理。本世紀(jì)初，結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)出現(xiàn)，是由激光技術(shù)衍生發(fā)展而來，可生成色彩、紋理，應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。2010年后，圖像建模技術(shù)出現(xiàn)并快速商業(yè)化應(yīng)用。

三維數(shù)字化技術(shù)路徑

由于激光主要用于工業(yè)測量，無色彩和紋理。3D-AR生態(tài)的萬億級3D數(shù)據(jù)需求，主要依賴圖像建模、結(jié)構(gòu)光技術(shù)的成熟和商業(yè)化應(yīng)用。三維掃描相較于人工建模，能大幅提升3D內(nèi)容生產(chǎn)的效率。

（三）3D內(nèi)容生產(chǎn)的流程和痛點(diǎn)

1、三維掃描未像二維拍照樣成熟，還需配套軟件和人工處理

三維內(nèi)容的生產(chǎn)，先通過專門的掃描儀/攝像機(jī)進(jìn)行掃描拍攝，獲得初步的數(shù)據(jù)，但初步數(shù)據(jù)擁有大量的錯誤數(shù)據(jù)、缺失數(shù)據(jù)、且缺乏紋理等。各公司再通過自研的自動化軟件進(jìn)行處理和完善，得到一個完成度在60%-80%的3D模型（完成度由模型的復(fù)雜度、不同的機(jī)器和技術(shù)路徑?jīng)Q定），剩余20%-40%的模型構(gòu)建修補(bǔ)工作則由人工進(jìn)行處理。機(jī)器掃描及軟件處理在數(shù)分鐘到十分鐘不等，但人工處理則需要數(shù)小時到數(shù)天時間。

由不同模型、不同機(jī)器、不同技術(shù)決定

三維掃描生產(chǎn)的模型仍需人工修補(bǔ)

2、物品規(guī)則多樣化，技術(shù)上仍有各種受限瓶頸

受到復(fù)雜場景的幾何結(jié)構(gòu)、未知物體表面反射特性、變化的光照條件、復(fù)雜的地形以及不規(guī)則的未知遮擋物等限制，三維數(shù)字化技術(shù)還不能一次性還原所有表面，各種幾何物體和不同顏色，黑色或反光表面、玻璃等透明物體難以識別和還原。因此如何快速而又精確地掃描出復(fù)雜的三維物體仍是研究該技術(shù)的關(guān)鍵。

3、非常復(fù)雜和專業(yè)化，生產(chǎn)注重工程實(shí)踐

3D內(nèi)容的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制作流程涉及很多環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)，以三維數(shù)字化公司給阿里、京東提供商品3D內(nèi)容生產(chǎn)為例，每家都需要經(jīng)過十多個生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)，各種物體、材質(zhì)的不同，對應(yīng)的三維數(shù)字化技術(shù)設(shè)備和掃描方式亦不同。

（四）應(yīng)用最廣、技術(shù)最難的領(lǐng)域

事實(shí)上，三維數(shù)字化是計(jì)算機(jī)視覺最難環(huán)節(jié)，蘋果能實(shí)現(xiàn)較好的運(yùn)動追蹤、空間感知，但無法還原精準(zhǔn)的三維數(shù)據(jù)。Meta更是因?yàn)槿S數(shù)字內(nèi)容的粗糙效果大打折扣。

蘋果iPhone運(yùn)動跟蹤（無法三維建模的色彩、紋理等）

Meta的三維內(nèi)容應(yīng)用

在3D視覺領(lǐng)域中，包含3D識別、3D空間感知、3D數(shù)字化、3D打印四個細(xì)分領(lǐng)域。3D識別只需要做個判斷，3D空間感知則是空間計(jì)算，3D數(shù)字化（三維數(shù)字化）則要精準(zhǔn)反應(yīng)3D物體的長寬高、幾何形狀、面數(shù)、色彩和紋理，是所有環(huán)節(jié)中最難。

總之，蘋果及業(yè)內(nèi)公認(rèn)的，3D內(nèi)容生產(chǎn)是最昂貴、最困難的環(huán)節(jié)。雖然行業(yè)進(jìn)入門檻較低，但技術(shù)成熟度、大幅提升效率，降低成本難度較大，具有非常高的技術(shù)和商業(yè)競爭壁壘。全球科技巨頭對此心知肚明，紛紛進(jìn)行業(yè)內(nèi)并購，不斷投入技術(shù)研發(fā)和工程實(shí)踐，力圖解決技術(shù)、商業(yè)難點(diǎn)，培養(yǎng)下一代信息科技革命的核心戰(zhàn)略高地。

 二、國外篇——傳統(tǒng)公司以激光/工業(yè)測量為主 

國外是從上世紀(jì)80-90年代開始進(jìn)行研發(fā)和商業(yè)化，國外傳統(tǒng)三維數(shù)字化公司，以服務(wù)汽車、機(jī)械、建筑、醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用為主，絕大部分采用激光雷達(dá)掃描，價格十分昂貴，且掃描后的模型無色彩紋理，無法用于互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR的消費(fèi)端。

（一）GOM

1990年成立于德國，研發(fā)部門共有100多位工程師、數(shù)學(xué)家和科學(xué)家，已有超過一萬四千臺系統(tǒng)設(shè)備服務(wù)于汽車、航空和消費(fèi)品等行業(yè)。

Gom公司介紹

（二）Faro

1981年由博士生Simon Raab和Greg Frasier成立，設(shè)想成為3D測量和成像的先驅(qū)，F(xiàn)aro于1997年納斯達(dá)克上市，主要研發(fā)激光雷達(dá)探測，面向醫(yī)療端和工業(yè)端領(lǐng)域。

Faro公司介紹

（三）Creaform

2002年成立于加拿大，2005年推出首個3D 激光掃描儀Handyscan，2009年推出彩色激光掃描儀，2010年倫敦自然歷史博物館購買其第1000臺掃描儀，同時收購技術(shù)領(lǐng)先的3D人體掃描公司InSpeck。

（四）Artec

總部位于盧森堡，2007年開始生產(chǎn)高品質(zhì)的3D掃描儀，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)與制造、醫(yī)療保健、科學(xué)與教育、藝術(shù)與設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

 三、國外篇——科技巨頭跨界大舉進(jìn)軍，并購頻發(fā) 

3D內(nèi)容生產(chǎn)是計(jì)算機(jī)三維數(shù)字世界的入口，各大科技巨頭心知肚明，近幾年科技巨頭公司紛紛大量收購三維數(shù)字化公司、加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和投入，搶占下一代信息科技革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

（一）蘋果

蘋果收購以色列面部3D掃描軟件公司RealFace，該公司成立于2014年，位于特拉維夫的RealFace，以開發(fā)面部識別技術(shù)而聞名。

蘋果2017年推出iPhone X，具備臉部3D識別和跟蹤功能，但并未具備3D建模重現(xiàn)。

蘋果iPhone X的臉部3D識別功能

根據(jù)3D產(chǎn)業(yè)鏈信息，蘋果收購了香港大學(xué)主攻三維數(shù)字化的權(quán)龍教授的公司。

蘋果2021年6月WWDC推出了Object Capture功能，主要應(yīng)用于技術(shù)最簡單的小物品，包括一些規(guī)則整齊、面數(shù)和紋理較少的小物品，掃描構(gòu)建AR所需3D數(shù)據(jù)，但此類技術(shù)谷歌多年前已推出，仍需人工大量操作，商業(yè)化效果及進(jìn)程一般。

（二）谷歌

谷歌多年來一直在研究3D掃描技術(shù)。谷歌最新創(chuàng)造出一種被稱為“容積捕獲”的技術(shù)裝備，由在一個360°全景設(shè)備中的100部1200萬像素相機(jī)和331個LED照明模塊組成，能夠看到物體周圍的一切，從而創(chuàng)建出真實(shí)照片感的物體3D模型。

2021年谷歌I/O開發(fā)者大會上，谷歌推出發(fā)布了Project Starline，由高分辨率傳感器、景深掃描傳感器以及 65 英寸「光場顯示器」重新生成的實(shí)時3D模型，該項(xiàng)目已開發(fā)數(shù)年之久，其背后是大量計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、空間音頻和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。但目前看此項(xiàng)技術(shù)偏概念，難以商業(yè)化普及。

谷歌展示的動態(tài)3D建模

騰訊：科技巨頭數(shù)據(jù)處理，硬件、數(shù)據(jù)采集依賴第三方供應(yīng)商

（三）微軟

微軟開發(fā)了一款產(chǎn)品PhotoSynth，可將大量的照片做3D處理，但是它不是真正創(chuàng)建3D 模型，而是根據(jù)照片之間的相機(jī)參數(shù)及空間對應(yīng)關(guān)系，建構(gòu)一個虛擬的3D場景，使得用戶能夠從不同角度和位置來查看該場景。

（四）Facebook

Facebook 2019年3月推出數(shù)字人類項(xiàng)目“Codec化身”。這個項(xiàng)目特別關(guān)注頭部和臉部，頭像的生成需要用132個攝像頭對用戶頭部進(jìn)行昂貴的掃描。

2019年5月，在F8年度會議上，該公司展示了以前所未有的逼真度進(jìn)行的實(shí)時無標(biāo)記人體跟蹤，使用的模型參考了人類肌肉和骨骼系統(tǒng)。

2021年9月，F(xiàn)acebook推出了3D重建數(shù)據(jù)集：Common Objects in 3D，作為同類第一個數(shù)據(jù)集，CO3D主要用于重建現(xiàn)實(shí)生活中的3D對象，而AR/VR在3D中重建對象是一個具有開創(chuàng)性的計(jì)算機(jī)視覺問題。

（五）亞馬遜

2015年，亞馬遜收購了3D數(shù)字化公司Shoefitr，Shoefitr公司成立于2010年，利用自主開發(fā)的3D數(shù)字化技術(shù)，對鞋子里外進(jìn)行掃描，以獲取最為精確的信息。

2017年，亞馬遜以4.7億元收購了人體3D掃描公司Body Labs，Body Labs成立于2013年，專精3D人體掃描技術(shù)。

2019年，亞馬遜推出了“Amazon Real World Image Study”， 公眾可以提交自己的3D身體掃描數(shù)據(jù)供亞馬遜研究，然后后者將相應(yīng)地為你支付酬勞。技術(shù)涉及人工智能，計(jì)算機(jī)視覺和身體建模。3D模型可以支持衣服試穿等用例。

2023年，亞馬遜成像團(tuán)隊(duì)、AWS的空間計(jì)算團(tuán)隊(duì)與3D AR可視化平臺Hexa達(dá)成合作，推出可規(guī)模分發(fā)、簡易的3D AR開發(fā)流程，加速電商合作伙伴使用AR來營銷、展示的過程。Hexa平臺為用戶提供基于拖拽等方式的低門檻3D AR開發(fā)功能，特點(diǎn)是結(jié)合AI美術(shù)設(shè)計(jì)，可幫助品牌和零售商快速創(chuàng)建、管理和分發(fā)高質(zhì)量3D模型、AR、360°視頻等內(nèi)容，并應(yīng)用于家居、服裝等領(lǐng)域。

亞馬遜身體掃描及虛擬試衣

（六）Snap

2021年7月，Snapchat的母公司收購品牌商品3D模型的AR團(tuán)隊(duì)Vertebrae，一家可以讓品牌創(chuàng)建和管理其商品的3D資產(chǎn)創(chuàng)建平臺，用于3D掃描、AR購物，允許用戶虛擬地試穿限量版Gucci鞋品，公司團(tuán)隊(duì)50余人。

（七）Adobe

全球軟件巨頭Adobe2019年僅有的兩次收購均圍繞著3D產(chǎn)業(yè)展開。2019年1月份，加碼沉浸式布局，Adobe收購3D編輯工具Substance開發(fā)商Allegorithmic。2019年12月，Adobe收購三維雕刻工具Oculus Medium。

2020年10月27日，Adobe發(fā)布了3D掃描工具Scantastic，可掃描物理對象用以創(chuàng)建AR體驗(yàn)，Scantastic尚屬于實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，未向公眾開放，3D模型的創(chuàng)建依然是一項(xiàng)極其復(fù)雜的任務(wù)，需要特定領(lǐng)域的高水平知識。

（八）Epic Ggame

Epic Games2021年3月收購攝影制圖工作室Capturing Reality，用來完善Epic Games的3D掃描技術(shù)。

2022年，推出了免費(fèi)的3D掃描App《RealityScan》，原理基于攝影測量3D建模，該應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)2D/3D深度地圖掃描、激光掃描等功能，生成的3D模型可在Sketchfab平臺托管。

（九）Unity

2020年12月，Unity收購以色列3D建模創(chuàng)企RestAR。RestAR是3D建模的計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)公司，為時尚品牌、在線零售商和營銷人員提供掃描和渲染的高質(zhì)量3D實(shí)物消費(fèi)產(chǎn)品。收購后RestAR員工加入U(xiǎn)nity，其技術(shù)與Unity Forma集成，將交互式RT3D技術(shù)的功能擴(kuò)展到所有類型的營銷人員。

2023年6月，Unity中國籌備自研本土版引擎，發(fā)力XR、3D內(nèi)容生成工具開發(fā)。

（十）Magic Leap

AR明星企業(yè)Magic Leap，2017年收購瑞士計(jì)算機(jī)視覺公司Dacuda的3D成像部門，其長遠(yuǎn)愿景是實(shí)現(xiàn)實(shí)時拍攝2D和3D圖像，“使制作3D內(nèi)容如同拍攝視頻一樣容易”。

（十一）NeXR

2021年1月，歐洲最大服零售商H&M的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室H&Mbeyond與德國VR/AR技術(shù)解決方案商N(yùn)eXR與達(dá)成合作，攜手開發(fā)虛擬試穿方案——“3D數(shù)字試衣間”。

NeXR Technologies 虛擬試衣

（十二）GAP

2021年8月，美國服裝公司Gap宣布收購基于虛擬形象的3D虛擬試穿方案商Drapr，Drapr專注電商產(chǎn)品可視化領(lǐng)域，旨在通過3D虛擬形象來幫助消費(fèi)者匹配適合自己的服裝，根據(jù)自己的風(fēng)格和體型去尋找合適的服裝尺寸和版型。Drapr成立于2019年，其衍生自UC伯克利大學(xué)，在3D技術(shù)領(lǐng)域有十幾年經(jīng)驗(yàn)。

GAP收購3D虛擬試衣Drapr

海外科技巨頭對3D相關(guān)收購

 四、國內(nèi)篇——中國軍團(tuán)厚積薄發(fā)具備全球競爭力 

我國在下一代計(jì)算機(jī)中心的打造上與美國科技巨頭存在一定差距，但在3D內(nèi)容生產(chǎn)上具備全球競爭力。

（一）景致三維——國內(nèi)唯一圖像建模

1、獨(dú)創(chuàng)技術(shù)深耕領(lǐng)域，填補(bǔ)我國圖像建?？瞻?/strong>