数字化保护：3D 捕获墨西哥隐藏的生态系统

韦拉克鲁斯：墨西哥仅存的原始雨林

随着全球古老森林以每年1000万公顷的速度消失，韦拉克鲁斯（Veracruz）隐藏的丛林成为墨西哥仅存的未受破坏的生物多样性保护区之一。在这片翠绿的深处，隐藏着未被记录的物种、古老的生态关系，以及至关重要的碳封存系统，这些或许是气候适应能力的关键。

对这些环境进行数字化保存，创造了鲜活的档案，使科学家能够在不造成物理干扰的情况下研究复杂的生态系统。随着人类活动不断侵入这些原始地区，以及气候变化加速栖息地转变，这些数字孪生体变得愈发珍贵——它们是生态时间的定格瞬间，其存续时间甚至可能超过其物理原型。

为何 3D“保存”的选择至关重要

在亚马逊河上游的一公顷森林中，大约生长着 300 种不同的树木，其多样性超过了众多温带国家的总和。从这些野生植物中提取的化学物质带来了治愈疾病的希望：排名前 150 位的处方药中，有 74% 是基于最初从植物中分离出的化合物研制而成的。

韦拉克鲁斯是墨西哥一个主要的森林砍伐热点地区。2001年至2023年，墨西哥全国范围内损失了489万公顷的树木覆盖（减少了9.2%），这主要归因于农业扩张和城市化。这种栖息地的破坏加剧了生物多样性的急剧丧失。全球范围内，每天有超过 100 个物种因森林砍伐而消失。

森林过去常在寂静中消失。它们的消逝在人类进步的记录中仅仅是一个小小的注脚。直到现在。

高保真 3D 捕捉技术提供了一种为森林按下“保存”按钮的方法。Hexagon 的 GreenCubes 等项目利用机载激光雷达和地面传感器扫描雨林冠层和林下叶层，构建厘米级精度的数字孪生模型。科学家可以在电锯声沉寂很久之后仍能对其进行测量、查询和重新访问。

这些活体模型保存了结构数据、物种分布，甚至声学特征，为碳核算、早期预警分析和叙事奠定了基础，从而为实地保护筹集资金。换句话说，3D 内容技术不仅记录了正在消失的世界，还让它们为接下来需要它们的研究人员、医生和社区继续发挥作用。

捕获我们可能失去的：ArquiaVis 的数字孪生项目

这就是阿奎亚维斯公司（ArquiaVis）所面临的严峻挑战：3D 实景捕捉技术作为动态的档案系统，使我们能够保护、研究并最终讲述地球上那些最脆弱景观的故事。

阿奎亚维斯公司创始人卡洛斯·鲍萨·马丁内斯（Carlos Bausa Martinez）解释说：“该项目的目标是通过创建脆弱景观的数字孪生模型来记录环境变化。这些数字重建能够以统计数据和报告所无法传达的方式，凸显出人类活动和气候变化所产生的影响。”

技术实施

采集设备：灵光 K1 手持激光雷达扫描仪与 LCC 3DGS 流程

阿奎亚维斯公司使用了其域创新的灵光 K1 空间扫描仪来采集数据，并运用 LCC 结合 3D 高斯泼溅（3DGS）来处理这些数据。

阿奎亚维斯公司旅行扫描设备

关键技术细节包括：

• 设备重量：约 1 公斤，可背包携带
• 操作简便：单人操作，一键启动扫描
• 处理软件：LCC 具备地图融合功能，可将多张采集图像合并为一个完整的可交付成果
• 文件格式：优化文件大小，同时保留细节

先前的摄影测量方法会产生难以处理的数字网格，需要大量的后处理。3DGS 技术消除了这个问题，同时能精确捕捉植被的复杂性。

卡洛斯正在扫描（迪尔克 麦地那 Dirce Medina 摄影）

迪尔克操作无人机（卡洛斯摄影）

现场方法论：六项采集策略

该团队采用了特定的技术，在这种具有挑战性的环境中最大限度地提高数据质量：

1. 光照策略：野外实地考察特意安排在阴天进行，以确保漫射光照条件。这最大限度地减少了森林冠层和开阔瀑布区域的强阴影和过曝高光，从而获得更均匀、更细致的扫描结果。
2. 地形适应：“在规划扫描任务时，我的目标是沿着网格状的路径进行，”团队负责人指出。“然而，现实的地形——陡峭的峡谷壁、深邃的水域以及瀑布附近巨大的岩石——很快将其变成了一项更像攀岩的技术挑战。”测量员通常单手操作，一只手保持稳定，另一只手操作扫描仪。
3. 设备保护方案：为了保护设备免受水雾影响，我们与瀑布之间设立了 30 米的安全缓冲区。虽然这略微降低了该特定区域的分辨率，但确保了整个考察过程中设备的完整性。
4. 连接解决方案：团队发现扫描仪不需要直接的信号范围，允许更深入地探索峡谷，而无需返回移动网络覆盖更好的区域。
5. 采集模式：卡洛斯解释道：“勘测期间，我主要沿着关键区域来回走动，但由于植被茂密、岩石崎岖，大部分时间的路径都是直线型的。”对于岩石地段，需要攀爬才能捕捉岩层顶部的纹理。
6. 扫描时段管理：单次扫描时间限制在 5~10 分钟，以优化处理效率。

团队对这项技术捕捉动态元素的高效性感到惊讶：“当我们第一次到达瀑布和河流湍急之处时，我们并不清楚这些场景最终会如何转化为数字模型。令人欣喜的是，LCC 软件能够以流畅自然的模糊效果呈现水流的动感——类似于长时间曝光的照片，但是三维的。”卡洛斯解释道。

克服技术挑战

卡洛斯正在扫描（迪尔克摄影）

该项目成功解决了几个现场挑战：

卡洛斯拍摄的瀑布

保育应用：数字孪生的四类用途

通过此过程创建的数字孪生体能够实现以下目标：

• 在不造成物理干扰的情况下，对生态变化进行科学监测
• 记录面临开发压力的原住民领地
• 为教育机构提供沉浸式自然体验
• 为倡导保护的保护组织提供视觉证据

阿奎亚维斯团队认为，创建在线虚拟导览是“展示偏远地区并将其呈现给全球观众的最有效方式之一”。

实施建议：七条可复用的作业经验

对于希望实施类似项目的保护组织、政府机构和技术团队：

1. 重点捕捉受威胁生态系统的高精度细节
2. 与实景捕捉专家合作以获得专业技术
3. 在最佳条件下扫描：清晨、阴天、微风
4. 将单次扫描时间控制在10分钟以内，以提高处理效率
5. 使用可穿戴式安全带或装备解放操作员的双手，在保证数据完整性的同时提高安全性
6. 将扫描结果与其他媒体整合，进行全面的记录
7. 在 Unreal Engine 5.5 等软件工具中重新打光和编辑结果，以达到最终预期效果

虚幻截图

超越丛林：ArquiaVis 的全球项目版图

韦拉克鲁斯项目只是阿奎亚维斯公司更广阔愿景的一个方面。阿奎亚维斯公司由专攻可持续设计的建筑师和摄影师卡洛斯·鲍萨·马丁内斯（Carlos Bausa Martinez）创立，致力于捕捉多样化空间的精髓和故事——从伦敦标志性建筑等历史建筑到受气候变化影响的自然环境。

阿奎亚维斯公司的作品横跨各大洲和各种背景：

• 历史保护：数字化建筑遗产，从中世纪西班牙堡垒到伦敦地标
• 岛屿生态系统：记录面临海岸侵蚀的脆弱地中海岛屿
• 文化建筑：保护克罗地亚代表性的、正在消失的乡村传统石屋
• 城堡文献：创建欧洲各地历史防御工事的数字孪生

该团队的方法突破了传统摄影的束缚，运用 3D 技术提供沉浸式、多视角的体验，以全新的方式将观众与空间连接起来。

展望未来

通过将墨西哥隐藏的瀑布和无数其他受威胁的生态系统带入数字形态，我们扩大了了解这些地方、倡导保护这些地方的人们的范围，并确保当子孙后代询问这些森林中曾经存在什么时，我们可以向他们展示的不仅仅是照片和统计数据。

亲身体验数字保护

了解 XGRIDS 技术如何与阿奎亚维斯公司的愿景相结合，共同保护世界上最珍贵的土地。访问 www.arquiavis.com并在 Instagram 上关注他们，探索其完整的国际项目组合，并了解如何将类似的方法应用于您所在地区的保护挑战。

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