Blase LaSala曾是公園管理員，后來成為受雇于美國國家公園管理局的政府承包人，專門在美國各地旅游，掃描洞穴構造，并制作用于科研和旅游業的實時可視化演示。Blase最初從事這項事業時一直靠手工方式記錄洞穴，直到他使用了一臺激光掃描儀并下載虛幻引擎為止。

美國國家公園管理局的洞穴技術員們干的是一種不同尋常的工作。除了維護供公眾游覽的洞穴外，他們可能還需要深入地下，探查和記錄未經探索的原始洞穴空間。

在Blase LaSala獲得地球科學學位后的最初幾年，他是美國國家公園管理局（NPS）的一名洞穴技術員（也叫自然科學技術員），工作內容是盡量減少公眾游覽路線上人類造成的影響。他偶爾也有機會探索和調查偏僻的地下洞穴體系。“我基本上就是個洞穴清潔工。”他笑著說，“不過在另一些時候，我還會幫助繪制從來沒有人見過的部分洞穴的地圖。這部分工作絕對是最棒的。”

有一天，Blase得到了使用激光掃描儀的機會，從此他的事業就向著意想不到的方向起飛了。“我小時候很喜歡玩《虛幻競技場》，花了很多時間參加社區創作的地圖和Mod的公測。”他說，“當我看到那臺掃描儀能夠產生的數據時，我立刻就想試試，能不能把它轉換為虛擬環境。”

Blase現在是全美各地的3D數字化洞穴游覽項目都會聯系的高手。他使用激光雷達掃描儀、攝影測繪法、超級計算機和虛幻引擎掃描洞穴并制作視頻和虛擬現實體驗，讓科學家和好奇的公眾都能全面領略這些激動人心的地下世界。

雖然許多國家公園都已經開通了虛擬游覽，但它們基本上是由視角受限的照片和視頻組成的。而3D虛擬瀏覽捕獲了從各個角度觀察的細節，能讓我們近距離審視各種錯綜復雜的構造，又沒有損壞它們的風險。

在過去一年里，Blase一直忙于根據各種長達數英里的隧洞創作虛擬體驗，讓這些自然奇觀在眾多NPS洞穴因新冠疫情限制對公眾封閉的時期也能供人瀏覽。

除了讓公眾能夠游覽洞穴之外，這些交互式環境也服務于科學界，使地質學家僅憑可視畫面就能進行全面研究。不僅如此，那些因為生理限制或封閉空間中的心理不適等原因而難以進入洞穴的人現在光靠電腦也能享受到和實地游覽者相似的教學與美學體驗。

用虛幻引擎呈現的未經潤濕的利曼巖洞。

學習3D：木薯淀粉洞穴

雖然Blase很享受作為洞穴技術員的所有方面，但他最喜歡的部分還是探索。在他為NPS做的工作中，包括與幾個經驗豐富的洞穴工作者結成小隊，根據地圖探索未知區域，在狹小的孔洞中爬行，以及趟水確定已知洞穴的邊界。

“你必須真正喜歡摸黑在泥水中爬來爬去，就像我一樣。”Blase笑著說，“國家公園管理局管理的一些洞穴體系有100多英里長，有時候我們需要在里面宿營好幾天。當你在早上睜開眼睛時，那里就和你合眼時一樣漆黑。”

這種旅行的目的是記錄洞穴通道并進行測量，從而制作地圖。探險隊會給各種有趣的東西拍照——晶體、石膏絲、動物遺骨——并手繪洞穴巖壁和地貌的草圖。

在Blase參與這些探險時，他有時會想，也許有更好的方法來記錄和分享他們收集的數據，以某種方式將他對電子游戲和洞穴探險的熱愛結合起來，讓人們能夠更真切地感受到他們所發現的事物。“我想，地圖固然不錯，但是如果有辦法以虛擬方式體驗這些，又會怎樣？”他說，“三維的圖像對于科學研究也很有用。”

利曼巖洞的圖像，直接取自虛幻引擎。

Blase在南達科他州的風洞國家公園度過了2014年的冬天，在那里他首次得到了使用掃描設備的機會。這個公園有一臺萊卡HDS掃描儀，是從附近的奧格拉拉拉科塔學院 租借的，但是還沒怎么利用過掃描數據。

“風洞公園的GIS專家Kevin Kovacs給了我使用這臺設備的機會。”Blase說，“他看到我對它很感興趣，就讓我帶上它去探險。”

Blase使用萊卡自制的Cyclone點云處理軟件，結合MESHLAB和CloudCompare，把掃描儀中的原始數據轉換為OBJ格式的3D模型。

“這些模型沒有紋理，但是我把它丟進虛幻引擎，想看看效果如何。那看起來就像是用木薯淀粉做的洞穴。”Blase如此評論，“但是你能認出那是什么地方。我把它作為概念驗證拿給風洞公園的人看，每個人都覺得這很酷。”

3D洞穴可視化的演變。從左到右：2014年在風洞公園用掃描數據做的第一個粗糙的“木薯淀粉”洞穴，2019年在廷帕諾戈斯用掃描數據創建的實時灰度環境，以及2020年用掃描數據和照片制作的利曼巖洞的全彩實時圖像。

教育與首個項目的結合

大致在同一時間，猶他州的廷帕諾戈斯國家紀念碑公園 正要找人用激光雷達記錄他們的洞穴。擁有地質學背景、洞穴地圖繪制技能和掃描經驗的Blase就成了當仁不讓的人選。

這個工作要求Blase帶上一臺Faro Focus激光雷達掃描儀，在初冬時分沿著一條蜿蜒陡峭的山路爬上一個雪崩槽溝，然后進入濕度接近100%的冰冷洞穴。Blase在承擔這項任務時特別關心設備的運行狀況。“我把那臺掃描儀像嬰兒一樣抱在懷里。”他回憶說，“一天的掃描工作結束后，我們就把它存放在比較暖和的地方，以免它著涼。”

經過兩個星期的掃描，他們得到了一個包含220億個點的點云，它代表著超過一英里的通道景象，分辨率高到足以讓人看見細如鉛筆的“石吸管”洞穴構造。這個虛擬環境的數據量超過一太字節，處理任務非常繁重，需要專門的軟件來運行。

雖然這個項目被認為很成功，但Blase想把這些數據轉化為能夠更好體現探險刺激性與洞穴特征的形式。最終他把這個項目與自己的學業努力相結合，完成了亞利桑那大學的畢業論文，并在2019年獲得碩士學位，同時為廷帕諾戈斯國家紀念碑公園提供了其三洞穴體系的3D數字游覽項目。Blase使用這所大學的超算集群，并用Misha Kazhdan提供的開源網格算法處理了這些點云數據。憑借這一新穎的“端到端”工作流程，Blase贏得了礦業與地質工程系的“杰出研究生”稱號。

Blase認為虛幻引擎為他取得這一成就發揮了不可或缺的作用。“我沒有計算機科學或3D建模背景。”他說，“我只知道怎么把上TB的數據轉換為虛幻引擎能夠理解的格式。然后它就替我處理了其他的一切。”

利曼巖洞的圖像，直接取自虛幻引擎。

通過色彩實現逼真感

繼這次成功之后，Blase成立了一家公司，專門掃描洞穴并制作3D虛擬游覽體驗。2020年初，他的公司完成了內華達州大盆地國家公園中的利曼巖洞的一系列游覽視頻 。

在這個項目中，Blase綜合使用了激光雷達與攝影測繪法，在視覺保真度方面前進了一大步。廷帕諾戈斯的3D場景是黑白的，而Blase借助10多萬張照片制作的利曼巖洞視頻卻反映了實物的真實色彩，為虛擬游客提供了逼真得多的體驗。

利曼巖洞的圖像，直接取自虛幻引擎。

不僅如此，數TB的模型也以亞厘米精度展現了超過一英里的游覽路線，并利用法線貼圖、全局動態光照和LOD實時運行。“你能看到任何比指甲蓋大的東西。”Blase說，“人們由此認識到了他們從未見過的構造和空間。我們把它和照片做過對比，確保它正確展示實景。”

他還補充說，實時技術的發展實在太快，以至于他現在的作品已經接近了掃描儀的極限，而非受限于軟件。“這是前所未有的。”Blase說，“以前我不得不放棄大部分掃描儀數據，因為軟件無法處理。現在有了虛幻引擎，就不必做這些妥協了。”

為了實現交互式模擬，Blase利用了虛幻引擎的VR和第一人稱模板。“有這些預先做好的模板，真是太棒了。”他說。Blase已經為廷帕諾戈斯公園制作了多款VR體驗，其設計初衷是讓人們在現場欣賞——可惜由于疫情的影響，公眾至今還無法欣賞這些體驗。不過在最近測試它們的時候，Blase欣喜地發現這些虛幻引擎項目能夠在配備一塊GTX 1080顯卡和一個英特爾6900K處理器的機器上以每秒90幀速度運行。“想想看，它們在更新的硬件上能運行得多好啊。”Blase若有所思地說。

Blase特別喜歡的一點是，只要數據格式正確，虛幻引擎就能替他做大部分繁重的工作。“有了各種模板、紋理和自動LOD，它就是能干活。”他說，“那都是幾TB的原始數據，虛幻引擎總能處理并自動優化一切。”

暢想洞穴掃描的未來

雖然掃描和實時技術還沒有在地質學家中間得到廣泛運用，但Blase預計它們將會成為幫助科學家們開展研究和解決問題的關鍵工具。“能夠看到三維的洞穴并與之交互，你就能發現你以為自己從來都看不到的東西。”他說，“你可以湊近觀察在現實中可能遙不可及的構造或地貌。你想看多少次都行，不用擔心破壞任何精細的結構。”

利曼巖洞的圖像，直接取自虛幻引擎。

如今在繼續掃描洞穴和制作媒體的同時，Blase正在北亞利桑那大學作為Teki Sankey博士的地理信息學實驗室的成員攻讀博士學位。地理信息學涉及從激光雷達掃描儀、多光譜傳感器和高光譜傳感器等遙感設備獲取數據流，利用它們進行統計分析、地貌推斷和可視化。當然，Blase也用上了自己新學會的技能。“虛幻引擎能夠給我們可視化和使用這些數據集的方式帶來革命性的變化。”他說。

說起虛幻引擎5 ，使用新的Nanite功能優化常用的數十億多邊形3D模型的前景讓Blase感到很興奮。“我迫不及待地想看到我們能夠把它的性能發揮到什么地步。”他說。

Blase認為，一旦其他人意識到使用虛幻引擎創作可視化有多么方便，它就會被越來越多地用在科研上。“我不是專家——我原本只是個公園管理員，喜歡爬來爬去，把自己弄得臟兮兮的。”Blase說，“既然我能學會虛幻引擎，那么任何人都能。”

注：Blase LaSala在本文中表達的是他的個人觀點，不一定代表美國國家公園管理局的觀點。

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