# 反射变换成像（RTI）

_研究项目_

反射变换成像（Reflectance Transformation Imaging, RTI）是一种基于多方向照明的计算摄影方法。采集时，相机和对象保持固定，光源从多个已知或可估计方向依次照射同一表面；软件再把这些照片合成为可交互重打光的图像模型，让观看者在屏幕上移动虚拟光源，观察常规平光照片难以稳定呈现的起伏、刻痕、笔触、裂隙、压痕和反光差异。

对于文化遗产和艺术品数字化，RTI 的价值不在于替代高精度平面扫描或三维扫描，而是补充记录“表面如何反射光”的证据。它适合对浅浮雕、碑刻、拓片、纸本文献、壁画、油画肌理、版画压印、考古器物表面等进行非接触记录，并可为研究、修复、复制、展览和远程共享提供可复查的图像资料。

## I. RTI 技术简介

- 固定相机、固定对象、变化光源方向，是 RTI 采集的基本条件。每一张照片都记录同一对象在不同入射光下的亮部、阴影和反射响应。
- RTI 软件会根据光照序列计算每个像素的反射变化，并生成可交互查看的模型。观看者可以使用虚拟光源、镜面增强、法线增强等方式放大表面细节。
- 与单张斜光照片相比，RTI 的优势是可重复、可切换、可保存和可共享。研究者不必在现场反复寻找某一个角度，而可以在同一份数据中反复检查不同方向的表面信息。
- RTI 仍然是一种二维视图中的表面记录方式。它能很好地揭示浅层起伏和反射差异，但不等同于完整三维建模；对深空间、遮挡结构或大尺度几何形变，仍需结合三维扫描、摄影测量或其他检测方法。

## II. miscLab 自研 RTI 系统：Utsuri Type 0

Utsuri Type 0 是 miscLab 自研的模块化手动 RTI dome 原型。它的设计目标是在结构尽量简洁、成本可控、易于拆装运输的前提下，提供稳定的多方向照明环境。系统独立于相机，可与现有数字化相机、微距镜头、翻拍架和色彩管理流程配合，用于教学、现场评估、中小尺寸文物和艺术品表面记录。

![Utsuri Type 0 RTI dome 侧视模型](https://www.misclabheritage.com/assets/rti-utsuri/utsuri-side-view.jpg)
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![Utsuri Type 0 RTI dome 鸟瞰模型](https://www.misclabheritage.com/assets/rti-utsuri/utsuri-bird-eye-view.jpg)
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![Utsuri Type 0 RTI dome 顶视模型](https://www.misclabheritage.com/assets/rti-utsuri/utsuri-top-view.jpg)
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![Utsuri Type 0 RTI dome 底视模型](https://www.misclabheritage.com/assets/rti-utsuri/utsuri-bottom-view.jpg)
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| 模块 | 参数 / 设计 | 说明 |
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| 结构 | 模块化 RTI dome，内径约 50 cm | 部件可拆卸、可替换，便于运输和按项目需求调整尺寸或附加功能 |
| 光源 | 48 个 LED 灯位，每个灯位 6W | 从多个角度依次照射对象表面，形成 RTI 所需的光照序列 |
| 光色指标 | 显色指数 Ra>95，色温 5500K | 兼顾表面结构观察与文化遗产数字化中的颜色记录需求 |
| 材料与电路 | 尼龙板、LED 单元、专用 PCB 控制电路、外置电源 | 强调稳定、可维护和低复杂度，降低现场安装和后期维护压力 |
| 控制方式 | 电源开关、拨动开关、功能按钮 | 当前版本采用手动切换光源：拍摄一张后切换到下一灯位，直到完成整组采集 |
| 使用边界 | 暂不与相机快门同步，未内置遮光外罩 | 实际使用时需要暗室、遮光布或其他环境光控制方式，以保证光照方向和曝光稳定 |

## III. 软件与数据工作流

RTI 系统的软件部分不只是一个查看器，而是覆盖采集、命名、元数据、模型生成、质量检查和发布的完整流程。miscLab 会根据对象尺寸、材料反光、研究目标和交付方式，选择合适的 RTI/PTM/HSH 或 relightable image 格式，并把 RTI 数据纳入既有的高精度数字化、色彩管理和长期归档流程。

- 采集侧：建立灯位序列、文件命名、曝光记录、色彩参考和项目元数据，保证每次采集可以追溯和复查。
- 处理侧：进行基础校正、光源方向标定、RTI 模型生成、镜面增强 / 法线增强测试，并检查阴影、过曝、反光和对焦问题。
- 发布侧：面向研究和展示，可输出本地查看文件，也可使用 WebGL viewer 在网页中提供可交互重打光浏览。本页左侧的库木吐喇示例即为网页端 RTI 展示方向之一。
- 研发侧：下一阶段可继续加入相机快门同步、自动灯位控制、批量处理、项目数据库、Web 发布模板和多光谱 / 多模态数据融合。

## IV. 适用对象与应用场景

- 碑刻、石刻、砖瓦、金属器、印章、钱币和浅浮雕：通过可变光照提高铭文、磨损、工具痕和表面纹理的可读性。
- 纸本文献、手稿、拓片、古籍和档案：观察压痕、擦除、纸张纤维、虫蛀、褶皱和书写痕迹，为释读和保护状态评估提供辅助证据。
- 绘画、版画、摄影原作和艺术品复制：记录笔触、颜料堆积、版画压印、纸基起伏、裂隙和局部变形，辅助复制、修复和作品状态记录。
- 壁画、岩画和建筑表面：在现场条件允许时记录低起伏表面信息，补充高分辨率正射影像、三维扫描和摄影测量数据。
- 展览、教育和远程研究：把原本只能在现场通过移动灯光观察的细节，转化为可在线浏览、可反复检查的交互式资料。

## V. 当下发展现状

- RTI 已从文化遗产研究中的实验方法，发展为博物馆、考古、文献研究和保护修复中较成熟的表面记录技术。经典 PTM / HSH 流程仍然轻量、稳定，适合长期保存和快速部署。
- 采集硬件正在向两端发展：一端是自动化、高重复性的 dome 或机械臂系统；另一端是低成本、便携化方案，例如手动 dome、移动光源、手机辅助采集和面向现场工作的轻量系统。
- 展示端正在从桌面查看器转向网页端和展厅端。OpenLIME 等工具让大尺寸 RTI、多光谱、BRDF 和其他可重打光图像能通过浏览器加载、叠加、标注和发布。
- 研究前沿包括 neural RTI、知识蒸馏加速、复杂反射建模、多光谱 RTI、摄影测量 / 三维扫描融合，以及难以抵达空间中的自动化采集。它们提升了复杂材质表现和部署灵活性，但也带来计算成本、数据标准、长期可读性和质量验证的新问题。
- 对实际项目而言，RTI 最重要的发展方向仍是可验证的工作流：稳定光源、可靠元数据、可复查处理步骤、清晰交付格式，以及与保护、研究和展示需求直接对应的采集策略。