600 岁的故宫,也上了人工智能的车

穿越数百年甚至上千年的文物,时刻经受着岁月的侵蚀。如何更好地保护文物,让其更加完整地流传下去,是该领域的一大难题。如今,AI 技术开始跨界文物保护领域,让更多的文物生命得以延续。

中国的民族记忆——故宫,于明成祖永乐四年(1406 年)开始建设,到永乐十八年(1420 年)建成,到今年正好整整 600 年了。

这六百年间,风雨飘摇,故宫巍然不动,到如今赶上了人工智能这波大潮。

在刚刚结束的 WAIC 2020 世界人工智能大会中,故宫前任院长单霁翔在会上作了主题演讲,介绍了故宫如何利用技术实现文物保护与文化传播。

故宫拥抱 AI:带领游客梦回大清

近年来,故宫成了名副其实的网红,不仅在媒体平台上有数千万粉丝,还通过成功的营销,成为了顶级文化符号。从 2013 年起,就陆续上线故宫专属 App,至今已经出品 10 款,包括《皇帝的一天》、《紫禁城祥瑞》、《每日故宫》等等。

论坛、数字化博物馆、沉浸式交互,故宫越来越有科技感

除了借助科技手段来实现文化传播外,故宫还利用 AI 技术,保护、修复、全面展示文物,让游客得以见到更加完整的故宫。

数字博物馆:游客也能与文物互动 

2015 年 12 月 22 日,经过两年的建设,故宫博物院的端门数字馆也终于建成,首次亮相。

端门,是过去紫禁城的正门,通过采集高精度文物数据,结合学术考证,把文物和历史文化积淀再现于数字世界中。

端门数字博物馆由清华美院团队设计

单霁翔介绍,游客在这里,可以和 1200 多个古建筑对话,还可以看到未能展出的 1500 块大地毯。

比如,游客可以调用一幅书法,还可以进行临摹,临摹之后还可以让系统打分。

另外一个数字展馆为「数字多宝阁」,它由 9 列 2 排共 18 块高清屏幕组成,精选 12 大类、160 多件故宫典藏器物,利用高精度三维模型,构建一个虚拟的「多宝阁」。

在「数字多宝阁」,观众可以近距离观赏文物

其中约 50 件文物可以伸手触摸、缩放、旋转至各个角度,以观看细节,还有 7 件文物,利用多媒体方式向观众进一步详细解读其中的信息。

此外,「数字多宝阁」还利用数字化手段,让人们了解文物的制作、使用过程。

VR 导览:未开放区域,也能全景参观 

数字化博物馆,不仅让人们近距离观赏文物,还让游客能够参观此前无法进入的空间。

单霁翔举例说,乾隆皇帝的书房三希堂,其面积仅 8 平方米,还被槅扇划分为内外两部分。面积过于狭小,所以难以向游客开放,之前大家只能隔着玻璃张望。

仅 8 平米的三希堂游客禁止入内,但能通过 VR 浏览

在利用数字化技术后,利用高清投影系统构,建起三面包裹的沉浸式立体虚拟环境,高度仿真模拟三希堂,游客也能够「走进」VR   中的三希堂,身临其境地欣赏其中原状陈设,感受宫殿室内空间。游客还可以在数字屏风前,欣赏自己穿上古装的样子。

另外,一些古建筑因修缮,也无法被参观,但通过 VR 技术,游客依然可以对其一览无余。

比如养心殿今年在修缮,无法进入,但是游客可以走进「数字养心殿」,也是别有一番感受。

「游客可以坐在皇帝的宝座上自己批批奏折,自己盖个印,系统还会评价,你批得好还是皇帝批得好。在这里,你可以和大臣来互动,这些大臣都特别会聊天,每个大臣都会说 500 多句话,你说什么都会给你积极的应答,叫你心花怒放。」单霁翔介绍道。

 AI 监测环境:做文物的「保健医生」

除了数字化博物馆之外,单霁翔还表示,人工智能在文化遗产保护领域还有很多应用,比如展厅温湿度、城墙沉降的监测、白蚁的监测、古建筑病害的监测、观众流量的监测等。

不过,我们目前尚未了解到故宫具体是如何利用 AI 监测环境的,但这类技术早已被应用在其他文物保护中,成为了文物的「保健医生」。

比如暴露在室外的文物敦煌壁画、秦始皇陵兵马俑等,常常面临着被风化、雨蚀等危险。

针对这类文物的保护难题,天津大学文化遗产保护与传承信息技术研究中心的张加万团队,研发出以「文物本体与风险源关联模型」为核心的预防性保护技术。

团队与敦煌研究院合作,对 11 个洞窟、47 个监测点,进行了持续性的壁画和彩塑文物本体年度监测。

此类文物易出现的 4 种典型病害:疱疹、酥碱、起甲、裂隙

通过微变监测技术对本体产生的微小变化进行准确感知与测量;同时借助图像分析、机器学习与摄影测量学等相关技术,对本体中的 4 类病害进行了多尺度量化分析。

团队对敦煌莫高窟部分壁画从 2014 年监测至 2016 年,之后对监测结果进行分析,团队首次发现了一年短周期内的 0.1 毫米级壁画本体细微变化。这一结果被文物保护领域权威专家普遍认为属于该领域实质性突破。

张加万相信计算机图形学在文物保护方面还有巨大潜力

张加万说,这套技术正是要找到应对风险的路径,「我们要建立一个感知、分析、评估、响应的集成平台。」

目前,同样的技术已经在敦煌研究院、颐和园、拉卜楞寺等遗产地开始应用。

AI + 艺术保护:广阔天地,大有可为

以上,只是我们看到的,科技在保护文物方面的冰山一角。在全球各地,AI 技术已经在为众多文物修复工作者提供便利,让更多的文物「活」起来。

故宫,也在科技的加持下,给游客越来越多的惊喜。

单霁翔说,「通过人工智能,如何让博物馆文化走进千家万户,这是一个永无止境的课题。」而现在已经实现的成果,让我们有理由相信,这个课题终将硕果累累。

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