妄想只用技术就能为巴黎圣母院这些文物续命?naive!

复建历史建筑与文物的工作常常需要历时数年,利用 3D 建模、卷积神经网络、对抗生成网络等人工智能技术,能够为重建、修复工作提供指导与参考建议。

一场猝不及防的大火,让整个法国都陷入悲伤。 

「世间好物不坚牢,彩云易散琉璃脆」。历时 180  年建成,至今已 800  多岁的世界瑰宝巴黎圣母院,在法国当地时间 2019  年 4  月 15  日傍晚被大火侵袭。

塔尖在熊熊大火中倒下的那一刻,伴随着多少人的心碎

大火曾烧毁的不止巴黎圣母院

这座充满了艺术气息的文物建筑,躲过了战火的摧残和岁月的侵蚀,却在修缮的时候,被意外的大火毁灭。

文物收藏家马未都先生在微博里感叹

「文物生命只有一次,失去就不会再来。」 

据报道,经消防员抢救之后,巴黎圣母院的两个钟楼和正面建筑保持完整,但三分之二的屋顶已被大火损毁。除了标志性的塔尖倒塌,木质屋架也不复存在,而有着「天堂之花」之誉的玫瑰花窗却奇迹般的幸存了下来。

玫瑰花窗,为哥特式建筑的特色之一

大火毁坏历史建筑和文物已经不是第一次。  而每次的修复与重建都是漫漫长征路。巴黎圣母院重建过程预计至少需要 10 年,在此期间,巴黎圣母院将不再对外开放。 

在人工智能飞速发展的今天,技术能否帮助我们复原这些世界瑰宝呢? 

他用激光扫描记录了数字模型 

万幸的是,已故的瓦萨大学 ( Vassar College ) 艺术学教授 Andrew Tallon,在其生前完成了对巴黎圣母院的激光扫描工作。

Tallon  采集了多个角度的建筑全景、3D  信息和细节图片。他在大教堂内部和细节特征上进行激光扫描,用三维存档的技术,精确(1-2mm  精度)快速地(每秒测量数十万个点)获取了建筑的空间立体信息,构建了一个完整的数字模型。

他在 2014 – 2015  年的工作十分细致,也得到了一些有趣的发现:比如国王画廊已经从铅锤中移开了约一英尺;巴黎圣母院的内部柱子并没有完美对齐等。

Tallon 在去年年底离世,他留下的数字信息,能够为巴黎圣母院的修复工作提供三维模型,让它在重建过程中有据可依。

对于突如其来的灾难,留有 3D  模型的建筑固然是幸运的,那如果没有进行相应的操作,又该怎么办呢? 

从图片还原遗迹

一家叫 Iconem 的公司,通过 Microsoft AI 构建了一个 AI 模型,能根据建筑物以往的实景照片,还原遗迹被损坏前的 3D  图像。  

为了重构遭到战争荼毒的巴尔米拉古城( Ancient city of Palmyra ,该古城 2015  年被极端恐怖组织伊斯兰国占领,随即遭到破坏),Iconem  利用摄影测量技术,通过 5  万多张巴尔米拉古城的实景照片,重现了古城逼真的电子模型。

虽然没有直接完成最后的修补,但如果要对建筑进行实体修复,这将会是关键的一步。  

截止目前,Iconem  已经通过 AI  技术,构建了许多被损坏遗迹的数据模型,包括北苏丹的 Meroe  金字塔、利比亚圆形剧场、伊朗阿拉穆特古城堡等。   

Intel 用机器学习技术帮助长城修缮 

Intel  也利用 AI  技术,帮助箭扣长城的修缮工作。

面对自然灾害侵蚀以及人为损坏,箭扣长城急需修缮。但其地势险峻,为修缮工作增加了一定难度。

Intel  中国研究院、Intel  数据中心事业部,以及武汉大学测绘遥感国家重点实验室共同合作,通过无人机结合 AI  算法,助力箭扣长城修缮项目。

无人机对箭扣长城城墙进行航拍

据悉,修缮的过程主要分三个步骤来进行: 

1、采集高精度图像 

在箭扣长城保护项目中,使用 Intel  最新款猎鹰 8+  无人机,对城墙进行长城整体和局部的航拍和精确成像; 

2、3D 建模和损毁部位的人工智能识别 

借助最新的服务器,快速分析处理高分辨率影像数据,产生完整的高精度长城影像 3D 模型,再利用人工智能算法在 3D  模型上识别出需要被修缮的部分,提供裂缝和塌方等破损的测量数据,用于指导物理修复。 

3、3D 模型的人工智能数字化修复 

在 3D 模型损毁识别基础上,利用最新的 3D 模型对抗生成网络,以及回归卷积网络,对城墙缺损部位进行数字化修复,并对实际的长城修缮和维护提供指导和参考建议。 

当然,最终的修补工作还是要靠工人或者工人操纵的机械来完成。

技术从视觉和体验上带来进展

虽然技术让我们看到了希望,但不得不承认的是,AI  只能提供修复的建议和参考,并不能完全地复原巴黎圣母院。

去年巴西博物馆的火灾,也让大量的珍藏文物化为灰烬,但它全面开始重建也要等到 2021  年。所面对的是来自资金、技术等各方面的阻力。

而折中的办法,就是利用数字虚拟的方式,在影像上实现复现。比如腾讯和巴西博物馆合作,通过网络用户,大量征集有关巴西博物馆的照片,使用图像识别和大数据等形式,构建一个数字化的虚拟博物馆。

火灾前的巴西博物馆

DeepMind  的研究人员,也在去年提出了一项将图片转化为 3D  场景的技术。他们利用生成查询网络(Generative Query Network,简称 GQN),结合 VR  技术,将旧照片中的场景重现。

GQN  的原理示意图,论文名称:

《Neural scene representation and rendering》

这让人们可以获得「身临其境」的感受。比如「回到过去」,体验一把儿时睡过的摇篮,甚至去「参加」父母的婚礼。  

技术只能提供帮助,但无法完全重建

反观现有的技术和手段,尽管有多种方法能实现数字化的还原,但必须承认一个事实,独一无二的巴黎圣母院,在大火燃烧、浓烟翻滚之际,就永远的离我们而去了,而完全的物理重建是一项不可能的工作。

我们都清楚,数字模型只能是带来参考,或者呈现出虚拟的影像,而那些独特的建筑和艺术品,只能留在那些见识过它们美丽的人心中。

事实上,很多文物的修复工作依然要靠人工去完成。纪录片《我在故宫修文物》就向我们讲述了一代一代修复大师用匠人精神化腐朽为神奇的故事,敦煌壁画也同样是修复师历经 6  年的工作才得以复原。

因此,我们提倡技术,并不是因为技术万能,只是因为技术还不足以上升到道德层面。也许现在的技术,并不能还原一座艺术殿堂给我们。但至少技术的进步,能让我们面对此类的事件时,能够保持理性,并且怀有希望。

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