“智慧应县木塔”方案首度亮相 AI技术助力千年古建“活起来”

　　日前，由联想集团携手清华大学建筑学院共同开发、捐赠给应县木塔景区使用的 “智慧应县木塔”方案首次亮相。屹立千年的木构奇观与最新的空间计算AIGC组合技术碰撞出独特的火花。

　　应县木塔是世界上现存唯一最古老、高大的纯木结构楼阁式建筑，近千年历史中受地震、风雨、战乱等因素带来逐渐累积的损伤，其内结构出现变形，承载力大为降低，游客已无法登塔参观。

　　AIGC则是指由AI自动创作生成的内容(AI Generated Content)，即AI接收到人下达的任务指令，通过处理人的自然语言自动生成图片、视频、音频等，ChatGPT、Midjourney都是技术代表作。

　　“以前我们的文物保护都是手工建模，业界第一次提出用神经辐射场技术来做三维重建，全球首篇论文诞生在2020年，联想迅速引入了神经辐射场相关的技术，和清华大学一起探索如何用最新的空间计算来对木塔进行建模。”联想集团副总裁、联想上海研究院院长毛世杰对记者表示。

　　在数字世界中，一座“木塔孪生体”是联想“新IT，新文遗”战略的标杆作品之一，也成为技术赋能可持续发展的一种全新尝试。

　　数字修复：10小时，1500万面片

　　《应县木塔》一书中对有过记载的木塔修理历史做过整理与统计，自木塔建成至1949年前共经历过六次大修理，平均150年大修一次。

　　自90年代中期应县木塔的修复工作正式提上议程，木塔保护与修复方案便成为古建筑研究的焦点。各种修缮方案包括局部修补、落架大修、全支撑方案、拆解式修补等莫衷一是。

　　清华大学建筑学院建筑历史与文物建筑保护研究所所长刘畅坦言，应县木塔保护存在三大门槛，“首先是大量的前期准备，资金投入、队伍搭建、课题设置，非常困难，第二是对本体的认识，还需要更多头脑的加入，第三就是广泛收集新技术。”

　　此次“智慧应县木塔”正是提供了一种AI话语体系下突围式的解决方案。

　　“过去两年，我们每一次来到这里都和传统修复工作不一样，以前是模型工程师来，我们是无人机来，摄像头来，雷达相机来，使用各种各样新型的无损伤探测手段采集图像。”毛世杰告诉记者，研发过程中，项目累积运用基础素材超过1500万面片，完成近6万行unity编程，渲染模型达4.2G。

　　如果用传统技术描绘临摹，处理海量的木塔各角度照片的基础分析素材将会耗费巨大的人力、物力，而联想创新性地借助人工智能(AI)、神经辐射场(NeRF)技术、扩展现实(XR)技术的组合，大大提高了工作效率。

　　AIGC技术的全球第一篇论文出现在2020年，目标是构建一个数字世界，在此之后联想就开始投入研发该技术。“中间所产生的深度混合渲染的模型其实是不能够直接使用的，和传统构建的三维模型本质上不一样，是一种神经网络的模型，所以技术上有很多问题要解决，需要把它跟传统模型进行混合渲染，包括这些模型之间互相进行拼接等，这些都是除了算法本身以外所需要解决的问题。”毛世杰表示。

　　据悉，在使用雷达相机、RGB Camera、360Camera采集木塔内部的数据后，剩下的全部数据依靠人工智能算法计算，用10个小时就恢复成了一个三维模型。

　　清华大学建筑学院则负责开展木塔内部木质结构的建模工作，并通过结构参数研究打造木塔参数数据库;同时将研究成果转化为木塔的展示和科普内容，创作虚拟体验的脚本。

　　最终“智慧应县木塔”体验应用还原复刻木塔一至五层5大探索场景，涵盖对话梁思成、捡拾AR道具等7大交互设计，以及佛像藏经、礼佛盛景等11处大型动画特效。

　　信息传承：技术赋能“第四阶段”

　　以AI赋能智慧应县木塔是联想基于“端–边–云–网–智”的新IT技术架构所构建的“新IT 新文遗”的数字化保护新范式，是在数字世界中延展了建筑遗产整体信息的生命周期。

　　记者了解到，目前联想集团空间计算AIGC技术分为三个核心阶段：第一阶段是启用最新一代无人机设备和360°相机等多种采集设备，环绕木塔进行全景式扫描拍摄，完成木塔内外数千张图像数据的采集，积累一定量基础素材。

　　第二阶段是利用AI技术，分析和处理收集到的基础素材数据，并通过深度学习和神经网络训练其对三维空间信息的智能感知和理解，构建出高度仿真的三维场景，快速且精确地重现建筑物的细节。

　　第三阶段则是利用XR技术，将生成的三维模型与真实世界或虚拟世界进行无缝连接，通过碎片化信息的整合和重构，实现三维模型在不同场景下的灵活应用和交互。

　　而业内人士的技术期待可能标记了未来赋能的“第四阶段”。

　　“针对数字技术来支撑文物保护，最重要的其实是解决信息提取，为研究做基础支撑的作用。以木塔为例，木塔的很多信息虽然经过了持续不断的手工测绘、三维扫描、全站仪的测绘，但还有一些信息是未知的。”山西省古建筑与彩塑壁画保护研究院副院长王小龙表示，作为研究者，更希望未来不管是通过大数据AI的算法，还是更精细化的测绘技术来提高对木塔真正的认知。

　　“包括对它的尺度认知，甚至可能是从现有尺度的认知推向它原始设计尺度，还有不同阶段尺度的认知，还有对它病害的认知，比如木材的腐朽面积是多大?腐朽程度是多深?如果数字技术能为我们直接提取这些信息，后续的保护工作就有的放矢。”他这样分析道。

　　而在刘畅的畅想里，期待未来AIGC技术可以为木塔“画骨”，“文物保护专业不仅需要看到一个人的面部长相，还要看到内部的骨骼，甚至里边的神经、肌肉的分布。数学，不但能够实现AIGC，还能够实现不同数据之间的桥梁作用。所以在文保专业看来，AIGC现在是画皮，但未来希望它能够画肉、画骨，希望和其他的数据媒介进行勾连。”

　　据悉，在已有数据档案的基础上，此次应县木塔项目还结合AI技术新增了多项尝试。例如以AI与AR技术辅助现场勘察，通过远程操作在虚拟空间中查看建筑基本情况和有效数据信息，辅助完成相关研究等。(朱兴鑫)