800余岁巴黎圣母院重生,多亏了AI?|亮马桥小纪严选

企业   2024-11-27 10:30   上海  




小纪有话说:


历时5年,巴黎圣母院终于重生了!


重建后的内部景观,再次闪烁着这座历经数百年的哥特式建筑的光辉。



就连马斯克本人都转发视频,惊叹巴黎圣母院已完成修复。



2019年4月15日,一场突如其来的大火摧毁教堂尖顶,震惊了全世界。围观的路人默默注视,有的人甚至发出「我们一部分的文化灵魂在燃烧」的感慨。当时,法国政府迅速制定了目标,誓要5年内重建巴黎圣母院。



据称,这场毁灭性的灾难动员了250多家公司,2000多名工匠,斥资约7亿欧元(53亿元)。


这场重建还多亏了AI,科学家们对损坏的建筑进行了3D数字建模,并通过模拟去设计方案,还有无人机提供复杂的内部视图等等。



涅槃重生后的巴黎圣母院,即将在12月7-8日正式对外开放。届时,所有人将会见证到古老工艺与尖端科技的完美融合体。

本文转自公众号 新智元

重建巴黎圣母院,3D数字孪生

《国家地理》最新报道中,独家揭秘了修复后的巴黎圣母院的内部。


巴黎圣母院被大火摧毁的地方不仅有尖顶,还有拱顶部分区域塌陷,以及屋顶,尖角阁的损坏。如下图中紫色、黄色、红色区域所示。

据统计,整个屋顶的修复使用了2400棵橡树,内部2000多座雕塑和装饰物也进行了重建。

在大火发生后不久,法国向全球建筑师发出征集设计方案的邀请。


值得一提的是,曾在2018年11月去世的Vassar College艺术学院副教授Andrew Tallon,在其生前便完成了对巴黎圣母院的扫描工作,包含各个角度的建筑全景、3D和细节图片。

Andrew Tallon在实地考察

为了快速重建,知名设计软件巨头Autodesk被请来开发巴黎圣母院的数字模型。

在那时,诸如现代建筑信息模型(BIM)软件、强大云计算等技术加持下,建筑师、工程师能够开启对教堂和周边区域3D数字模型的搭建

Autodesk的CEO Andrew Anagnost称,3D建模能够让你真正理解建筑物的内部结构和构造。

他们耗时一年多,建模出12000个对象、超30000平方米的石墙、超3900平方米的铅制屋顶,以及186个教堂拱顶。


紧接着,又有一家设计公司Art Graphique et Patrimoine(AGP)参与了这场重建。因AGP在教堂被烧毁前曾对其内部大部分结构,进行了详细的数字扫描。

AGP联手Autodesk再次对现场进行了重新扫描,以了解火灾对建筑造成的变化。

然而,这是一个极其复杂的过程。

现场工作人员使用激光和摄影设备去捕捉教堂的点对点3D几何结构,同时还需遵守相关的严格规定。

激光扫描点云数据,再构建巴黎圣母院的虚拟模型

随后再将捕捉到的数据点,转换成详细的形状和对象,并精确到单块的建筑石材。

由此,专家们才能清晰看到建筑物是否在火灾中出现位移情况,这在规划重建过程中,对评估稳定性问题至关重要。

Autodesk副总表示,仅将这些点转化成可以使用的对象,大约花费了一年的时间。

通过将两个不同数据集组合在一起,工程师们不仅能看到屋顶的破损之处,还能看出主体结构是否发生了位移。


3D建模可以以1-2mm精度、每秒测量数十万个点获取建筑的三维几何信息。


整个主体建模完成后,项目中建筑师和工程师可以使用这个3D模型做各种工作。

比如,模拟重建教堂的不同照明方案,详细规划如何在教堂所在的巴黎小岛上放置卡车、起重机和其他设备。


AI还原古代遗迹

除此以外,AI在帮助修复古迹的过程中,还能做到什么呢?

曾在2020年,一家著名旅游公司Expedia通过征集,让艺术家将世界七大建筑奇观重建,并还原成它们当初的样子。

这七大建筑分别是,纳什维尔的帕特农神庙、朱庇特神庙、英国安尼克城堡、埃及的卢克索神庙、墨西哥太阳金字塔、科巴大金字塔。

帕特农神庙

无一例外的是,这七个建筑不是残缺,就是大面积被损坏,借助AI才得以重塑出所有人看不到的建筑。

从技术层面上讲,AI在古老建筑修复领域主要涉及两步:高精度成像的无人机技术,基于3D模型的AI数字化修复。

正如巴黎圣母院一样,构建3D数字模型之前,需要以高精度图像作为基础。

无人机能够对建筑的断壁残垣进行拍摄,无论是局部还是整体,都需要精确成像。

甚至,某些破损的地方,研究人员还需要进行样本采集和标定。

科巴大金字塔

有了一切图像数据之后,AI就会进行数字化虚拟修复,在残存的建筑图像上生成3D的修复效果。

目前,解决方法包含许多算法,比如视觉特征抽取与索引、相机参数恢复、几何模型网格生成、深度神经网络2D或3D模型训练、纹理合成等等。

钟声再次响起,内部修建样貌

11月8日,巴黎圣母院北钟楼再次敲响了钟声,这一声跨越了5年的时间。

八枚钟依次敲响,钟声持续了约5分钟。

修复的幕后团队正在进行全面的深度清洁,为即将盛大的开幕做准备。

圣母院的中殿修复的样貌。


中殿中座椅和礼仪家具已摆放整齐。


闪闪发光的玫瑰窗。


已经修复完成的巴黎圣母院整体外观如下。


参考资料:

https://x.com/elonmusk/status/1859593835535331439

https://www.forbes.com/sites/tonybradley/2024/11/21/restoring-notre-dame-a-triumph-of-art-innovation-and-resilience/

https://www.fastcompany.com/90881189/digital-modeling-restoring-notre-dame-cathedral

https://www.nationalgeographic.com/history/article/notre-dame-cathedral-restoration-reopening


*头图及封面图来源于unsplash

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