2019年4月15日，一场大火吞噬了巴黎的标志性建筑——已有600余岁的巴黎圣母院。
2024年12月，在经历5年半的修复后，巴黎圣母院终于重新迎接全世界的游客、开放历史与艺术的殿堂。
2009年的巴黎圣母院南侧丨wikimedia commons/Zuffe y Louis HG
火灾后第二天的圣母院南侧丨wikimedia commons/Zuffe y Louis HG
修复巴黎圣母院的方案，被确定为复建：尽可能保持巴黎圣母院原来的模样，且在工艺、材料上使用传统的工艺。
但是，想要复刻大火前的圣母院，并为再次修建按下20倍速键，需要的不仅仅是金钱、匠心、传统——还需要很顶尖的科技。
依葫芦画瓢，葫芦在哪？
想要复建一个火灾前的圣母院，就得知道旧圣母院长啥样。
诚然，作为世界级文化遗产，巴黎圣母院有相当多的影像和文字资料。但依葫芦画瓢，不仅需要知道葫芦的精细外观，还要知道呈现出这种外观所需要的内部结构。
2014年发行的动作冒险类游戏《刺客信条：大革命》中复现了巴黎圣母院，但由于复现目的、还原年代等因素，游戏中的圣母院与现实中的圣母院仍有较大区别，同为圣母院北墙，游戏中没有红色的门（左图），现实中有（右图），这导致游戏细节难以作为复建的参考丨ubisoft，google maps
很巧的是，在2015年，艺术历史学家安德鲁·塔隆（Andrew Tallon）运用徕卡ScanStatio C10地面三维激光扫描仪，对巴黎圣母院进行了非常全面的空间数据采集工作，构建出了一个几近完美的圣母院三维模型，给600多岁的巴黎圣母院在历史上存了档——这份存档，给复建工作提供了十分可靠的参考。
塔隆的扫描成果展示丨Andrew Tallon, Vassar College/Columbia University
塔隆扫描的巴黎圣母院，可以看到不同层次的外观与结构丨National Geographic
借由扫描数据建立的圣母院数字模型，能够准确展现建筑的结构，有助于复建的决策和规划丨Art Graphique & Patrimoine
修一个天花板，需要多大力气？
灾前的详尽记录有了，但灾后的复建也并不是照着图纸把建材摆回去这么简单。
复建涉及的工序工种太多，我们今天只讲一个细节：人们为了复建倒塌的石制中殿拱形天花板都做了些什么。
拱形天花板的大部分木质屋顶被烧毁，且坍塌了79个石块丨Gros A, Guillem A, De Luca L, et al. Faceting the post-disaster built heritage reconstruction process within the digital twin framework for Notre-Dame de Paris[J]. Scientific Reports, 2023, 13(1): 5981.
扫描分析坠落的石块丨Gros A, Guillem A, De Luca L, et al. Faceting the post-disaster built heritage reconstruction process within the digital twin framework for Notre-Dame de Paris[J]. Scientific Reports, 2023, 13(1): 5981.
首先需要将散乱的石块像拼拼图一样拼合起来。这一步人们将塔隆扫描成果中的对应部分打印出来，将其作为拼图的参考图进行摆放，以获得复建的初步线索。
现场的物理拼合丨Gros A, Guillem A, De Luca L, et al. Faceting the post-disaster built heritage reconstruction process within the digital twin framework for Notre-Dame de Paris[J]. Scientific Reports, 2023, 13(1): 5981.
接着要做的是逆向工程。我们常规的“正向”流程，是先有概念和图纸，然后才有产品；逆向工程则是已经有了产品（即坠落的石块、原本的建筑结构），要做的是反向推导出建筑的设计和概念。
为此，团队扫描了拱门石块的数据、用软件将数据合成为石块的3D模型，在电脑中先拼出一个三维模型出来，以供修复专家研究石块的大小、形状和连接方式，制定修复方案——就像在没有说明书的情况下，通过零件本身来推断机器的结构和原理。
模拟的逆向工程丨Gros A, Guillem A, De Luca L, et al. Faceting the post-disaster built heritage reconstruction process within the digital twin framework for Notre-Dame de Paris[J]. Scientific Reports, 2023, 13(1): 5981.
还有一个步骤，叫做时空跟踪。工作人员会搜集大量的现场照片，以收集灾后重建的几年内石块随时间移动的信息（毕竟重建工作那么多，不可能不动现场的石块吧）。根据这些不断增加的照片，工作人员可以建立一个数据库，不断更新石头可能的新位置，以提高复建的效率和准确度。
基于图像的拱顶石块时空跟踪与识别丨Gros A, Guillem A, De Luca L, et al. Faceting the post-disaster built heritage reconstruction process within the digital twin framework for Notre-Dame de Paris[J]. Scientific Reports, 2023, 13(1): 5981.
这些步骤之外，还需要运用运筹学进行资源、时间、人员的最优利用，建立数字生态系统促进不同项目工作人员间的信息共享，建立一个数据库以保证相关信息准确、可用、安全……
但客观上我们也必须承认，复建巴黎圣母院一事发生在当下是件幸事，因为AI的加入充当了一个复建过程倍速键的角色。从灾前灾后扫描结果的数据对比、石块的追踪与编码、数据的整合，都有AI技术的参与，大大减少了工作人员的工作量。
拼天花板的过程使用了AI技术，这要完全交给人做的话，可以送去《最强大脑》当考题了丨youtube/CNRS
这还仅仅是修复一个天花板要做的事呢！修复花费了7.6亿欧元，突然间说得通了。
重生，生出更多的生命
巴黎圣母院不是第一次遭到毁坏，也不是第一次经历修复。
1260年，巴黎圣母院主体建筑落成；18世纪末动荡时期，内部遭到破坏；2019年，火灾导致建筑尖顶坍塌；2024年，大修后的巴黎圣母院向世人敞开怀抱。
像愈合的伤疤会长出更厚的结缔组织，一次次损毁的巴黎圣母院在重生中，又被赋予了更多的生命力。这一次拓展圣母院生命边界的，是数字孪生技术（Digital Twin）。
数字孪生技术丨imeche.org
数字孪生，简单地讲就是把一个物理实体转换成数字化表达的技术，对我们来说其实并不陌生。
在我国，数字故宫和北京中轴线项目就是数字孪生技术在文化遗产保护领域的典范。不论你在哪里，只要有网络，就可以通过点击鼠标或佩戴VR设备，沉浸式地参观故宫一系列恢弘精细的建筑；而北京中轴线则通过三维重建技术，将700多年来城市脉络的起伏变迁生动展现。
通过数字孪生技术，可以在线参观不同位置、角度甚至不同季节的故宫丨全景故宫
依托数字孪生技术打造的北京中轴线在线观览，可以选择不同地点、年代进行参观丨北京中轴线官方网站
历史建筑如此，现代建筑也可如此；视觉盛宴如此，多感官的呈现也可如此——北京环球影城项目更是数字孪生技术中的集大成者。比如运用先进的影像还原、运动控制及反馈、实施特效系统，配合AR/VR设备，就能把《变形金刚》电影布景中的街道“孪生”到北京，“孪生”到游客的多种体验中。
通过布景和AR设备，游客会在游玩项目中体验到多重的感官“孪生”丨wincomn.com
2019年的浩劫之后，巴黎圣母院借由3D建模技术开始举办AR沉浸式展览，第一站落地在了2022年的上海。借由展方提供的平板，参观者可以通过参观实物、观看视频、全景观览、互动游戏等10余种方式，造访万里之外的巴黎，见证数百年间的21个历史瞬间。
2024年，巴黎圣母院增强现实沉浸式展览来到北京，参观者可以通过平板设备了解展品背后的信息丨histovery
我们常说，民族的就是世界的。在当今民族与国家概念诞生之前，不仅巴黎圣母院，胡夫金字塔、帕德农神庙、万里长城等古典建筑就已存在，不管是法兰西民族，还是中华民族，这些坐落于世界各地的建筑明珠其实是我们全人类的瑰宝，是这颗蓝色星球上凝结出的智慧与美的结晶。
五年前，我们定下巴黎圣母院的修复方案，让它呈现出经典的模样，是对前人的致敬；五年中，我们运用高精尖的手段为它填回骨肉，是现代科技对古典的反哺；五年之后，在传统与科技滋养下的巴黎圣母院以更加勃然的状态重生，将生命散播到更遥远的大陆。
巴黎圣母院重开之日，洒在尖顶上的阳光，照耀的是往昔的辉煌，也是今人的荣耀。
作者：李小葵，吴吉明
编辑：李小葵，luna
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