5年浴火，800余岁巴黎圣母院重生 AI数字建模创奇迹

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，科学们对损坏的建筑进行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。

重建巴黎圣母院，3D数字孪生

《国家地理》最新报道中，独家揭秘修复后巴黎圣母院的内部。

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，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支出，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，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，并还原成他们当初的样子。

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，就是大面积被损换，得以AI才重塑出所有人看不到的建筑。

从技术层面上讲，AI在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。