博物館加載AI 現(xiàn)代科學(xué)使用信息技術(shù)守護(hù)文明

21世紀(jì)最時(shí)髦的技術(shù)，改變的不僅是未來，在被稱為“最古老的研究”的文物與博物館界，感受到的變化可能更加顯著。

天津大學(xué)文化遺產(chǎn)保護(hù)與傳承信息技術(shù)研究中心主任張加萬團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年，用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，致力于讓沉睡的文物“活”起來、傳下去。這群每天與計(jì)算機(jī)打交道的科學(xué)家，加入了人類文化遺產(chǎn)守護(hù)者之列。

時(shí)間是保護(hù)者們最大的敵人。他們必須與變化多端的氣候、難以預(yù)知的自然災(zāi)害“作戰(zhàn)”。比這更“可怕”的，是接踵而至的觀賞者。對(duì)于那些已經(jīng)極其脆弱的文物而言，哪怕是游客腳步帶來的震動(dòng)，或是呼吸產(chǎn)生的濕氣，都可能對(duì)它們?cè)斐刹豢赡孓D(zhuǎn)的傷害。

人們一直在尋找兩全的辦法，既要讓老祖宗和大自然留下的文明瑰寶能讓更多后人親眼見到、親身感受；又不能使其受到分毫損傷。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成為解開難題的鑰匙?！爸腔鄄┪镳^”和“文物預(yù)防性保護(hù)技術(shù)”是張加萬團(tuán)隊(duì)致力研發(fā)的兩大神器，他們?cè)噲D用現(xiàn)代信息技術(shù)架起一條“時(shí)間隧道”，讓歷史與未來的跨時(shí)空對(duì)話，讓大千世界中自然和文化的DNA得以存續(xù)，并源源不斷地激發(fā)出更豐富、更有意義的文明財(cái)富。

讓博物館更像一個(gè)真正的“人”

大大小小的博物館中，珍藏著人類最精華的智慧和最絢爛的藝術(shù)。遺憾的是，由于場(chǎng)地和條件的種種限制，僅有極少一部分能呈現(xiàn)在人們面前。

“即使在一些規(guī)模較大的館，能陳列出來示人的，不足百分之一?！睆埣尤f走訪了國內(nèi)許許多多博物館，看得越多，越覺得自己“待不住了，感覺欠賬太多”。他注意到，一般來說，一座博物館能展示出來的文物只是不過幾千件，“那么多好東西，老百姓能看見的不過九牛一毛”。

他擅長的信息技術(shù)，能幫助博物館“盡可能地開放”，“物理空間有限，可網(wǎng)絡(luò)空間無限啊”。把博物館的藏品放到網(wǎng)上，此前也有人嘗試，稱之為虛擬博物館、數(shù)字博物館；但張加萬心目中理想的博物館，應(yīng)該是有生命的，會(huì)思考、能學(xué)習(xí)，更重要的是擁有互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的思維方式——開放、共享、互動(dòng)。

他決心用一套智能化解決方案讓那些“沉睡”的博物館蘇醒，即通過充分運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等新一代信息技術(shù)成果，感知、分析、處理博物館（群）運(yùn)行的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)智慧管理、智慧保護(hù)、智慧服務(wù)三大能力全面提升的博物館發(fā)展模式。

事實(shí)上，科技和文化的牽手，已經(jīng)讓博物館變得有趣起來。天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)參與建設(shè)的故宮端門數(shù)字館，是全國第一家將古代建筑、傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技融合的全數(shù)字化展廳。團(tuán)隊(duì)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還原了曲水流觴的生動(dòng)場(chǎng)景。游客不僅可以游戲其中，還能當(dāng)一回王羲之現(xiàn)場(chǎng)書寫《蘭亭集序》，而計(jì)算機(jī)則幫助人們模擬出水墨渲染的逼真效果。“當(dāng)時(shí)游客天天都排長隊(duì)體驗(yàn)”，張加萬清楚，類似的人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等設(shè)備，以及全息技術(shù)、全景技術(shù)、3D圖形學(xué)等技術(shù)，正在讓越來越多的人對(duì)神秘的博物館產(chǎn)生了興趣。

而智慧博物館不僅是技術(shù)層面的轉(zhuǎn)型升級(jí)，而是讓博物館更像一個(gè)真正的“人”。天大團(tuán)隊(duì)將智慧博物館的特質(zhì)概括為：知識(shí)淵博、善解人意、擅長表達(dá)和精明強(qiáng)干。

今后走進(jìn)博物館，你只需要一個(gè)AR眼鏡。你看到一幅心動(dòng)的畫，眼前會(huì)自動(dòng)彈出跟這幅畫相關(guān)的資料，應(yīng)有盡有。你可以邊走邊跟眼鏡聊天，隨時(shí)提出自己的疑問并得到解答。走到一個(gè)殘缺不全的文物面前，它會(huì)立即生成全息3D動(dòng)畫復(fù)原，你可以伸出手360度仔細(xì)端詳它，雖然它始終沒離開櫥窗。你甚至不用跋涉千里，眼前的壁畫和光影，與敦煌莫高窟洞窟所見，別無二致。

這一切，已經(jīng)成真。

給博物館裝個(gè)“聰明的大腦”

并不是文物“會(huì)動(dòng)”了，就是“活”起來了，要讓博物館真正智慧起來，必須要有一個(gè)智慧的“大腦”。張加萬意識(shí)到，知識(shí)工程領(lǐng)域的知識(shí)圖譜，能幫助博物館變得聰明；建立一套文物領(lǐng)域的知識(shí)圖譜，好比是給博物館裝上大腦。

知識(shí)圖譜是現(xiàn)代信息科學(xué)中的概念。簡(jiǎn)單說，這是一種讓機(jī)器讀懂?dāng)?shù)據(jù)的方法，即把一個(gè)個(gè)互不相干的知識(shí)，找到彼此關(guān)聯(lián)性并據(jù)此連成一個(gè)“語義網(wǎng)絡(luò)”，這對(duì)機(jī)器而言就是圖譜。當(dāng)下最紅的人工智能技術(shù)，正是借助知識(shí)圖譜，讓機(jī)器學(xué)會(huì)自己學(xué)習(xí)。

這正是傳統(tǒng)的博物館所欠缺的。一直以來，博物館解說陳舊呆板、套路化，讓人難以提起興趣，正是文物信息碎片化、缺乏關(guān)聯(lián)性所致。很多文物展品，僅有短短幾個(gè)字的簡(jiǎn)單注釋，往往只解釋了“是什么”，而關(guān)于其“怎么來的”等相關(guān)歷史文化背景卻無從知曉，“事實(shí)上，每一件文物背后都有可無限延展的故事；不同的人看，也會(huì)有不同的理解”。

同樣的問題也存在于各個(gè)博物館之間，由于缺乏信息互聯(lián)，各自的藏品資源相對(duì)孤立。

正如人們習(xí)慣于一有問題就請(qǐng)教“度娘”，張加萬團(tuán)隊(duì)希望建立起文物領(lǐng)域的搜索引擎。不同于普通的搜索引擎，文物領(lǐng)域的知識(shí)非常特殊，專業(yè)知識(shí)大多仍留存在行業(yè)內(nèi)部，只有部分專家學(xué)者掌握，而一旦建立起文物知識(shí)圖譜，可以將海量、多源、異構(gòu)的文物領(lǐng)域數(shù)據(jù)，包括文物本體、環(huán)境、歷史文獻(xiàn)、考古資料、研究成果、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等，通過利用自然語言處理、大數(shù)據(jù)分析、文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)、軟件科學(xué)等組織起來，便于文物知識(shí)的表達(dá)和呈現(xiàn)。

“這些信息不僅要整理出來，還有可計(jì)算、可檢索”，張加萬說，這需要摸索出一套適合中國文物知識(shí)圖譜的規(guī)范，有了這個(gè)聰明的大腦，便打通了博物館之間有形的界限，讓資源無限共享，進(jìn)而從文物角度關(guān)聯(lián)整個(gè)中國歷史文化。

在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)觀眾的喜好、時(shí)間，設(shè)計(jì)個(gè)性化游覽線路；以及采用最適宜的高新技術(shù)用于展示和傳播等。

目前該團(tuán)隊(duì)正與山西省博物院、湖南省博物館等中國最好的文物和博物館專家密切合作，系統(tǒng)開展文物知識(shí)圖譜的構(gòu)建與文物知識(shí)平臺(tái)的建設(shè)。

給古建筑和文化遺產(chǎn)地當(dāng)“保健醫(yī)生”

除了珍藏在博物館的奇珍異寶，還有許許多多古文化遺址、古建筑、石窟壁畫等不可移動(dòng)文物散落在中國從南到北各個(gè)角落里，它們是“活”的歷史再現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國不可移動(dòng)文物超78萬處，而風(fēng)化、風(fēng)蝕、雨蝕以及人為破壞，甚至空氣中的水分，都是它們每天都要面臨的敵人。

因?yàn)槿狈︻A(yù)防保護(hù)技術(shù)，即使敦煌壁畫、秦始皇陵兵馬俑等極其寶貴的文物，盡管被施以非常嚴(yán)格的保護(hù)措施，依舊多多少少會(huì)出現(xiàn)病害?！皳尵刃员Ｗo(hù)往往為時(shí)已晚”，張加萬告訴記者，預(yù)防性保護(hù)的理念在文物界早有人提出，但一直苦于找不到適合的辦法。

“以前主要依賴實(shí)驗(yàn)室模擬研究，卻難以模擬真實(shí)賦存環(huán)境中的多要素耦合效應(yīng)”，張加萬說，任何一種癥狀出現(xiàn)的背后往往有許多復(fù)雜因素，而此前由于缺乏檢測(cè)手段和數(shù)據(jù)，一直找不到文物本體與風(fēng)險(xiǎn)源之間的關(guān)聯(lián)性。

針對(duì)當(dāng)前文物保護(hù)工作的瓶頸，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)出以“文物本體與風(fēng)險(xiǎn)源關(guān)聯(lián)模型”為核心的預(yù)防性保護(hù)技術(shù)。同樣的技術(shù)已經(jīng)在敦煌研究院、頤和園、拉卜楞寺等遺產(chǎn)地開始應(yīng)用。

團(tuán)隊(duì)與敦煌研究院合作，選取了11個(gè)洞窟、47個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開始持續(xù)性壁畫和彩塑文物本體年度監(jiān)測(cè)。采用相機(jī)位姿精準(zhǔn)重定位、光照主動(dòng)重現(xiàn)技術(shù)以及自主研發(fā)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，充分考慮此類文物易出現(xiàn)的4種典型病害，包括皰疹、酥堿、起甲、裂隙，以及病害嚴(yán)重等級(jí)、洞窟南北和層級(jí)分布以及開放狀態(tài)等因素，通過微變監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)本體產(chǎn)生的微小變化進(jìn)行準(zhǔn)確感知與測(cè)量；同時(shí)借助圖像分析、機(jī)器學(xué)習(xí)與攝影測(cè)量學(xué)等相關(guān)技術(shù)，對(duì)本體中的4類病害進(jìn)行了多尺度量化分析。

經(jīng)過對(duì)敦煌莫高窟2014年至2016年部分壁畫監(jiān)測(cè)和分析后，團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了一年短周期內(nèi)的0.1毫米級(jí)壁畫本體細(xì)微變化。這一結(jié)果被文物保護(hù)領(lǐng)域權(quán)威專家普遍認(rèn)為屬于該領(lǐng)域?qū)嵸|(zhì)性突破。

“通過比對(duì)前后變化，才知道壁畫是怎么壞的”，張加萬說，“以前只監(jiān)測(cè)環(huán)境，沒有監(jiān)測(cè)文物本體，本體和環(huán)境之間相互作用機(jī)理一直困擾著大家”，這套技術(shù)正是要找到應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的路徑，“我們要建立一個(gè)感知、分析、評(píng)估、響應(yīng)的集成平臺(tái)”。

身處沙漠地區(qū)的敦煌莫高窟在2011年、2012年遭遇了前所未有的洪水，令所有人始料不及。2012年，張加萬團(tuán)隊(duì)開發(fā)的首個(gè)“世界文化遺產(chǎn)地風(fēng)險(xiǎn)管理與決策支持系統(tǒng)”在莫高窟得到示范應(yīng)用，對(duì)洪水等重大自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、震動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，以及緩慢的環(huán)境變化、游客風(fēng)險(xiǎn)管理等進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和分析，“莫高窟附近地區(qū)突降暴雨，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)降雨情況計(jì)算出洪水的方向、水量、速度，并推薦最合理的處理方案，確保洞窟萬無一失”。

如今，這支20多人、平均年齡30歲的團(tuán)隊(duì)馬不停蹄地奔走在全國各地，用現(xiàn)代信息技術(shù)守護(hù)著人類文明的DNA，“感覺時(shí)間再多都不夠用，要做的事情太多”，張加萬希望更多的自然科學(xué)研究者加入其中，把現(xiàn)代科技融入文物博物館領(lǐng)域，“像是為人類打開了一個(gè)新世界”。

未來智能實(shí)驗(yàn)室是人工智能學(xué)家與科學(xué)院相關(guān)機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立的人工智能，互聯(lián)網(wǎng)和腦科學(xué)交叉研究機(jī)構(gòu)。

未來智能實(shí)驗(yàn)室的主要工作包括：建立AI智能系統(tǒng)智商評(píng)測(cè)體系，開展世界人工智能智商評(píng)測(cè)；開展互聯(lián)網(wǎng)（城市）云腦研究計(jì)劃，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)（城市）云腦技術(shù)和企業(yè)圖譜，為提升企業(yè)，行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。