科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳
一條近乎平直的河道從老城北面穿過，星羅棋布的房屋在大地上蔓延開來(lái)、愈發(fā)密集的街道在田野間阡陌縱橫……5月16日，在南京大學(xué)“數(shù)智賦能中華文明研究”成果展示會(huì)上，當(dāng)南京大學(xué)地理與海洋學(xué)院副教授陳剛輕觸鼠標(biāo)，投影屏幕上同時(shí)出現(xiàn)的1969年10月2日和2022年8月10日的4幅遙感影像圖，將陜西省富平縣古城半個(gè)多世紀(jì)的古今變遷呈現(xiàn)于眾人眼前。
2024年8月，南京大學(xué)中華文明數(shù)智創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)“中華古城數(shù)字圖譜集成工程”。南京大學(xué)黨委副書記、社會(huì)學(xué)院教授、該工程首席專家陳云松領(lǐng)銜南京大學(xué)建筑、歷史地理、文化遺產(chǎn)、數(shù)字人文、信息工程、計(jì)算機(jī)視覺等專業(yè)的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)采集中華古城歷史遙感影像資料，編繪以縣級(jí)行政區(qū)劃為制圖單位的古城歷史衛(wèi)星影像地圖，搭建古城歷史地理信息數(shù)字化平臺(tái)，展示古城古今的變化細(xì)節(jié)。
截至今年3月，南京大學(xué)約40名師生，收集處理分析陜西、河南、江蘇三省全域的歷史遙感影像，并查閱歷史文獻(xiàn)、實(shí)地測(cè)繪，進(jìn)行實(shí)景三維重構(gòu)、AI工具輔助生成，編繪了約330個(gè)縣（市、區(qū)）的老城歷史影像地圖，完成歷史影像地圖1300多幅。
“古城是文明信息的空間載體，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和大規(guī)模的城市建設(shè)，不少古城的原真風(fēng)貌被破壞。在縣域?qū)用?，特別是中西部地區(qū)的古城，開發(fā)的程度雖然不高，但古城保護(hù)的人財(cái)物資源不足，也更需要專業(yè)指導(dǎo)?！蹦暇┐髮W(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院副院長(zhǎng)魯安東坦言，團(tuán)隊(duì)希望用數(shù)字技術(shù)保存、還原古城的歷史風(fēng)貌，并將在數(shù)字化平臺(tái)中融入古城的建筑、方志、繪畫、聲音等信息，讓大家感受古城的文化魅力。
遙感影像+古舊地圖+地方志，共同識(shí)別老城“輪廓”
想了解一座古城的歷史風(fēng)貌，首先要確定老城的“輪廓”，遙感影像可以提供一個(gè)直觀視角。美國(guó)的CORONA衛(wèi)星于20世紀(jì)六七十年代拍攝的遙感影像數(shù)據(jù)，進(jìn)入團(tuán)隊(duì)視線。
“下載的遙感影像邊緣存在畸變，我們要剪裁、分割、拼接影像照片，再結(jié)合古舊地圖、地方志等文獻(xiàn)資料的記載，將當(dāng)?shù)貥?biāo)志性建筑、道路等有地理特征的信息控制點(diǎn)作為坐標(biāo)，對(duì)照片進(jìn)行配準(zhǔn)、校正。經(jīng)過一系列流程，遙感影像的精度可以達(dá)到米級(jí)以下?！标悇偨庾x歷史遙感影像制圖的主要技術(shù)。
歷經(jīng)歲月變遷，古城的風(fēng)物也時(shí)移事異。為當(dāng)代古城留影，也是保留古城歷史信息的重要命題。登錄建設(shè)中的中華古城數(shù)字圖譜集成工程信息展示平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“古城數(shù)字平臺(tái)”），記者看到，老城現(xiàn)狀影像圖中，主要的街道、建筑信息被標(biāo)注其中。
“我們以多顆衛(wèi)星拍攝的遙感影像數(shù)據(jù)為依據(jù)，并與現(xiàn)今的衛(wèi)星圖像進(jìn)行對(duì)比分析，提取古城墻、古街巷、古河道等地理要素，并關(guān)注土地變化、歷史風(fēng)貌區(qū)變化等信息，再利用ESRI ArcGIS制圖平臺(tái)制成老城現(xiàn)狀影像圖?！标悇偨榻B，在團(tuán)隊(duì)編繪的300多個(gè)縣城的歷史衛(wèi)星影像地圖中，每個(gè)縣城都有4幅圖，分別是全域影像圖、老城影像圖、現(xiàn)狀影像圖和老城范圍矢量復(fù)原圖，它們直觀展現(xiàn)了縣級(jí)城市的歷史城區(qū)（老城）及歷史建筑風(fēng)貌區(qū)的范圍，這將為未來(lái)開展古城空間變化監(jiān)測(cè)與定量分析奠立基礎(chǔ)。
陳剛團(tuán)隊(duì)繪制歷史影像地圖的同時(shí)，南京大學(xué)藝術(shù)學(xué)院副教授陳靜則帶領(lǐng)學(xué)生翻閱地方志、古詩(shī)文，搜尋老照片，尋訪古跡，做口述史，這既為地圖影像制作提供歷史線索、形成交叉印證，也為后期豐富古城數(shù)字平臺(tái)的文化信息奠定基礎(chǔ)。
中華古城數(shù)字圖譜集成工程信息展示平臺(tái)富平縣老城考察范圍示意圖。南京大學(xué)“中華古城數(shù)字圖譜集成工程”團(tuán)隊(duì)供圖
無(wú)人機(jī)+三維激光+AI，對(duì)古城數(shù)智化重現(xiàn)
鉤沉古城的歷史影像可以鑒古知今，而用數(shù)字化手段復(fù)現(xiàn)古城的建筑風(fēng)貌，可以讓當(dāng)代人足不出戶即可遍覽古城魅力。實(shí)景三維重構(gòu)便是古城鏈接古今中外的“信使”。
從2024年開始，魯安東帶領(lǐng)師生們對(duì)陜西富平縣、河南原陽(yáng)縣進(jìn)行實(shí)景三維重構(gòu)?！拔覀兝脽o(wú)人機(jī)傾斜攝影和三維激光點(diǎn)云掃描技術(shù)，并借助南大教授曹汛研發(fā)的高真實(shí)感三維場(chǎng)景重建技術(shù)，構(gòu)建了富平古城的3D數(shù)字資產(chǎn)庫(kù)?！濒敯矕|介紹，目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)用無(wú)人機(jī)拍攝了3599張富平古城照片，用三維激光掃描富平古城的重點(diǎn)建筑片區(qū)共25466立方米，掃描重點(diǎn)街巷1314米，經(jīng)過解算合成后，拍攝精度可達(dá)3厘米。
但團(tuán)隊(duì)面臨的一個(gè)難題是，今天的很多老建筑都已改建。如何還原建筑的原貌，使其符合所在地區(qū)的建筑特色？人工智能成為破解這一難題的幫手。安東說，團(tuán)隊(duì)用無(wú)人機(jī)和三維激光掃描得到古建筑的樣貌后，將其與歷史遙感影像做對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)某座建筑整體差異較大，會(huì)利用AI工具輔助還原老建筑的原貌。
“特定氣候帶的建筑，有著相似的建筑規(guī)則和形態(tài)基因，院落和單體房屋的結(jié)構(gòu)關(guān)系是相對(duì)固定的。在歷史衛(wèi)星影像地圖上確定建筑屋頂?shù)幕緲用埠?，就可以用AI工具輔助生成古建筑群的整體形態(tài)，”魯安東說，目前，團(tuán)隊(duì)正在將幾十年來(lái)積累的建筑形態(tài)數(shù)據(jù)投喂給AI工具，不斷提高AI生成內(nèi)容的質(zhì)量，20世紀(jì)五六十年代的古城風(fēng)貌漸漸清晰起來(lái)。
數(shù)智技術(shù)攜手文獻(xiàn)信息，再現(xiàn)古城文明蹤跡
如果說追尋古城的歷史風(fēng)貌只是激活古城生命的前奏，發(fā)掘古城的人文價(jià)值、文化基因，是讓古城煥新的“靈魂”。
在魯安東的電腦里，富平古城外的東南方向，依據(jù)1928年的歷史照片復(fù)原的“文星臺(tái)”三維模型已經(jīng)被建構(gòu)。
“文星臺(tái)在富平古城的外圍，但我發(fā)現(xiàn)古城中有很多與科舉相關(guān)的建筑，例如文廟、書院、考院、文昌宮、文昌閣等。同時(shí)，地方志中也曾記載學(xué)子會(huì)去文星臺(tái)，所以文星臺(tái)是古城的‘儒家景觀’的一部分。而在古代，從城郊文星臺(tái)回望古城全景應(yīng)該是富平最動(dòng)人的畫面之一?！濒敯矕|認(rèn)為，古城的文化景觀，同樣構(gòu)成了古城的文化基因，用數(shù)字化手段復(fù)現(xiàn)這些景觀，將有利于延續(xù)古城的文脈。
富平地域遼闊，富饒膏腴，風(fēng)景優(yōu)美，清朝富平知縣喬履信所纂《富平縣志》將富平史話濃縮為八景，名揚(yáng)渭北。其中的南湖煙雨更有一番江南風(fēng)光，如果適逢雨天，登上望湖樓，則可看到“杜鵑聲里雨如煙”的奇妙景象。
“中國(guó)古代的許多景觀其實(shí)是有聲有畫面的，我們正在聯(lián)合聲音藝術(shù)家開展聲音考古和聲景設(shè)計(jì)，根據(jù)文獻(xiàn)信息，用聲音來(lái)復(fù)現(xiàn)富平八景的意境。”魯安東認(rèn)為，“目前大量的文旅數(shù)字化項(xiàng)目，是對(duì)場(chǎng)景與環(huán)境的可視化，但還不是文明的可視化。團(tuán)隊(duì)希望通過多學(xué)科的參與，以文明為中心對(duì)古城的數(shù)智形態(tài)進(jìn)行共創(chuàng)和重建?！?/p>
鼙鼓聲聲、日邁月征。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將如何用數(shù)智技術(shù)守護(hù)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化基因？“我們將充分發(fā)揮南京大學(xué)的學(xué)科交叉和新文科發(fā)展優(yōu)勢(shì)，全力探索數(shù)智賦能文化遺產(chǎn)保護(hù)的當(dāng)代實(shí)踐路徑，為中國(guó)乃至全球古城保護(hù)打造數(shù)據(jù)基座、提煉工作標(biāo)準(zhǔn)、提供解決方案。”陳云松說。
