新智元报道
编辑：桃子
时隔 5 年，巴黎圣母院终于完成修复，将在 12 月 7 日重新开放。在这场耗资数亿欧元的浩大工程中，3D 建模等关键 AI 技术发挥了关键作用，让历经 800 多年沧桑的教堂与现代科技完美融合。
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哥特式建筑的光辉。
就连马斯克本人转发视频，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。
参考资料：
https://x.com/elonmusk/status/1859593835535331439
https://www.fastcompany.com/90881189/digital-modeling-restoring-notre-dame-cathedral
https://www.nationalgeographic.com/history/article/notre-dame-cathedral-restoration-reopening
