法国不眠夜！别担心，这一技术成巴黎圣母院复原关键

sunyurong

智东西4月16日消息，巴黎圣母院着火了，这一突发事件震惊全世界，从北京时间凌晨0:30起，全世界人类的心绪都被事件的变化所牵引，一会儿扼腕叹息，一会儿又松口气。
坏消息是，“卡西莫多不仅失去了心爱的姑娘”刷屏网络，文青的哀绪大肆蔓延。
好消息是，卡西莫多“心爱的钟楼”没事儿，他顶多被“呛”了一下。
3 u4 u& ]; p% @; X, `0 V# Z8 ^更坏的消息是，大火烧塌了教堂的尖塔和屋顶，著名的玫瑰花窗也付之一炬，整个内部一片焦黑。
/ \* }  I: h3 e! ~* s/ t  \& {更好的消息是，巴黎圣母院的主要艺术品和圣物都已救出，还表示要重建这个759岁的大教堂，从周二起启动全国筹款活动，并呼吁全球协助这项工作。
, B3 Z; m) y) E$ f5 C最最最糟糕的消息是，专家说“不可能完全复原”：火灾导致石头产生裂缝或变粉末，近千年历史的数百年中世纪木质顶木材，烧毁后难再寻觅。
' p$ Z; H" L# g5 K% i而最最最大的好消息是，早在2015年，有一个叫安德鲁·塔隆（Andrew Tallon）的哥们儿，通过激光扫描生成数十亿数据，将巴黎圣母院的全景及内部结构完整保留下来。
也就是说，没见过的人不用遗憾，瞻仰过的人也不用替没见过的人可惜。
3 h; W- B) d0 A6 g$ i数字化建模，复原大教堂每个细节
4 H1 A1 R% @2 g% M/ H一场突如其来的大火，让时年46岁的美国瓦萨学院教授塔隆成为拯救全人类文明的英雄。
5 H0 s% M/ f( B4 d安德鲁·塔隆是一位艺术历史学家，2015年，他利用激光扫描，精准地记录了这一哥特式大教堂的全貌。
! `" m- f; I  d" h- ]! k, w) t, B这一记录耗时数年，在大教堂内外的50多个地方进行数据采集，对圣母院内的每一个细节都进行了多次扫描和数据处理，最终收集了超过10亿个数据点。
众所皆知，哥特式大教堂的宝贵不止在于雄伟的外观，还在于精妙的内部构造，每一个细节都是中世纪的工匠鬼斧神工之作。
4 L! d4 Y$ f! y: t; O% G$ \  M而塔隆的扫描技术，不仅可以为你还原一个数字版的大教堂，还足以为大教堂做出一个小型的3D打印，从顶部的花纹到楼梯间的内部，再到人们看不到的隐藏空间，每一个细节都与原来的大教堂别无二致。
3 h) G8 B1 r; h2 B50多个位置扫描，形成10亿“点云”
& \# @& @( J" u* h- K9 x传统测绘需要拿着铅锤、绳子、尺、纸和笔，一点一点重复性地去测量，而且必须保持极度的细心和耐心。
# V* d  |1 t# d即便如此，人类也很难百分百的保证测绘的可靠性。
而激光扫描不同，它收集的数据量非常庞大，其精确程度是人类难以匹敌的。
首先，塔隆使用安装在三脚架上的Leica Geosystems激光扫描仪，扫描了巴黎圣母院大教堂内外的50多个位置来收集数据。
  B) G9 U) C7 q7 G6 ~: I激光扫描仪不断扫描大教堂内部的每个表面和结构特征，测量扫描仪本身与激光撞击点之间的距离。
: S. V& R( P4 l, _3 Q这些扫描出的数据被拼在一起，形成一个包含超过10亿个点的“点云（point cloud）”。
$ O6 h2 M6 B% Q  p. O0 P6 m每个点云数据，除了包含几何位置外，还含有颜色信息、分类值、强度值、时间等信息。
, S5 W* I$ x. ]9 W1 ~8 X因此，点云数据可以高度还原现实世界。自动驾驶中的激光雷达，即是如此帮助汽车实现对世界的感知。
. I# u' E) U" `4 f9 o最后加上光影效果，建造出非常逼真准确的大教堂全景式三维模型。
6 c& m- Z1 E" P% t* f  f这个三维模型不仅可以清楚的展示大教堂的全貌，也能够辅助对大教堂进行内部结构的可视化研究。
4 K5 J4 H7 x, {. l/ I塔隆已经开源发布了他扫描并重建的所有哥特教堂，并在线构建了一座哥特教堂3D博物馆，巴黎圣母院也在其中。
3 y3 c% X4 o2 m  T9 T  z链接：http://mappinggothic.org/building/1164
' \" _2 N4 K" ]! p9 _0 g& D7 `十年如一日，拯救45座历史建筑
7 S. ~" U+ w+ k! b塔隆为保留艺术史穷其一生，不过，他并非科班出身。
7 O% B8 a5 V, b* o在密尔沃基长大的塔隆，和大多数生于巴黎的孩子一样，疯狂的迷恋着巴黎圣母院。
他的本科在普林斯顿大学主修音乐，却从未错过研究哥特式建筑结构的工程师罗伯特马克教授的每一堂课。
他有一本游客指南，当年他就像一个疯子一样在上面写满了注释。
2 M, u! W6 v3 m0 ~; m1 t机会总是给有准备的人，塔隆很快等来了他一生所热衷的事业。
* r0 S4 x' E& R+ X! R塔隆毕业后不久，哥伦比亚大学艺术历史学家默里正在亚眠大教堂组建一个多媒体项目中，需要有人制作“大教堂可能发出的声音”，塔隆被介绍参与这个项目。
/ V& k5 C; B7 u% h) s那时，在默里的引领下，他第一次接触了激光扫描技术。
“大教堂可能发出的声音”项目：
https://www.youtube.com/watch?v=DDCYPl9jE1M&list=PL0403FF33046214B4&index=8
塔隆说：“我终于意识到，我真正想做的就是能够将所有这些东西混合在一起——一切我热爱的：中世纪建筑、艺术、技术和知识。”
, ]1 D9 l; A. `# T" f2011年，默里和塔隆共同创立了Mapping Gothic France，这是一个开源项目，旨在探索各个建筑的建筑空间，地缘政治空间以及建筑商和用户之间的社会空间之间的联系。
“用激光扫描重现建筑的时候我仿佛又成为了当年那个凝视着巴黎圣母院，想要进入巴黎圣母院的小孩子，而如今我做到了，我可以进入那些建筑，包括屋顶的顶部，拱顶的顶部，楼梯间的内部，以及人们通常看不到的所有隐藏空间，这是最让人激动的。”
( G, D  m: o8 K2 T& u6 k5 T遗憾的是，这位拯救了约45座历史建筑的激光扫描数据留存的英雄，在去年11月份与世长辞。
但从另一个角度来看，这未尝不是一件好事。
/ Q$ F  b3 V" [& j深爱中世纪建筑的塔隆或许永远都不会知道，巴黎圣母院会有今日之劫难。
用数字保留历史文明的探索者们
; n/ M+ h0 C1 J! b4 T, V" S除了塔隆之外，还有其他人在通过数字化建模保留人类历史文明。
3 B! S) y! Z0 ^. f- q% e/ k国际知名游戏开发商育碧就因为曾在游戏中1：1复现巴黎圣母院，在今天在原价没打折的情况下冲进了Steam热销榜前十。
为了在其《刺客信条：大革命 （Assassin’s Creed Unity）》游戏中完美还原巴黎圣母院，育碧花了两年时间研究它的构造和细节，请教了大量的历史学家，对整个建筑进行扫描，形成了精确的数字资料。
7 P- p! p$ |+ y) |! bGoogle Arts & Culture也在将巴黎圣母院等世界各地的博物馆高质量的搬到线上：
链接：https://artsandculture.google.com/search?q=Notre%20Dame%20Cathedral
如今，这些资料或将和塔隆的数据一起，为巴黎圣母院的复原贡献重要的力量。
巴黎圣母院的三次严重受损
( x; v$ ?" |; c3 N! ?3 |: M塔隆不是唯一用数字来保护巴黎圣母院的人，巴黎圣母院也不是第一次被毁。
很遗憾的是，即便是塔隆保留下的建筑全貌，也并非圣母院真正的原型。
算上历史上的胡格诺派、法国大革命，今天是巴黎圣母院在历史上第三次遭到破坏。
巴黎圣母院的大教堂始建于1163年，1182年基本功能大致成型，1345年最终落成。自完工后，教堂就一直在被修改和增建，“不定期的遭殃”。
第一次大型破坏来自胡格诺派和天主教徒的宗教战争，胡格诺教徒冲进天主教徒，砸烂圣坛，烧毁教堂，持续十年将法兰西化成一片焦土。
第二次大型破坏发生在法国大革命期间，圣母院的神坛、神像等都遭到严重破坏，整个大教堂千疮百孔。
修复计划始于1844年，耗时23年，由Viollet-le-Duc负责全面整修教堂，他开始给圣母院加入和原来不同的设计理念，还受限于时代用了一堆质量不怎么样的建材。
这件事埋下的隐患终于在今日爆发了，面对被烧塌的塔尖、被烧毁的玫瑰花园，消防员们和民众只能跪地祈祷，却不能用传统的消防方法去灭火。
- f' j& q9 D4 [因为劣质材料，以及哥特式建筑精巧却难以承力的特色，什么高压水枪、消防飞机通通不敢用，万一弄不好，整个建筑都将坍塌碎裂。
结语：巴黎圣母院永不消失
6 p% w, y9 g: h" o2 G9 F法国总统马克龙在推特上情绪悲怆：“圣母院的火焰吞噬了巴黎，而悲痛的情绪席卷整个法国，此次此刻我感到很痛心，我们每个人内心都有一小部分被大火烧掉了。”
历史上被大火所摧毁的文明屡见不鲜：日本京都金阁寺、韩国崇礼门、新德里国家自然历史博物馆、巴西国家博物馆等等都被大火毁于一旦。
, ~/ |5 a( _# p( m好在，激光扫描将圣母院的绝大部分都保留了下来。
也许我们短时间内无法亲身感受这一珍贵的文化瑰宝，但巴黎圣母院将永远地留存在数字世界，供全世界各地的人观瞻。
0 t0 @" a6 A1 r8 }+ e基于数字化建模留下的数据，我相信它永不消失。

# K! U$ j. R" r9 _来源：http://www.yidianzixun.com/article/0LksFrcO
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