博士生獨(dú)自一人發(fā)Nature，沒(méi)有導(dǎo)師署名！

這件事情聽(tīng)起來(lái)就跟假的一樣，非常離譜。但是，真的存在這樣的事情！

就在今年6月，一名在讀博士以唯一作者的身份在Nature正刊上發(fā)表了一篇論文 Physical restoration of a painting with a digitally constructed mask（使用數(shù)字構(gòu)建的面具對(duì)繪畫(huà)進(jìn)行物理修復(fù)）。

他的導(dǎo)師并未在論文中署名，這篇Nature論文完全屬于博士生Alex Kachkine自己。

圖源:Nature

這篇論文的作者，現(xiàn)年25歲的Alex Kachkine是美國(guó)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)在讀博士生。他所在的實(shí)驗(yàn)室研究的是微系統(tǒng)與微芯片方向。而這篇Nature論文則是關(guān)于繪畫(huà)物理修復(fù)新技術(shù)的。

圖源nature

Alex Kachkine的論文中提出了一種新方法，可以將數(shù)字修復(fù)直接物理應(yīng)用到原始畫(huà)作上。修復(fù)內(nèi)容被打印在一層非常薄的聚合物薄膜上，形成一種可以與原始畫(huà)作對(duì)齊并粘貼的遮罩。遮罩的數(shù)字文件可以被存儲(chǔ)并供未來(lái)的修復(fù)師參考。

作為演示，他將該方法應(yīng)用于一幅受損嚴(yán)重的15世紀(jì)油畫(huà)。該方法自動(dòng)識(shí)別出5612個(gè)需要修復(fù)的獨(dú)立區(qū)域，并使用57,314種不同的顏色填充了這些區(qū)域。整個(gè)過(guò)程，從開(kāi)始到結(jié)束，耗時(shí)3.5小時(shí)，他估計(jì)這比傳統(tǒng)修復(fù)方法快了約66倍。

作品修復(fù)前后

Kachkine承認(rèn)，與任何修復(fù)項(xiàng)目一樣，存在倫理問(wèn)題需要考慮，即修復(fù)后的版本是否恰當(dāng)?shù)卮砹怂囆g(shù)家原始的風(fēng)格和意圖。他說(shuō)，應(yīng)用他的新方法時(shí)，應(yīng)與了解畫(huà)作歷史和起源的修復(fù)師協(xié)商進(jìn)行。

“庫(kù)房里有很多受損的藝術(shù)品可能永遠(yuǎn)不會(huì)被看到，”Kachkine說(shuō)?！跋Ｍ辛诉@種新方法，我們有機(jī)會(huì)看到更多的藝術(shù)品，這將是令我欣喜的事?！?/p>

興趣是最好的老師

這項(xiàng)新的修復(fù)過(guò)程始于一個(gè)副業(yè)項(xiàng)目。2021年，當(dāng)Kachkine前往麻省理工學(xué)院開(kāi)始他的機(jī)械工程博士項(xiàng)目時(shí)，他沿著東海岸驅(qū)車(chē)北上，并特意沿途盡可能多地參觀藝術(shù)畫(huà)廊。

“我熱愛(ài)藝術(shù)很久了，從我還是個(gè)孩子時(shí)就開(kāi)始了，”Kachkine說(shuō)，他使用傳統(tǒng)的手繪技術(shù)，將修復(fù)畫(huà)作作為愛(ài)好。在參觀畫(huà)廊的過(guò)程中，他意識(shí)到墻上展示的藝術(shù)品只是畫(huà)廊藏品的一小部分。畫(huà)廊獲得的大部分藝術(shù)品都被存放起來(lái)，因?yàn)檫@些作品已經(jīng)老化或受損，需要時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)男迯?fù)。

“修復(fù)一幅畫(huà)很有趣，坐下來(lái)填補(bǔ)東西度過(guò)一個(gè)美好的夜晚很棒，”Kachkine說(shuō)?！暗@是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程?！?/p>

正如他所了解的，數(shù)字工具可以顯著加快修復(fù)過(guò)程。研究人員開(kāi)發(fā)了人工智能算法，可以快速梳理海量數(shù)據(jù)。這些算法學(xué)習(xí)這些視覺(jué)數(shù)據(jù)內(nèi)部的聯(lián)系，并應(yīng)用這些聯(lián)系生成特定畫(huà)作的數(shù)字修復(fù)版本，其方式非常接近藝術(shù)家或特定時(shí)期的風(fēng)格。然而，此類(lèi)數(shù)字修復(fù)通常以虛擬方式展示或作為獨(dú)立作品打印出來(lái)，無(wú)法直接應(yīng)用于修飾原始藝術(shù)品。

“所有這些讓我思考：如果我們能夠?qū)σ环?huà)進(jìn)行數(shù)字修復(fù)，并將效果物理實(shí)現(xiàn)，那將解決傳統(tǒng)手工流程的許多痛點(diǎn)和缺點(diǎn)，”Kachkine說(shuō)。

基于AI的名畫(huà)修復(fù)技術(shù)

在這項(xiàng)新研究中，卡奇金開(kāi)發(fā)了一種方法，將數(shù)字修復(fù)物理應(yīng)用到原始畫(huà)作上，使用了一幅他剛到麻省理工學(xué)院時(shí)獲得的15世紀(jì)畫(huà)作。他的新方法首先涉及使用傳統(tǒng)技術(shù)清潔畫(huà)作并清除任何過(guò)去的修復(fù)痕跡。

“這幅畫(huà)有近600年歷史，經(jīng)歷過(guò)多次修復(fù)，”他說(shuō)?！霸谶@種情況下，有相當(dāng)多的過(guò)度修復(fù)顏料層，所有這些都必須清理掉，才能看到最初的實(shí)際狀況?！?/p>

他掃描了清潔后的畫(huà)作，包括許多顏料已經(jīng)褪色或開(kāi)裂的區(qū)域。然后，他使用現(xiàn)有的人工智能算法分析掃描結(jié)果，創(chuàng)建了畫(huà)作在原始狀態(tài)下可能樣貌的虛擬版本。

基于AI的名畫(huà)修復(fù)技術(shù)

兩層聚合物薄膜修復(fù)畫(huà)作，

不會(huì)破壞原作！

接著，Kachkine開(kāi)發(fā)了軟件，創(chuàng)建原始畫(huà)作上需要填充區(qū)域的地圖，以及匹配數(shù)字修復(fù)版本所需的確切顏色。然后，該地圖被轉(zhuǎn)化為物理的、兩層的蒙版，打印在薄的聚合物基薄膜上。第一層用彩色墨水打印，而第二層以完全相同的圖案打印，但使用白色墨水。

原始畫(huà)作如何被蒙版覆蓋

“為了完全再現(xiàn)顏色，你需要白色和彩色墨水才能獲得完整的光譜，”Kachkine解釋道?！叭绻@兩層沒(méi)有對(duì)齊，很容易就能看出來(lái)。因此，我還開(kāi)發(fā)了一些基于人類(lèi)顏色感知原理的計(jì)算工具，以確定我們實(shí)際可以對(duì)齊和修復(fù)的區(qū)域有多小?！?/p>

Kachkine使用高保真商用噴墨打印機(jī)打印蒙版的兩層，他手動(dòng)仔細(xì)對(duì)齊并疊加到原始畫(huà)作上，并用一層薄薄的傳統(tǒng)清漆噴霧固定。打印薄膜所用的材料可以用文物保護(hù)級(jí)別的溶劑輕松溶解，以防修復(fù)師需要展示原始的受損作品。遮罩的數(shù)字文件也可以保存下來(lái)，作為修復(fù)內(nèi)容的詳細(xì)記錄。

對(duì)于Kachkine使用的這幅畫(huà)，該方法能夠在短短幾小時(shí)內(nèi)填充數(shù)千處缺損?！皫啄昵埃倚迯?fù)一幅意大利巴洛克風(fēng)格的畫(huà)作，缺損數(shù)量級(jí)大概相同，花了我九個(gè)月的兼職工作時(shí)間，”他回憶道?！叭睋p越多，這種方法效果越好?！?/p>

他估計(jì)新方法比傳統(tǒng)的手繪方法要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如果該方法被廣泛采用，他強(qiáng)調(diào)修復(fù)師應(yīng)參與流程的每一步，以確保最終作品符合藝術(shù)家的風(fēng)格和意圖。

“這需要仔細(xì)考慮流程中每個(gè)階段涉及的倫理挑戰(zhàn)，以了解如何以最符合文物保護(hù)原則的方式應(yīng)用它，”他說(shuō)。“我們正在建立一個(gè)框架來(lái)開(kāi)發(fā)更多的方法。隨著其他人對(duì)此進(jìn)行研究，我們最終將得到更精確的方法?！?/p>