数字技术焕活古城“生命”


一条近乎平直的河道从老城北面穿过,大地上房屋星罗棋布逐渐蔓延,田野间阡陌纵横交错愈发密集……近日,在南京大学“数智赋能中华文明研究”成果展示会上,当南京大学地理与海洋学院副教授陈刚轻触鼠标,投影屏幕上同时出现的1969年10月2日和2022年8月10日的4幅遥感影像图,将陕西省富平县古城半个多世纪的变迁呈现于众人眼前。
2024年8月,南京大学中华文明数智创新实验室启动“中华古城数字图谱集成工程”。南京大学党委副书记、社会学院教授、该工程首席专家陈云松领衔由南京大学建筑、历史地理、文化遗产、数字人文、信息工程、计算机视觉等专业人员组成的多学科团队,系统采集中华古城历史遥感影像资料,编绘以县级行政区划为制图单位的古城历史卫星影像地图,搭建古城历史地理信息数字化平台,展示古城古今变化细节。
截至今年3月,南京大学约40名师生,收集处理分析了陕西、河南、江苏三省全域的历史遥感影像,并查阅历史文献,进行实地测绘,利用实景三维重构、AI工具辅助生成等技术,完成了约330个县(市、区)的1300多幅老城历史影像地图。
“古城是文明的空间载体,随着经济发展和大规模城市建设,不少古城的原真风貌被破坏。特别是中西部地区的县域古城,开发的程度虽然不高,但用于古城保护的人财物资源不足,更需要专业指导。”南京大学建筑与城市规划学院副院长鲁安东坦言,团队希望用数字技术保存、还原古城的历史风貌,在数字化平台中融入古城的建筑、方志等信息,让大家感受古城的文化魅力。
确定空间轮廓
想了解一座古城的历史风貌,首先要确定其轮廓。在这方面,遥感影像可以提供一个直观的视角。美国的CORONA卫星于20世纪六七十年代拍摄的遥感影像数据,进入了团队的视线。
“下载的遥感影像边缘存在畸变,我们要剪裁、分割、拼接影像照片,再结合古旧地图、地方志等文献资料,将当地标志性建筑、道路等有地理特征的信息控制点作为坐标,对照片进行配准、校正。经过一系列流程,遥感影像的精度可以达到米级以下。”陈刚说。
历经岁月变迁,古城的风物也时移事异。为当代古城留影,也是保留古城历史信息的重要命题。登录建设中的中华古城数字图谱集成工程信息展示平台(以下简称“古城数字平台”),记者看到,老城现状影像图中,主要的街道、建筑信息均被一一标注。
“我们以多颗卫星拍摄的遥感影像数据为依据,并与现今的卫星图像进行对比分析,提取古城墙、古街巷、古河道等地理要素,并关注古城土地变化、历史风貌区变化等信息,再利用ESRI ArcGIS制图平台制成老城现状影像图。”陈刚介绍,在团队编绘的300多个县(市、区)的历史卫星影像地图中,每个县都有4幅图,分别是全域影像图、老城影像图、现状影像图和老城范围矢量复原图。它们直观展现了县级城市的历史城区(老城)及历史建筑风貌区的范围,这为未来开展古城空间变化监测与定量分析奠定了基础。
陈刚团队绘制历史影像地图的同时,南京大学艺术学院副教授陈静则带领学生翻阅地方志、古诗文,搜寻老照片,寻访古迹,做口述史。这既为地图影像制作提供了历史线索、形成交叉印证,也为后期丰富古城数字平台的文化信息筑牢了根基。
复现建筑风貌
钩沉古城的历史影像可以鉴古知今,而用数字化手段复现古城的建筑风貌,则可以让当代人足不出户即可遍览古城魅力。
从2024年开始,鲁安东就带领师生对陕西富平县、河南原阳县进行实景三维重构。“我们利用无人机倾斜摄影和三维激光点云扫描技术,借助南京大学教授曹汛研发的高真实感三维场景重建技术,构建了富平古城的3D数字资产库。”鲁安东介绍,目前团队已经用无人机拍摄了3599张富平古城照片,并用三维激光扫描富平古城的重点建筑片区共25466立方米,扫描重点街巷1314米,经过解算合成后,拍摄精度可达3厘米。
在进行实景三维重构中,团队发现许多老建筑如今都已改建。如何还原建筑原貌,使其符合所在地区的建筑特色?人工智能成为破解这一难题的帮手。鲁安东说,团队用无人机和三维激光扫描得到古建筑的样貌后,将其与历史遥感影像做对比,如果发现某座建筑整体差异较大,他们则会利用AI工具辅助还原古建筑的原貌。
“特定气候带的建筑,有着相似的建筑规则和形态基因,院落和单体房屋的结构关系是相对固定的。在历史卫星影像地图上确定建筑屋顶的基本样貌后,就可以用AI工具辅助生成古建筑群的整体形态。”鲁安东说,目前,团队正在将几十年来积累的建筑形态数据“投喂”给AI工具,不断提高AI生成内容的质量。在AI的帮助下,20世纪五六十年代的古城风貌渐渐清晰起来。
挖掘文化基因
如果说追寻古城的历史风貌只是激活古城的“生命”,那么发掘古城的人文价值、文化基因,则是激活古城的“灵魂”。
依据1928年的历史照片,团队建构了富平古城文星台的三维模型。“地方志中记载文星台是古代学子的活动场所,也是古城‘儒家景观’的组成部分。文星台位于富平古城外围,从文星台可以眺望古城全景。”鲁安东介绍,除文星台外,富平古城中还发现了很多与科举相关的建筑,例如文庙、书院、考院、文昌宫、文昌阁等。古城的文化景观构成了古城的文化基因,用数字化手段复现这些景观,将有利于延续古城的文脉。
富平地域辽阔,富饶膏腴,风景优美,清朝富平知县乔履信所纂《富平县志》将富平经典景观浓缩为八景。其中的“南湖烟雨”别有一番江南风光——适逢雨天,登上望湖楼,可看到“杜鹃声里雨如烟”的奇妙景象。
“中国古代的许多景观其实是有声音有画面的,我们正在联合声音艺术家开展声音考古和声景设计,根据文献信息,让声音参与复现富平八景的意境。”鲁安东说,“团队希望通过多学科的参与,对古城的数智形态进行共创和重建。”
鼙鼓声声,日迈月征。“未来,我们将充分发挥南京大学的学科交叉和新文科发展优势,全力探索数智赋能文化遗产保护的当代实践路径,为中国乃至全球古城保护打造数据基座、提炼工作标准、提供解决方案。”陈云松说。

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