2017年10月11日，北京故宮博物院院慶92周年之際，“發(fā)現(xiàn)·養(yǎng)心殿——主題數(shù)字體驗展”在故宮之“端”——端門數(shù)字館全新亮相。這是故宮博物院進一步將傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技相融合的又一次創(chuàng)新呈現(xiàn)。視覺中國供圖（資料圖片）
21世紀最時髦的技術，改變的不僅是未來，在被稱為“最古老的研究”的文物與博物館界，感受到的變化可能更加顯著。
天津大學文化遺產(chǎn)保護與傳承信息技術研究中心主任張加萬團隊歷時10年，用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術，致力于讓沉睡的文物“活”起來、傳下去。這群每天與計算機打交道的科學家，加入了人類文化遺產(chǎn)守護者之列。
時間是保護者們最大的敵人。他們必須與變化多端的氣候、難以預知的自然災害“作戰(zhàn)”。比這更“可怕”的，是接踵而至的觀賞者。對于那些已經(jīng)極其脆弱的文物而言，哪怕是游客腳步帶來的震動，或是呼吸產(chǎn)生的濕氣，都可能對它們造成不可逆轉的傷害。
人們一直在尋找兩全的辦法，既要讓老祖宗和大自然留下的文明瑰寶能讓更多后人親眼見到、親身感受；又不能使其受到分毫損傷。
現(xiàn)代科學技術成為解開難題的鑰匙。“智慧博物館”和“文物預防性保護技術”是張加萬團隊致力研發(fā)的兩大神器，他們試圖用現(xiàn)代信息技術架起一條“時間隧道”，讓歷史與未來的跨時空對話，讓大千世界中自然和文化的DNA得以存續(xù)，并源源不斷地激發(fā)出更豐富、更有意義的文明財富。
讓博物館更像一個真正的“人”
大大小小的博物館中，珍藏著人類最精華的智慧和最絢爛的藝術。遺憾的是，由于場地和條件的種種限制，僅有極少一部分能呈現(xiàn)在人們面前。
“即使在一些規(guī)模較大的館，能陳列出來示人的，不足百分之一。”張加萬走訪了國內(nèi)許許多多博物館，看得越多，越覺得自己“待不住了，感覺欠賬太多”。他注意到，一般來說，一座博物館能展示出來的文物只是不過幾千件，“那么多好東西，老百姓能看見的不過九牛一毛”。
他擅長的信息技術，能幫助博物館“盡可能地開放”，“物理空間有限，可網(wǎng)絡空間無限啊”。把博物館的藏品放到網(wǎng)上，此前也有人嘗試，稱之為虛擬博物館、數(shù)字博物館；但張加萬心目中理想的博物館，應該是有生命的，會思考、能學習，更重要的是擁有互聯(lián)網(wǎng)時代的思維方式——開放、共享、互動。
他決心用一套智能化解決方案讓那些“沉睡”的博物館蘇醒，即通過充分運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信等新一代信息技術成果，感知、分析、處理博物館（群）運行的各項關鍵信息，實現(xiàn)智慧管理、智慧保護、智慧服務三大能力全面提升的博物館發(fā)展模式。
事實上，科技和文化的牽手，已經(jīng)讓博物館變得有趣起來。天津大學團隊參與建設的故宮端門數(shù)字館，是全國第一家將古代建筑、傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技融合的全數(shù)字化展廳。團隊用增強現(xiàn)實技術還原了曲水流觴的生動場景。游客不僅可以游戲其中，還能當一回王羲之現(xiàn)場書寫《蘭亭集序》，而計算機則幫助人們模擬出水墨渲染的逼真效果。“當時游客天天都排長隊體驗”，張加萬清楚，類似的人機交互、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等設備，以及全息技術、全景技術、3D圖形學等技術，正在讓越來越多的人對神秘的博物館產(chǎn)生了興趣。
而智慧博物館不僅是技術層面的轉型升級，而是讓博物館更像一個真正的“人”。天大團隊將智慧博物館的特質(zhì)概括為：知識淵博、善解人意、擅長表達和精明強干。
今后走進博物館，你只需要一個AR眼鏡。你看到一幅心動的畫，眼前會自動彈出跟這幅畫相關的資料，應有盡有。你可以邊走邊跟眼鏡聊天，隨時提出自己的疑問并得到解答。走到一個殘缺不全的文物面前，它會立即生成全息3D動畫復原，你可以伸出手360度仔細端詳它，雖然它始終沒離開櫥窗。你甚至不用跋涉千里，眼前的壁畫和光影，與敦煌莫高窟洞窟所見，別無二致。
這一切，已經(jīng)成真。
給博物館裝個“聰明的大腦”
并不是文物“會動”了，就是“活”起來了，要讓博物館真正智慧起來，必須要有一個智慧的“大腦”。張加萬意識到，知識工程領域的知識圖譜，能幫助博物館變得聰明；建立一套文物領域的知識圖譜，好比是給博物館裝上大腦。
知識圖譜是現(xiàn)代信息科學中的概念。簡單說，這是一種讓機器讀懂數(shù)據(jù)的方法，即把一個個互不相干的知識，找到彼此關聯(lián)性并據(jù)此連成一個“語義網(wǎng)絡”，這對機器而言就是圖譜。當下最紅的人工智能技術，正是借助知識圖譜，讓機器學會自己學習。
這正是傳統(tǒng)的博物館所欠缺的。一直以來，博物館解說陳舊呆板、套路化，讓人難以提起興趣，正是文物信息碎片化、缺乏關聯(lián)性所致。很多文物展品，僅有短短幾個字的簡單注釋，往往只解釋了“是什么”，而關于其“怎么來的”等相關歷史文化背景卻無從知曉，“事實上，每一件文物背后都有可無限延展的故事；不同的人看，也會有不同的理解”。
同樣的問題也存在于各個博物館之間，由于缺乏信息互聯(lián)，各自的藏品資源相對孤立。
正如人們習慣于一有問題就請教“度娘”，張加萬團隊希望建立起文物領域的搜索引擎。不同于普通的搜索引擎，文物領域的知識非常特殊，專業(yè)知識大多仍留存在行業(yè)內(nèi)部，只有部分專家學者掌握，而一旦建立起文物知識圖譜，可以將海量、多源、異構的文物領域數(shù)據(jù)，包括文物本體、環(huán)境、歷史文獻、考古資料、研究成果、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)等，通過利用自然語言處理、大數(shù)據(jù)分析、文獻計量學、軟件科學等組織起來，便于文物知識的表達和呈現(xiàn)。
“這些信息不僅要整理出來，還有可計算、可檢索”，張加萬說，這需要摸索出一套適合中國文物知識圖譜的規(guī)范，有了這個聰明的大腦，便打通了博物館之間有形的界限，讓資源無限共享，進而從文物角度關聯(lián)整個中國歷史文化。
在此基礎上，可以根據(jù)觀眾的喜好、時間，設計個性化游覽線路；以及采用最適宜的高新技術用于展示和傳播等。
目前該團隊正與山西省博物院、湖南省博物館等中國最好的文物和博物館專家密切合作，系統(tǒng)開展文物知識圖譜的構建與文物知識平臺的建設。
給古建筑和文化遺產(chǎn)地當“保健醫(yī)生”
除了珍藏在博物館的奇珍異寶，還有許許多多古文化遺址、古建筑、石窟壁畫等不可移動文物散落在中國從南到北各個角落里，它們是“活”的歷史再現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，全國不可移動文物超78萬處，而風化、風蝕、雨蝕以及人為破壞，甚至空氣中的水分，都是它們每天都要面臨的敵人。
因為缺乏預防保護技術，即使敦煌壁畫、秦始皇陵兵馬俑等極其寶貴的文物，盡管被施以非常嚴格的保護措施，依舊多多少少會出現(xiàn)病害。“搶救性保護往往為時已晚”，張加萬告訴記者，預防性保護的理念在文物界早有人提出，但一直苦于找不到適合的辦法。
“以前主要依賴實驗室模擬研究，卻難以模擬真實賦存環(huán)境中的多要素耦合效應”，張加萬說，任何一種癥狀出現(xiàn)的背后往往有許多復雜因素，而此前由于缺乏檢測手段和數(shù)據(jù)，一直找不到文物本體與風險源之間的關聯(lián)性。
針對當前文物保護工作的瓶頸，該團隊研發(fā)出以“文物本體與風險源關聯(lián)模型”為核心的預防性保護技術。同樣的技術已經(jīng)在敦煌研究院、頤和園、拉卜楞寺等遺產(chǎn)地開始應用。
團隊與敦煌研究院合作，選取了11個洞窟、47個監(jiān)測點，開始持續(xù)性壁畫和彩塑文物本體年度監(jiān)測。采用相機位姿精準重定位、光照主動重現(xiàn)技術以及自主研發(fā)的監(jiān)測平臺，充分考慮此類文物易出現(xiàn)的4種典型病害，包括皰疹、酥堿、起甲、裂隙，以及病害嚴重等級、洞窟南北和層級分布以及開放狀態(tài)等因素，通過微變監(jiān)測技術對本體產(chǎn)生的微小變化進行準確感知與測量；同時借助圖像分析、機器學習與攝影測量學等相關技術，對本體中的4類病害進行了多尺度量化分析。
經(jīng)過對敦煌莫高窟2014年至2016年部分壁畫監(jiān)測和分析后，團隊首次發(fā)現(xiàn)了一年短周期內(nèi)的0.1毫米級壁畫本體細微變化。這一結果被文物保護領域權威專家普遍認為屬于該領域?qū)嵸|(zhì)性突破。
“通過比對前后變化，才知道壁畫是怎么壞的”，張加萬說，“以前只監(jiān)測環(huán)境，沒有監(jiān)測文物本體，本體和環(huán)境之間相互作用機理一直困擾著大家”，這套技術正是要找到應對風險的路徑，“我們要建立一個感知、分析、評估、響應的集成平臺”。
身處沙漠地區(qū)的敦煌莫高窟在2011年、2012年遭遇了前所未有的洪水，令所有人始料不及。2012年，張加萬團隊開發(fā)的首個“世界文化遺產(chǎn)地風險管理與決策支持系統(tǒng)”在莫高窟得到示范應用，對洪水等重大自然災害風險、震動風險，以及緩慢的環(huán)境變化、游客風險管理等進行系統(tǒng)監(jiān)測和分析，“莫高窟附近地區(qū)突降暴雨，監(jiān)測系統(tǒng)會自動根據(jù)降雨情況計算出洪水的方向、水量、速度，并推薦最合理的處理方案，確保洞窟萬無一失”。
如今，這支20多人、平均年齡30歲的團隊馬不停蹄地奔走在全國各地，用現(xiàn)代信息技術守護著人類文明的DNA，“感覺時間再多都不夠用，要做的事情太多”，張加萬希望更多的自然科學研究者加入其中，把現(xiàn)代科技融入文物博物館領域，“像是為人類打開了一個新世界”。
