视频:这不是科幻,厉害了,用人工智能修长城
视频来源:腾讯视频
文字整理至:虎嗅、英特尔
导Lead语跨越15个省,404个县,长城可以说是历史的奇迹。但多年的风化侵蚀,单靠传统的人工检修难度可想而知,如何保护成一大难题!
2018年7月,英特尔运用英特尔利用AI和无人机技术,帮助快速获得修缮所需的人力、物力和成本等信息,三天便可完成人工一个月的工作。
如何用英特尔 AI 助力长城修缮,主要分三个步骤来进行:
1、采集高精度图像
在箭扣长城保护项目中,使用英特尔最新款猎鹰8+ 无人机,对城墙进行长城整体和局部的航拍和精确成像;
2、3D 建模和损毁部位的人工智能识别
借助最新的英特尔至强服务器,快速分析处理高分辨率影像数据,产生完整的高精度长城影像 3D 模型,利用人工智能算法在 3D 模型上识别出需要被修缮的部分,并提供裂缝和塌方等破损的测量数据用于指导物理修复。
3、3D 模型的人工智能数字化修复
在 3D 模型损毁识别基础上,利用最新的 3D 模型对抗生成网络,以及回归卷积网络,对城墙缺损部位进行数字化修复,并据此对实际的长城修缮和维护提供指导和参考数据。
总而言之,英特尔在帮助修缮长城的过程中,提供的是一个从前端数据采集,到后端深度网络训练与方案生成,整合了测量工具、人工智能算法、高性能计算平台,形成了一个完整的人工智能文物修缮与保护解决方案。
下面摘录了部分虎嗅对英特尔这个项目的报道:
项目背景
长城是世界上体量、规模最大的线性文化遗产,也是一个重要的中国文化象征。它的修建,横贯了中国的数个朝代,前后跨越了接近 2000 年时间。但大家所记住的,可能被重新翻修过,重新包装成景点的 " 八达岭长城 "。
而就在“八达岭长城”的东北边50公里左右的地方,实际却有一小段极少人进入的“野长城”——箭扣长城。它的美不同于八达岭的壮观,而是更加原始更加险峻。甚至成为常年上榜的北京周边遇险地榜首。为什么这么多人宁愿冒着这样的风险,也要去爬箭扣呢?
箭扣长城标准的“风景照”足以解释一切:
险峻的地形、碉楼连续耸立山巅的“绝境”;每一级台阶4、5层青砖高,人只能侧行而上;最后是那些已经残损到原来面貌“所剩无几”的段落,不仅碉楼已经被“磨平”,就连阶梯也早已不见。
“致命”但同时历史研究价值突出,也让箭扣在2017年终于开始了修缮,这也预示这箭扣一系列修缮工作正式开始。按照之前的规划,将有大约7000余米的长城将会被修缮贯通,并最终和东边的慕田峪长城联通起来,对外正式开放。
对于修缮工作而言,最难的不是其他,正是“箭扣长城”的险,多段长城直接坐落在山脊山巅之上,旁边就是落差几十米的深渊。如果是按照传统的方法,无论是勘测、测量、后期的处理,只能凭借人力用尺子、全站仪完成,耗时耗力,尤其是箭扣长城大多位于险峰断崖之上,周边草木茂密,人员想要到达施工现场可谓险阻重重。
项目实施
首先,英特尔请来了一位帮手——英特尔最新款猎鹰 8+ 无人机,拥有 6 个旋翼的它,可以在空中实现悬停,也可以在操纵下平稳地向一个方向飞行,对城墙进行整体和局部的航拍和精确成像。
而在数据采集上,数据的量超乎想象的多:一段短短的 700 米的长城,猎鹰 8+ 无人机采集了上万张高分辨率图像,原始数据超过 200GB。
这还只是原始数据,在后续计算过程中,还会产生超过 100GB 的中间和仿真数据,即便是高性能的计算,处理如此庞大的数据量也极其复杂。很明显,这样的数据处理需求,一般电脑肯定满足不了。
而在庞大数据量之上,则是更加复杂的计算过程,尤其是多种 AI 算法的加入。例如觉特征抽取与索引,相机参数恢复,光束平差(bundle adjustment),稠密匹配,几何模型网格生成,深度神经网络 2D 及 3D 模型训练,纹理合成等。
好在英特尔是有能力解决这一系列需求的少数人选之一,在最终方案中不仅用上了英特尔最新的硬件,如 Xeon 至强可扩展处理器,傲腾固态盘,同时英特尔针对 AI 算法优化的一系列软件例如深度神经网络数学核心函数库(MKL-DNN)等也起到了很大的作用。让整个数字化分析和修缮过程得以高效进行。
在这一系列基础技术之上,英特尔(中国)研究院和武汉大学还开发出了专门应对长城缺损 / 裂缝识别与定位,数字化修缮的深度学习算法。在数据采集,数字建模,真正识别出来长城具体损毁情况之后,AI 就会进行数字化的虚拟修缮,在损毁的模型上生成 3D 的修缮效果和砖墙纹理,并获得物理修缮所需的工程量的数据,作为对物理修缮的参考建议。
至此,这一段箭扣长城实际上就已经在虚拟世界获得了 " 重生 "。
项目意义
虽然这些修缮目前还只停留在虚拟世界中,但这些参考建议其实对于整体修缮工作的部署有巨大的意义,将会成为实际工程有效的参考和对照。
End.
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