博士生獨自一人發(fā)Nature，沒有導師署名！

這件事情聽起來就跟假的一樣，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)字構建的面具對繪畫進行物理修復）。

他的導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是美國麻省理工學院機械工程專業(yè)在讀博士生。他所在的實驗室研究的是微系統(tǒng)與微芯片方向。而這篇Nature論文則是關于繪畫物理修復新技術的。

圖源nature

Alex Kachkine的論文中提出了一種新方法，可以將數(shù)字修復直接物理應用到原始畫作上。修復內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作對齊并粘貼的遮罩。遮罩的數(shù)字文件可以被存儲并供未來的修復師參考。

作為演示，他將該方法應用于一幅受損嚴重的15世紀油畫。該方法自動識別出5612個需要修復的獨立區(qū)域，并使用57,314種不同的顏色填充了這些區(qū)域。整個過程，從開始到結束，耗時3.5小時，他估計這比傳統(tǒng)修復方法快了約66倍。

作品修復前后

Kachkine承認，與任何修復項目一樣，存在倫理問題需要考慮，即修復后的版本是否恰當?shù)卮砹怂囆g家原始的風格和意圖。他說，應用他的新方法時，應與了解畫作歷史和起源的修復師協(xié)商進行。

“庫房里有很多受損的藝術品可能永遠不會被看到，”Kachkine說。“希望有了這種新方法，我們有機會看到更多的藝術品，這將是令我欣喜的事。”

興趣是最好的老師

這項新的修復過程始于一個副業(yè)項目。2021年，當Kachkine前往麻省理工學院開始他的機械工程博士項目時，他沿著東海岸驅車北上，并特意沿途盡可能多地參觀藝術畫廊。

“我熱愛藝術很久了，從我還是個孩子時就開始了，”Kachkine說，他使用傳統(tǒng)的手繪技術，將修復畫作作為愛好。在參觀畫廊的過程中，他意識到墻上展示的藝術品只是畫廊藏品的一小部分。畫廊獲得的大部分藝術品都被存放起來，因為這些作品已經(jīng)老化或受損，需要時間進行適當?shù)男迯汀?/p>

“修復一幅畫很有趣，坐下來填補東西度過一個美好的夜晚很棒，”Kachkine說。“但這是一個非常緩慢的過程。”

正如他所了解的，數(shù)字工具可以顯著加快修復過程。研究人員開發(fā)了人工智能算法，可以快速梳理海量數(shù)據(jù)。這些算法學習這些視覺數(shù)據(jù)內部的聯(lián)系，并應用這些聯(lián)系生成特定畫作的數(shù)字修復版本，其方式非常接近藝術家或特定時期的風格。然而，此類數(shù)字修復通常以虛擬方式展示或作為獨立作品打印出來，無法直接應用于修飾原始藝術品。

“所有這些讓我思考：如果我們能夠對一幅畫進行數(shù)字修復，并將效果物理實現(xiàn)，那將解決傳統(tǒng)手工流程的許多痛點和缺點，”Kachkine說。

基于AI的名畫修復技術

在這項新研究中，卡奇金開發(fā)了一種方法，將數(shù)字修復物理應用到原始畫作上，使用了一幅他剛到麻省理工學院時獲得的15世紀畫作。他的新方法首先涉及使用傳統(tǒng)技術清潔畫作并清除任何過去的修復痕跡。

“這幅畫有近600年歷史，經(jīng)歷過多次修復，”他說。“在這種情況下，有相當多的過度修復顏料層，所有這些都必須清理掉，才能看到最初的實際狀況。”

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

基于AI的名畫修復技術

兩層聚合物薄膜修復畫作，

不會破壞原作！

接著，Kachkine開發(fā)了軟件，創(chuàng)建原始畫作上需要填充區(qū)域的地圖，以及匹配數(shù)字修復版本所需的確切顏色。然后，該地圖被轉化為物理的、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。“如果這兩層沒有對齊，很容易就能看出來。因此，我還開發(fā)了一些基于人類顏色感知原理的計算工具，以確定我們實際可以對齊和修復的區(qū)域有多小。”

Kachkine使用高保真商用噴墨打印機打印蒙版的兩層，他手動仔細對齊并疊加到原始畫作上，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級別的溶劑輕松溶解，以防修復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，作為修復內容的詳細記錄。

對于Kachkine使用的這幅畫，該方法能夠在短短幾小時內填充數(shù)千處缺損。“幾年前，我修復一幅意大利巴洛克風格的畫作，缺損數(shù)量級大概相同，花了我九個月的兼職工作時間，”他回憶道。“缺損越多，這種方法效果越好。”

他估計新方法比傳統(tǒng)的手繪方法要快幾個數(shù)量級。如果該方法被廣泛采用，他強調修復師應參與流程的每一步，以確保最終作品符合藝術家的風格和意圖。

“這需要仔細考慮流程中每個階段涉及的倫理挑戰(zhàn)，以了解如何以最符合文物保護原則的方式應用它，”他說。“我們正在建立一個框架來開發(fā)更多的方法。隨著其他人對此進行研究，我們最終將得到更精確的方法。”