科技日报记者 金凤
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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