Nature：画作受损？AI 生成的“蒙版”只需数小时即可修复

一种新方法利用人工智能技术，以远超手工技术的速度，对受损画作进行物理修复。数字生成的薄膜“蒙版”可直接应用于原画，并可轻松移除。

　　

艺术品修复需要稳健的双手和敏锐的眼光。几个世纪以来，修复人员修复画作的方法是先确定需要修复的区域，然后逐个区域地混合合适的颜色。一幅画作通常包含数千个需要逐一处理的微小区域。修复一幅画作可能需要几周到十年以上的时间。 

近年来，数字修复工具开辟了一条创建原始修复作品虚拟再现的途径。这些工具运用计算机视觉、图像识别和色彩匹配技术，能够相对快速地生成画作的“数字修复”版本。

然而，迄今为止，还没有办法将数字修复直接应用于原作。 麻省理工学院机械工程研究生亚历克斯·卡奇金（Alex Kachkine）在 今日发表于 《自然》杂志的一篇论文中，介绍了他开发的一种新方法，可以将数字修复直接应用于原画。 

修复图稿打印在一层非常薄的聚合物薄膜上，形成一个遮罩层，可以对齐并粘贴在原画上。它也很容易被移除。卡奇金表示，遮罩层的数字文件可以保存下来，供未来的修复人员参考，从而准确地了解修复原画时做了哪些改动。

“因为面具的使用方式有数字记录，所以100年后，下次有人再使用面具时，就能非常清楚地了解这幅画是如何被处理的，”卡奇金说。“这在以前的修复工作中是不可能实现的。”

作为演示，他将该方法应用于一幅严重受损的15世纪油画。该方法自动识别出5612个需要修复的区域，并使用57314种不同的颜色填充这些区域。整个过程从开始到结束耗时3.5小时，他估计这比传统修复方法快了约66倍。 

卡奇金承认，与任何修复项目一样，修复版本是否恰当地再现了艺术家的原始风格和意图，也存在伦理问题需要考虑。他表示，任何运用他的新方法都应咨询了解画作历史和起源的保护人员。 

“仓库里有很多受损的艺术品，可能永远都见不到了，”卡奇金说。“希望通过这种新方法，我们有机会看到更多艺术品，如果真是这样，我会很高兴。”

数字连接

新的修复工作最初只是一个副业。2021年，卡奇金前往麻省理工学院攻读机械工程博士学位，他驱车沿东海岸前行，沿途尽可能多地参观了艺术画廊。 

“我从小就喜欢艺术，”卡奇金说道。他以修复画作为爱好，运用传统的手绘技法。在参观画廊的过程中，他意识到墙上的艺术品只是画廊藏品的一小部分。画廊收藏的很多艺术品都被收起来了，因为这些作品已经陈旧或受损，需要花费时间进行妥善修复。 

“修复一幅画很有趣，坐下来填充一些东西，享受一个美好的夜晚，感觉很棒，”卡奇金说。“但这是一个非常缓慢的过程。”

据他了解，数字工具可以显著加快修复进程。研究人员开发了人工智能算法，可以快速梳理海量数据。这些算法能够学习这些视觉数据中的联系，并运用这些联系生成特定画作的数字修复版本，使其与艺术家或特定时期的风格高度相似。然而，此类数字修复作品通常以虚拟方式展示或作为独立作品进行打印，无法直接用于修饰原作。

“这一切让我想到：如果我们能够以数字方式修复一幅画，并在物理上实现效果，那么这将解决传统手工过程的许多痛点和缺点，”卡奇金说。 

“对齐并恢复”

在这项新研究中，卡奇金开发了一种将数字修复技术应用于原画的方法，他以一幅他刚到麻省理工学院时获得的15世纪画作为例。他的新方法首先使用传统技术清洁画作，去除所有过去的修复痕迹。 

“这幅画已有近600年历史，经过多次修复，”他说。“这幅画有相当多的覆盖画作，必须全部清除才能看清画作的本来面目。”

他扫描了这幅清洗过的画作，包括许多颜料褪色或开裂的区域。然后，他利用现有的人工智能算法对扫描结果进行分析，并创建了这幅画作原始状态下的虚拟版本。

随后，卡奇金开发了一款软件，可以绘制原画中需要填充的区域图，并标注与数字修复版本匹配所需的精确颜色。之后，该图被转换成一个物理的双层掩模，打印在聚合物基薄膜上。第一层打印彩色，第二层则以完全相同的图案打印，但颜色为白色。 

“为了完全重现色彩，你需要白色和彩色墨水才能获得完整的光谱，”卡奇金解释道。“如果这两层墨水错位，很容易就能看出来。因此，我还根据我们对人类色彩感知的了解，开发了一些计算工具，以确定我们实际上能够对齐和恢复多小的区域。”

卡奇金使用高保真商用喷墨打印机打印了面具的两层，并小心地手工对齐并叠加在原画上，最后喷上一层薄薄的传统清漆。打印的薄膜采用易于用保护级溶液溶解的材料制成，以便修复人员在需要重现受损的原作时使用。面具的数字文件也可以保存下来，作为修复工作的详细记录。 

对于卡奇金使用的那幅画作，这种方法能够在短短几个小时内修复数千处缺损。“几年前，我修复了一幅巴洛克风格的意大利画作，它的缺损程度大概与此相当，我花了九个月的兼职时间，”他回忆道。“缺损越多，这种方法就越有效。”

他估计，这种新方法比传统的手绘方法要快几个数量级。他强调，如果这种方法得到广泛采用，修复人员应该参与到整个过程的每一步，以确保最终作品符合艺术家的风格和意图。 

“我们需要对这一过程每个阶段所涉及的伦理挑战进行深入思考，才能找到最符合保护原则的应用方式，”他说。“我们正在建立一个框架，以开发更多方法。随着其他人的研究，我们最终会找到更精确的方法。”

这项工作得到了约翰·O·和凯瑟琳·A·卢茨纪念基金的部分资助。研究部分利用了麻省理工学院纳米中心的设备和设施，并得到了麻省理工学院微系统技术实验室、麻省理工学院机械工程系和麻省理工学院图书馆的额外支持。