牛！博士獨自一人發Nature，沒有導師署名，選題來自“副業愛好”

博士生獨自一人發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正刊上發表了一篇論文 Physical restoration of a painting with a digitally constructed mask（使用數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，現年25歲的Alex Kachkine是美國麻省理工學院機械工程專業在讀博士生。他所在的實驗室研究的是微系統與微芯片方向。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域，并使用57,314種不同的顏色填充了這些區域。整個過程，從開始到結束，耗時3.5小時，他估計這比傳統修復方法快了約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地代表了藝術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，因為這些作品已經老化或受損，需要時間進行適當的修復。

“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，數字工具可以顯著加快修復過程。研究人員開發了人工智能算法，可以快速梳理海量數據。這些算法學習這些視覺數據內部的聯系，并應用這些聯系生成特定畫作的數字修復版本，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字修復，并將效果物理實現，那將解決傳統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，卡奇金開發了一種方法，將數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，包括許多顏料已經褪色或開裂的區域。然后，他使用現有的人工智能算法分析掃描結果，創建了畫作在原始狀態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開發了軟件，創建原始畫作上需要填充區域的地圖，以及匹配數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的手繪方法要快幾個數量級。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，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。”