万里の長城の「ダークドアファミリー」はどれくらい大きいですか？チームは地図を描いた

過去2000年にわたり、万里の長城は農業や牧畜の経済的障壁から、歴史を運ぶ文化の血統へと進化してきました。

人がほとんど行かない場所に位置し、長年の浸食と自然の風化により、この歴史的な奇跡は徐々に時の痕跡に染まり、そこに隠された秘密は徐々に消えつつあります。

(ギャラリーからの著作権画像、転載禁止)

科学研究チームは、最新の技術を使用して万里の長城を調査し、地図を作成し、正確なデータを取得し、デジタル手段を使用して万里の長城を復元しました。現実と幻想の間の万里の長城を発見してください。

「私たちは『飛行機』を飛ばし、『戦車』に乗り、古代の書物に書かれた手がかりをたどりながら万里の長城の謎を解き明かします。」先日、天津博物館で開催された天津大学万里の長城研究とデジタル成果展で、天津大学建築学院の研究員である李哲氏は感慨深げに語った。

Li Zhe の背後では、何千年もの歴史と現代のテクノロジーが今この瞬間に融合しています。

2003年以来、天津大学建築学部の張宇坤教授が率いる李哲氏のチームは万里の長城に関わってきた。 2010年、チームは「明代万里の長城防御システム時空間データベース」の構築プロジェクトを開始しました。 2018年末、チームは「万里の長城全体のリアル3D画像コレクション」プロジェクトを立ち上げました。

研究チームは過去4年間にわたり、10の省と地域にまたがる明代の万里の長城全体のデジタルマッピングを実施し、200万枚以上の実物写真を収集し、「万里の長城全体の3D実物データベース」を構築した。現在、このデータベースは人工壁面の90％をカバーし、漢、北朝、唐、宋、清など複数の王朝の遺跡にまで拡大している。

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ドローンマッピングで万里の長城の膨大な実物画像を簡単に収集

「万里の長城にあるこの目立たない穴が見えますか？肉眼では、見落としやすい損傷のように見えるかもしれません。」李哲氏は写真を指して科技日報の記者にこう語った。「万里の長城全体の実物3Dデータベースに基づき、AI技術の助けを借りて、これらの疑わしい画像を発見し、現場を再調査しました。そして、これが万里の長城の秘密の扉であると特定できました。」

新たな発見のほとんどは、万里の長城全体の立体画像の習得に基づいており、膨大な実物写真の撮影がその基礎となっている。

これまで、国家文化財局は国家測量絵図局などの部門と共同で万里の長城の資源調査を行っていた。彼らは万里の長城の長さ、座標、年代、基本的な保存状態に関する包括的な情報を収集しました。しかし、万里の長城の全線にわたる病害虫の分布位置、万里の長城の詳細な構造、設備、装飾など、万里の長城とその設備に関する詳細な情報が不足しています。万里の長城全体の実物の3次元画像を収集するプロジェクトは、この不足部分を埋めることを目的としています。

李哲は、この作業は細部だけを見て盲目的に行うことはできず、大まかな概要を描くだけでは包括的な理解は得られず、詳細な説明が必要であると考えています。

「詳細な計算には細かいデータ粒度が必要です。つまり、収集した写真の解像度はレンガの継ぎ目がすべて見えるほど高く、同時に複数の角度から連続している必要があります。」李哲氏は、これまでの資源調査では1キロメートルあたり平均8枚の代表的な写真しか得られなかったが、今回のプロジェクトでは均一な距離で複数の角度から1キロメートルあたり約300枚の写真を収集する必要があると述べた。

万里の長城は数千キロメートルにわたって曲がりくねっており、その大部分は人里離れた地域や険しく危険な地形に位置しています。衛星や有人航空機などの高高度リモートセンシングやマッピング方法を使用して、万里の長城のすべての側面を撮影することは困難です。また、城壁は三次元空間で歪んでいるため、城壁の真ん中に立つ観察者は全体のレイアウトを判断することができません。

「高所からでは完全な写真を撮るのは不可能だし、地上から撮影する場合には足の踏み場がないこともある」李哲氏は、チームが2004年にドローン低高度情報収集技術の適用を開始したことを紹介した。ドローン測量・マッピングの正確な追跡・スキャン操作と、さまざまなデータ収集を完了できる多機能な能力により、ドローンは今回のプロジェクトで最も効率的なデータ収集方法となった。

**ドローンは、曲がりくねった壁に沿って敵の塔の側面、上部、さらには内部まで詳細に探索できます。 **ドローンは運搬機として、さまざまなセンサーを搭載し、さまざまな機能を備えた測量・地図作成機器に変身することもできます。 「ドローン＋普通のカメラ」は写真撮影や航空調査に使えます。 「ドローン＋赤外線カメラ」は万里の長城の熱放射を画像化し、内部構造や隠された施設の一部を探索するのに使用できます。 「ドローン＋ライダー」は、空中からレーザーを使って木の下の遺跡をスキャンし、技術的な手段を使って木のデータを「剥がす」ことで、木の下に隠れた万里の長城の画像をはっきりと見ることができる。

ドローンマッピングの助けにより、データ収集が大幅に強化され、チームメンバーのLi Yanはこれを深く理解しています。

「長城ができる前から都市は存在していた。町都市、道路都市、城塞、要塞、砦も万里の長城の防衛システムの重要な構成要素である。」市内のこの部分の測量を担当した李燕氏は記者団に対し、当初は手作業で歩き、巻尺で測って周囲を測定したと語った。速度が遅いだけでなく、2つの丘の間の斜面に建てられた壁に遭遇したとき、巻尺は役に立たなかった。従来の測量およびマッピング方法を使用すると、1 日に最大 2 つの都市を測定できますが、ドローン測量を使用すると、円を描いて飛行し、都市全体の完全なデータを収集するのに 10 分しかかかりません。

しかし、新しい測定方法を使用すると、多くの問題が発生することがよくあります。このプロセスで最も注意すべきことは、さまざまな環境問題です。周囲の温度や湿度から使用する電池に至るまで、すべてが動作の安全性に影響を及ぼし、測定時に考慮する必要がある要素です。

「実は、3次元データを収集するだけでは不十分です。測定の最初から、極めて望ましくない状況（さまざまな障害物など）下でドローン測定ルートを最適化する方法を探る必要があります」とLi Zhe氏は語った。

そのため、各測定の前に、チームは地形に干渉する障害物があるかどうか、撮影プロセス中に遭遇する干渉に対処するための安全対策、撮影プロセス中の最適なルートなどについて詳細に話し合います。この卓越性の絶え間ない追求により、今日の広範囲で継続的かつ詳細な 3 次元データが得られています。

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3Dモデリング技術で万里の長城を博物館に再現

チームは4年以上を費やして、約5,500キロメートルにわたる万里の長城の写真測量用画像コレクションを完成させ、万里の長城の実物写真200万枚以上からなる連続画像ライブラリを構築しました。明の万里の長城が主幹であり、その大部分を占めていますが、清朝の散在する遺跡や、唐、北魏、東魏、漢などの歴代王朝によって建てられた万里の長城の部分にも広がっています。全体の範囲は瀋陽の西からコルラの東までをカバーしています。

（写真提供：天津博物館公式Weibo）

「各写真の座標はWebGIS（ウェブ地理情報システム）環境のライブラリに表示され、万里の長城を自由に閲覧できます。」李哲はスクリーンを指差して、これが金山嶺長城だ、センチメートルレベルの鮮明さまで拡大でき、灰色の継ぎ目まではっきり見える、と言った。これほど連続した万里の長城の画像ライブラリを持つ国は世界中どこにもありません。

こうした貴重かつ膨大な実物写真データを有効活用することは、常に価値を発見していくプロセスです。

李哲氏は、万里の長城の測量と地図作成の初期段階では少し混乱したことを認めた。当初、彼は万里の長城を完全にカバーできる多角度の写真を撮り、大量の詳細な万里の長城の画像リソースを持ちたいと考えていました。

「万里の長城全体をデジタル化してアーカイブ化することは重要ですが、研究を深めるにつれて、万里の長城は中国の人々、さらには全人類にとって貴重な文化遺産であることが分かりました」と李哲氏は語った。 「万里の長城の建築的解釈を補完し、考古学の成果と組み合わせて、万里の長城についてより包括的な理解を得るために、私たちの専門知識を活用する必要があります。」

建築学専攻の建築構造知識を基に、ドローンによる低高度写真測量で得られた実景の3次元モデルを編集、加工、定量分析し、​​疾病分析、景観修復などの業務に応用します。

「実物の3Dモデル自体に非常に価値があります。万里の長城の傾斜、大きさの測定、病気の状況などの統計はすべて3Dモデルに依存しているため、幅広い用途があります。」李哲氏は、近年の万里の長城の既知の崩壊事故の場所を数え、それを3Dモデルと組み合わせて崩壊のパターンを発見した例を挙げた。すべての崩壊は、山の急峻な部分から平らな部分への転換点で発生した。このように、現象の法則から病気の原因を明らかにすることができます。

さらに、実際の 3D モデルに基づいて、欠落している構造を人工的に構築することもできます。多くの中空の木造の敵の塔には、外壁が 4 つしか残っていません。人工的なモデリングを使用すると、内部の木製の梁と柱の構造を完成させ、中空の敵の塔の外観全体を内側から復元できます。人工モデリングのプロセスでは、レンダリングを通じてビデオやアニメーションが生成され、時間の経過によって侵食された万里の長城が再び生き返ります。

（写真提供：天津博物館公式Weibo）

**これらの立体モデルは3Dプリント技術によっても作成でき、万里の長城の実際の風景をリアルに博物館に再現することができます。この展覧会では、万里の長城の3Dモデルを多数展示し、解説も添えて一目で万里の長城をはっきりと見ることができます。

李燕氏は唐代の駐屯地の3Dプリント模型にある小さな穴を指差して記者にこう語った。「これは昔の調理用の煙道です。博物館の実物模型は文化財の保存の現状を完璧に再現しています。」

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AIが万里の長城の秘密と偉大な「家系図」を解明するのを手伝う

万里の長城の「秘密の通路」が歴史書から現実のものとなった。

研究チームは4年以上にわたり、10の省と地域にわたって、明代の万里の長城全体にわたる人工壁の90％以上を数センチメートルに近い解像度で連続的に撮影した。彼らは130以上の秘密の扉を特定し、初めて「家系図」を構築した。

「万里の長城は単なる『壁』ではない。」研究チームのリーダーで、万里の長城防衛システムの専門家であり、天津大学建築学院教授でもある張宇坤氏は、万里の長城防衛システムは、町都市、道路都市、城塞、駐屯都市、砦都市、宿営都市、狼煙台、軍事農業システム、峠、敵塔、壁など、複数のサブシステムで構成されていると紹介した。

李哲氏は、万里の長城の測量と地図作成の核心的な意義の一つは、万里の長城が一つのシステムであり、その全体的な分布が放射状に似ており、古代人が「龍が飛び、鳳凰が舞い上がる」と表現したことを一般大衆に指摘することだと考えている。

技術的な制限により、Great Wall の巨大な「ファミリー」は体系的に整理されたことはありません。

万里の長城全体の実物の3次元データベースの構築と人工知能の補助的な応用により、この大規模かつ体系的な分類作業が可能になりました。

「200万枚以上の写真を1枚ずつ調べて探すのは明らかに非現実的です。ここで人工知能がスクリーニングに役立ちます。」データベースプログラミングと人工知能画像スクリーニングを担当するチームの博士課程の学生、張孟迪さんは例を挙げた。たとえば、チームが中空の敵タワーを分類したい場合、中空の敵タワーのさまざまな特徴を理解できるようにコンピューターをトレーニングするための写真を探すことができます。成熟したモデルアルゴリズムを取得した後、マシンは大量の写真にあるすべての中空の敵タワーを迅速に識別できます。中空の敵の建物については、現在の AI 認識精度は 90% に達しています。

万里の長城の多くの「家系図」の中で、秘密の扉は万里の長城に存在する「秘密で偉大な」システムです。

李哲氏は壁に掛かっている清朝乾隆年間に描かれた地図の複製を指差し、この地図は李厳氏が留学中に発見したものだと科技日報の記者に語った。地図上の万里の長城は明瞭に見え、秘密の扉などの軍事施設も記されています。秘密の扉は、地形、軍事上の必要性、その他の要件に基づいて万里の長城の隠れた部分に開かれた小さな出入り口であり、万里の長城の外側に面した秘密の入口または出口として機能します。

「秘密の扉には万里の長城の秘密と古代人の知恵が隠されています。」李哲氏は、このような研究は過去にはまれだったと述べた。

研究者たちは、手動スクリーニングと AI 検索を組み合わせて、秘密の扉の物理的な残骸を 130 個以上発見しました。彼らは写真を分析しただけでなく、いくつかの写真については現地調査も行った。彼らは、それぞれの秘密の扉が地元の地形と非常によく一致しており、その構造は必要に応じて変化していることを発見しました。 「古代人の設計には感心します。秘密の扉の設定は非常に柔軟です。例えば、馬市場のような場面では、秘密の扉が回転することで馬をブロックし、反対側の人々が馬の衝撃から守ることができます。」李哲は言った。

発見されたすべての秘密の扉の中で、チームにとって最も興奮した発見は突然現れた扉でした。

「さらに、兵士が出入りできる場所に城壁に密かに門を掘り、外側に1フィート以上のスペースを残して、軍隊を派遣して敵を攻撃する準備を整えます。」春秋戦国時代にはすでに『墨子北図』に屠門に関する特別な記述がなされていた。唐、宋、明、清の時代の学者たちは皆、図們門について記録していたが、それ以前には対応する物的証拠は発見されていなかった。

**「秘密の通路は奇襲戦術を実行するために設置されています。**清朝後期の有名な学者である魏源は、秘密の通路を説明するために「九つの地の下に隠れることを隠蔽と呼び、九つの天の上に移動することを奇襲と呼ぶ」という表現を使用しました。張宇坤氏は、秘密の通路の外側にカモフラージュのためにレンガを何層も敷いたと説明した。奇襲攻撃の際、兵士たちは薄いレンガの壁を突き破って壁を突破し、敵の不意を突くことができました。

チームメンバーは写真を通して、侵入後に壁に穴が開いていたことを発見した。穴は、通常の秘密の扉のように事前に設計され構築された規則的な構造ではなく、不均一でした。 「当時は突き出た扉なのか、破損した扉なのかわからなかった。現地調査の後、洞窟の入り口の内側と外側の実物写真を収集した。3Dモデリング後、内側と外側を1つのモデルに統合し、最終的にこれが突き出た扉であると判定した。」李哲氏は、突き出た扉の発見と秘密の扉族の整理は「万里の長城全線実物3Dデータベース」と切り離せないものだと感慨深げに語った。

これまでに、研究チームは古地図と組み合わせて合計220以上の秘密の扉を確認し、130以上の物理的な遺跡を発見した。また、明代の公式歴史資料には「祖先の制度によれば、国境の壁の下には多くの秘密の扉が残されていた」という明確な記録も発見された。これにより、パスと入り口の下に第3レベルの通関施設である秘密の扉が存在することが、物理的証拠と文書証拠の両方によって確認されました。

現在、チームは砦、都市、烽火線、駐屯地、貿易施設、縁壁など、万里の長城防衛システムのサブシステムの包括的なレビューを行っています。

科学技術日報とディープアイスタジオが制作

◎ インタビュー・文：科技日報記者 陳希

◎企画丨Zhao Yingshu、Teng Jipu、Lin Lijun