不必担心潜水器深海内爆，参观泰坦尼克号没有想象中危险

地球是一个奇迹

历史｜英国

这幅泰坦尼克号的数字渲染图基于71.5万张该著名沉船的照片和数百万次激光扫描数据，这些资料通过拼接整合，构建出了船只现存残骸的完美数字复制品。｜国家地理图片集

去年，帕克斯·斯蒂芬森(Parks Stephenson)绕着“泰坦尼克号”缓缓踱步，仰头凝望这艘巨轮。他驻足审视其中一个锅炉房的内部构造，留意引擎控制装置的安装位置，目光落在螺旋桨叶片上镌刻的船编号401。

钢铁外壳垂挂着铁锈柱，扭曲的金属构件与逝者遗留的小物件散落在海底。作为退休海军军官兼“泰坦尼克号”历史学家，斯蒂芬森当然不是在北大西洋12500英尺的深海里——他身处伦敦，正在考察这艘巨轮的数字孪生体：一个依托远程3D扫描与测绘技术构建的1:1比例计算机模型。

这个模型细节极致丰富，其视频渲染图能在仓库中投射出真实尺寸，研究人员可以绕“船”行走，对单个部件进行缩放观察——比如锅炉房的蒸汽阀，扫描显示它在沉船时可能处于开启状态，以便应急发电机维持运转。

“泰坦尼克号”数字孪生体加入了全球日益增多的考古与文化遗址数字模型行列，这些模型既保护了脆弱的场所，也为探索它们提供了全新路径。

自2005年首次潜水以来，斯蒂芬森已两次亲眼目睹“泰坦尼克号”残骸，但实地考察从未捕捉到如此丰富的细节。“你只能看到正前方的东西，”谈及通过潜水器仅6英寸的观察窗和摄像头视野观察的感受时，他说，“就像在黑暗的房间里，只有一束不太明亮的手电光。”而数字孪生体让他对每个扭曲的角落都拥有无遮挡的360度视角。

对这艘传奇船只的扫描由总部位于海峡群岛的深海测绘公司麦哲伦(Magellan)在2022年耗时三周完成。为创建模型，两台名为“罗密欧”和“朱丽叶”的遥控机器人下潜至残骸处，系统地扫描现场，拍摄约71.5万张照片并进行数百万次激光测量。

对斯蒂芬森而言，扫描的细节质量为“泰坦尼克号”沉没原因的研究开辟了新方向。船体断为两截，船首与船尾相距约2600英尺：船首垂直下沉，基本保持完整，扫描显示它整齐地楔入海底；船尾则支离破碎，研究人员此前一直无法确定其破损原因。

但斯蒂芬森查看扫描图时，立刻能想象出船尾在下沉时螺旋翻转、解体为碎片的场景。“第一眼看到，就觉得这个解释很合理，”他说。

过去，残骸的完整宏观图景只能通过艺术渲染或人工拼接的照片呈现，两种方法都无法传达精确的真实感。但机器生成的3D模型做到了精准还原。“我一看到‘泰坦尼克号’的数字孪生图像，”斯蒂芬森说，“就知道：第一，我从未见过这样的‘泰坦尼克号’；第二，这种感觉是对的。”

越来越多的科学家正借助数字复制品，得以在不损坏文物、人类遗骸(如图中这具古老的尼泊尔儿童头骨)等各类研究对象的前提下对其展开研究。｜国家地理图片集

创建可便捷勘测的精确模型的探索始于一个多世纪前。实现数字孪生的技术至少可追溯至1858年，当时德国工程师阿尔布雷希特·迈登鲍尔(Albrecht Meydenbauer)受命测绘一座教堂，在测绘立面时险些坠亡。为避免再次冒险攀爬，他研发出一种通过照片数学计算来测量大型物体尺寸的方法——他称之为摄影测量法(photogrammetry)。

如今，摄影测量法与激光雷达及先进计算能力结合，能够精确复制拉什莫尔山(Mount Rushmore)等巨型建筑的最微小细节，或是米开朗基罗《大卫》(Michelangelo’s “David”)的美学比例。

2000年，斯坦福大学(Stanford University)对这位意大利文艺复兴大师的雕塑进行数字建模，这是首批数字化的重要文物之一。尽管不像“泰坦尼克号”那样庞大，这座17英尺高、1.25万磅重的雕像及其精细雕刻的细节，成为测试3D技术能否精准复制大型物体的理想对象。

如今技术已臻于极致：2020年，佛罗伦萨大学(University of Florence)的团队制作了一个3D打印复制品，连“大卫”坚毅的表情和原石的每处瑕疵都分毫不差。

人们奔赴各地参观人类创造力的杰作，为的是感受那些震撼人心或堪称天才的存在。但过多的人类活动可能摧毁这些不可替代的场所。数百人曾探访“泰坦尼克号”，其中多数花费不菲，包括乘坐不幸遇难的“泰坦”号潜水器(Titan submersible)的五人。

这些探险者成为残骸遭受重大破坏的源头：有人驾驶的潜水器曾不慎撞掉一根桅杆并划伤船首。

除旅游外，遗址还可能因自然灾害、气候变化或战争遭遇意外破坏。2019年，3D文档公司CyArk在尼日利亚的奥孙-奥索博神圣森林(Osun-Osogbo Sacred Grove)被洪水冲毁前，为这片布满雕塑的森林神龛创建了模型。

乌克兰世界遗产地圣乔治大教堂等珍贵文化遗址已完成内外数字化。倘若它们因气候变化、自然灾害或战争遭到破坏，便可依据数字副本实现重建。｜国家地理图片集

谷歌艺术与文化(Google Arts & Culture)项目经理钱斯·库格努尔(Chance Coughenour)支持了CyArk的工作并在线托管这些模型，他希望能根据扫描数据重建神龛。

从更宏大的层面看，数字孪生体的应用不仅限于建筑、雕像和沉船，还能复制整座城市——无论是否有人居住。杜兰大学(Tulane University)考古学家艾莉森·爱默生(Allison Emmerson)正在为庞贝(Pompeii)部分区域创建数字孪生体，她在这片著名的脆弱遗址深耕16年，通过土层挖掘揭示这座城市的早期历史。

爱默生称，数字孪生是自摄影术以来考古学的最大进步。“我们的挖掘过程本质上具有破坏性，”谈及遗址发掘时她说，“一旦进行就无法重来，只能挖掘一次。因此现代考古学的重点在于尽可能细致地记录。”

她的团队仅用几台手持相机就制作了城市东南部一个街区的孪生模型。这个模型让他们能够可视化场景：移除房间墙壁、还原屋顶构造，或是重现建筑落成前的地貌景观。在实验室调出模型，他们就能继续那些此前只能在实地进行的讨论。

爱默生的工作揭示了遗址中某建筑曾兼具餐馆和芦苇篮席作坊的功能——这些细节有助于她理解城市经济和工人阶级的日常生活。

就她而言，爱默生计划向公众开放庞贝模型及相关研究成果，避免此类项目常见的结局——因数字孪生体创建成本高昂，许多雄心勃勃的项目最终被锁在大学或政府的私人档案中。

“我不希望模型只存在于团队成员的笔记本电脑里，”她说。尽管麦哲伦公司尚未宣布向公众免费开放“泰坦尼克号”扫描数据的计划，但纪录片本身展示了可能性。

目前关于该沉船的许多研究由私人探险队开展，他们对发现成果秘而不宣，这一直是科学家和业余爱好者的担忧。斯蒂芬森仍担心残骸未被当作考古遗址对待。

“它是世界上最著名的遗址之一，但我们甚至没有建立任何特定时间点的基础信息，因为不同探险者互不分享数据，”他说。数字孪生体有望让更多人以破坏性更小、更协作的方式体验它。

人们不太可能停止探访“泰坦尼克号”残骸遗址，事实证明，它对有足够资金和意愿的人有着不可抗拒的吸引力。例如2001年，一对夫妇曾在停泊于船首的潜水器中屈膝宣誓。1985年与让-路易·米歇尔(Jean-Louis Michel)共同发现残骸的海洋学家、国家地理驻会探险家罗伯特·巴拉德(Robert Ballard)说，数字孪生体“当然无法取代坐在‘泰坦尼克号’甲板上的体验”，但他认为它将有助于保护残骸。

对那些忍不住亲自前往的人，他给出两条警告：“别碰它，别在上面结婚。”

撰文：Camille Bromley

校对：钱思琦