天开工物
中华文化
诞生出的文化瑰宝不计其数
它们或明德承道
或记录工匠初心
或讴歌隽文化艺术
无一不让后人赞叹膜拜
前 言
中国中学为了传承优秀传统文化教育，构建了“新六艺”校本课程，对应“德智体美劳”五育融合的目标。
为了丰富居家学习生活，深化优秀传统文化教育，中国中学在线上教育期间面向高一年级开展了“中国中学优秀传统文化教育”选修课程，将优秀传统文化在“云上”继续传承。
中国中学“优秀传统文化教育云课程”浓缩了六个课程群，近30节课的文化精粹，在呈现传统文化的同时结合学校的特色活动，特色社团呈现中华文化的多元魅力。
“天工开物”课程群
《天工开物——人工智能与现代中国》
人类的智慧从古至今，用探索突破未知，用科技通往未来。古有《天工开物》，今有人工智能。科技不断赋予万物新的智慧，人类也从未停止认知的脚步。
《天工开物》是我国明末“四大科技名著”之一，在世界科技史上占有十分重要的地位，已被译成日、英、德、法等多种文字。它是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作，也是中国古代的一部综合性的科学技术著作，外国学者称它为“中国17世纪的工艺百科全书”。该书对中国古代的各项技术进行了系统总结，构成了一个完整的科学技术体系，尤其是机械技术，在书中有非常详细的记述。
我们今天的项目活动：用人工智能激活历史，将从三个活动展开叙述：
l 活动1：修复长城（文物是不能永生，也不能再生的。）
l 活动2：复制莫高窟（敦煌是搬不出去的，它不是馆藏文物。）
l 活动3：合成满族语语音库（很多真实具象的东西，会随着声音消失。）
活动1：修复长城
情景：白天，怀柔山区，小雨转中雨，最高温度21摄氏度，老赫自小在这里长大，箭扣长城对他而言，就像是他家的一堵墙，但是现在好些都塌破了。赶在一场暴雨到来之前，建筑工人要用这种沿用了几百年的办法，把建筑材料运送到一个特殊的工地，那里是三段长城汇集之处的北京结。
以往的修复工作是基于传统测绘手段获得的缺损建筑数据，不仅耗时长，也会遗漏不少信息。李洪刚团队与武汉大学黄先锋教授进行合作，用无人机对长城进行全角度采集，拍摄到的照片生成3D模型后，人工智能技术将进行自动化缺损检测，对长城进行数字化虚拟修复。长城，中国最为世人所知的文明遗迹，在修建之初，它本就是防御工事，往往修建在难以到达的地势之上，年久失修之后，它就更难以到达。要想为修缮工作做先期勘测，在过去要花费大量的人力和时间。引入无人机，将彻底改变这种状况。但复杂的地势和植被情况，使得无人机即使拥有千里眼，也难以跟长城确认眼神。
同学们，你们觉得这两个数据，初期用哪一个数据来做算法的验证会好一些呢？
人工智能3D对抗生成网络这项技术让他们看到了希望。团队的最终目的，就是要让人工智能像人脑那样，自动补充长城的缺损，并提供修缮建议。先用无人机搜集长城的照片，然后通过这些照片，可以合成出一个长城的3D场景，然后让计算机去识别这个3D场景中各种缺失的部分，包括裂缝。
深度神经网络，现在ResNet已经到了152层，现在甚至有上千层的深度神经网络，这也是由于现在数据的可用性很多，有很多传感器，可以带来大量的数据，计算能力也比20年前提升了上万倍。
活动2：复制莫高窟
情景：敦煌研究院的吴健团队正在为莫高窟158号洞窟做数字化采集工作。将每一幅壁画分成若干小份进行拍摄，再输出到电脑上拼接还原成整体壁画，形成与原作完全一致，并高度清晰的数字档案。一层一层拍，拍完才能拼到一块。像这样一个大概一米五乘一米五的方格，要拍几百张图片，把它拼起来才能达到所需要的精度。
每平米的壁画大约拍摄300张照片，完成一个中型洞窟的拍摄大约需要1个月，后期拼接约3个月。以这样的速度，吴健的团队每年能完成20个洞窟的数字化采集工作。
传统的记录方式，它有三个缺陷：一、没办法解决形变的问题；二、很多洞窟没有拍摄距离；三、有很多障碍物。所以在很长时间当中，我们也很茫然。
1999年，敦煌研究院引进数字技术。20年间，通过前期拍摄结合后期拼接，变形和障碍物的难题被攻克，画面精度提升了8倍。然而，莫高窟还有近200个洞窟在等待着吴健的团队。为了与侵蚀洞窟的风沙和生物抢时间，敦煌研究院与浙江大学计算机系共同研发，将人工智能嵌入照相设备，它可以在洞窟中自行移动，自动调节灯光，按下快门的同时，图像信息即时显示在拼图的系统中。除了自动拍照，这套设备中的三维定位系统还可以在后期处理时校正画面的透视与变形。它是通过巧妙的一个设计，注入人工智能技术，加大了采集量，减少了成本，提高了效率，而且它拍摄的质量是一致的。
敦煌不再遥远，吴健团队用数字技术，将莫高窟带到了2000公里之外的石家庄，数字摄影叠加人工智能，帮助人们走近敦煌。现在，我们文物的数字化技术更加高效快速地把这些面临衰退的这些文物保存下来，同时要开发利用这些数据，让跟多的人去分享它。藏在莫高窟深处的千年岁月，被吴健的团队复制出来，用科技留住历史，是这些守望者的探索。文明，正在被人工智能技术凝固在时间之中。
活动3：合成满族语语音库
情景：本次航班的目的地，黑河机场。邓春雷正在练习的是满族语。每一亿个中国人中，只有一人能够熟练掌握这种语言。
语言，能够记录信息、表达爱，也能在茫茫人海中，让你立刻回到故乡。但是，每两周就有一种语言从全世界已知的6000多种语言中消失。邓春雷，是一位不会讲满族语的满族人，他的工作是用人工智能的方法，对人声进行采集、运算，合成为一个语音库，他希望找到一位会讲满族语的老人，亲耳听到自己民族的语言。
每个人都有独特的声纹，也就是音色特征。人工智能声学模型训练，必须基于真实的、有规律的真人朗读音频数据。邓春雷团队提前做好了声调定义、标注方案。由于是第一次采集，何奶奶先要以日常语言内容建立声学基准。
清王朝是中国历史上最后一个封建王朝，距离今天不过百年，却要面临满族语言消失的窘境。突然见到满族人在说满语的时候，还是很兴奋，内心也很复杂，当有一天这些老人都不在了，那么谁还会说满语呢。这个语言消失了，那么其它的一些用语言来承载的一些个文化和历史是不是也就消失了呢？
原始的满文和满族文化散落在边远地区，甚至遥远的历史中，用人工智能抢救满文，或许还能为打开这个民族的历史，留下最后一把钥匙。
这次采集共录制到630分钟的样音，回到上海后将被用于合成个体语言样本。在没有任何满语相关数据的基础上，人工智能将帮助邓春雷寻找语言中不同尺度的音节语义之间的关联和模式。经过处理，邓春雷团队得到了2500多条语句数据，能否顺利提取声纹特征、语言规律、语调程式，需要人工智能技术与具有超强算力的服务器协同配合。
AI这个手段，其实智能是做记录和复制，装在何奶奶脑中的其实除了满语的表达以外，可能更多的还有是她对满语的感情，对满族历史文化的记忆，这些其实是A|这些技术科技是无法取代的。
本课小结
守望家园，凝固历史，在它们消失之前，我们还能做些什么呢？
长城的虚拟修复，涉及到大量的3D影像的处理，所以我们就需要非常大的内存的支持，以及40到80个核心的处理能力，目前实现的深度网络模型，针对箭扣长城4处大的塌方式缺损，和十几处大裂缝，能够自动完成识别和虚拟修复，估计出所需用料。
我对敦煌的这种情感，激起我对敦煌的一种眷恋，一种追求。
时间奔走不停，万物生长不息，文明被我们创造，也在成就我们。不同的是，今天的守望者们所面对的是前人未曾到达过、被重新定义的未来。
课程传承与发展
时代传承与发展
2020年4 月 27 日，《人民日报》科技版对地平线“天工开物”AI开发平台进行了专门报道，报道充分赞扬了“天工开物”对降低 AI 开发门槛、赋能产业智慧升级的积极作用，并对基于平台打造的首个边缘 AI 开发者社区给予了肯定。
校园传承与发展
学校课程中心对校本课程的整体规划合理、落实到位。从高一上学期的通识课程，到专业初级，再到专业高级，直至最终指导学生完成高中阶段的课题论文；学生社团也有指导教师给予相应的专业辅助。学生在掌握信息技术基础知识之外，可以选修高一下学期学校开设的专业初级课程《从编程基础到数据分析》和高二上学期的专业高级课程《从数据分析到人工智能》，并在高二下学期完成高中阶段的课题论文，期间也可以参与各级各类比赛，提高综合能力。
结语
永恒的梦想，引导科技进步……
我国先人对机器充满智慧而大胆的探索依然在典籍中闪耀着难以湮没的光芒，他们在“智造” 的苦旅中趟过水、探过路，留下了永恒的经典。但是，空有躯壳的机器作用有限，我们还要教会它们如何思考。
同学们，你们被称为生于中国的新一代“数字原住民”。通过学习，今天的你们将具备对于传统文化“古为今用”更深刻的体悟，也更具备结合新时代背景进行再创造的创新能力。
“天工开物”课程群的《天工开物——人工智能与现代中国》就讲到这里，期待下次再见。