Rejoining fragmented ancient bamboo slips with physics-driven deep learning

要約

竹のスリップは、東アジアで古代文明を記録するための重要な媒体であり、シルクロードを再構築し、物質文化交流を研究し、世界的な歴史を研究するための非常に貴重な考古学的洞察を提供します。
しかし、多くの発掘された竹製スリップは何千もの不規則なピースに断片化されており、彼らのコンテンツを理解するための重要でありながら挑戦的なステップに再び参加しています。
ここでは、断片化された竹のスリップに再結合するように設計された物理主導のディープラーニングフレームワークであるWisepandaを紹介します。
骨折と物質の劣化の物理学に基づいて、ウィスパンダは竹の断片化の物理的特性をキャプチャする合成トレーニングデータを自動的に生成します。
このアプローチにより、手動でペアになったサンプルを必要とせずにマッチングネットワークのトレーニングが可能になり、再加入プロセスを促進するためのランク付けされた提案を提供します。
先行曲線マッチング方法と比較して、Wisepandaは上位50のマッチング精度を36 \％から52 \％に増加させます。
Wisepandaを使用する考古学者は、断片化された竹のスリップを再加入すると、実質的な効率の改善（約20倍高速）を経験しています。
この研究は、物理的原理を深い学習モデルに組み込むことがパフォーマンスを大幅に向上させ、考古学者が断片化されたアーティファクトを回復し、研究する方法を変えることができることを示しています。
Wisepandaは、物理学駆動型の機械学習を通じて古代のアーティファクトの修復におけるデータ不足に対処するための新しいパラダイムを提供します。

要約(オリジナル)

Bamboo slips are a crucial medium for recording ancient civilizations in East Asia, and offers invaluable archaeological insights for reconstructing the Silk Road, studying material culture exchanges, and global history. However, many excavated bamboo slips have been fragmented into thousands of irregular pieces, making their rejoining a vital yet challenging step for understanding their content. Here we introduce WisePanda, a physics-driven deep learning framework designed to rejoin fragmented bamboo slips. Based on the physics of fracture and material deterioration, WisePanda automatically generates synthetic training data that captures the physical properties of bamboo fragmentations. This approach enables the training of a matching network without requiring manually paired samples, providing ranked suggestions to facilitate the rejoining process. Compared to the leading curve matching method, WisePanda increases Top-50 matching accuracy from 36\% to 52\%. Archaeologists using WisePanda have experienced substantial efficiency improvements (approximately 20 times faster) when rejoining fragmented bamboo slips. This research demonstrates that incorporating physical principles into deep learning models can significantly enhance their performance, transforming how archaeologists restore and study fragmented artifacts. WisePanda provides a new paradigm for addressing data scarcity in ancient artifact restoration through physics-driven machine learning.

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