1697年，法国城市里尔的一位法律专业人士写信给他在荷兰的表亲，索要一位亲属的死亡证明，可能是为了最终确定一笔遗产。他折叠并封好了这封普通的信，使其在没有信封的情况下也能保持完整，然后寄往了海牙。由于某些原因，这封信从未到达收件人手中，至今仍处于密封状态。然而，一个由历史学家和科学家组成的团队已经阅读了这封信——这要归功于高分辨率成像和一种“虚拟展开”算法。
这种扫描和展开技术可能具有多种应用，从揭示易碎文物上的文字到逆向工程历史折纸程序。但是，发表在《自然·通讯》杂志上的这项新研究的研究人员最兴奋的是将其用于研究“信件锁”的艺术。在批量生产信封之前的时代，这种复杂地折叠、塞入、切割和密封信件以使其发挥自身防篡改容器功能的方法被广泛使用。大约二十年前，它引起了麻省理工学院图书馆的研究员和保护员、新论文的合著者贾娜·丹布罗吉奥的兴趣。
丹布罗吉奥注意到许多历史文献中存在细微的、显然是故意的切口和折痕，并最终猜出了它们的用途。“它看起来像锁，安全是一个自然的推断——它是故意内置的，”她说。“我的[反应]是，‘天哪，我们需要让人们知道不要移除这个证据，因为这些微小的缝隙、孔洞和折叠是这种尚未被充分研究的安全传统的证据。’”
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在过去的七年里，她与伦敦国王学院早期现代英国文学讲师、论文的合著者丹尼尔·斯塔扎·史密斯合作进行了这项探索。这两位研究人员及其团队已经编目了60多种信件锁方法。“在1850年之前，实际上没有任何现代的涂胶信封，”史密斯说。纸张是一种昂贵的商品，不应浪费在单独的信封上。“因此，如果你想寄信，你必须使用信件锁——信件必须成为它自己的信封或发送设备。”
有些信件锁只是将纸张固定在一起。另一些则设计为在打开时撕裂，从而揭示任何窥探信件内容的企图。信件锁的蛛丝马迹可以在许多历史人物遗留下来的档案材料的折痕和撕裂处看到，包括英国女王伊丽莎白一世和她的情报主管弗朗西斯·沃尔辛厄姆、意大利外交官和作家尼科洛·马基雅维利以及英国诗人约翰·多恩——以及不太出名的通信者，例如里尔的普通乔（或者更确切地说是普通雅克），他的信件是这项新研究的重点。该团队希望保持这封文艺复兴时期的信件密封，以避免抹去他们将用于重建其折叠模式的关键标志。例如，一个褶皱（一种通常用于信件锁的微妙的纸张操作）“就像打喷嚏，”丹布罗吉奥解释说。“它是短暂的。”
为了在不打开信件的情况下查看信件，她和史密斯与麻省理工学院的计算机科学家合作。“第一步是创建这些信件的真正高分辨率扫描，”独立研究员、该研究的合著者阿曼达·加塞伊说。在伦敦玛丽女王大学成像实验室的帮助下，该团队使用了一种称为X射线显微计算机断层扫描的技术，加塞伊将其比作医学CT扫描——但要详细得多。
“扫描结果令人难以置信，”她说。“你可以看到纸张的各个层。”一旦图像揭示了信件包的内部折叠，她和麻省理工学院的本科生、论文的合著者霍莉·杰克逊就编写了一个算法的代码，以“打开”它——同时保持其锁定状态。“我们开发了这个过程，用于虚拟展开这些数据，”加塞伊说，“因此我们实际上是在弄清楚如何从这种折叠的几何形状开始，到一个平面状态。”
然后，通过将纸张上的墨水映射到虚拟“展开”的版本，该算法可以重建信件的文本。在里尔的案例中，它处理的是相当平庸的家庭事务。但该算法也准确地显示了这封信在300年前是如何折叠的。“除了生成文本图像外，我们还创建了一个图像，显示折痕模式的样子，”加塞伊说。“你可以看到他们折叠的方向；你可以看到哪些[折痕]更锐利，哪些更柔和。因此，我们对这个折叠包的外观进行了非常好的几何类型分析。”
“人们如何折叠东西——或者他们关闭信件直到它到达并准备好被打开的方式——这不是人们经常谈论的话题，”斯坦福大学历史学教授保拉·芬德伦说，她没有参与这项新研究。“也许他们应该这样做，而这……肯定会让人们更多地思考观察所有这些不同的折叠技术。”
芬德伦认为，这项研究也可能具有超出信件锁的意义。例如，它可以磨练有助于历史学家研究极其脆弱的文献的技术，这些文献可能因水损坏而被卷起并粘在一起。她将这项新研究比作使用X射线查看回收文献（称为重写本）上原始的、磨损的文字或查看隐藏在油画层下的绘画早期版本的努力。芬德伦说，这些技术通过“将传统的学术技能与新技术和窥探幕后的新方法相结合，提供了关于该文物的非常丰富、多层次的历史”。
麻省理工学院计算机科学家、该研究的合著者埃里克·德梅因补充说，加塞伊和杰克逊开发的过程也可能有助于学习和保存著名的复杂折纸艺术的秘密。“有很多较旧的折纸模型从未绘制成图。从未记录它们是如何制作的，”他说。“总是存在它们可能被损坏的风险——你可能只是坐在它们上面，[制作它们的知识]就消失了。我认为这可能是一种保存这些作品并重建它们制作方法的方法，以便我们可以更好地了解早期折纸大师是如何工作的。”他说，除了保存古代技术外，展开算法还可以帮助现代研究人员更轻松地记录他们开发新设计的每个步骤。正如德梅因指出的，“我们经常折叠东西，以便检查是否有可能以特定方式扭曲纸张。这将使我们能够从折叠状态进行分析，而不是将其拆开并试图记住我们最初是如何将其组装在一起的。”
对于丹布罗吉奥和史密斯来说，该算法的大部分价值在于它能够扩展他们对信件锁的历史研究以及这些物体随着时间的推移是如何演变的。例如，来自里尔的信件是布里恩收藏集的一部分——一个装有2600封未投递信件的箱子，这些信件由17世纪的邮政员工收集，最终遗赠给了一家荷兰博物馆。“关于布里恩箱子，有趣的事情之一是，随着时间的推移……时尚发生了明显的变化，技术也发生了明显的变化，信件开始看起来更像现代信封——它们有一个有点像现代信封的封口襟翼，就像你在商店买一些信封时所期望的那样，”史密斯说。“你可以看到一个关于通信技术如何在100年、200年内发展的真实故事正在浮现。”
芬德伦说，这个箱子提供了“人类被困在时间里的随机快照”。“我们有一个装满信件的大箱子，里面装满了密封但未打开的信件。这绝对让我们能够进一步打开它。”