考古遺址發(fā)掘過程中所產(chǎn)生的各類遺跡、遺物信息，是考古學研究的重要基礎(chǔ)。但是文物遺跡在長期的保存過程中，面臨逐步自然消亡的危機。同時，考古遺址中很多重要的跡象，在發(fā)掘過程中不可避免地會有所丟失。因此，如何科學、準確地獲取考古遺址中的各類相關(guān)信息，長期以來都是考古工作者關(guān)注的焦點之一。傳統(tǒng)的繪圖、照相、攝影以及文字記錄手段限于某種因素，無法準確而詳細地記錄遺跡、遺址的幾何信息和三維形態(tài)，為后來的研究、展示等應(yīng)用需求提供完整的資料。隨著信息技術(shù)的發(fā)展及全站儀、ＧＰＳ、數(shù)字相機等一些新技術(shù)手段在考古發(fā)掘中的廣泛應(yīng)用，一定程度上提高了考古遺址信息獲取的能力。但是毋庸置疑的是，這些手段僅僅滿足了考古信息采集的某一個，或某幾個層面的需求。

利用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取考古遺址的相關(guān)信息，首先，需保證所獲取的資料科學準確；同時，還要具有一定的時效性，以保證在考古發(fā)掘過程中同步記錄相關(guān)信息；第三，其生成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要具有多種應(yīng)用可能，以滿足考古發(fā)掘、保護、研究和展示等各層次的需要。實踐表明，在考古遺址應(yīng)用三維數(shù)字建模技術(shù)，不僅可以完全滿足這些要求，同時，將會是考古信息獲取和資料后期整合、分析手段的一次具有重要意義的變革。

法如三維激光掃描儀

三維數(shù)字建模技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，它通過高速激光掃描測量的方法以被測對象的采樣點離散點集合——稱之為“點云”的形式獲取物體或地形表面的陣列式幾何圖像數(shù)據(jù)。可以快速、大量的采集空間點位信息，為快速、精確地獲取物體的三維信息，并進而建立起科學準確的數(shù)據(jù)模型提供了一種全新的技術(shù)手段。正是基于這些優(yōu)點，三維數(shù)字建模技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于航天、航空、水利、制造等諸多領(lǐng)域。近年來，在文物考古領(lǐng)域也開展了一系列三維數(shù)字建模技術(shù)應(yīng)用實踐工作，如故宮博物院正在開展的古建筑數(shù)字建模項目，洛陽龍門石窟研究院利用三維技術(shù)建立的數(shù)字檔案。這些實踐工作為三維數(shù)字建模技術(shù)在文物考古領(lǐng)域的進一步深入開展都是有益的探索和實踐。而秦俑二號坑遺址三維數(shù)字建模項目的工作實踐表明，在考古發(fā)掘與文物保護工作的同時，引入三維數(shù)字建模技術(shù)，對考古遺址的相關(guān)信息進行同步采集和處理，并進而建立數(shù)字模型，不僅可以滿足考古發(fā)掘過程中科學、準確獲取遺址各類信息的要求，同時也為后期研究、保護、考古資源管理、公眾教育奠定了重要的基礎(chǔ)。

秦俑二號坑遺址總面積達６０００余平方米，俑坑內(nèi)不僅出土有兵馬俑、青銅兵器等大量的文物，還清理出較完整的棚木層、戰(zhàn)車等珍貴的遺跡。因此，在該遺址應(yīng)用三維數(shù)字掃描及建模技術(shù)，不僅可以科學、準確地獲取遺跡、遺物的相關(guān)空間信息，同時因遺址面積較大，發(fā)掘保護工作正在進行，且各類跡象和出土文物的類別及形制等較為豐富，這些大體代表了一般性考古遺址的主要特點和信息獲取工作要求，因此，秦俑二號坑數(shù)字建模項目的實踐，為探索三維數(shù)字建模技術(shù)的在考古遺址深入應(yīng)用的可行性及應(yīng)用前景具有重要的示范作用。

秦俑二號坑數(shù)字建模工作的基本流程為三維數(shù)據(jù)采集、點云數(shù)據(jù)處理和拼接、三維模型的建立、紋理鑲貼和色彩還原。首先在遺址現(xiàn)場布設(shè)球狀拼接標志點，對大場景進行掃描，并將掃描數(shù)據(jù)進行了初始拼接，建立初始點云圖。然后針對遺址中的采集死角，在俑坑遺址中不同位置布設(shè)掃描站進行補漏掃描，確保每個掃描站范圍內(nèi)有６～８個拼接點，最終獲取二號坑完整的全部點云數(shù)據(jù)。通過現(xiàn)場三維掃描和初始拼接所建的點云圖，使用相關(guān)系統(tǒng)軟件，進行點云數(shù)據(jù)的處理和拼接。利用在二號坑遺址中設(shè)置的球狀標志拼接點作為拼接參照物，每個掃描站選取精度好的３～４個點進行拼接。由于采用全方位多站掃描，因此同一目標物將會有多次重復(fù)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要進行平差配賦和粗差剔除。根據(jù)模型的連續(xù)性規(guī)律，選用適用的工具軟件進行數(shù)據(jù)處理，建立精確的模型。由于二號坑遺址點云數(shù)據(jù)量非常巨大，為了便于在ＰＣ機上進行處理，因此將二號坑遺址的點云數(shù)據(jù)分割成９５個子塊進行分別建模，最后進行模型拼接。俑坑遺址的紋理信息采集，是利用數(shù)碼相機作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，從遺址上方垂直拍攝２１２張高質(zhì)素彩色數(shù)碼像片，覆蓋了二號坑整體。將采集到照片利用圖像軟件進行處理，在二號坑遺址數(shù)字模型上鑲貼出紋理及色彩。二號坑遺址的三維數(shù)字模型，不僅具有真實的幾何信息，較為真實的色彩紋理信息，而且利用相關(guān)的系統(tǒng)軟件可以對遺址模型進行真實測量，面積計算、體積計算，同時還能夠自動生成遺址二維平面圖、剖面圖、等值線圖等遺址測繪圖。為以后秦俑博物館開展多視角、全方位景觀或虛擬現(xiàn)實景觀展示，文物管理、研究以及保護等工作需求，提供了資料信息保障。

三維數(shù)字建模技術(shù)在考古遺址中的應(yīng)用，不僅能夠準確獲取文物遺址的各類信息，而且與其他信息技術(shù)相結(jié)合可以拓展考古遺址三維數(shù)字模型的應(yīng)用范圍，如文物遺址的數(shù)字化存儲、測繪、文物修復(fù)、考古現(xiàn)場及遺址中的文物管理與監(jiān)測以及虛擬研究和展示等方面的應(yīng)用。

妥善而永久地保存文物遺址信息是文物考古工作的基本需求，三維數(shù)字建模技術(shù)提供的文物數(shù)字化存儲，是當前滿足這一需求的手段。通過三維數(shù)字建模技術(shù)可以建立高精度的文物遺址數(shù)字模型，包括外部幾何信息、結(jié)構(gòu)信息以及局部細節(jié)信息，還可以為文物的數(shù)字測繪、輔助修復(fù)、管理以及虛擬現(xiàn)實等拓展應(yīng)用提供基礎(chǔ)的支撐。

三維掃描考古-古墓 文物保護挖掘修繕

基于文物遺址三維數(shù)字模型的自動測繪功能，改變了傳統(tǒng)手工測算和制圖的工作模式，不僅簡化了工作流程，而且提高了工作效率。

將文物遺址的三維數(shù)字模型導入ＣＡＤ軟件后，可對其進行結(jié)構(gòu)分析。通過三維模型數(shù)據(jù)與文物遺址現(xiàn)狀的比較分析，就會揭示出變化情況，還可以量測到損壞和變化程度，有助于文物保護工作者發(fā)現(xiàn)文物變化的原因和趨勢，以便于有針對性地提出文物保護方案。對于考古現(xiàn)場和遺址中分布的文物，也可以利用對遺址三維數(shù)字模型分析的方法，對處于半發(fā)掘狀態(tài)的文物實施有效地管理。

建立經(jīng)過色彩和紋理渲染的三維模型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用可視化軟件能夠?qū)崿F(xiàn)文物遺址的虛擬重構(gòu)或再現(xiàn)，并制作成各種類型的影像，多角度展示文物遺址生動的原貌。研究人員可以利用三維模型進行虛擬考古研究。不僅可以觀察考古數(shù)據(jù)，而且可以與虛擬考古的對象進行交互，具有從外到內(nèi)或從內(nèi)到外觀察考古數(shù)據(jù)空間的特征。考古工作者可以充分地利用考古數(shù)據(jù)，從不同的角度使用不同的方式來研究考古學的問題。而普通觀眾則可以非常直觀地觀察到考古研究的內(nèi)容，領(lǐng)略考古學家所揭示的古代社會的“真實”面貌，走進視聽效果十分逼真的虛擬考古世界，體驗身臨其境的感覺。這種展示方式能夠突破真實環(huán)境中的各種制約條件，激發(fā)人們的參觀興趣。利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)還可以進一步擴大文物信息資源的傳播范圍，以滿足更多觀眾享用文物的需求。

三維掃描考古-古跡古化石

在文物修復(fù)工作中，還可以利用三維數(shù)字建模技術(shù)對文物殘片進行建模。根據(jù)文物殘片的三維數(shù)據(jù)，在計算機中顯示出三維立體形態(tài)，并且根據(jù)模糊控制理論對殘片的邊緣特征或殘片的走向進行自動拼接或由文物修復(fù)人員進行手工拼接。對于那些出現(xiàn)脆化、脫色、剝落等現(xiàn)象的易損文物，可以結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬修復(fù)和保護，從而檢驗修復(fù)保護技術(shù)、手段的可行性，考察修復(fù)保護過程中的各項環(huán)節(jié)和修復(fù)保護后的耐久性，有助于制定科學合理的修復(fù)保護方案。

在秦俑二號坑遺址開展的數(shù)字建模實踐，不僅為秦俑博物館數(shù)字化工作的深入開展和數(shù)字化博物館的構(gòu)建走出了重要的一步，更為重要的是，為考古遺址空間信息的獲取，文物保護信息基礎(chǔ)平臺的建設(shè)以及文化遺產(chǎn)資源管理等諸多領(lǐng)域的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

審核編輯 黃昊宇