考古发掘现场遗存器物几何结构信息提取及数字化虚拟复原

    赵西晨考古发掘现场遗存器物包含各种重要的信息，概括来说可以有以下几种：材质信息（可分为土遗址类、金属类、陶瓷类、砖石质类、纺织品类、骨角牙贝类、竹木质类等）；制造工艺信息（包括外形尺寸和结构、连接装配方式、选材和成分配比、技术风格源流、加工工艺痕迹等）；器形种类信息（包括遗存器物的功能类属，如日常用品类、生产工具类、兵器类、宗教礼仪类等）；使用信息（金属器物上的烟炱、水锈、折损接补等痕迹，其他器物上的涂朱，带丝绢疏布痕，表面经过刻划，加符号，用柴熏燎，沉埋等）。总之，研究者应能从遗存器物中看到古人的经营活动和意识形态的寄存，这是人和物的必然联系。

    对于考古发掘现场遗存器物所包含的制造工艺信息，特别是器物外形结构的几何尺寸、表面纹理等信息，应该使用技术手段进行科学合理地提取，然后复原和展现出来。传统的拓印、翻模等方法是遗存器物几何结构信息提取和实体复原的一种非常有效的方法，对于遗存器物几何结构信息的留存、修复和复原展示起到非常好的效果。随着计算机硬件技术、图形图像处理技术的发展，数字化虚拟复原在考古发掘遗存器物的信息留存、展示传播以及修复方面的应用越来越广泛。遗存器物的数字化虚拟复原不仅可以为后续的研究提供一个永久的信息保存方案，而且是数字化传播中一种功能强大的基础技术和手段。数字化虚拟复原对于考古发掘现场出土的保存状况差、目前技术手段不能达到科学保护要求、需要回填的遗存器物，提供了一种极其有效的信息留存和展示传播的方法和手段。

    数字化虚拟复原技术首先通过各种手段得到遗存器物的几何外形结构和表面纹理信息，然后在图形软件平台上进行器物的三维数字化建模，包括外形重构以及色彩和纹理映射重构，完成遗存器物的虚拟复原。器物的几何结构信息可以通过接触式或者非接触式两种方法来获取，比如利用长度和角度测量的各种工具仪器等进行的几何量测量就是最为经典的接触式几何结构信息获取方法。此种几何结构信息的获取方法适用于有完整器形和结构、本身可以承受测量力的遗存器物。由于测量得到的是遗存器物的几何结构以及外形尺寸信息，零部件之间的装配连接关系也可以在测量的过程中清晰获取，进而就可以利用这些几何结构数据构建遗存器物的三维模型，完成数字化虚拟复原。三维数字化建模已经是图形设计类软件的基本功能，比如AutoCAD、SolidWorks等均是数字化虚拟复原可以选用的合适软件平台。此种方法是数字化虚拟复原的常规方法，具体的实例见扶风周原车轮遗迹的三维数字化虚拟复原。

    非接触式测量对于一些出土保存状况非常差，已经腐朽灰化、有形不成器的脆弱质文物的外形结构和表面纹理信息的现场应急提取非常适用。传统照相摄像等记录方法是非接触式测量提取的典型代表。照相和摄像除了提供相关遗存器物的二维平面版图外，随着模型配准和拼接、纹理映射和融合等技术的发展，已经能够较好地支持真实对象的三维形状重建和实拍纹理重建。这一技术利用多个角度拍摄的真实对象高分辨率数码照片，经过映射融合生成对象完整的三维形状以及三维模型纹理，并能够在在处理过程中保持纹理的分辨率和色彩还原度。这种方法是由二维平面照片实现遗存器物的三维数字化虚拟重构，其具体应用实例见彩绘天王俑的三维数字化虚拟复原。

    目前应用越来越广泛的一种几何结构信息提取及虚拟复原的方法是三维激光扫描技术。三维激光扫描技术运用结构光测距原理，是一种既利用图像又利用可控光源的测距技术，由照明光源中的几何信息帮助提取景物中的原始高度和深度等信息。配套的软件平台利用非接触式的扫描测量方法得到遗存器物几何结构信息，可以直接生成三维数字模型，再通过颜色和纹理贴图就可以实现器物的三维数字化虚拟复原。具体应用实例见凤栖原M1墓室遗迹的三维激光扫描及数字化虚拟复原。