科技考古 | 数字考古研究进展

 

       数字考古是在计算机技术支持下，考古学研究中集成运用现代测绘、遥感、三维重建、地理信息系统、虚拟现实、数据库和网络等技术，充分采集和运用考古现场各种空间信息进行综合分析、研究的理论和方法，是信息时代考古学发展的必然趋势。

       伴随着计算机、遥感、地理信息系统、三维重建等相关技术的稳步发展，数字考古领域的探讨和研究也从1970年代后期开始，大致经历了萌芽阶段（1976年―1990年）、起步阶段（1991年―2005年）、应用发展阶段（2006年―2020年），研究理论与方法日臻完善。

 

 

       20世纪70年代后期，童恩正先生等将商代卜甲碎片进行编码和计算机分析，判断哪些碎片可以缀合，取得了比较理想的缀合效果。80年代后期，湖南省文物考古研究所成立电脑室，李科威领衔探讨计算机在考古领域的应用前景，提出类型学机器的设想。囿于当时计算机软、硬件的配置都很低，只能建立一些书籍、标本等的数据库，进行检索、查询等工作，一些同仁在大量调研的基础上，提出计算机考古的构想。

 

       萌芽阶段的遥感考古工作都是相关测绘与考古单位进行合作，开展一些尝试性的探索研究，对北京的长城、安徽古寿春城、明中都城、太湖地区石室土墩墓等遥感影像进行考古学分析、判读，取得了不少令人满意的成果。

 

 

       20世纪90年代随着计算机软、硬件都有了很大的发展，地理信息系统技术被引入中国考古研究之中。与此同时，伴随着考古领域逐步对外开放，一些欧美学者通过项目合作的方式参与国内田野考古工作，关于计算机在考古学中应用的主题也转入考古地理信息系统方面。

 

       1992年，俞伟超先生组建环境考古、动物考古、植物考古等多学科合作团队，启动“班村新石器时代遗址综合发掘和研究”项目，曹兵武与英国的霍立治就计算机在考古研究中的应用问题进行了深入、细致的探讨，思考地理信息系统的多种功能及其在考古研究中的应用。腾铭予对计算机在国内考古学领域的应用进行了系统的归纳，认为计算机在数据处理、表面模拟、聚类分析等方面具有很大的优势。

 

       世纪之交，曹兵武、高立兵等发文介绍地理信息系统在考古研究中的应用，认为GIS作为一种关注研究对象空间关系的新型计算机数据系统，使考古学家可以借助计算机来处理考古资料在时间链条上的空间特征。随着地理信息系统技术的发展，一些新的分析方法开始应用于GIS景观研究，如视域分析、水文分析、成本或消耗曲面分析、虚拟现实技术等，也有一些学者开始尝试建立考古聚落调查的GIS系统。随着软件开发成本的降低，一些田野考古项目尝试开发考古现场数据采集的GIS软件。

 

云冈石窟13窟主佛正射影像图与数字表面模型

 

       起步阶段的遥感考古工作与萌芽阶段有所不同，一些考古研究机构设立专门的实验室或部门开展遥感考古工作，人员、经费等投入都有所增加，遥感考古方面的研究具有一定的系统性和课题意识。有关学者运用航空影像对江浙地区土墩墓、西安汉长安城、新疆库尔勒至轮台汉唐城址、西藏吐蕃王陵等遗迹的特征进行分析，探究遥感影像的处理、分析与解译方法，归纳考古遗迹的影像标志，绘制遗址、遗迹分布图等。

 

       2000年前后，专家系统、人工智能、虚拟现实、数字地球等概念陆续提出，电子全站仪、全球定位系统、近景摄影测量、三维激光扫描、虚拟现实等技术被陆续引入考古研究之中，考古现场空间信息的采集精度、速度与展示方式等都发生了很大的变化。但是三维激光扫描技术只是获取模型空间位置信息，进行真实纹理的三维重建还是具有很大的难度，虚拟现实展示的内容只能通过计算机三维建模软件来实现。

 

辽代墓葬三维模型

 

 

       2006年以来，电子全站仪与RTK测绘、航空与卫星遥感、地理信息系统等技术受到比较高的关注，逐渐成为很多考古调查、发掘项目的常规手段。随着遥感技术的发展，获取亚米级高分辨率卫星影像和早期Conora卫星影像变得非常简单。2013年之后，随着无人机拍摄、多视角三维重建（或倾斜摄影）、虚拟现实等技术的发展，田野考古现场三维空间信息的获取、分析、模拟、展示等方式发生了根本性的变革，标志着数字考古时代的真正来临。

 

       地理信息系统方面，通过区域聚落调查资料进行研究，运用河流缓冲区、积水盆地等分析探讨各地区的人地关系特征，提出史前人类必须治水才能定居生存的设想。运用GIS技术对遗址的空间位置与环境间的关系以及遗址域进行定量分析，研究古代遗址的分布模式、人类对不同资源的开发过程以及应对环境变化的生存策略。通过对遗址的分布特征与自然环境间关系进行分析，探讨不同考古学文化与不同环境因素之间的互动关系。

 

       随着计算机图形图像等技术的发展，考古现场三维重建与展示的问题受到越来越多的关注。三维激光扫描技术的推广，使考古现场三维空间信息的获取成为可能。2013年以来，多视角三维重建与无人机低空拍摄等技术在田野考古中得到应用，对考古遗址、发掘区域、出土文物等进行三维重建的技术方法日渐成熟。多视角三维重建技术因其设备成本低、操作难度小、三维重建精度高等特点，迅速成为田野考古现场三维空间信息获取的重要手段，具有真实纹理的数字三维模型也成为虚拟现实展示和数据存档的重要内容。

 

       随着空间信息技术的稳步发展，多种技术方法的集成运用成为必然。运用遥感、地理信息系统、无人机拍摄、三维重建、水文分析等技术，分析区域与遗址等的影像图斑、微地形特征，探究自然环境对聚落选址的影响，揭示古人对自然资源的利用与治理模式。同时，三维GIS技术也引入考古研究领域，通过三维GIS技术进行可视域、集水盆地、水库库容等分析，观察和分析遗迹与周边环境的关系，探究不同时期的人地关系模式。

 

 

 

 

 

 

 

来源：《中国文物报》