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位置:第98期>>第17版:三维激光技术 考古全方位数字化建档的最佳搭档——田庄古墓的数字化建档项目
 
三维激光技术 考古全方位数字化建档的最佳搭档——田庄古墓的数字化建档项目
 
 
2017-02-03 11:10 编辑:文 / 陈拓 资料来源 / 三维激光部 浏览量:3375人
 
 

 
 

考古遗迹具有重要研究参考价值,在古遗迹发掘和保存的过程中,由于人为和不可避免的因素会造成重要信息丢失,在考古遗迹的发掘过程中不可避免造成重要细节和遗迹的损失,且文物遗迹在长期的保存过程中,也面临逐步消亡的危机。长期以来,如何科学、准确地获取考古遗址中的各类相关信息,是考古工编辑关注的焦点之一。传统的绘图、照相、摄影以及文字记录手段一直是考古文献保存的主要方法,但这种方式无法准确详细地记录遗迹、遗址的几何信息和三维形态,也无法为后续研究、展示提供完整的参考资料。

 

在国际上,很多国家已经开始了对数字化考古工作的研究和应用。数字考古为遗址、文物提供数字化的存储、展示与开发利用,它将提供更丰富的媒体信息,更安全的保存手段,更多样的展示手段。不仅为学问遗产的保护提供一种新的思路,而且进一步提高文物保护研究深度和广度,实现文物的科学保护和合理开发,推动古代文明的研究向纵深发展,促进历史学问产业全面发展,这对传承中华学问,实现中华民族的伟大复兴都具有十分重大的意义。
 

三维激光扫描技术,是数字化考古工作的重要手段之一,它通过高速激光扫描测量的方法,以“点云”的形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据。这些数据经处理后,可以全方位还原物体的三维信息,为进一步研究提供了一种新的技术手段。三维激光扫描技术能够快速、准确地获取物体的表面三维信息,以真实比例还原遗迹表象特征,为考古发掘提供了一种可依赖、可复制的新手段。


田庄古墓的背景

 

曲阳是久负盛名的雕刻之乡,又是定窑瓷器的原产地,田庄古墓所处羊平更是曲阳雕刻的策源地,墓葬所出遗物皆能体现当地最高的工艺水准。田庄古墓墓葬坐北朝南,背山面水,为青砖结构,内部12个墓室相连,南北长66米,东西封土直径34米,其规模之庞大、结构之复杂实属全国罕见。在大量的实物佐证下,田庄古墓很好地把曲阳石雕艺术、定窑白瓷及历史上的藩镇政治格局等串联到了一起,对研究晚唐至宋初的历史、葬俗以及雕塑、绘画、礼仪服饰等,都是极为宝贵的实物资料,具有较高的学术价值。它内涵丰富,既能展示定窑早期瓷器,又能体现曲阳雕刻工艺的历史与传承,还能承载唐五代墓葬演变和河北藩镇割据之历史。鉴于此重大价值,曲阳县文物保管所相关领导在听取河北省文物研究所有关专家意见之后,决定对田庄大墓进行全方位的数字化建档体系工作,在项目中引入当前先进的三维激光扫描技术。

 

一方面拓展了考古工编辑野外发掘工作的技术手段,可以不受遗址不可移动性和资料二维性的限制,实现多样化研究,以及学术交流、成果展示的便利性;另一方面很好地实现了古墓的可持续发展,数字化体系可以为古墓的科学价值、历史价值以及经济价值提供一个相比二维图纸和影像资料更长久、更安全的技术手段,为遗址的保护和延续提供双保险;

 

三维激光扫描技术在考古中的应用主要朝着三个方向发展:

 

三维记录,使用三维激光扫描技术来保存、记录考古发掘过程中的信息数据,包括发掘现场、出土文物、古迹、古建筑物等;

 

三维重现即使用虚拟现实、多媒体等技术对遗址进行建模、渲染;

 

三维传播即通过网络对遗址、文物进行浏览、漫游和展示。


田庄大墓的三维记录

 

古墓的建档面积大约长60米、宽30米、深7米,委托方前期已经进行了图像资料的搜集和整理。依照他们提供的资料,一肖免费中特王中王三维激光部技术团队按照墓葬的分布位置和特点,制定相应的布点分布图。上边已经提到过,古墓里的建档对象,既包括大型的墓体,也包括精细的雕刻。在选定扫描站点的时候,既要考虑点云数据采集的全面性,架站全覆盖不留死角,满足后边建档的需求,也要考虑数据适度,不用造成数据冗余,给后期的处理增加难度。

 

本项目使用的是FARO X130 地面式三维激光扫描仪,测程130米,精度达0.2cm,保证测量精度,满足项目的需要。每秒可采集点样数达到97万点,在短时内获取海量数据信息。

 

田庄大墓三维点云的展示可简单分成两类:一是原始的、只具灰度值的点云,初步处理中去除飞杂点,在专门的点云处理App中进行冗余数据过滤、抽稀;另一种是带有纹理色彩信息的,直观立体,通过扫描仪与内置相机的同轴一体化工作原理而实现无人工手段干预的纹理与点云自动化拟合。

 

三维点云数据相比较传统测量工具获得的单点格式数据而言,除了具备三维立体化的特点之外,也具有二维平面式的展示特点。

 

大墓的测绘记录需要通过测量、绘图手段记录空间位置、形状和结构特征、遗迹现状,通过平面图、剖面图和必要的侧视图相结合的方式实现。相较于传统手绘的大工作量以及不科学性,三维激光扫描方法可以以照片作为参照,在点云的基础上进行绘画,以与实物等比例的方式非常完整地将整个墓体的各种二维图制作出来。


田庄古墓的三维重现和传播

 

当前传统考古发掘工作由于考古成果的单一展示,对普通大众是没有太大吸引力的。因而,为了真正做到考古成果惠及民众,必须寻求考古发掘成果的多样化、形象化以及互动性的结合。田庄大墓出土的石像印证了曲阳在晚唐五代时期已经具备成熟的石雕技法,栩栩如生的力士俑、武官俑等雕刻技艺娴熟凝练,生动传神,只有以立体化的精细三维模型来还原并展示给观众,才能让大众真正体味欣赏到曲阳雕刻之美!除主体之外,还需要增加古墓虚拟的外围环境。

 

田庄大墓结构复杂,规模庞大,出土遗物种类多样。按照遗物形制结构来建立三维模型,主要分两大简类:规则物体与不规则物体。规则物体的建模主要包括墓室、墓道跟探方等。主要依据三维激光点云后处理App以及三维建模App来完成。不规则物体主要包括神道上的石像生雕刻。田庄大墓出土的石像生栩栩如生、技艺娴熟凝练,生动传神,只有以立体化的精细三维模型来还原并展示给观众,才能让大众真正体味欣赏到曲阳雕刻之美!石像生等不规则物的建模,主要由三维建模专业App进行点云的抽吸、封装,对不规则三角网进行圆滑,模型制作、纹理黏贴等工作来完成。

 

除静态的三维模型外,还可以制作动漫视频,实现声光电的全方位传播效果。田庄大墓三维动漫宣传片不同于实物拍摄所具有写实风格,全片建立在实景三维模型的基础之上,敬重实物材料,用科学数据说话,典型的动漫质感和虚拟风格,寓教于乐,轻松实现大众宣传。


结语

 

考古虽是追溯“过去”的工作,但绝不意味着排斥现代先进技术。当今的中国考古学取得了巨大且令人瞩目的成就,如何取得进一步的深入性突破,是考古学者们必须思考的问题。

 

过去,考古测量采用的是传统的全站仪、GPS等的测量方式,考古的全方位数字化建档建立是在三维激光技术加入的基础上。二十一世纪的考古存档或者后续延伸要取得突破性的成就,除了三维激光扫描技术外,必然将会有更加先进的现代科学技术支撑。越来越多新技术的加入,也将使考古工作的成果更加多元化呈现,更多地进入公众视野。



01.田庄大墓及出土遗物



02.白色圆球体为FARO扫描仪专用标靶球,用来做多站自动拼接,提高精度



03.单一颜色模式显示局部点云,宏观角度把握大墓的结构



04.以高程阈值模式显示,不同颜色代表不同高程



05.纹理三维点云以二维平面视角形式展示



06.直接在三维点云群里对一切特征物进行量测



07.三维模型直接生成轴测图



08.依据三维点云绘制的侧室横纵剖视图



09.不规则物体成图



10.场景渲染

 

 
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