田野考古查询拜访、发掘工做中，面临千变万化的出土文物、遗迹、遗址及其周边情况，传统的图形、影像等二维数据形式，很难笔录和重建考古现场完全的空间关系特征，必需运用三维信息的获取与展现体例才气全面笔录和表达遗迹的空间关系。跟着考古学研究和文化遗产庇护工做的不竭深进，以及三维信息阐发处置办法的飞速开展，文物、考古研究中先后引进了三维激光扫描、多视角三维重建等手艺，用于对考古遗址、发掘区域、石刻、造像甚至出土器物停止三维信息提取，进而生成空中或各类文化遗产的线划图、等值线图、数字高程模子、正射影像图和数字三维模子等功效，称心各类文物考古工做的需要。
三维激光扫描等手艺获取的数据点数目浩荡，一些小型手持扫描仪能够同时摘集纹理信息，生成具有实在纹理的三维模子。在设备成本与手艺难度大幅降低的情状下，三维激光扫描手艺在考古现场的运用将会越来越普及。多视角三维重建手艺利用通俗数字相机获取考古现场的数字影像，设备成本和操做难度都较低，可以主动生成严厉对应的点云和纹理，精度很高，建模效果好，节约大量的人力、物力和时间，近年来在文博、考古等范畴遭到极大的重视，已经成为田野考古与文化遗产庇护现场空间信息获取的次要手段。
一、出土文物的三维重建
发掘现场出土的可挪动文物往往会多种多样，将其放置在台面上拍摄多视角影像时，总会有与台面接触的部门无法拍摄影像。为了生成包罗可挪动文物各个部门的整体三维模子，需要将文物摆放成正立和倒立（或横躺）两种形式，别离从差别角度拍摄两组多视角影像，然后在三维重建软件中生成两组密集点云，通过密集点云合并生成完全文物的密集点云，最初生成纹理，完成可挪动文物的三维重建工做。
拍摄可挪动文物的第一组影像时，起首将特造的丈量掌握板放置在平整、不变的小台面上，靠近丈量掌握板平稳地放置可挪动文物（如石刻佛像），更好把佛像正面的标的目的与掌握板边沿（坐标轴）的标的目的一致。围绕佛像的头部、肩部、腹部拍摄从差别角度别离拍摄一圈影像后，再对下巴、胳臂等处补拍一些影像，确保各个部位没有遗漏。然后将佛像仰置，间接放在别的一个台面上，抬高佛像底部，围绕佛像底部、面部、腹部、侧面拍摄第二组影像（图1）。
图1 佛像与丈量掌握板的摆放及生成的素面三维模子
查抄全数数字影像的亮度、反差能否适宜，关于亮度暗淡、反差低平的影像，应该设置合理的参数停止调整。然后加载影像到三维重建软件中造造数字三维模子，在掌握板模子上切确标注掌握点位置，输进三维坐标数值，即可导出俯视、仰视、侧视等的正射影像图，也可以导出某个平面或立面的断面图或剖视图等（图2）。
图2 佛像的各平面、立面正射影像图
二、考古发掘现场的三维重建
考古发掘现场的情状千变万化，复杂的现场往往包罗有建筑基址、车马坑、石窟、墓葬等遗迹，凹凸起伏很大，空中遗迹繁多，丈量、绘图工做的难度很大。单个探方的多视角影像拍摄比力简单，沿着探方隔梁依次拍摄即可称心三维重建的要求。但是具有穹顶的多墓室墓葬、有中心柱的石窟等多视角影像拍摄就会复杂良多。拍摄多墓室墓葬的多视角影像时，需要利用闪光灯补光，拍摄时重视掌握好相机角度，使每幅影像上没有暗影或暗影面积最小。
多墓室墓葬拍摄工做一般先从墓门外起头，门楼需要从差别角度停止拍摄，完成后拍摄外侧门楣、门框、空中等遗迹，再进进前墓室拍摄墓门内侧的空中、门框、门楣。然后从墓门的空中逐步往前墓室中部拍摄，甚至整个前墓室空中，再从下往上一层一层地拍摄壁面，连结相邻的两幅、两层影像之间拥有60%以上的堆叠。完成前墓室拍摄后，摘取前文类似的拍摄办法进进主墓室，并最末完成全数影像的拍摄（图3）。
图3 多墓室墓葬所拍摄的多视角影像散布图
最初在前墓室空中四角四周摆放4个掌握点标记，假设没有电子全站仪，能够利用钢卷尺切确量取掌握点所构成的四边形中4条边和两条对角线的长度，然后再拍摄掌握点标记及其四周空中的多视角影像（图4）。
图4 宣化辽墓的左立面、顶部、右立面正射影像图
墓室里拍摄的影像往往比力暗淡，需要调整影像的亮度和反差，便于在三维重建软件中停止处置。生成三维模子之后切确标注掌握点位置，输进掌握点坐标，然后即可导出墓葬的仰视图、俯视图、各立面图等功效（图3）。
三、考古遗址的三维重建
考古遗址的范畴一般比力大，需要利用无人机停止低空拍摄。拍摄前应该领会遗址大小、植被笼盖、空中起伏等情状，确定获取影像的空中辨认率大小，造定拍摄计划。关于有树木笼盖的遗址，更好抉择在树叶起码的冬季拍摄。
关于空中平整的遗址，能够利用不异的飞翔高度停止手动掌握或主动巡航拍摄。大疆精灵4等系列无人机拍摄的影像笔录有拍摄霎时的位置数据，一般情状下能够不消布设高精度的空中掌握点。地势平整遗址的拍摄比力简单，无人机做往返飞翔，拍照机垂曲向下拍摄，飞翔标的目的相邻影像堆叠75％以上，相邻航带堆叠50％以上，全面笼盖整个遗址即可。
考古遗址三维重建之后，能够导出正射影像图、数字外表模子等功效。通过差别色彩展现的古城遗址数字外表模子可以闪现藐小的高程反常，往往能够显示城墙、城门、瓮城、护城壕等遗迹的特征（图5），为古城研究供给重要线索。
图5 安徽坛城遗址数字外表模子
关于地形起伏较大的遗址，需要下载遗址的卫星影像图和数字高程模子等数据，生成等高线与卫星影像彼此叠加的影像做为导航图，以便在无人机拍摄差别区域时掌握适宜的飞翔高度，确保每幅影像的空中辨认率大致不异。
考古遗址的三维模子能够很好地展现遗址与周边情况之间的人地关系特征，可以显示遗址构成过程中的良多重要线索，为聚落考古研究供给全新的构想和计划。
四、砖塔等古代建筑的三维重建
砖塔等不成挪动文物因其外形尺寸高峻、外表构造复杂，三维重建的难度很大。山西寿圣寺塔为八角楼阁式砖塔，每层叠涩出檐，无法从空中拍摄各层塔檐上部的影像，必需利用无人机正对砖塔的每个角上升或下降，从差别高度拍摄塔身的各部位影像。塔檐下部影像能够从空中利用变焦镜头的差别焦距停止拍摄。然后在三维重建软件中生成整个砖塔的三维模子（图6左）。标注掌握点位置，别离输进在现场丈量的掌握点坐标数值，对模子施行三维坐标掌握。最初导出砖塔2毫米辨认率的俯视图、正立面影像图（图6右）、侧立面影像图等数字功效，为后续文物庇护工做中绘造线图、标注病害、施工规划、数据存档等供给根据。
图6 寿圣寺塔的素面三维模子与正立面正射影像图
五、结语
考古发掘现场要面对各类尺寸、外形、材量的遗迹、遗物和现象，在对其停止三维重建过程中需要有针对性地设想多视角影像的拍摄办法，切确造造出具有实在纹理的三维模子，为考古学研究和文化遗产的庇护、虚拟现实展现、数据存档等工做供给撑持。切确的三维模子势必是数字博物馆建立与展现的重要内容，遗址的查询拜访与发掘现场、出土文物及其遗址周边情况都能够停止三维重建，然后通过立体视频、加强现实、虚拟展现等多种手艺，为参看者闪现丰富多彩的内容与设身处地的视觉体验。（做者系中国社会科学院考古研究所研究员）
（图文转自：中国社会科学网）
责编：韩翰