“数字考古”尽显中国“科技范儿”

刘建国肖像画。
本版画家 张武昌绘

刘建国(中)与业内专家谈论数字考古案例。

刘建国在采集文物数字化信息。

近日，四川广汉三星堆遗址考古发掘成果再次惊艳天下，出土了奇异瑰丽的青铜面具、人像、神树等琳琅满目的文物，对付揭秘古蜀文明之谜有主要意义。
值得把稳的是，本次考古综合运用了一大批当代科技，特殊是当代数字技能，发掘现场可以说是大型国家级科技实验室，是中国当代科技的“秀场”。

本报特约请中国社会科学院考古研究所研究员刘建国环绕当代科技特殊是数字技能在考古领域的运用进行系统阐释，以飨读者。

——编者

数字考古是在打算机技能支持下，考古学研究中集成利用当代测绘、遥感、三维重修、数据库、地理信息系统、虚拟与增强现实和网络通信等技能，全面采集和利用考古现场各种空间信息进行综合剖析、研究的理论和方法，是信息时期考古学发展的一定趋势。
数字考古从考古现场空间信息的获取、制图出发，到数据库培植、空间剖析与仿照、虚拟与增强现实展示，再通过网络通信进行数据传输与共享，终极为考古学研究、文化遗产保护、数据存档等供应支持。

数字考古研究经由近十年来的迅猛发展，理论与方法日趋完善，很多干系领域的运用能够与传统考古学研究紧密结合，电子全站仪与卫星定位系统测绘、遥感影像解读、无人机拍摄、多视角三维重修、地理信息系统与数据库培植、剖析、仿照等已经成为野外考古事情的常规技能与方法。
通过三维重修技能全方位地获取考古现场的空间信息，为考古学研究、文化遗产保护、虚拟与增强现实展示、数据存档等开辟了全新的拓展空间。

习近平总布告指出，要利用科学技能供应的新手段新工具，提高考古事情创造和剖析能力，提高历史文化遗产保护能力。
今后数字考古研究要不断创新发展，实时引入人工智能、机器学习、专家系统、数据挖掘、模式识别等最新数字技能发展成果，深入磋商传统考古学研究的问题，教诲勾引广大干部群众特殊是青少年认识中华文明起源和发展的历史脉络，认识中华文明取得的残酷造诣，认识中华文明对人类文明的重大贡献，不断增强民族凝聚力、民族自满感。

当代测绘

当代测绘技能是信息家傍边的主要组成部分，分支学科很多，涉及面较为广泛，野外考古事情中一样平常利用卫星定位系统和电子全站仪进行测绘。

卫星定位系统因此人造卫星系统为根本，以无线电为通讯手段，依据天文大地丈量学的事理，实施环球连续导航和定位的高新技能系统，具有环球性、全天候、高精度、快速实时的三维导航、定位、测速和授时功能，以及良好的保密性和抗滋扰性。
静态后差分的丈量办法能够达到毫米级的平面精度，实时差分丈量能够得到厘米级的平面精度，在野外考古测绘中具有定位精度高、设计和布点方便、作业条件哀求低、事情效率高档优点。
卫星定位系统也存在一些毛病，在沟槽、洞穴、地下墓葬等环境中因不能接管卫星旗子暗记而无法进行丈量。

电子全站仪是20年前开始普遍利用的一种丈量仪器，可以方便、快捷地进行高精度的角度、间隔、高程、坐标等丈量事情，能够知足各种文物考古测绘事情的须要，并可以与电子打算机联机作业，合营相应的丈量软件，自动将电子全站仪丈量数据传输到打算机中进行成图。
电子全站仪一样平常都具有激光测距功能，不该用棱镜就可以丈量出空间点的三维坐标，便于测绘石窟、古建筑等不便架设反射棱镜的场所。

由于卫星定位系统和电子全站仪只能获取空间点的三维坐标，目前在野外考古现场的利用越来越少，很多时候只是用于考古遗址或发掘现场进行多视角三维重修等事情时精确丈量掌握点三维坐标的事情。

遥感考古

遥感考古是从航天飞机、卫星、飞机、无人机平分歧空间位置上，利用摄影机、扫描仪、雷达等成像设备，获取考古遗址的影像资料，然后利用打算机图像处理技能，对影像数据进行增强和处理。
同时，根据遗址范围内地表特色及其光谱成像规律等的相互关系，对影像的色调、纹理、图案及其时空分布规律进行研究，剖断遗迹或征象的位置、形状、高低起伏等特色，进行考古遗址探查、丈量、三维重修等事情，为考古勘探和研究供应主要信息。

考古遗址的遥感影像中包含有丰富的地面信息，通过对个中植被、水体、土壤、岩石等图案特色进行剖析，有时可判读出地面或浅表地层中遗迹的分布情形。
由于遗迹与其周围环境中土壤等的构造方面存在差异，导致土壤光荣与含水量不同、植被成长分布非常、土壤侵蚀差异、分外微地貌特色等，在遥感影像中可能会以特定的图案显示出来，形成考古遗迹的影像标志，成为遥感影像的解译依据。

遥感考古具有速率快，周期短，方法灵巧等特点，能够对考古遗迹进行无损剖析、测绘成图、变革剖析、三维重修等事情。
特殊是早期遥感影像记录了很多已经改变的地面信息，能够提取很多主要考古遗迹的位置、形状等信息。
当代高分辨率的卫星影像立体像对、无人机拍摄的低空影像等可以直接天生高分辨率的数字正射影像图和数字高程模型，能够清晰地展示考古遗迹的微型起伏，便于判读遗迹的构造、分布等特色，并可以制作考古遗址地形图。

多视角三维重修

多视角三维重修技能因此数字相机作为影像获取工具，从不同角度环绕被拍摄目标获取多幅数字影像。
根据打算机视觉和数字拍照丈量事理，在高性能打算机中对获取的全部数字影像进行相互匹配，天生被拍摄目标的表面三维点云，再自动天生纹理后得到具有真实纹理的数字三维模型。

多视角三维重修的设备本钱和操作难度都较低，能够自动天生点云和纹理，而且点云与纹理严格对应，精度很高，建模效果很好，能够节省大量的人力、物力和韶光，近年来在文博、考古领域得到了极大的重视，已经成为野外考古与文化遗产保护现场空间信息获取的紧张手段。
利用多视角三维重修技能可以全方位地获取考古发掘现场、出土文物、考古遗址等的空间信息，能够制作从几厘米石器制品到边长数公里大型考古遗址的数字三维模型，自动天生真实纹理，通过三维坐标掌握点对三维模型履行掌握之后，使模型上每个空间点都具有准确的三维坐标，便于丈量间隔、面积和体积。
三维重修技能为考古学研究、文化遗产保护与博物馆虚拟展示、数据存档等供应不同平面、立面、剖面的数字正射影像图、数字表面模型、数字三维模型等主要成果。
全面获取的各种文化遗产三维空间信息，也极大地提升了遗址与遗迹测绘、器物绘图等的速率和精度。

地理信息系统

地理信息系统是由打算机硬件、软件、地理数据和人设计的有效地获取、存贮、管理、更新、操作、剖析和显示所有地理信息的集成运用系统。
作为打算机、地理、遥感、测绘、统计、方案、管理和制图等学科交叉利用的产物，代表了当代打算机运用技能和其它学科相互渗透的发展方向。
考古地理信息系统因此考古现场获取的空间数据与属性数据为根本，在打算机软件和硬件支持下，利用系统工程和信息科学的理论，对与空间分布有关的考古数据进行采集、操作、剖析、仿照和表达，为考古研究和剖析仿照等供应支撑的技能系统。

考古调查和发掘中获取的资料都具有三维空间位置属性，考古遗址的位置和范围可以通过空间数据来表达，发掘出土的遗迹、征象乃至器物或陶片也都可以用准确的三维坐标数据来表示其空间位置和形状。
利用地理信息系统建立多重考古空间信息与属性信息并存的数据库和图形图像库，具有考古空间信息显示和查询、图文互访、修正编辑、图形图像天生与输出、多重数据的访问和显示等功能，同时还具有多重空间剖析功能，诸如间隔剖析、通视与可视域、预测模型、区域仿照等剖析都能够在考古研究中得到很好的运用，特殊是在区域考古研究中，可以剖析一个区域乃至一个遗址中古代聚落的分布与演化特色，探究古人与自然环境之间的依赖与改造关系，揭示遗址的形成过程。

虚拟与增强现实

虚拟与增强现实是利用打算机技能天生逼真的视觉、听觉、触觉乃至味觉等虚拟的三维感不雅观天下，用户可以直策应用人的技能和聪慧对天生的虚拟实体进行稽核和操纵。
虚拟与增强现实技能可以天生逼真的三维古代环境、古代城市、考古遗址、发掘现场、出土文物等，乃至可以合营干系的声音乃至气味等信息。
虚拟与增强现实技能可以根据考古调查、发掘过程中采集的数字三维模型数据进行一系列设置，通过打算机、虚拟眼镜等真实地重现考古发掘现场或遗址形成过程等主要场景。

虚拟与增强现实的用户不仅可以显示和不雅观察考古现场，而且能够与虚拟考古的工具进行交互，具有从外到内或从内到外不雅观察和操纵考古数据空间的功能。
考古学家可以充分地利用考古现场获取的空间信息，从不同角度利用多种办法来探究考古学的问题，拓展了视野，提升了数据的利用率。
不雅观众可以超过韶光和空间，非常直不雅观地感知千里之外的考古现场，领略考古学家所揭示的古代社会“真实”面貌，走进视、听、触、味等效果十分逼真的虚拟考古天下，真正体验身临其境的觉得。
同时减轻主要考古现场的不雅观众参不雅观压力，保护薄弱的文物与遗迹。

数据库

考古数据库是由考古空间的干系信息组成的多媒体稠浊体。
考古信息的数字化已经成为一定趋势，考古调查、发掘和研究中的各种信息都该当按一定的办法输入到数据库中，才能够进行高效的管理和运用研究。
考古数据库的信息量必将越来越弘大，为了让用户能够迅速得到自己须要的信息，必须建立详细的目录索引，以便可以理解有关考古遗址的名称、位置、年代、调查与发掘日期、次数、数据格式以及影像分辨率等信息。
考古数据库中该当包含考古调查、发掘和研究中的各种记录、图表、图形、图像、声频、视频、论文、报告、数据等，舆图数据等还哀求记录数据的来源、投影办法、坐标系统、数据质量、编码方案、采取的标准以及数字化办法、韶光、职员等一系列描述信息。

随着各种考古数据库的建立，数据挖掘技能将会得到广泛利用。
数据挖掘是指综合利用人工智能、机器学习、专家系统、模式识别、统计学、可视化等技能，从考古数据库的海量数据中筛选出隐含、未知、具有潜在代价的信息，并进行归纳性推理，磋商和阐释考古学的疑难问题。

网络与通信

网络技能是近30年来发展起来的新兴科学技能，通过交流机、路由器等设备将数量弘大的做事器和打算机链接起来，实现数字资源的全面共享和有机协作。
互联网、移动通信等技能的发展同样深刻地影响着考古学研究，考古人员已经习气于通过网络发布、传送最新的考古信息和资料，开设网上考古论坛、讲座等。
主要的考古发掘现场可以迅速组织干系领域的专家召开视频网络会议，针对急需办理的问题进行共同研讨，为薄弱文物的提取和保护赢得极其宝贵的韶光和最佳方案。

同时，多人共同参与的野外考古调查、发掘与研究等事情，也须要通过网络上传各自的事情成果，末了形成完全的考古调查、发掘或研究数据库。
通过网络云做事，考古研究职员或学生可以从远程的考古、文献、环境、水利、植被等数据库中调用全国乃至环球范围内的海量数据，进行全面剖析、研究和显示，提取主要的考古研究材料。
乃至可以通过云打算，轻松得到研究所需的各种数据、影像、图表等打算成果。

(作者为中国社会科学院考古研究所研究员、中国社会科学院习近平新时期中国特色社会主义思想研究中央特约研究员。
近年来，他全面系统阐述“数字考古”观点并集成利用多种当代数字科技对考古现场的空间信息进行提取、编辑、制图、剖析、仿照等研究，推动中国考古研究信息化进程。
)

本版携手科学出版社推出