三維激光掃描在文物考古中應用述評

戶婷婷

摘 要：文物遺址的準確描述與制圖一直是文物保護與考古發掘的重要工作之一，與傳統的考古制圖方法相比，具有重要意義，三維激光掃描技術具有準確，快速等各種優勢，現階段已經被廣泛的應用到了文物保護和考古發掘的工作當中，本篇文章就探討了三維激光掃描技術的工作原理和工作流程，希望相關人士可以共同探討。

關鍵詞：三維激光掃描;文物保護;考古

對于文物而言，它蘊含著豐富的歷史文化信息，是研究古人生活習性和社會文化特征的重要資源。這些文物很容易被自然侵蝕，被人類破壞。甚至可以說，這些歷史信息正在逐漸減少甚至消失。因此，盡可能完整地保存這些珍貴的信息，一直是文物保護和考古工作的重點。特別是對于結構復雜的大型遺址或文物，傳統的測繪方法不僅費時費力，而且難以準確地收集和表達這些歷史信息。隨著中國科技的不斷發展，三維激光掃描技術誕生，這一技術我收集信息十分快速，并且分辨率較高，已經在我國文物保護和考古發掘工作當中得到了廣泛的應用。

一、三維激光掃描技術

（一）三維激光掃描原理

一般來說，三維激光掃描儀器主要采用脈沖測距原理和相位測距原理。對于前者，主要是根據激光的脈沖飛行時間計算被測點到掃描儀的距離，從而測量被測點的三維坐標信息。對于后者，主要是通過發射相對連續的激光來計算返回激光之間的差值，從而得到測量點的位置。基于激光測距原理來說，掃描儀對于被測物體表面的信息可以進行密集抽樣采集，從而獲得樣點空間坐標的集合，后續可以利用專業的軟件對這些數據進行綜合處理。

（二）三維激光掃描工作的主要工作流程

三維激光掃描工作包括三個部分，即掃描點設置、點云數據采集和數據處理。在掃描前，相關人員需要對被測物體及其周圍環境進行系統的調查。如果一次無法獲得完整的目標信息，可以使用設置多個掃描點的方法對不同區域的被測對象進行掃描，并且每個站點和相鄰站點掃描區域要有一部分內容的重合，以便于后續的數據拼接，一般來講，種和區域過大拼接的精準程度越高，但是數據的處理難度和速度就會大大降低。

數據處理是三維激光掃描的重點工作，數據處理所包含的主要內容有坐標變換、數據拼接、三維建模等方面。首先，由于被測點的空間坐標是基于各自的掃描儀器和坐標系，因此需要轉換為相同的坐標系來執行數據拼接，完成整個被測物體表面的空間信息。其次，掃描也會受到環境和儀器自身的影響，因此在數據的處理過程當中需要去除無關因素的影響，進一步加快被錯誤表面數據測量的精準程度。

二、三維激光掃描在文物考古工作當中的應用

（一）在古建筑文物當中的應用

古建筑的整體風格，空間結構和各個構件之間的搭建關系，一直是古建筑研究的關鍵的問題。古建筑測繪工作是保證后續工作開展的基礎組成部分，在傳統的古建筑測繪過程當中，由于會受到時間和空間的限制，需要投入大量的人力和物力資源進行長時間的繪制，并且最終得出來的結果一般是二維圖像數據的精準程度難以保證，而現階段先進的三維激光掃描技術，具有信息獲取速度快，與目標物體無接觸的特點，可以依據現有的云數據，快速生成各種平面圖，然后再根據構建好的三維模型完成立體直觀對象的分析工作。

（二）三維激光掃描技術在藏館文物當中的應用

如今，許多博物館已經開始建設虛擬博物館和虛擬展覽，并在互聯網上建立文物復制平臺，盡可能為參觀者和研究人員提供更多的免費交流平臺，而不會對文物造成破壞。在這一階段，各研究者開始采用更新的技術手段，面對數量眾多、類型豐富的文物，建立了全面的文物檔案。利用三維激光掃描技術對易損文物進行非接觸精確測量，是目前文物數學研究的熱點之一。例如，在內蒙古博物館與相關科研機構的合作下，利用不同精度的三維激光掃描技術，對吐魯基山遼墓出土的文物，如鍍金龍紋銀盒等進行了三維數據采集，構建出了完整的數據模型。

另外，文物的三維數據和模型也可以作為各種研究的基礎數據。相關學者繪制了掃描數據的剖面圖和出土陶瓷碎片的三維模型。通過與手工繪制的陶瓷碎片輪廓圖和半自動仿形方法的對比，最終找到了全自動輪轂的三維激光掃描技術。型材生產方法具有較高的工作效率。（三）在其他考古遺址當中的應用

面對于大型的遺址考古部分遺址信息不可避免地會隨著考古發掘工作的不斷開展而逐漸消失，尤其是在一些墓葬考古工作當中，器件的擺放位置和出土的情況，往往都會蘊含著大量的文化和信息，是研究當地民俗禮儀和社會生活的重要資源，而三維激光掃描技術就可以快速的記錄這些信息，最長久的保存遺址資料提供了強有力的支持。

比如說世界聞名的埃及金字塔掃描工程所采用的三維激光掃描技術，就可以建立起胡服金字塔和獅身人面像周圍環境的三維數字檔案，從三維數據和模型中提取剖面數據和其他相關信息，并對剖面圖和體積分析等多種工作進行了深入的研究。

三、總結

綜上所述，三維激光掃描技術在文物保護和考古工作中得到了廣泛的關注。研究人員甚至把它作為快速記錄和歸檔的重要工具，幫助他們進行有效的研究。然而，盡管三維激光掃描技術在我國已經日趨成熟，但在文物保護和考古工作中仍存在一定的局限性。例如，單獨的三維激光掃描只能提供物體的幾何信息，對于物體的紋理色彩信息提取有所欠缺，再者，三維激光掃描的射線具有穿透性物體，表面反射率也會直接影響到掃描的結果，總的來說，三維激光掃描目前在文物保護和考古中的當中應用逐漸成熟，因此，有關研究人員就應該將多種學科和多種方法結合起來，保證該種技術可以在后續的文物保護和考古工作當中發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]程小龍，程效軍，賈東峰，李杰. 三維激光掃描技術在考古發掘中的應用[J]. 工程勘察，2015，43（8）：79-86.

[2]袁國平. 三維激光掃描技術在文物保護中的應用[J]. 礦山測量，2018，46（5）：93-97.doi：10.3969/j.issn.1001-358X.2018.05.022.

[3]馬青，張沫. 三維激光掃描在文物考古中的應用[J]. 城市建設理論研究（電子版），2014，（5）.doi：10.3969/j.issn.2095-2104.2014.05.0552.