三維技術助力三星堆考古

根據國家文物局消息，2019年至2020年間考古人員在三星堆遺址新發現6座“祭祀坑”，出土重要文物500余件。金面具殘片、鳥型金飾片、巨青銅面具……一件件精美的器物瞬間把人們帶回到古蜀先民生活的時代。

事實上，近年來，三維激光掃描、航空遙感等測繪技術也已在三星堆文物修復、遺址保護中“一展身手”。

虛擬修復，還原文物容貌

在三星堆眾多文物中，造型瑰麗的青銅神樹是特別的存在。它是遠古蜀人心目中與天地溝通的天梯，體現了古蜀先民尊祖敬神的古代哲學觀念。1986年，在三星堆遺址二號祭祀坑出土了青銅神樹。經過十余年努力，其中一號、二號神樹已經修復。目前，三號神樹正在修復中。

“三星堆文物與其他出土文物有很大不同。”中國國家博物館研究館員郝國勝告訴記者，祭祀坑發現的大部分器物都是碎片。這種殘破不是在漫長歷史長河中自然損壞的，而是當時人在祭祀完成后將禮器過火后埋藏。“器物不完整，破口機理沒有規律性，而且經過幾千年氧化腐朽嚴重。”他說。

這些給文物修復帶來了巨大的挑戰。以三號神樹為例，出土時其共有70余塊殘件，3根主干都已完全殘缺。樹要“立”起來，難度可想而知。

三維數字化虛擬修復，給文物修復提供了新的思路。

2020年10月，北京浩宇天地測繪科技發展有限公司開始參與三星堆三號青銅神樹、青銅尊、青銅等珍貴文物的三維數字化與虛擬修復。

技術人員首先對文物進行數據采集。長期以來，文物保護和修復工作的測繪大多采用傳統測量和拍照結合的綜合手段，不僅花費大量的人力物力，而且精度低、效果不理想。“數據質量及軟件算法決定了虛擬修復是否能真實還原文物歷史狀態與容貌。”浩宇三維項目負責人李飛介紹，他們采用了FARO地面三維激光掃描儀，FARO高精度測量臂，自主研發的HeroScan手持式三維激光掃描，Geomagic觸覺式力反饋系統，高清相機等設備，技術人員基于幾何特征空間深度數據建模，能夠清晰還原比頭發絲還細的局部，實景再現每個文物殘件。

在數字采樣、微分幾何、智能處理、虛擬展示等現代技術的基礎上，技術團隊利用獨特的算法及多種拼接融合、自由建模等技術，形成了一套擁有自主知識產權的虛擬修復系統，完成對尊和、神樹等的虛擬復原。

浩宇三維技術工程師向記者展示了虛擬修復過程：通過自主虛擬修復系統進行比對計算，三號神樹的70余塊殘件被一一還原，樹底座由三根主干構成，每一根都是兩兩纏繞的麻花形狀，主干頂部分別有一個人首鳥身像。

“這不是真實的修復，而是給實際修復提供虛擬方案和數據支撐。而且整個虛擬修復過程是可逆的，也不會給文物帶來損傷。”浩宇三維總經理張璠說。

航空遙感，全景再現遺址信息

在考古領域，除了對局部的發掘現場、出土文物進行三維數字化外，大場景級的數字化也是重要的應用領域。

據悉，浩宇三維已經完成的四川省城壩、羅家壩、寶墩、雙河、魚鳧等遺址的三維數字化以及大遺址信息化平臺的搭建等眾多項目，正在著手對三星堆大遺址進行無人機傾斜攝影測量和三維數字化項目。

傳統文物測繪主要采用全站儀、皮尺、鉛垂線等測繪工具完成外業數據采集，作業效率不高，文物的細節信息難以得到充分體現，且容易對文物造成損傷。如今，三維激光掃描、航空遙感等技術有了充分的施展空間。

浩宇三維技術人員告訴記者，在遺址信息化項目中，通常使用FARO地面三維激光掃描儀獲取高精度點云數據；使用無人機搭載5鏡頭傾斜數碼相機獲取影像數據，采用GPS技術進行像片控制測量、采用全數字攝影測量工作站完成空三加密，在全數字攝影測量工作站上進行傾斜三維模型和數字正射影像等制作。這樣可以為考古專家、研究人員提供高分辨率傾斜三維模型、正射影像、1∶500線畫圖、360°全景影像、4K航飛視頻、點云數據等關鍵基礎數據。

同時，采用相關技術根據遺址范圍內地表特征及其光譜成像規律等的相互關系，對影像的色調、紋理、圖案及其時空分布規律進行研究，判定遺跡或現象的位置、形狀、高低起伏等特征，并進行考古遺址探查、測量、三維重建等工作，為考古勘探和研究提供重要信息。

“航空遙感技術在考古調查和大遺址及世界文化遺產保護方面可以起到十分重要的作用。”中國國家博物館研究館員、原考古部主任楊林說。

他介紹，首先，遙感技術應用于考古速度快、周期短，視野開闊，能夠發現許多在地面憑肉眼發現不了的遺跡，如草原沙漠中的城址墓葬等。

其次，遙感技術中雷達、電磁波、高光譜和激光掃描可以做到對地下文物的無損探測，為文化遺產保護提供科學依據。三星堆遺址考古中，目前表面挖掘的文物采用FARO地面三維激光掃描儀記錄挖掘現狀；淺地層下的遺址和文物用電法磁法勘探；更深地層的遺跡遺物可以用三維探地雷達進行探測。

同時，遙感技術應用于考古,還可以對大規模遺址保護規劃制定、文化線路遺產的保護利用等管理研究提供最基礎的資料，可以為這些遺產進行數字化三維虛擬復原提供技術保障。例如，阿富汗巴米揚大佛的數字化保護研究就是很好的例證。

多學科融合，守護歷史文化遺產

在廣袤的國土上，燦若星辰的歷史文化遺產，是祖先創造并遺留下來的寶貴財富，是一個國家和民族文明延續、生生不息的動力源泉。

我國高度重視歷史文化遺產保護，出臺了多方面措施。

3月8日，自然資源部和國家文物局聯合印發《關于在國土空間規劃編制和實施中加強歷史文化遺產保護管理的指導意見》，其中明確提出將歷史文化遺產空間信息納入國土空間基礎信息平臺。

“文物保護與科技手段結合是必然趨勢。”郝國勝說，三維技術可以有利于文物的保存和修復，各大文物保護單位都有無數的殘損文物，僅靠傳統手工修復，困難重重，文物保護對技術的需求是非常大的。同時，文物古跡數字化，可以增加文物內涵呈現的多樣化，更有利于文化的傳播。“這就需要兩個領域的相互交融。”他補充道。

浩宇三維李飛也深切感受到，文物數字化保護不是單純的技術應用過程，需要跨學科的技術、知識融合。他分享了一個細節。在三星堆青銅尊虛擬修復時，因為口沿殘片缺失厲害，技術團隊一開始按照修復系統提示的弧度等技術參數給出修復圖，但效果不好。后來，他們在文物專家的指導下，參考了三星堆文物同時期的類似器型，進行虛擬修復，才再現了青銅尊原貌。

近幾年，除了招募測繪、計算機、BIM專業人才外，浩宇三維有針對性地引進考古學、歷史學、博物館學等專業相關人才。憑借多學科融合的技術積累、近百套先進的三維掃描設備以及自主研發的后處理軟件，自2007年來，他們完成了包括故宮博物院、敦煌莫高窟、云岡石窟、中國國家博物館等近千項三維數字化設備與解決方案。

三星堆遺址的考古工作仍在繼續，新技術的光正越來越多地照進古老的歷史文化遺產。相信多學科融合，我們可以讓越來越多的文物“活”起來、讓歷史文化遺產綿延流傳。