考古繪圖的歷史回顧、發展現狀與數字化展望

考古繪圖是考古學研究的基本方法之一，為考古研究提供科學的、直觀的、詳細的圖形資料，是考古學研究的重要手段，在考古研究中起著至關重要的作用，具有不可替代性。

一、我國考古繪圖的初創、發展現狀

從新中國成立初期直至當代，國內考古研究領域一直沿用傳統手工測量技術進行考古繪圖工作。1982年出版的《考古工作手冊》被考古界奉為典范。其中以獨立篇章介紹了考古繪圖的基本理論和操作規范，其考古繪圖的操作方法和規范一直沿用至今。1993年《考古繪圖》刊印出版，考古繪圖學成為考古學研究中一門非常重要的技術性學科，成為各大院校考古學、博物學專業的必修課。這兩本書分別介紹了考古繪圖的基本原理、操作方法和要求，以及測量工具的使用方法。但考古繪圖既不同于繪畫，又不完全等同于機械制圖，有其自身的特點和要求。除要求科學、嚴謹、規范外，還要求所繪制的作品要具有一定的立體感和藝術性。

在日常的繪圖工作中，要繪制一件文物實測尺寸圖，繪制過程大致如下：先把準備繪制的文物水平放置于繪圖臺，預先選擇需要繪制的面，文物的兩邊設置三角尺以作縱向測量尺度作為直角坐標，再在圖紙上繪制一個同樣的直角坐標，用比例規通過測量文物輪廓上的關鍵點與到距離三角尺側邊對應的數字交點，來確定這個點在圖紙上的相對位置，并把它標記在圖紙上，從上到下依次進行重復操作，待測量完畢用鉛筆把這些標記連接起來，就可以繪出文物的外部輪廓。遇到結構、形制較為復雜的文物，都要按照同樣的方法依次測量，繪制出文物完整的結構和剖面以及紋飾等形成外輪廓圖，對于一般繪圖者來說，草圖階段到此就基本完成了。但是對于要求較高的人來說，還要進一步深入刻畫和加工整理以加強整體感、立體感，最后在草圖上貼上硫酸紙用針管筆或其他畫線筆上墨清繪完成。圖稿從測量到草圖直至成圖是一個緩慢的過程，遇到稍復雜而又不規則的品種，如一些漢唐時期的陶塑，這些人物形象本身就是一件藝術品，人物的動態和面部表情的刻畫是表現的關鍵，往往要花費更多的時間和精力，每一張圖紙都要經過精雕細琢才能達到完美。目前全國范圍內的考古院所，大都沿用這種傳統手工繪制方法。

20世紀80年代中期，除了地市以及縣級文物考古單位，其他單位很少有這方面的人員配備，各省級考古研究單位因為報告出版的需要大都設置有繪圖室，有專業的繪圖人員從事這項工作，雖然從事繪圖方面的人員數量上比較充足，但是傳統手工繪圖繪制速度非常緩慢，對于一個考古報告上千件甚至幾千件文物資料，也是杯水車薪，并不能滿足日益繁重的考古發掘工作的需要，另外，大量繪圖人員的減少也加劇了這種情況的惡化。從事考古繪圖的工作人員也越來越少，新進入單位的正式員工也沒人自愿干這項工作，只有招聘一些臨時人員來頂替完成任務，培養專業繪圖人員任務似乎更困難了。

時間進入21世紀，經濟發展的環境使得考古發掘任務變得愈加繁重，國家為了更好地推動科學研究進步，考古發掘和研究逐漸以項目的形式出現，由于每個項目完成都有時間規定，出于工作需要，各級考古院所有意識地招聘一些技工做一些短期培訓來完成此項任務。雖然這些工作可以完成了，但這些人員大都是被臨時找來，沒有基礎，邊學邊干，所繪圖紙都是簡單的線條輪廓，并不注重細節的刻畫，內部結構和造型都不能夠準確描繪，導致藝術形象都某種程度的變形，尤其是一些人物面部造型因處理不當而丑化，這些問題嚴重影響考古報告的質量。有些人員即使有一定的繪畫基礎，技術水平進步很快，但都因為沒有經驗的積累，加上時間倉促，所繪圖紙均不盡如人意。被出版社退回重繪的事情時有發生。這種情況的出現與訓練有素的專業繪圖人員數量上的嚴重缺失有著很大的關系。面對當前的局面，考古繪圖數字化為我們提供了一條解決問題的有效途徑。

二、數字化技術運用于考古繪圖展望

近年來，隨著通信技術的進步和互聯網的快速發展，數字技術革命促進了經濟社會各方面的變革。科學技術的進步，計算機的普及，數子技術的發展方興未艾。數字攝影、三維掃描技術誕生以及計算機圖形軟件的開發、應用逐漸被引入許多專業領域，尤其是三維激光掃描逆向重建技術的出現，極大地提高了物體測量的速度，它以精確的測量、完整的表現、豐富的信息和強大的圖像處理能力令傳統手工測量和繪制方法望塵莫及。在考古事業快速發展的今天，數字化的圖像數據采集被廣泛用于考古發掘研究和成果展示方面，并取得良好的社會效益。就現狀看全國博物館系統走在了前列，取得的成績也都有目共睹。各地的石窟研究保護單位應用三維激光掃描設備對石窟造像進行測量，逆向建模生成數字化圖形圖像并且存儲起來，甚至可以利用這些資料與3D打印技術相結合，用于文物復制、文物修復的成功案例也不少。但是在考古繪圖方面至今仍然沿用傳統手工繪制方法，在數字化繪圖方面應用大都沒有起步，國內這方面的研究更是鳳毛麟角。只是到了近幾年，關于數字化應用于考古繪圖方面雖有了一些理論性研究，但實際操作方面卻沒有大的進展，一部分使用者也只是作為輔助工具能夠對一些形制簡單的文物做描摹處理，真正遇到造型復雜的對象，光靠簡單的描摹仍然不能有效地解決問題，比如春秋時期青銅器的花紋、陶器上的裝飾和繩紋等，描摹起來工作量也是相當大的，并不能有效減輕勞動強度和提高工作效率。這些圖形圖像的新科技和新設備在考古繪圖領域并不能夠得到很好應用，要發表的考古發掘報告都需要大量文物線圖，這些矛盾始終無法有效解決。

據長期關注發現，國內有關考古繪圖數字化理論也時有見諸報章和刊物上，個別經濟發達地區的考古單位或個人也做過一些嘗試，雖然有了一定經驗積累，但是從目前情況看都不能形成一套完整的、行之有效的而又便于使用的操作方法，這也是長期以來傳統手工繪圖方法大行其道的原因。即便有人想在這方面有所成就，并付出過努力，但都因不具備熟練掌握繪圖軟件的能力而受到制約，更談不上在考古繪圖方面靈活運用。對于剛進入單位掌握這些圖形圖像軟件的畢業生，大都沒有考古繪圖的經驗積累，這也是目前考古繪圖數字化研究方面存在的嚴重障礙。目前國內奉行的大量臨時繪圖人員的使用，某種程度上忽視了考古繪圖數字化方面的建設和人才培養，制約了新技術、新設備在考古繪圖領域的廣泛應用。

考古學研究的內容是以類型學為基礎的學科，考古人員在研究中需要對器物的口沿、形制以及紋飾和制作工藝等進行比較研究，結合地層學等才能確定文物的時代和分期，而考古研究需要以正視圖、側視圖、俯視圖和剖面圖為主要形式記錄器物的尺寸、結構、紋飾特征等文化信息。三維激光掃描逆向建模和數字攝影為創建虛擬三維圖像提供了可能，充分利用數字攝影、三維數字掃描重建，結合計算機圖形設計軟件的應用，為考古繪圖測量技術的革新打開一片新的天空。這些新設備、新技術的應用能夠很好地提高制圖的精準度和美觀度。

數字攝影和三維激光掃描逆向建模成像技術將有效地推動考古繪圖測量技術的變革和進步，現就這兩種成像方法和計算機圖形軟件作簡單介紹。

1.高分辨率數碼相機拍照建模成像：數字拍照測量是利用攝影成像原理，結合繪畫透視學理論，對拍攝者和相機都有一些特殊要求。拍攝者需要盡可能避免拍攝成像發生透視變形。要避免這種情況的出現，作為考古繪圖照相機需要大景深、高分辨率數碼照相機并且又要與文物保持一定距離的情況下，才能夠有效減輕產生透視變形的問題，輕微的變形可以導入軟件加以校正。也可以利用普通數碼相機分段拍攝、環繞拍攝的方法拍攝一組圖片，并把它們拷貝到計算機，利用Photoscan、3Dmax等三維軟件生成虛擬三維圖像，在此基礎上導出正射影像，再導入Adobe Photoshop（PS）或Adobe Illustrator（Ai）等平面設計軟件進行制作，最終就可以制作出精美的文物線圖。只是數碼相機拍攝測量與三維激光掃描測量相比較而言，在測量的效率和便捷性方面稍顯遜色。

2.三維激光掃描測量逆向建模成像：激光掃描相比數碼相機拍照測量更加智能化、便捷化和自動化。三維數字掃描測量技術是利用激光測距原理，通過記錄被測物體表面大量密集的點云數據信息逆向建模，可快速復建出被測物體的三維模型，而不再需要三維設計人員手動建模的一種自動化設備。由于其具有快速性、非接觸性、實時性、動態性、高精確度、數字化、智能化、自動化等特性，其應用推動了測量技術的革命，取得了很好的經濟效益，如工業產品檢測領域、產品逆向建模設計領域、建筑裝飾設計領域、古跡古建筑數字圖像領域、娛樂動畫、虛擬博物館場景建設領域都有很好的應用前景。只是這些應用都是在三維動畫創作范疇進行的，真正用于考古繪圖方面涉獵不多。基于考古繪圖的特殊性，目前還沒有一種軟件是為考古繪圖工作量身定做的，這方面應用研究也都是處在剛剛起步的階段。此外，三維激光掃描對于考古出土的大量陶片和殘器通過掃描后，導入計算機就可以便利地制作文物復原圖，操作人員在設計軟件上用參考線即可確定它的口徑和腹徑尺寸，極大地方便了對于這些文物圖像的復原。

3.計算機圖形軟件介紹：不論什么先進的技術，離開計算機和圖形軟件是不可想象的。圖形軟件大致分為二維和三維軟件兩類，兩種軟件側重點不同，各有其特點，目前，兩者在某些方面也有一定程度的融合。二維軟件：Adobe Photoshop（PS）或Adobe Illustrator（Ai）等。三維軟件：Photoscan、3Dmax等。

三維軟件建模的過程是通過預先畫出物體的正視圖、側視圖、頂視圖及尺寸等二維數據來建模的，再通過貼圖、渲染等自動生成一個三維立體的虛擬圖像。利用這種方法可以模擬實物場景，給人以身臨其境的視覺沖擊。適用于3D游戲設計、虛擬博物館建設、虛擬出土文物成果展示和工業設計等。建模師的工作是把設計靈感變成立體的模型呈現出來，這個建模的過程需要耗費大量的時間和精力。如何快速和準確測量是考古繪圖首要的難題，解決問題的方法就是用激光掃描設備通過掃描文物的表面點云數據逆向建模重建物體的三維立體圖像，既省時又省力，大幅度縮減了人工建模所需要耗費的精力和寶貴時間。把這些通過三維掃描儀所采集的圖像數據信息拷貝到計算機，采用三維軟件自動生成我們需要的正射影像。二維軟件是專門用來制作線圖的工具，對圖案、繁縟花紋的處理有著得天獨厚的優勢。我們把這些用三維軟件生成的二維圖像導入PS等二維軟件中處理，既簡便又高效。至于操作的方法，由于篇幅所限，在此就不再展開。上述這兩種方法也僅限于生成正射影像圖，由于大部分器物內部空間狹小，三維掃描很難完成，剖面部分只能通過手工測量。當然，測量后還需要導入計算機，通過設計軟件來進行編輯處理加以合成，這個過程仍然不能完全脫離手工測量，解決這個問題的有效途徑主要是找尋到一種能透過文物又不損害文物本身的可以生成圖像的設備，類似工業CT或X光機設備為此提供了一種可能，如果利用得當，剖面測量的問題即可迎刃而解。

4.文物二維線圖制作流程：數碼相機拍照或三維激光掃描生成點云數據—導入計算機利用三維軟件生成三維圖像—轉換并導出正視圖等二維圖像—再利用PS等二維軟件重描生成二維文物線圖。

三、結 語

綜上所述，這些新科技、新技術成果的出現，為考古繪圖數字化研究提供了可能，利用好它，是我們繪圖工作者多年的愿望。這一領域的深入研究將會極大地促進考古繪圖測量和繪制方法的變革。

作者單位：河南省文物考古研究院