三维重建技术在考古中的应用分析

穆金锋

摘要：在考古工作领域之中，三维重建技术有着举足轻重的地位，根源在于其有助于生动形象地展现考古遗址、遗迹还有出土文物，全面性地记录和整理相关的空间信息，为日后考古钻研、文化遗产保护和展览等，提供合理性的指导依据。由此，本文将在强调三维重建技术在考古领域中的应用要点前提下，结合实际分析考古中妥善沿用三维重建技术的措施。

关键词：三维重建;考古;要点;应用措施

在我国考古学研究持续深入的同时，有关空间信息的全面性收集整理和生动呈现等，引起业界强烈的关注。好比说在田野考古活动中，发掘出的三维信息可以深入性呈现出各个文化层的精神风貌，加上考古发掘存在不可逆转性，所以说，针对考古遗迹、遗存当中的空间信息进行及时性挖掘记录，显得十分关键。至于如何在考古活动中科学有效地使用三维重建技术，具体细节会在后续有机延展。

一、三维重建技术在考古中应用的要点

三维重建技术拥有回溯历史、恢复古环境等神奇的功能，而随着相关科技的不断进步，如今已然衍生出传统几何体、三维激光扫描、摄影测量原理三类常见的建模方式。至于考古中沿用这类技术时要注意哪些细节，则表现为：

（一）充分运用立体几何原理

归根结底，就是在大力融入立方体、球体等传统的几何元素前提下，配合平移、旋转、拉伸、布尔运算等多元化的操作方式，来实现一些烦琐类几何场景的构建目标。通过建模方式构建三维模型主要包括几何建模、物理建模、行为建模、对象特性建模等等，这些模型的创建和描述，可以说是虚拟场景造型呈现的重心所在。经过对比，应用频率相对高一些的是透过表面还有实体结构模型完成建模任务，其对于规则实体建模工作比较适用，尤其是在工业生产的模具加工之前，习惯于配合传统几何建模技巧来进行精细化设计。而考古中的几何建模模式倾向于利用计算机进行辅助制图，用来复原关注的文物并予以细致性地测量，不过该类方式在面对一些实体结构相对烦琐的物件时，建模难度会急速飙升，对应的数据量还有计算处理时长也会同步增加。归纳来说，该类方式还是比较符合小件规则文物的建模标准，对于野外考古发掘活动来说则实用性不强。

（二）推广使用三维激光扫描方式

三维激光扫描，顾名思义，就是借助三维扫描测量技术来分别识别出物体实际的空间坐标、结构尺寸、纹理影响等重要数据，对应的仪器设备是三维数字化仪，工作原理就是在进行脉冲式激光发射和接受的同时，产生批量化且精度较高的点云，随后透过自动化组合来再现被测物体的立体化形态，适用范畴相对宽阔一些。其和我們常见的摄像机、图形采集卡等有着明显的差异性。表现为扫描图形是立体实物、可以获取物体表层所有采样点的三维坐标和色彩，甚至是三维数据;再就是输出的为覆盖所有采样点、立体坐标且拥有色彩的数字模型文件，特别是经过非接触式的光学扫描过后，还可以及时明确物体表层的三维数据，同时尽量避免对物体造成过多的损伤。需要引起注意的是，其在进行透明物体三维信息采集时，由于激光特征影响，不能针对目标提供有效的反射光路，如若说外界辅助条件不达标，便不能实现对透明物体收集三维数据的目标。

（三）适当借鉴数字摄影测量原理

数字摄影测量，实际上就是基于人眼双目视觉原理来建模。对应的方法表现为：先借用两个已知位置的两张数字影像还有特殊的计算机程序进行同名点的坐标重叠交汇，在获取空间点的三维坐标并生成相应的点云之后，构建起三维数字表面模型，还有不规则的三角网，再然后则将影像的纹理有序地映射于基于点云构建的空间三角网之上，形成和调研空间物体比较贴近的真实三维模型。

二、考古中妥善沿用三维重建技术的措施

在此主要以俄罗斯Agisoft公司研发的AgisoflPhotoscan软件为媒介来展开文物模型的三维重建活动，该类程序融合了数字影像自动生成还有多视角影像三维重建等高新技术，可以灵活处理各个视角拍摄的影像，衍生出真实坐标的三维模型。包括航拍、地面拍摄的任何角度影像，还有考古出土的陶片以及大型的考古遗址等等，都可以快速地完成三维建模。

（一）多视角影像的三维重建

多视角影像三维重建技术具备丰富的特征，表现为适用范畴广泛、获取的数据质量高超、建模完成度和效率高等等。纵观遗址考古、现场发掘、文物出土等诸多供需，都能够透过多视角影像拍摄途径来实现三维重建目标，而这期间沿用的拍摄工具和软件操作原理都十分简易，只要保证相关考古人员之前接受过相关培训，就可以高效率地进行三维重建;再就是借助多视角影像三维重建的模型精度很高、纹理拟合效果理想、没有太多的误差，可以全面迎合数据存档、考古钻研、文物保护等多元化的工作标准;还有则是多视角三维重建技术在拍摄影像和处理数据时，不会耗费太多的时间精力，使用的设备原理比较简单，也不会造成过多的经费投入。

因此，在完成对建模主体场景的捕捉任务过后，要严格对照相关的质量参数、遗址结构的完整性，并结合特定的坐标系统来进行深入性的测量并有序地输入到软件之中，这样既可以用来测量建模主体中随意两点的距离，又方便日后准确评估模型的精度。需要注意的是，模型控制测量中的控制点数量要多于三个，并且要保证在整个场景内予以均匀分布。如若说预处理环节中发现影像相对暗淡一些，还可以借助PS图像处理程序进行亮度增强，其间切忌随意裁剪或是拉伸、平移图像;再就是禁用那些单位质量值没有0.5的影像，否则会限制建模的准确度。待预处理过后，则可以利用合格影像来生成三维点云和编辑，一旦说发现当中数据存在粗差过大或是偏离实体位置等问题，要尽快予以删除，之后就可以进行实体构建和自动生成了。

（二）等值线图的及时生成

等值线的衍生，对于青铜鼎制作工艺钻研认证大有裨益。须知大部分青铜鼎在铸造期间几乎不存在完全对称的特征，而在相关文物修复时，技术人员则可以考虑针对前后相关的三维模型予以存档，并创建专门的文物数字档案，旨在为后续修复和研究工作顺利进行提供丰富的借鉴素材。特别是在对青铜鼎等文物进行模型三维重建过后，还需要及时测量当中的特征点，以获取更为精准的点位信息，更好地进行线划图绘制。当影像数目超出两百幅时，要借助高效的图形工作站进行批量化处理，要不就是考虑降低全部影像的像素，这样才可以促进三维重建工作愈加顺利地进行，方便及时生成考古研究所需的等值线图。

需要关注的是，透过三维模型导出的数字高程模型，虽然可以在短时间内生成相对精准的等图，不过适用范畴还是一些体积较小的文物，如若说要针对大规模遗址还有墓葬地进行三维重建时，还需要额外使用全站仪、RTK等专业化仪器设备，生成急需的等高线图。

（三）模型进程报告的顺利导出

经过对三维模型的进程报告导出之后，还可以从中发现和模型精度相关的误差分析结果。结合我国社科院考古研究所刘建国研究院的讲座内容分析，Agisoft Photoscan程序在针对小型器物进行建模时，精度通常稳定在0.1毫米上下;而面对一些规模较大的发掘现场时，建模的最高精度则维持在3毫米范畴内，还需要额外搭配多视角影像的三维重建模型，才可以更好地迎合考古学研究中对于精度的规范标准。

三、结语

综上所述，相比传统的激光扫描技术，多视角影像的三维重建方式具备操作便捷简单、消耗经费不多、获取的模型精度较高等优势，不管是对于细小的文物还有大规模的遗址等等，都比较适用。希望日后相关考古人员能够加大对该类技术的推广力度，兼顾对其的学习、实践、探讨，对各类文物和遗址进行包括平面、立面、剖面、断面的影像图生成，高效率地完成模型的三维重建任务，进一步为我国考古事业繁荣性和突破性发展，做出更多的支持服务贡献。

参考文献：

[1]倪海明.基于多重分形频谱理论的野生东北虎头骨三维重建研究[D].东北林业大学，2015.