三维技术助力三星堆考古

◎ 赵玲玲 崔宇晨

根据国家文物局消息，2019年至2020 年间考古人员在三星堆遗址新发现6 座“祭祀坑”，出土重要文物500 余件。金面具残片、鸟形金饰片、巨青铜面具……一件件精美的器物瞬间把人们带回到古蜀先民生活的时代。

事实上，近年来，三维激光扫描、航空遥感等测绘技术也已在三星堆文物修复、遗址保护中“一展身手”。

虚拟修复，还原文物容貌

在三星堆众多文物中，造型瑰丽的青铜神树是特别的存在。它是远古蜀人心目中与天地沟通的天梯，体现了古蜀先民尊祖敬神的古代哲学观念。1986 年，在三星堆遗址二号祭祀坑出土了青铜神树。经过十余年努力，其中一号、二号神树已经修复。目前，三号神树正在修复中。

“三星堆文物与其他出土文物有很大不同。”中国国家博物馆研究馆员郝国胜说，祭祀坑发现的大部分器物都是碎片。这种残破不是自然损坏的，而是当时人在祭祀完成后将礼器过火后埋藏。“器物不完整，破口机理没有规律，且经过几千年氧化腐朽严重。”他说。

这些给文物修复带来了巨大的挑战。以三号神树为例，出土时其共有70 余块残件，3 根主干都已完全残缺。树要“立”起来，难度可想而知。

三维数字化虚拟修复，给文物修复提供了新的思路。2020 年10月，北京浩宇天地测绘科技发展有限公司开始参与三星堆三号青铜神树、青铜尊、青铜罍等珍贵文物的三维数字化与虚拟修复工作。

技术人员首先对文物进行数据采集。长期以来，文物保护和修复工作的测绘大多采用传统测量和拍照结合的综合手段，不仅花费大量人力物力，而且精度低、效果不理想。“数据质量及软件算法决定了虚拟修复是否能真实还原文物历史状态与容貌。”浩宇三维项目负责人李飞介绍，他们采用FARO 地面三维激光扫描仪，FARO 高精度测量臂，自主研发的HeroScan 手持式三维激光扫描，Geomagic 触觉式力反馈系统，高清相机等设备，基于几何特征空间深度数据建模，能够清晰还原比头发丝还细的局部，实景再现每个文物残件。

在数字采样、微分几何、智能处理、虚拟展示等现代技术的基础上，技术团队利用独特的算法及多种拼接融合、自由建模等技术，形成了一套拥有自主知识产权的虚拟修复系统，完成对尊和罍、神树等的虚拟复原。

浩宇三维技术工程师向记者展示了虚拟修复过程：通过自主虚拟修复系统进行比对计算，三号神树的70 余块残件被一一还原，树底座由三根主干构成，每一根都是两两缠绕的麻花形状，主干顶部分别有一个人首鸟身像。

“这不是真实的修复，而是给实际修复提供虚拟方案和数据支撑。而且整个虚拟修复过程是可逆的，也不会给文物带来损伤。”浩宇三维总经理张璠说。

航空遥感，全景再现遗址信息

在考古领域，除了对局部的发掘现场、出土文物进行三维数字化外，大场景级的数字化也是重要的应用领域。

据悉，浩宇三维已完成的四川省城坝、罗家坝、宝墩、双河、鱼凫等遗址的三维数字化以及大遗址信息化平台的搭建等众多项目，正在着手对三星堆大遗址进行无人机倾斜摄影测量和三维数字化项目。

传统文物测绘主要采用全站仪、皮尺等完成外业数据采集，作业效率不高，文物的细节信息难以得到充分体现，且容易对文物造成损伤。如今，三维激光扫描、航空遥感等技术有了充分的施展空间。

浩宇三维技术人员介绍，在遗址信息化项目中，通常使用FARO地面三维激光扫描仪获取高精度点云数据，使用无人机搭载5 镜头倾斜数码相机获取影像数据，采用GPS 技术进行像片控制测量、采用全数字摄影测量工作站完成空三加密，在全数字摄影测量工作站上进行倾斜三维模型和数字正射影像等制作。这样可以为考古专家、研究人员提供高分辨率倾斜三维模型、正射影像、1∶500 线划图、全景影像、4K 航飞视频、点云数据等关键基础数据。同时，采用相关技术根据遗址范围内地表特征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，判定遗迹或现象的位置、形状等特征，并进行考古遗址探查、测量、三维重建等工作，为考古勘探和研究提供重要信息。

“航空遥感技术在考古调查和大遗址及世界文化遗产保护方面可以起到十分重要的作用。”中国国家博物馆研究馆员、原考古部主任杨林说。

他介绍，首先，遥感技术应用于考古速度快、周期短，视野开阔，能发现许多凭肉眼发现不了的遗迹，如草原沙漠中的城址墓葬等。

其次，遥感技术中雷达、电磁波、高光谱和激光扫描可以做到对地下文物的无损探测，为文化遗产保护提供科学依据。三星堆遗址考古中，目前表面挖掘的文物采用FARO 地面三维激光扫描仪记录挖掘现状；浅地层下的遗址和文物用电法磁法勘探；更深地层的遗迹遗物可以用三维探地雷达进行探测。

同时，遥感技术应用于考古，还可对大规模遗址保护规划制定、文化线路遗产的保护利用等管理研究提供最基础的资料，为这些遗产进行数字化三维虚拟复原提供技术保障。例如，阿富汗巴米扬大佛的数字化保护研究就是很好的例证。

多学科融合，守护历史文化遗产

在广袤的国土上，灿若星辰的历史文化遗产，是祖先创造并遗留下来的宝贵财富，是一个国家和民族文明延续、生生不息的动力源泉。

我国高度重视历史文化遗产保护，出台了多方面措施。

3 月8 日，自然资源部和国家文物局联合印发《关于在国土空间规划编制和实施中加强历史文化遗产保护管理的指导意见》，其中明确提出将历史文化遗产空间信息纳入国土空间基础信息平台。

“文物保护与科技手段结合是必然趋势。”郝国胜说，三维技术可以有利于文物的保存和修复，各大文物保护单位都有无数的残损文物，仅靠传统手工修复，困难重重，文物保护对技术的需求是非常大的。同时，文物古迹数字化，可以增加文物内涵呈现的多样化，更有利于文化的传播。“这就需要两个领域的相互交融。”他补充道。

李飞也深切感受到，文物数字化保护不是单纯的技术应用过程，需要跨学科的技术、知识融合。他分享了一个细节。在三星堆青铜尊虚拟修复时，因为口沿残片缺失厉害，技术团队一开始按照修复系统提示的弧度等技术参数给出修复图，但效果不好。后来，他们在文物专家的指导下，参考了三星堆文物同时期的类似器型，进行虚拟修复，才再现了青铜尊原貌。

近几年，除了招募测绘、计算机、BIM 专业人才外，浩宇三维有针对性地引进考古学、历史学、博物馆学等专业相关人才。凭借多学科融合的技术积累、近百套先进的三维扫描设备以及自主研发的后处理软件，自2007 年来，他们完成了包括故宫博物院、敦煌莫高窟、云冈石窟、中国国家博物馆等近千项三维数字化设备与解决方案。

三星堆遗址的考古工作仍在继续，新技术的光正越来越多地照进古老的历史文化遗产。相信多学科融合，可以让越来 越多的文物“活”起来、让历史文化遗产绵延流传。

● 三星堆青铜尊三维数据采集