淺談計算機輔助考古線圖繪制

王娜

摘 要：通過計算機相關軟件輔助考古繪圖，從而達到真實還原器物本身的要求。文章通過介紹各類繪圖軟件以及相關繪制方法來完成器物線圖的繪制，不僅解決了傳統(tǒng)繪圖的弊病，而且加快了繪制線圖的速度。

關鍵詞：考古繪圖;繪圖軟件;傳統(tǒng)繪圖;模型

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.06.047

0 前言

考古繪圖是文化遺產(chǎn)保護工作中重要的基礎性工作，是具體地把制圖學應用于考古工作和研究中?？脊爬L圖利用繪圖反映出土遺物的大小形狀、花紋和質地的真實面目，達到見圖如見物的效果，為科學研究提供可靠的資料。經(jīng)過多年來的實踐和總結，已經(jīng)形成了一套比較成熟和規(guī)范的方法和理論。但是傳統(tǒng)的考古線圖繪制方法有耗費時間長、準確度低等缺點。由于風化腐蝕等原因，許多文物表面附有斑駁的紋理，這使人眼分辨其原始的形狀是一件困難的事情。另外，繪圖人員的經(jīng)驗也對測量的結果會有很大的影響，特別是在對大場景的測繪中，人眼的視覺誤差對線圖繪制的影響是不可避免的，因而考古繪圖需要具備科學化、標準化、數(shù)字化等特征。本文著重從考古繪圖的數(shù)字化著手，利用數(shù)字攝影、三維激光掃描、多視角影像三維重建獲取遺跡、遺物正投影的圖像數(shù)據(jù)，再使用計算機對其進行制圖，最后形成規(guī)范的數(shù)字化考古圖樣。

1 三維模型輔助考古器物線圖繪制

為了解決傳統(tǒng)線圖繪制中存在的問題，新的技術和設備越來越多地用于提高測繪的效率和準確度。利用三維數(shù)字化技術，我們可以將一個復雜的物體在幾分鐘或者幾小時內進行高精度的三維重建。與二維圖像相比，它具有更強的空間直觀性，而且成圖的精確度更高。重建得到的數(shù)字模型可用于輔助制作考古線圖，整個過程快速、準確，并且不受對象的尺寸和顏色的限制。

可通過Agisoft PhotoScan三維模型重建生成高質量的正射影像，利用正射影像圖結合AI、SAI等軟件進行線條的編輯處理并生成高精度的線圖。此方法精度高，低成本，簡易高效，能極大地提高考古繪圖的質量與效率。

以龍王廟溝西側窟前遺址出土的瓷枕為例，將瓷枕連同設置好標記點的米格紙置于穩(wěn)固的器物自動旋轉拍攝平臺上拍攝，通過轉動旋轉臺拍攝器物的各個角度，同樣需要高中低360°多視角拍攝，保證拍攝時每張照片角度大于5°，重疊率不小于60%，每拍攝一圈后調整相機角度，再拍下一圈（對于敞口器物，一定要將器物內壁一起拍攝，方便生成器物厚度）。從不同角度圍繞瓷枕以最佳成像焦距拍攝多幅數(shù)字影像（圖1），然后根據(jù)計算機視覺原理，使用三維建模軟件對獲取的全部數(shù)字影像進行相互匹配，生成瓷枕的表面三維點云（圖2）。同時可看到瓷枕的點云數(shù)加載影像信息后生成網(wǎng)格及紋理實現(xiàn)瓷枕三維模型的重建（圖3），導出瓷枕所需要繪制的各面視圖。繪圖人員在三維特征線和三維模型平行投影的正射影像圖上進行線條的編輯處理，完成瓷枕最終的線圖繪制（圖4）。

通過器物三維重建可準確地把握器物的特征，可以準確繪制枕面四角切削的位置、四壁內收的角度，枕面剔一周凹弦紋，如人工手繪測量凹弦紋內剔的纏枝牡丹花紋，會存在不定的誤差。根據(jù)圖3右圖左壁可清晰看到枕邊有一孔，中空，通過導出圖可準確繪制孔洞位置以及此壁面的厚度。同時可根據(jù)考古繪圖的需求利用三維模型重建導出所需繪制不同的面。

對于有特殊制作工藝的建筑構件如筒瓦、板瓦等，不僅要在線圖中反映形狀、厚度而且要體現(xiàn)其制作工藝，而用傳統(tǒng)手繪的方式體現(xiàn)其制作工藝，只能通過對器物的文字敘述結合照片來完成。通過三維模型重建生成高質量的正射影像的方法獲得器物的正射影像圖結合Photoshop的動作命令可以準確地獲取器物的質感。以云岡石窟山頂考古出土的筒瓦、板瓦為例：筒瓦，泥質灰陶，輪制，內壁印布紋，且凸面有縱向磨光痕跡（圖5）;板瓦，泥條盤筑，凸面有陶拍拍打的痕跡，凹面布紋細，有豎向刮壓痕跡，下沿有水波狀指壓痕14個，通過Photoshop動作命令直接獲取布紋質感及陶拍拍打痕跡，從而精確反映出器物的制作工藝（圖6）。

而傳統(tǒng)的考古繪圖局限于硫酸紙的繪制，存在圖紙易變形，且不易修改、不易保存等缺陷。而計算機輔助考古繪圖實現(xiàn)圖紙隨時保存，且繪制線圖為矢量圖，對于器物局部較為精美處可任意放大。以云岡石窟山頂考古出土器物為例，其外壁有數(shù)周不規(guī)則繩紋，密集，局部有疊壓，腹部飾一周附加堆紋，手紋押制（圖7）。可通過軟件直接將器物紋飾精確地轉化成線圖。在圖形的處理方面，傳統(tǒng)田野考古繪圖繪制的器物圖、遺跡圖等需要用墨線描圖，單獨繪制45°剖線，而運用多視角三維重建技術和AI等軟件可以一次性完成上述步驟。

2 三維模型輔助大體量石雕線圖繪制

對于石窟佛像線圖的繪制，傳統(tǒng)的大體量佛像繪制的方法是以手量測繪為主，最終繪制的線圖存在不同程度的變形及耗時長、不易修改、不易保存等問題。且完成線圖分辨率不高，對于佛像精美之處無法矢量放大，局限于佛像圖片打印后的大小，后期出版印刷存在諸多問題。而利用多視角三維重建可以將不可移動的佛像進行三維模型重建，以云岡石窟第七窟后室北壁上層佛龕為例（圖8），利用Agisoft PhotoScan軟件的計算得到佛龕的模型并導出所需的各面視圖及佛龕剖面圖（圖9）。對于此佛龕模型的獲取，多視角三維重建不拘泥于石雕空間的局限，尤其針對不可移動文物的三維模型重建，均可通過此方法完成最終線圖的繪制。在前期獲取佛龕照片過程中，對于數(shù)碼相機的設置需要使用光圈優(yōu)先（A檔）拍攝，并且在盡可能短的時間內完成拍攝，使每幅數(shù)字影像的亮度、反差、陰影等情況比較一致。因而需要光圈值一般為8或10左右，以確保數(shù)字影像具有足夠的景深;曝光時間不低于1/60S（視拍攝者具體情況而定），尤其對于石窟而言普遍存在光線不充足，容易造成獲取照片的亮度、陰影等不一致，光線比較暗的時候需要適當增加感光度或使用三腳架進行拍攝。Agisoft PhotoScan軟件成本低、易操作和效率高，而且獲得的三維影像滿足考古繪圖的精度要求，其缺點為對計算機配置要求較高，遺跡照片要求清晰、無反光，且無空白區(qū)。

利用佛龕的模型，通過對模型橫切或者縱切在軟件Agisoft PhotoScan中可導出整體佛龕的剖面圖，以及佛龕中各佛像的剖面圖。獲取的佛龕整體剖面圖可以測量得到左右兩側思惟菩薩的進深尺寸（圖9），并結合Adobe Illustrato繪圖軟件和手繪板為主以導出佛龕正射影像圖作為底圖來繪制線圖，最終完成矢量線圖的繪制。

3 三維模型輔助考古遺跡圖繪制

對一個遺跡來說，考古線圖應包含平面圖、立面圖、剖面圖等。利用計算機輔助的方法，考古人員可以根據(jù)所需要的視點方便地獲得相應的平行投影圖。以豐京遺址為例，首先位于遺跡四角處放置控制點，其次進行平行攝影方式，連續(xù)拍攝建立整體遺跡的照片，最后填補被遮擋的部分。運用Agisoft PhotoScan對所拍照片進行計算獲得遺跡模型，并導出遺跡平面圖，及所需剖面圖，結合手繪板運用Adobe Illustrator軟件以導出視圖作為底圖來完成所需線圖。

4 總結

通過實例介紹應用Agisoft PhotoScan、Adobe Illustrator和Adobe Photoshop軟件繪制考古器物圖的方法。首先應用Agisoft PhotoScan軟件對器物進行多視角三維影像重建，獲取符合繪圖要求的器物正射影像圖。其次，應用Adobe Illustrator軟件繪制器物的輪廓和剖面。最后應用Adobe Photoshop軟件繪制器物紋飾。實際運用在云岡石窟92.93考古以及云岡石窟山頂考古、云岡全集的線圖繪制中，這種繪圖方法適用于絕大多數(shù)器物，不僅成圖精準度高，而且又易操作、省時高效。在將來的工作中，這些計算機輔助制作的線圖可以用于雕刻風格的分類等考古學分類研究。另外，通過結合考古專家的知識，引進先進的科技設備，加大制圖軟件的開發(fā)、應用力度，使計算機快速、便捷、精確地繪制各類遺跡、遺物圖成為現(xiàn)實。我們可以開發(fā)針對各類不同對象的線圖繪制工具，使得線圖繪制更有效并且提高線圖的質量。

參考文獻

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