近日，四川廣漢三星堆遺址考古發掘成果再次驚艷世界，出土了奇異瑰麗的青銅面具、人像、神樹等琳瑯滿目的文物，對于揭秘古蜀文明之謎有重要意義。值得注意的是，本次考古綜合應用了一大批現代科技，特別是現代數字技術，發掘現場可以說是大型國家級科技實驗室，是中國現代科技的“秀場”。

　　本報特邀請中國社會科學院考古研究所研究員劉建國圍繞現代科技特別是數字技術在考古領域的應用進行系統闡釋，以饗讀者。

　　——編 者

　　數字考古是在計算機技術支持下，考古學研究中集成運用現代測繪、遙感、三維重建、數據庫、地理信息系統、虛擬與增強現實和網絡通信等技術，全面采集和運用考古現場各種空間信息進行綜合分析、研究的理論和方法，是信息時代考古學發展的必然趨勢。數字考古從考古現場空間信息的獲取、制圖出發，到數據庫建設、空間分析與模擬、虛擬與增強現實展示，再通過網絡通信進行數據傳輸與共享，最終為考古學研究、文化遺產保護、數據存檔等提供支持。

　　數字考古研究經過近十年來的迅猛發展，理論與方法日趨完善，很多相關領域的應用能夠與傳統考古學研究緊密結合，電子全站儀與衛星定位系統測繪、遙感影像解讀、無人機拍攝、多視角三維重建、地理信息系統與數據庫建設、分析、模擬等已經成為田野考古工作的常規技術與方法。通過三維重建技術全方位地獲取考古現場的空間信息，為考古學研究、文化遺產保護、虛擬與增強現實展示、數據存檔等開辟了全新的拓展空間。

　　習近平總書記指出，要運用科學技術提供的新手段新工具，提高考古工作發現和分析能力，提高歷史文化遺產保護能力。今后數字考古研究要不斷創新發展，實時引入人工智能、機器學習、專家系統、數據挖掘、模式識別等最新數字技術發展成果，深入探討傳統考古學研究的問題，教育引導廣大干部群眾特別是青少年認識中華文明起源和發展的歷史脈絡，認識中華文明取得的燦爛成就，認識中華文明對人類文明的重大貢獻，不斷增強民族凝聚力、民族自豪感。

　　現代測繪

　　現代測繪技術是信息產業中的重要組成部分，分支學科很多，涉及面較為廣泛，田野考古工作中一般運用衛星定位系統和電子全站儀進行測繪。

　　衛星定位系統是以人造衛星系統為基礎，以無線電為通訊手段，依據天文大地測量學的原理，實行全球連續導航和定位的高新技術系統，具有全球性、全天候、高精度、快速實時的三維導航、定位、測速和授時功能，以及良好的保密性和抗干擾性。靜態后差分的測量方式能夠達到毫米級的平面精度，實時差分測量能夠獲得厘米級的平面精度，在田野考古測繪中具有定位精度高、設計和布點方便、作業條件要求低、工作效率高等優點。衛星定位系統也存在一些缺陷，在溝槽、洞穴、地下墓葬等環境中因不能接受衛星信號而無法進行測量。

　　電子全站儀是20年前開始普遍使用的一種測量儀器，可以方便、快捷地進行高精度的角度、距離、高程、坐標等測量工作，能夠滿足各種文物考古測繪工作的需要，并可以與電子計算機聯機作業，配合相應的測量軟件，自動將電子全站儀測量數據傳輸到計算機中進行成圖。電子全站儀一般都具有激光測距功能，不使用棱鏡就可以測量出空間點的三維坐標，便于測繪石窟、古建筑等不便架設反射棱鏡的場所。

　　由于衛星定位系統和電子全站儀只能獲取空間點的三維坐標，目前在田野考古現場的使用越來越少，很多時候只是用于考古遺址或發掘現場進行多視角三維重建等工作時精確測量控制點三維坐標的工作。

　　遙感考古

　　遙感考古是從航天飛機、衛星、飛機、無人機等不同空間位置上，運用攝影機、掃描儀、雷達等成像設備，獲取考古遺址的影像資料，然后運用計算機圖像處理技術，對影像數據進行增強和處理。同時，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，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。

　　考古遺址的遙感影像中包含有豐富的地面信息，通過對其中植被、水體、土壤、巖石等圖案特征進行分析，有時可判讀出地面或淺表地層中遺跡的分布情況。因為遺跡與其周圍環境中土壤等的結構方面存在差異，導致土壤色澤與含水量不同、植被生長分布異常、土壤侵蝕差異、特殊微地貌特征等，在遙感影像中可能會以特定的圖案顯示出來，形成考古遺跡的影像標志，成為遙感影像的解譯依據。

　　遙感考古具有速度快，周期短，方法靈活等特點，能夠對考古遺跡進行無損分析、測繪成圖、變化分析、三維重建等工作。特別是早期遙感影像記錄了很多已經改變的地面信息，能夠提取很多重要考古遺跡的位置、形狀等信息。現代高分辨率的衛星影像立體像對、無人機拍攝的低空影像等可以直接生成高分辨率的數字正射影像圖和數字高程模型，能夠清晰地展示考古遺跡的微型起伏，便于判讀遺跡的結構、分布等特征，并可以制作考古遺址地形圖。

　　多視角三維重建

　　多視角三維重建技術是以數字相機作為影像獲取工具，從不同角度圍繞被拍攝目標獲取多幅數字影像。根據計算機視覺和數字攝影測量原理，在高性能計算機中對獲取的全部數字影像進行相互匹配，生成被拍攝目標的表面三維點云，再自動生成紋理后得到具有真實紋理的數字三維模型。

　　多視角三維重建的設備成本和操作難度都較低，能夠自動生成點云和紋理，而且點云與紋理嚴格對應，精度很高，建模效果很好，能夠節省大量的人力、物力和時間，近年來在文博、考古領域得到了極大的重視，已經成為田野考古與文化遺產保護現場空間信息獲取的主要手段。運用多視角三維重建技術可以全方位地獲取考古發掘現場、出土文物、考古遺址等的空間信息，能夠制作從幾厘米石器制品到邊長數公里大型考古遺址的數字三維模型，自動生成真實紋理，通過三維坐標控制點對三維模型實施控制之后，使模型上每個空間點都具有準確的三維坐標，便于測量距離、面積和體積。三維重建技術為考古學研究、文化遺產保護與博物館虛擬展示、數據存檔等提供不同平面、立面、剖面的數字正射影像圖、數字表面模型、數字三維模型等重要成果。全面獲取的各類文化遺產三維空間信息，也極大地提升了遺址與遺跡測繪、器物繪圖等的速度和精度。

　　地理信息系統

　　地理信息系統是由計算機硬件、軟件、地理數據和人設計的有效地獲取、存貯、管理、更新、操作、分析和顯示所有地理信息的集成應用系統。作為計算機、地理、遙感、測繪、統計、規劃、管理和制圖等學科交叉運用的產物，代表了現代計算機應用技術和其它學科相互滲透的發展方向。考古地理信息系統是以考古現場獲取的空間數據與屬性數據為基礎，在計算機軟件和硬件支持下，運用系統工程和信息科學的理論，對與空間分布有關的考古數據進行采集、操作、分析、模擬和表達，為考古研究和分析模擬等提供支撐的技術系統。

　　考古調查和發掘中獲取的資料都具有三維空間位置屬性，考古遺址的位置和范圍可以通過空間數據來表達，發掘出土的遺跡、現象乃至器物或陶片也都可以用準確的三維坐標數據來表示其空間位置和形狀。運用地理信息系統建立多重考古空間信息與屬性信息并存的數據庫和圖形圖像庫，具有考古空間信息顯示和查詢、圖文互訪、修改編輯、圖形圖像生成與輸出、多重數據的訪問和顯示等功能，同時還具有多重空間分析功能，諸如距離分析、通視與可視域、預測模型、區域模擬等分析都能夠在考古研究中得到很好的應用，特別是在區域考古研究中，可以分析一個區域乃至一個遺址中古代聚落的分布與演變特征，探究古人與自然環境之間的依賴與改造關系，揭示遺址的形成過程。

　　虛擬與增強現實

　　虛擬與增強現實是運用計算機技術生成逼真的視覺、聽覺、觸覺乃至味覺等虛擬的三維感觀世界，用戶可以直接使用人的技能和智慧對生成的虛擬實體進行考察和操縱。虛擬與增強現實技術可以生成逼真的三維古代環境、古代城市、考古遺址、發掘現場、出土文物等，甚至可以配合相關的聲音乃至氣味等信息。虛擬與增強現實技術可以根據考古調查、發掘過程中采集的數字三維模型數據進行一系列設置，通過計算機、虛擬眼鏡等真實地重現考古發掘現場或遺址形成過程等重要場景。

　　虛擬與增強現實的用戶不僅可以顯示和觀察考古現場，而且能夠與虛擬考古的對象進行交互，具有從外到內或從內到外觀察和操縱考古數據空間的功能。考古學家可以充分地利用考古現場獲取的空間信息，從不同角度使用多種方式來探究考古學的問題，拓展了視野，提升了數據的利用率。觀眾可以跨越時間和空間，非常直觀地感知千里之外的考古現場，領略考古學家所揭示的古代社會“真實”面貌，走進視、聽、觸、味等效果十分逼真的虛擬考古世界，真正體驗身臨其境的感覺。同時減輕重要考古現場的觀眾參觀壓力，保護脆弱的文物與遺跡。

　　數據庫

　　考古數據庫是由考古空間的相關信息組成的多媒體混合體。考古信息的數字化已經成為必然趨勢，考古調查、發掘和研究中的各種信息都應該按一定的方式輸入到數據庫中，才能夠進行高效的管理和應用研究。考古數據庫的信息量必將越來越龐大，為了讓用戶能夠迅速得到自己需要的信息，必須建立詳細的目錄索引，以便可以了解有關考古遺址的名稱、位置、年代、調查與發掘日期、次數、數據格式以及影像分辨率等信息。考古數據庫中應該包含考古調查、發掘和研究中的各種記錄、圖表、圖形、圖像、聲頻、視頻、論文、報告、數據等，地圖數據等還要求記錄數據的來源、投影方式、坐標系統、數據質量、編碼方案、采用的標準以及數字化方式、時間、人員等一系列描述信息。

　　隨著各種考古數據庫的建立，數據挖掘技術將會得到廣泛運用。數據挖掘是指綜合運用人工智能、機器學習、專家系統、模式識別、統計學、可視化等技術，從考古數據庫的海量數據中篩選出隱含、未知、具有潛在價值的信息，并進行歸納性推理，探討和闡釋考古學的疑難問題。

　　網絡與通信

　　網絡技術是近30年來發展起來的新興科學技術，通過交換機、路由器等設備將數量龐大的服務器和計算機鏈接起來，實現數字資源的全面共享和有機協作。互聯網、移動通信等技術的發展同樣深刻地影響著考古學研究，考古人員已經習慣于通過網絡發布、傳送最新的考古信息和資料，開設網上考古論壇、講座等。重要的考古發掘現場可以迅速組織相關領域的專家召開視頻網絡會議，針對急需解決的問題進行共同研討，為脆弱文物的提取和保護贏得極其寶貴的時間和最佳方案。

　　同時，多人共同參與的田野考古調查、發掘與研究等工作，也需要通過網絡上傳各自的工作成果，最后形成完整的考古調查、發掘或研究數據庫。通過網絡云服務，考古研究人員或學生可以從遠程的考古、文獻、環境、水利、植被等數據庫中調用全國乃至全球范圍內的海量數據，進行全面分析、研究和顯示，提取重要的考古研究材料。甚至可以通過云計算，輕松獲得研究所需的各種數據、影像、圖表等計算成果。

　　（作者為中國社會科學院考古研究所研究員、中國社會科學院習近平新時代中國特色社會主義思想研究中心特約研究員。近年來，他全面系統闡述“數字考古”概念并集成運用多種現代數字科技對考古現場的空間信息進行提取、編輯、制圖、分析、模擬等研究，推動中國考古研究信息化進程。）