浅谈计算机辅助考古线图绘制

王娜

摘 要：通过计算机相关软件辅助考古绘图，从而达到真实还原器物本身的要求。文章通过介绍各类绘图软件以及相关绘制方法来完成器物线图的绘制，不仅解决了传统绘图的弊病，而且加快了绘制线图的速度。

关键词：考古绘图;绘图软件;传统绘图;模型

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

0 前言

考古绘图是文化遗产保护工作中重要的基础性工作，是具体地把制图学应用于考古工作和研究中。考古绘图利用绘图反映出土遗物的大小形状、花纹和质地的真实面目，达到见图如见物的效果，为科学研究提供可靠的资料。经过多年来的实践和总结，已经形成了一套比较成熟和规范的方法和理论。但是传统的考古线图绘制方法有耗费时间长、准确度低等缺点。由于风化腐蚀等原因，许多文物表面附有斑驳的纹理，这使人眼分辨其原始的形状是一件困难的事情。另外，绘图人员的经验也对测量的结果会有很大的影响，特别是在对大场景的测绘中，人眼的视觉误差对线图绘制的影响是不可避免的，因而考古绘图需要具备科学化、标准化、数字化等特征。本文着重从考古绘图的数字化着手，利用数字摄影、三维激光扫描、多视角影像三维重建获取遗迹、遗物正投影的图像数据，再使用计算机对其进行制图，最后形成规范的数字化考古图样。

1 三维模型辅助考古器物线图绘制

为了解决传统线图绘制中存在的问题，新的技术和设备越来越多地用于提高测绘的效率和准确度。利用三维数字化技术，我们可以将一个复杂的物体在几分钟或者几小时内进行高精度的三维重建。与二维图像相比，它具有更强的空间直观性，而且成图的精确度更高。重建得到的数字模型可用于辅助制作考古线图，整个过程快速、准确，并且不受对象的尺寸和颜色的限制。

可通过Agisoft PhotoScan三维模型重建生成高质量的正射影像，利用正射影像图结合AI、SAI等软件进行线条的编辑处理并生成高精度的线图。此方法精度高，低成本，简易高效，能极大地提高考古绘图的质量与效率。

以龙王庙沟西侧窟前遗址出土的瓷枕为例，将瓷枕连同设置好标记点的米格纸置于稳固的器物自动旋转拍摄平台上拍摄，通过转动旋转台拍摄器物的各个角度，同样需要高中低360°多视角拍摄，保证拍摄时每张照片角度大于5°，重叠率不小于60%，每拍摄一圈后调整相机角度，再拍下一圈（对于敞口器物，一定要将器物内壁一起拍摄，方便生成器物厚度）。从不同角度围绕瓷枕以最佳成像焦距拍摄多幅数字影像（图1），然后根据计算机视觉原理，使用三维建模软件对获取的全部数字影像进行相互匹配，生成瓷枕的表面三维点云（图2）。同时可看到瓷枕的点云数加载影像信息后生成网格及纹理实现瓷枕三维模型的重建（图3），导出瓷枕所需要绘制的各面视图。绘图人员在三维特征线和三维模型平行投影的正射影像图上进行线条的编辑处理，完成瓷枕最终的线图绘制（图4）。

通过器物三维重建可准确地把握器物的特征，可以准确绘制枕面四角切削的位置、四壁内收的角度，枕面剔一周凹弦纹，如人工手绘测量凹弦纹内剔的缠枝牡丹花纹，会存在不定的误差。根据图3右图左壁可清晰看到枕边有一孔，中空，通过导出图可准确绘制孔洞位置以及此壁面的厚度。同时可根据考古绘图的需求利用三维模型重建导出所需绘制不同的面。

对于有特殊制作工艺的建筑构件如筒瓦、板瓦等，不仅要在线图中反映形状、厚度而且要体现其制作工艺，而用传统手绘的方式体现其制作工艺，只能通过对器物的文字叙述结合照片来完成。通过三维模型重建生成高质量的正射影像的方法获得器物的正射影像图结合Photoshop的動作命令可以准确地获取器物的质感。以云冈石窟山顶考古出土的筒瓦、板瓦为例：筒瓦，泥质灰陶，轮制，内壁印布纹，且凸面有纵向磨光痕迹（图5）;板瓦，泥条盘筑，凸面有陶拍拍打的痕迹，凹面布纹细，有竖向刮压痕迹，下沿有水波状指压痕14个，通过Photoshop动作命令直接获取布纹质感及陶拍拍打痕迹，从而精确反映出器物的制作工艺（图6）。

而传统的考古绘图局限于硫酸纸的绘制，存在图纸易变形，且不易修改、不易保存等缺陷。而计算机辅助考古绘图实现图纸随时保存，且绘制线图为矢量图，对于器物局部较为精美处可任意放大。以云冈石窟山顶考古出土器物为例，其外壁有数周不规则绳纹，密集，局部有叠压，腹部饰一周附加堆纹，手纹押制（图7）。可通过软件直接将器物纹饰精确地转化成线图。在图形的处理方面，传统田野考古绘图绘制的器物图、遗迹图等需要用墨线描图，单独绘制45°剖线，而运用多视角三维重建技术和AI等软件可以一次性完成上述步骤。

2 三维模型辅助大体量石雕线图绘制

对于石窟佛像线图的绘制，传统的大体量佛像绘制的方法是以手量测绘为主，最终绘制的线图存在不同程度的变形及耗时长、不易修改、不易保存等问题。且完成线图分辨率不高，对于佛像精美之处无法矢量放大，局限于佛像图片打印后的大小，后期出版印刷存在诸多问题。而利用多视角三维重建可以将不可移动的佛像进行三维模型重建，以云冈石窟第七窟后室北壁上层佛龛为例（图8），利用Agisoft PhotoScan软件的计算得到佛龛的模型并导出所需的各面视图及佛龛剖面图（图9）。对于此佛龛模型的获取，多视角三维重建不拘泥于石雕空间的局限，尤其针对不可移动文物的三维模型重建，均可通过此方法完成最终线图的绘制。在前期获取佛龛照片过程中，对于数码相机的设置需要使用光圈优先（A档）拍摄，并且在尽可能短的时间内完成拍摄，使每幅数字影像的亮度、反差、阴影等情况比较一致。因而需要光圈值一般为8或10左右，以确保数字影像具有足够的景深;曝光时间不低于1/60S（视拍摄者具体情况而定），尤其对于石窟而言普遍存在光线不充足，容易造成获取照片的亮度、阴影等不一致，光线比较暗的时候需要适当增加感光度或使用三脚架进行拍摄。Agisoft PhotoScan软件成本低、易操作和效率高，而且获得的三维影像满足考古绘图的精度要求，其缺点为对计算机配置要求较高，遗迹照片要求清晰、无反光，且无空白区。

利用佛龛的模型，通过对模型横切或者纵切在软件Agisoft PhotoScan中可导出整体佛龛的剖面图，以及佛龛中各佛像的剖面图。获取的佛龛整体剖面图可以测量得到左右两侧思惟菩萨的进深尺寸（图9），并结合Adobe Illustrato绘图软件和手绘板为主以导出佛龛正射影像图作为底图来绘制线图，最终完成矢量线图的绘制。

3 三维模型辅助考古遗迹图绘制

对一个遗迹来说，考古线图应包含平面图、立面图、剖面图等。利用计算机辅助的方法，考古人员可以根据所需要的视点方便地获得相应的平行投影图。以丰京遗址为例，首先位于遗迹四角处放置控制点，其次进行平行摄影方式，连续拍摄建立整体遗迹的照片，最后填补被遮挡的部分。运用Agisoft PhotoScan对所拍照片进行计算获得遗迹模型，并导出遗迹平面图，及所需剖面图，结合手绘板运用Adobe Illustrator软件以导出视图作为底图来完成所需线图。

4 总结

通过实例介绍应用Agisoft PhotoScan、Adobe Illustrator和Adobe Photoshop软件绘制考古器物图的方法。首先应用Agisoft PhotoScan软件对器物进行多视角三维影像重建，获取符合绘图要求的器物正射影像图。其次，应用Adobe Illustrator软件绘制器物的轮廓和剖面。最后应用Adobe Photoshop软件绘制器物纹饰。实际运用在云冈石窟92.93考古以及云冈石窟山顶考古、云冈全集的线图绘制中，这种绘图方法适用于绝大多数器物，不仅成图精准度高，而且又易操作、省时高效。在将来的工作中，这些计算机辅助制作的线图可以用于雕刻风格的分类等考古学分类研究。另外，通过结合考古专家的知识，引进先进的科技设备，加大制图软件的开发、应用力度，使计算机快速、便捷、精确地绘制各类遗迹、遗物图成为现实。我们可以开发针对各类不同对象的线图绘制工具，使得线图绘制更有效并且提高线图的质量。

參考文献

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