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在数字和光影中解读远古—刘建国先生访谈
发布时间:2016-05-03    文章出处:中国考古网    作者:张小筑    点击率:
  中国考古网:首先感谢您接受中国考古网的采访,作为一名遥感专业毕业的标准工科男,您是怎么走进考古圈的?您从事这个行业20年之久,起初这些技术并没有得到广泛的认可,是怎么坚持下来的?
 
  刘建国:1989年我从武汉测绘科技大学摄影测量与遥感专业本科毕业,进入考古行业只是出于偶然和无奈,起初我根本没有想到会进入考古圈的。毕业之前本来确定是要去上海的国家海洋局东海分局做海洋遥感监测,与我所学的遥感专业对口,而且上海距离老家安徽庐江县很近,当时我很想去。但距离毕业不到一个月的时候,那个单位突然不要人了。负责毕业分配的老师给我三个选择:留校(母校当时正在筹建“测绘·遥感·信息工程国家重点实验室”需要人员)、安徽省测绘局、中国社会科学院考古研究所。我说都不愿意,但老师建议我去北京,说是北京机会多,考古所不合适的话应该很容易找到比较合适的单位。很快考古所冯浩璋、王苏粤两位老师到武汉面试,说是负责考古测绘的老师退休了,需要地形图测绘方面的工作人员。面试后不久得到答复,可以到考古研究所工作。后来知道两位老师看中的是我来自农村,老实本分,应该能够在考古研究所工作下去。
 
  到了考古研究所之后,主要工作是使用大平板仪测绘遗址地形图,后来所里拿出一台经纬仪让我使用。1992年开始在当时新疆考古队、汉长安城考古队、西藏考古队等的支持下,开始购买一些航空影像分析新疆高昌与北庭古城、陕西汉长安城、西藏藏王墓等遗址的影像特征,撰写了几篇研究论文。同时阅读、翻译了很多国外发表的遥感考古等方面的资料。1994年秋季,在国家计委经费支持下,购买了几台计算机与平板扫描仪、喷墨绘图仪等当时非常好的设备,初步建立了微型遥感考古实验室。在设备支持下我开始尝试摸索计算机制图与遥感影像处理等技术,积累了很多成功的经验。凭借我在工科生中还算不错文笔(当然无法与文科出身的同仁相比),能够及时把研究成果写成论文发表,这也是我能够在考古研究所一直呆下来的基础。


2003年于广东
 
  中国考古网:这期间有没有想过放弃?
 
  刘建国:坚持在考古研究所工作的困难肯定是有的,早年也没想把工作做到什么程度。但是我相信“当一天和尚撞一天钟”,工作一天就做好一天的事情。一直以来工作上还算比较顺利,但经济压力比较大,当时考古所工资很低,需要支出的地方太多,所以确实很想离开。
 
  1990年代后期我的经济压力很大,困难重重。之所以没离开考古所,一是考虑当时遥感考古等工作刚刚起步,有了一点成绩,而且这些成绩是很多同仁一起努力的结果,如果我离开了就会功亏一篑。二是当时在北大考古系讲课已渐渐入门,很多学生们对我的课程很感兴趣,让我觉得在北大讲课是我的荣誉。2000年9月,我应同学的邀请,尝试去一家公司担任人力资源主管,4个月后发现对于我这样一个纯技术型人员,公司的管理工作很不适合我。加之公司的上班时间固定,晚上还经常加班,孩子也无法照料。考虑到彼时的经济压力已经基本缓解,随决定离开公司,踏踏实实在考古所工作。
 
  中国考古网:您曾在北大教受本科生考古信息技术这门必修课,在北大教书的16年时间里有没有收获?
 
  刘建国:1994年年底,北京大学考古系主讲《考古测量》的王树林老师退休,系主任李伯谦先生和副主任高崇文先生想找一个“科班出身”的年轻人来讲讲这门课程。当时考古所科研处处长吴家安先生向北大推荐了我,记得我当时与高崇文老师说我讲不了课,尤其人多的场合就会很紧张。高老师就很平和地说可以让我先试一试,讲两年,要是觉得不好的话再说。两年以后,考古系说还没找到更合适的人,让我再讲几年,等有了合适的人选再说,没想到竟然一下讲了16年。
 
  在北大讲课的16年让我感触非常深。与北大考古专业的很多老师、同学都成了朋友。95年开始讲课,那时候还用幻灯机播放,我把课件内容拍成反转胶片,做成一张张幻灯片。一开始这门课内容很简单就是基本的考古测量,练习使用大平板仪、水准仪测绘地形图。后来我又把遥感、地理信息系统、电子全站仪、RTK等等这些新的技术陆续引到课程中。有些同学听了两遍甚至三遍,因为一些同学读本科听这门课的时候还没有电子全站仪,过了两三年他读硕士开始有全站仪,他就把新的有关全站仪的内容听了一遍。后来他读博的时候,又把新加入的有关地理信息系统的内容听了一遍。技术、设备不断进步,这门课程的内容也必须不断更新,讲课要对学生、系(院)负责任。2004年,《考古信息技术》这门课成为北京大学的主干基础课程。
 
  与北大老师、学生的交流也使我收获颇多,体会最深的就是教学相长。讲课并不是把一门课程的内容讲出来就完事了,北大很多学生听完课以后经常提出一些问题,真的需要认真思考后才能回答,有时候还要考虑如何让文科生理解一些工科问题。如果只在研究所做研究,确定目标后往深度去钻研就可以了。但要把一门课程讲好,除了深度之外还必须拓展广度,才能举一反三、深入浅出。16年的讲课经历,我除了积累了一套完整的ppt材料之外,语言表达能力、写作能力、逻辑思维都得到了很大提升,所以才有了2008年《考古测绘、遥感与GIS》一书的出版。我非常感谢北大在我年轻的时候给了我一个讲台,让我发现自己还能主讲一门课程。能有这样的机会,我觉得自己非常幸运。
 
  2010年,我履行当年“等考古文博学院有合适人员后即可离开”的约定,惜别北大讲台。
 

2007年获得博士学位
 
  中国考古网:离开北大讲台后,您是不是还是一直在学习并掌握新技术?现在国内高校考古专业对考古信息技术这类课的普及率如何?
 
  刘建国:信息技术发展、更新很快,我除了关注相关技术发布会、网上浏览等方式之外,与本科时同学的交往显得尤为重要。同学聚会时,基本上能够把测绘、遥感专业最新发展的情况了解一下,有不明白的地方可以去同学的单位看看,我所做一些新工作,同学也会来我办公室看,这种相互交流保证了我不会远离测绘信息领域,并迅速掌握最新发展成果。
 
  另外,考古领域使用的信息技术具有明显的特殊性,需要深入考古工作一线,多与考古人员反复交流,真正了解考古工作的需求,才有可能制定合理的技术方案,解决实际问题。
 
  国内高校文博考古专业开设《考古信息技术》课程的很少,一些高校即便开设了类似课程,但课时显得较少,总体感觉还是重视程度不够。文博考古专业的学生需要了解和掌握的知识太多,很多时候我也在思考应该让学生了解、掌握多少信息技术方面的知识。


2012年在新疆对遗址进行三维激光扫描
 
  中国考古网:现在社科院考古所对数字考古的接受能力怎么样,各田野工地的数字化水平如何?
 
  刘建国:数字考古涉及领域比较宽。以三维重建技术为例,目前通过什么方式迅速的让大家掌握这项技术是难度比较大的事情。我这段时间主要就忙于技术推广,到考古队做讲座和培训,一步一步慢慢来。由于设备购置中的诸多限制,政府采购中购买的计算机很难胜任多视角三维重建与地理信息系统建设的需要,一些同仁只能使用自己工资购买的高档计算机来处理这些工作。
 
  考古研究所各田野队的情况不一样,一些同仁对新技术很有兴趣,就自己动手拍摄、处理影像,通过安装固态硬盘、增加内存等方式提升计算机性能,很快把三维重建技术运用到工作之中;有些同仁没有想到自己或技师就可以把三维重建技术很好地运用起来,没有给予足够的关注。当然,有的田野队由于设备配置太低无法处理拍摄的数字影像。
 
  中国考古网:三维重建技术可以说最大限度的保留了遗址的空间信息,越来越多地应用到考古工作中。与三维激光扫描相比,多视角影像三维重建的优势在哪里?除了展示还有那些用途?
 
  刘建国:三维激光扫描技术成熟,能够获取考古遗址、发掘区、出土文物的三维模型。但是三维激光扫描设备昂贵,后期处理程序复杂,对操作人员的技术要求高,处理周期长。而且单次三维激光扫描获取的点云数目可能有数千万或更多,但是最后需要抽稀,生成模型的面数往往只有5~6万面,再对拍摄的影像进行局部变形,将一片一片的局部纹理粘贴到模型上,最终生成模型的效果很差。
 
  多视角影像三维重建是通过照片信息生成点云,点云与照片的纹理信息是严格对应的,这样生成的三维模型精度很高,非常自然。多视角影像三维重建只是拍摄一些数字影像,设备简单,处理过程简单,只有几个简单操作步骤,考古人员和技师能够很快掌握。而且每个模型一般可以生成80~100万面,生成的模型显得非常真实、自然。
 
  成本低廉、操作简单的多视角影像三维重建技术,直接改变了考古调查、发掘现场的信息记录方式,如同将考古现场搬进电脑中。考古发掘每到一个重要层面的时候,都要绘图、照相,通过二维的信息来记录三维的场景,不可避免地会丢失很多信息。以旧石器考古发掘3米×3米的探方为例,每层10厘米的发掘需要一天时间,有时小件石器等多达几百乃至上千件,使用全站仪测量每件石器的坐标、方向角、倾斜角等数据可能需要两到三天时间。使用多视角影像三维重建技术之后,每天傍晚一个文化层发掘结束,只需要大约15分钟时间拍摄多视角影像,然后就可以提取器物,再泼水软化地层,等待第二天早晨的继续发掘工作。辛苦一点的就是晚上回住地后把需要把三维模型建立起来,然后通过一些其他软件处理,即可把每件器物的三维坐标、坡度、倾斜角读取下来。所以多视角影像三维重建技术能够提高田野考古工作的速度和精度,节省大量的人力与时间。
 
  中国考古网:听说您最近在筹备数字考古博物馆项目。目前国外很多机构、博物馆投入大量精力到虚拟博物馆的建设中,让大众足不出户便能身临其境。您筹备的数字博物馆具体包括哪些方面?
 
  刘建国:数字考古博物馆项目需要投入很大的精力,其中最为关键的工作就是馆藏文物的三维重建。之前的办法是通过三维激光扫描的方式制作文物的三维模型,但这种方法成本高、难度大、周期长,要消耗很多的时间和人力。现在只需拍摄两组数字影像,就能把三维模型建起来,速度快效果好。具体的工作可以请所内同仁、甚至高校学生来做,经过短暂培训后就能上岗,拍摄影像制作三维模型。至于后期展示技术、 展示方式等还需要摸索,到时候可能会和一些相关公司合作,引入多种新的VR展示技术。
 
  数字考古博物馆不仅展示馆藏文物,还应该把文物出土现场、考古发掘区、遗址及其周边的大环境等一系列的三维模型都制作出来,放到数字考古博物馆里进行多种形式的展示。到数字考古博物馆参观的观众,看到的不仅仅是一件简单的器物,还能够了解很多其他相关信息,可以对文物进行翻转、放大、缩小,外部、内部都可以仔细观察,比如细微的文饰等等。数字考古博物馆有很大发展空间,能够对考古研究、文物保护等工作给予大力支持。以后,可能考虑组织一些数字考古博物馆的巡展,或者向边远地区的中小学捐赠一些数字展示设备,让那里的学生在千里之外也能看到珍贵文物、考古现场等的三维模型,触摸博大精深的中华远古文明。
 
  中国考古网:无人机在考古工地实拍的时候会遇到困难吗?社科院考古所第一次购置无人机是什么时候?
 
  刘建国:现在无人机技术已经非常成熟,掌握好电池可以支持的飞行时间,基本上不会发生什么意外。使用有图像传输功能的无人机能够实时监控拍摄范围和角度,可以很容易拍摄考古工地的各种超低空影像。如果需要制作考古遗址或发掘区的三维模型,拍摄前需要布设4个以上地面控制点标志,使用电子全站仪等设备测量各控制点的三维坐标。对于高低起伏较大的遗址或发掘区,应该使相机倾斜,拍摄不同方向的倾斜影像。
 

2013年9月使用四旋翼飞机拍摄新疆黑白石条墓地
 
  2013年8月,为配合考古所巫新华研究员在塔什库尔干塔吉克自治县发掘黑白石条墓地,购买了一架四旋翼无人机,携带一款半画幅的微单相机,9月份赴帕米尔高原拍摄黑白石条墓地。拍摄的影像很清晰地显示出遗址内浅色和深色碎石组成的条带,能够全面分析遗址内墓葬与碎石条带之间的关系。然后使用多视角三维重建软件处理超低空拍摄的影像,能够生成很好的三维模型,经过多次摸索,归纳出考古遗址的三维重建与生成正射影像图、数字高程模型、等高线图等的方法。
 

2014年7月使用六旋翼飞机拍摄考古遗址
 
  中国考古网:前年的香山科学会议上,郭华东院士提出了构建空间考古学学科体系的设想,作为一门交叉学科,它面临着人才培养的问题,考古学者对遥感技术不熟悉,遥感人员又对考古知识储备不够,您觉得应该怎么突破这种学科壁垒?
 
  刘建国:目前确实存在这种问题,考古人员与空间信息技术人员相互协调的确有些难度。现在很多考古单位与一些相关公司合作,建立考古现场信息采集与管理系统,或对发掘现场进行三维重建,同时一些考古博物馆也启动了数字博物馆建设,公司的一些空间信息技术人员长期驻扎在考古队或博物馆,与考古、文博人员多次交流沟通,基本领会考古研究、文物保护与展示的要求,取得了很好的合作成果,推动了空间信息技术在文博、考古领域的应用。
 
  为了更好地将空间信息技术运用到考古研究之中,各考古队应该有田野考古人员基本掌握地理信息系统、多视角三维重建等软件,以便更好地运用相关技术为解决考古学问题。随着信息技术不断发展,一些软件包括多视角影像三维重建等已经发展到了"傻瓜式"阶段,考古人员只要多花点时间去学习、操作,就能很好地掌握和运用。


2015年12月拍摄城河遗址前调试无人机

拍摄后查看效果并为学生讲解
 
  中国考古网:最近有一位比较有名的空间考古学家Sarah Parcak,她利用遥感技术通过卫星红外图像寻找埃及的消失古城,因为遥感等空间信息技术能够揭示出不易被人面肉眼发现的重要信息。您最近有对此进行相关研究吗?
 
  刘建国:红外遥感技术能够根据地表土壤、沙层等的含水量差异,显示出地下考古遗迹的分布特征,由此判读古城、墓葬、建筑基址等等。我们曾经分析安阳殷墟的不同时期卫星影像,在玉米收割过后,小麦还没长起来的10月份中红外波段卫星影像上,发现很多异常区域,实地钻探后证实为一些墓葬和建筑基址。每年5月下旬,洛阳汉魏故城等考古队都会使用无人机拍摄大量超低空影像,分析古代水系、城墙、建筑基址等遗迹,取得了令人满意的成果。
 
  考古研究所的很多考古队在开展田野考古工作时,都会使用1970年代前后的航空影像与卫星影像等遥感资料,分析地表、地下遗迹的基本情况,寻找有用线索,研究考古遗迹的分布特征,为考古调查、勘探、发掘提供直接依据。


2016年赴洪都拉斯科潘遗址进行拍摄
 
  中国考古网:您在国外参观考察的过程中,有没有看到他们在技术或方法上比较先进的一面值得我们学习的呢?
 
  刘建国:现在我们的考古工作中运用的空间信息技术、使用的设备等都非常先进,其中考古遗址、发掘现场、出土文物等的多视角三维重建等技术处于领先地位。但由于存在语言问题和没有引起足够重视,我们在国际上的宣传和交流不够,未来确实应该加强一些国际上的互动和交流。
 

新疆风景 刘建国/摄


新疆风景 刘建国/摄
 
  中国考古网:能否展望一下数字考古的未来发展趋势?
 
  刘建国:数字考古技术已经趋于成熟,硬件设备等也都能够满足工作需要,所以现在的问题就是如何组织实施。此外年轻的田野考古人员应该掌握一些技术流程和软件操作,否则即便有空间信息技术人员设计的信息系统、制作的三维模型等也无法很好地利用起来发挥应有的作用。只有田野考古人员掌握这些技术之后,才能够根据自己的理解、思考进行数据获取和研究分析,拓展研究领域,数字考古技术的优势才能够真正得到发挥。
 

西沙风景 刘建国/摄
 
  中国考古网:听说您是摄影爱好者,除了摄影外还有什么爱好吗?这些业余爱好对您的工作有没有什么特殊意义?
 
  刘建国:以前业余爱好比较多,现在只剩风光摄影了。读本科时开始练习中国画的山水画,看了很多山水画技法、构图、鉴赏一类的书籍,也临摹过《芥子园画传·山水》和张大千、石涛、八大山人等的画作,对中国画的技法、构图等都有了一些理解。后来由于事务繁忙,只能将毛笔、宣纸、徽墨等收藏起来,留待退休之后再练习吧。
 
  我本科专业是摄影测量与遥感专业,摄影是作为专业课程学习的,所以对照相机、成像原理、感光材料、影像质量等内容都非常熟悉,收起画笔之后就购买了照相机,从胶片相机到数字相机一共使用过十余台相机,出差的时候可以拍摄一些沿途风景,所以对照相机、风光摄影等都非常熟悉。受到早期练习中国画的影响,现在我拍摄的风景总是喜欢拍摄一些古朴、简单的场景,体现一种淡泊、超脱的境界。
 
  非常幸运的是我的工作与摄影爱好是一致的,无论是摸索多视角三维重建技术,还是尝试无人机超低空拍摄,我都凭借熟练的照相机使用与摄影技术,拍摄出最佳效果的数字影像,以便充分发挥软件的功能。

  中国考古网:是的,您在用光影艺术去探索考古、感受考古的魅力。最后再次感谢您接受中国考古网的采访。

 
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在数字和光影中解读远古—刘建国先生访谈

发布时间: 2016-05-03

  中国考古网:首先感谢您接受中国考古网的采访,作为一名遥感专业毕业的标准工科男,您是怎么走进考古圈的?您从事这个行业20年之久,起初这些技术并没有得到广泛的认可,是怎么坚持下来的?
 
  刘建国:1989年我从武汉测绘科技大学摄影测量与遥感专业本科毕业,进入考古行业只是出于偶然和无奈,起初我根本没有想到会进入考古圈的。毕业之前本来确定是要去上海的国家海洋局东海分局做海洋遥感监测,与我所学的遥感专业对口,而且上海距离老家安徽庐江县很近,当时我很想去。但距离毕业不到一个月的时候,那个单位突然不要人了。负责毕业分配的老师给我三个选择:留校(母校当时正在筹建“测绘·遥感·信息工程国家重点实验室”需要人员)、安徽省测绘局、中国社会科学院考古研究所。我说都不愿意,但老师建议我去北京,说是北京机会多,考古所不合适的话应该很容易找到比较合适的单位。很快考古所冯浩璋、王苏粤两位老师到武汉面试,说是负责考古测绘的老师退休了,需要地形图测绘方面的工作人员。面试后不久得到答复,可以到考古研究所工作。后来知道两位老师看中的是我来自农村,老实本分,应该能够在考古研究所工作下去。
 
  到了考古研究所之后,主要工作是使用大平板仪测绘遗址地形图,后来所里拿出一台经纬仪让我使用。1992年开始在当时新疆考古队、汉长安城考古队、西藏考古队等的支持下,开始购买一些航空影像分析新疆高昌与北庭古城、陕西汉长安城、西藏藏王墓等遗址的影像特征,撰写了几篇研究论文。同时阅读、翻译了很多国外发表的遥感考古等方面的资料。1994年秋季,在国家计委经费支持下,购买了几台计算机与平板扫描仪、喷墨绘图仪等当时非常好的设备,初步建立了微型遥感考古实验室。在设备支持下我开始尝试摸索计算机制图与遥感影像处理等技术,积累了很多成功的经验。凭借我在工科生中还算不错文笔(当然无法与文科出身的同仁相比),能够及时把研究成果写成论文发表,这也是我能够在考古研究所一直呆下来的基础。


2003年于广东
 
  中国考古网:这期间有没有想过放弃?
 
  刘建国:坚持在考古研究所工作的困难肯定是有的,早年也没想把工作做到什么程度。但是我相信“当一天和尚撞一天钟”,工作一天就做好一天的事情。一直以来工作上还算比较顺利,但经济压力比较大,当时考古所工资很低,需要支出的地方太多,所以确实很想离开。
 
  1990年代后期我的经济压力很大,困难重重。之所以没离开考古所,一是考虑当时遥感考古等工作刚刚起步,有了一点成绩,而且这些成绩是很多同仁一起努力的结果,如果我离开了就会功亏一篑。二是当时在北大考古系讲课已渐渐入门,很多学生们对我的课程很感兴趣,让我觉得在北大讲课是我的荣誉。2000年9月,我应同学的邀请,尝试去一家公司担任人力资源主管,4个月后发现对于我这样一个纯技术型人员,公司的管理工作很不适合我。加之公司的上班时间固定,晚上还经常加班,孩子也无法照料。考虑到彼时的经济压力已经基本缓解,随决定离开公司,踏踏实实在考古所工作。
 
  中国考古网:您曾在北大教受本科生考古信息技术这门必修课,在北大教书的16年时间里有没有收获?
 
  刘建国:1994年年底,北京大学考古系主讲《考古测量》的王树林老师退休,系主任李伯谦先生和副主任高崇文先生想找一个“科班出身”的年轻人来讲讲这门课程。当时考古所科研处处长吴家安先生向北大推荐了我,记得我当时与高崇文老师说我讲不了课,尤其人多的场合就会很紧张。高老师就很平和地说可以让我先试一试,讲两年,要是觉得不好的话再说。两年以后,考古系说还没找到更合适的人,让我再讲几年,等有了合适的人选再说,没想到竟然一下讲了16年。
 
  在北大讲课的16年让我感触非常深。与北大考古专业的很多老师、同学都成了朋友。95年开始讲课,那时候还用幻灯机播放,我把课件内容拍成反转胶片,做成一张张幻灯片。一开始这门课内容很简单就是基本的考古测量,练习使用大平板仪、水准仪测绘地形图。后来我又把遥感、地理信息系统、电子全站仪、RTK等等这些新的技术陆续引到课程中。有些同学听了两遍甚至三遍,因为一些同学读本科听这门课的时候还没有电子全站仪,过了两三年他读硕士开始有全站仪,他就把新的有关全站仪的内容听了一遍。后来他读博的时候,又把新加入的有关地理信息系统的内容听了一遍。技术、设备不断进步,这门课程的内容也必须不断更新,讲课要对学生、系(院)负责任。2004年,《考古信息技术》这门课成为北京大学的主干基础课程。
 
  与北大老师、学生的交流也使我收获颇多,体会最深的就是教学相长。讲课并不是把一门课程的内容讲出来就完事了,北大很多学生听完课以后经常提出一些问题,真的需要认真思考后才能回答,有时候还要考虑如何让文科生理解一些工科问题。如果只在研究所做研究,确定目标后往深度去钻研就可以了。但要把一门课程讲好,除了深度之外还必须拓展广度,才能举一反三、深入浅出。16年的讲课经历,我除了积累了一套完整的ppt材料之外,语言表达能力、写作能力、逻辑思维都得到了很大提升,所以才有了2008年《考古测绘、遥感与GIS》一书的出版。我非常感谢北大在我年轻的时候给了我一个讲台,让我发现自己还能主讲一门课程。能有这样的机会,我觉得自己非常幸运。
 
  2010年,我履行当年“等考古文博学院有合适人员后即可离开”的约定,惜别北大讲台。
 

2007年获得博士学位
 
  中国考古网:离开北大讲台后,您是不是还是一直在学习并掌握新技术?现在国内高校考古专业对考古信息技术这类课的普及率如何?
 
  刘建国:信息技术发展、更新很快,我除了关注相关技术发布会、网上浏览等方式之外,与本科时同学的交往显得尤为重要。同学聚会时,基本上能够把测绘、遥感专业最新发展的情况了解一下,有不明白的地方可以去同学的单位看看,我所做一些新工作,同学也会来我办公室看,这种相互交流保证了我不会远离测绘信息领域,并迅速掌握最新发展成果。
 
  另外,考古领域使用的信息技术具有明显的特殊性,需要深入考古工作一线,多与考古人员反复交流,真正了解考古工作的需求,才有可能制定合理的技术方案,解决实际问题。
 
  国内高校文博考古专业开设《考古信息技术》课程的很少,一些高校即便开设了类似课程,但课时显得较少,总体感觉还是重视程度不够。文博考古专业的学生需要了解和掌握的知识太多,很多时候我也在思考应该让学生了解、掌握多少信息技术方面的知识。


2012年在新疆对遗址进行三维激光扫描
 
  中国考古网:现在社科院考古所对数字考古的接受能力怎么样,各田野工地的数字化水平如何?
 
  刘建国:数字考古涉及领域比较宽。以三维重建技术为例,目前通过什么方式迅速的让大家掌握这项技术是难度比较大的事情。我这段时间主要就忙于技术推广,到考古队做讲座和培训,一步一步慢慢来。由于设备购置中的诸多限制,政府采购中购买的计算机很难胜任多视角三维重建与地理信息系统建设的需要,一些同仁只能使用自己工资购买的高档计算机来处理这些工作。
 
  考古研究所各田野队的情况不一样,一些同仁对新技术很有兴趣,就自己动手拍摄、处理影像,通过安装固态硬盘、增加内存等方式提升计算机性能,很快把三维重建技术运用到工作之中;有些同仁没有想到自己或技师就可以把三维重建技术很好地运用起来,没有给予足够的关注。当然,有的田野队由于设备配置太低无法处理拍摄的数字影像。
 
  中国考古网:三维重建技术可以说最大限度的保留了遗址的空间信息,越来越多地应用到考古工作中。与三维激光扫描相比,多视角影像三维重建的优势在哪里?除了展示还有那些用途?
 
  刘建国:三维激光扫描技术成熟,能够获取考古遗址、发掘区、出土文物的三维模型。但是三维激光扫描设备昂贵,后期处理程序复杂,对操作人员的技术要求高,处理周期长。而且单次三维激光扫描获取的点云数目可能有数千万或更多,但是最后需要抽稀,生成模型的面数往往只有5~6万面,再对拍摄的影像进行局部变形,将一片一片的局部纹理粘贴到模型上,最终生成模型的效果很差。
 
  多视角影像三维重建是通过照片信息生成点云,点云与照片的纹理信息是严格对应的,这样生成的三维模型精度很高,非常自然。多视角影像三维重建只是拍摄一些数字影像,设备简单,处理过程简单,只有几个简单操作步骤,考古人员和技师能够很快掌握。而且每个模型一般可以生成80~100万面,生成的模型显得非常真实、自然。
 
  成本低廉、操作简单的多视角影像三维重建技术,直接改变了考古调查、发掘现场的信息记录方式,如同将考古现场搬进电脑中。考古发掘每到一个重要层面的时候,都要绘图、照相,通过二维的信息来记录三维的场景,不可避免地会丢失很多信息。以旧石器考古发掘3米×3米的探方为例,每层10厘米的发掘需要一天时间,有时小件石器等多达几百乃至上千件,使用全站仪测量每件石器的坐标、方向角、倾斜角等数据可能需要两到三天时间。使用多视角影像三维重建技术之后,每天傍晚一个文化层发掘结束,只需要大约15分钟时间拍摄多视角影像,然后就可以提取器物,再泼水软化地层,等待第二天早晨的继续发掘工作。辛苦一点的就是晚上回住地后把需要把三维模型建立起来,然后通过一些其他软件处理,即可把每件器物的三维坐标、坡度、倾斜角读取下来。所以多视角影像三维重建技术能够提高田野考古工作的速度和精度,节省大量的人力与时间。
 
  中国考古网:听说您最近在筹备数字考古博物馆项目。目前国外很多机构、博物馆投入大量精力到虚拟博物馆的建设中,让大众足不出户便能身临其境。您筹备的数字博物馆具体包括哪些方面?
 
  刘建国:数字考古博物馆项目需要投入很大的精力,其中最为关键的工作就是馆藏文物的三维重建。之前的办法是通过三维激光扫描的方式制作文物的三维模型,但这种方法成本高、难度大、周期长,要消耗很多的时间和人力。现在只需拍摄两组数字影像,就能把三维模型建起来,速度快效果好。具体的工作可以请所内同仁、甚至高校学生来做,经过短暂培训后就能上岗,拍摄影像制作三维模型。至于后期展示技术、 展示方式等还需要摸索,到时候可能会和一些相关公司合作,引入多种新的VR展示技术。
 
  数字考古博物馆不仅展示馆藏文物,还应该把文物出土现场、考古发掘区、遗址及其周边的大环境等一系列的三维模型都制作出来,放到数字考古博物馆里进行多种形式的展示。到数字考古博物馆参观的观众,看到的不仅仅是一件简单的器物,还能够了解很多其他相关信息,可以对文物进行翻转、放大、缩小,外部、内部都可以仔细观察,比如细微的文饰等等。数字考古博物馆有很大发展空间,能够对考古研究、文物保护等工作给予大力支持。以后,可能考虑组织一些数字考古博物馆的巡展,或者向边远地区的中小学捐赠一些数字展示设备,让那里的学生在千里之外也能看到珍贵文物、考古现场等的三维模型,触摸博大精深的中华远古文明。
 
  中国考古网:无人机在考古工地实拍的时候会遇到困难吗?社科院考古所第一次购置无人机是什么时候?
 
  刘建国:现在无人机技术已经非常成熟,掌握好电池可以支持的飞行时间,基本上不会发生什么意外。使用有图像传输功能的无人机能够实时监控拍摄范围和角度,可以很容易拍摄考古工地的各种超低空影像。如果需要制作考古遗址或发掘区的三维模型,拍摄前需要布设4个以上地面控制点标志,使用电子全站仪等设备测量各控制点的三维坐标。对于高低起伏较大的遗址或发掘区,应该使相机倾斜,拍摄不同方向的倾斜影像。
 

2013年9月使用四旋翼飞机拍摄新疆黑白石条墓地
 
  2013年8月,为配合考古所巫新华研究员在塔什库尔干塔吉克自治县发掘黑白石条墓地,购买了一架四旋翼无人机,携带一款半画幅的微单相机,9月份赴帕米尔高原拍摄黑白石条墓地。拍摄的影像很清晰地显示出遗址内浅色和深色碎石组成的条带,能够全面分析遗址内墓葬与碎石条带之间的关系。然后使用多视角三维重建软件处理超低空拍摄的影像,能够生成很好的三维模型,经过多次摸索,归纳出考古遗址的三维重建与生成正射影像图、数字高程模型、等高线图等的方法。
 

2014年7月使用六旋翼飞机拍摄考古遗址
 
  中国考古网:前年的香山科学会议上,郭华东院士提出了构建空间考古学学科体系的设想,作为一门交叉学科,它面临着人才培养的问题,考古学者对遥感技术不熟悉,遥感人员又对考古知识储备不够,您觉得应该怎么突破这种学科壁垒?
 
  刘建国:目前确实存在这种问题,考古人员与空间信息技术人员相互协调的确有些难度。现在很多考古单位与一些相关公司合作,建立考古现场信息采集与管理系统,或对发掘现场进行三维重建,同时一些考古博物馆也启动了数字博物馆建设,公司的一些空间信息技术人员长期驻扎在考古队或博物馆,与考古、文博人员多次交流沟通,基本领会考古研究、文物保护与展示的要求,取得了很好的合作成果,推动了空间信息技术在文博、考古领域的应用。
 
  为了更好地将空间信息技术运用到考古研究之中,各考古队应该有田野考古人员基本掌握地理信息系统、多视角三维重建等软件,以便更好地运用相关技术为解决考古学问题。随着信息技术不断发展,一些软件包括多视角影像三维重建等已经发展到了"傻瓜式"阶段,考古人员只要多花点时间去学习、操作,就能很好地掌握和运用。


2015年12月拍摄城河遗址前调试无人机

拍摄后查看效果并为学生讲解
 
  中国考古网:最近有一位比较有名的空间考古学家Sarah Parcak,她利用遥感技术通过卫星红外图像寻找埃及的消失古城,因为遥感等空间信息技术能够揭示出不易被人面肉眼发现的重要信息。您最近有对此进行相关研究吗?
 
  刘建国:红外遥感技术能够根据地表土壤、沙层等的含水量差异,显示出地下考古遗迹的分布特征,由此判读古城、墓葬、建筑基址等等。我们曾经分析安阳殷墟的不同时期卫星影像,在玉米收割过后,小麦还没长起来的10月份中红外波段卫星影像上,发现很多异常区域,实地钻探后证实为一些墓葬和建筑基址。每年5月下旬,洛阳汉魏故城等考古队都会使用无人机拍摄大量超低空影像,分析古代水系、城墙、建筑基址等遗迹,取得了令人满意的成果。
 
  考古研究所的很多考古队在开展田野考古工作时,都会使用1970年代前后的航空影像与卫星影像等遥感资料,分析地表、地下遗迹的基本情况,寻找有用线索,研究考古遗迹的分布特征,为考古调查、勘探、发掘提供直接依据。


2016年赴洪都拉斯科潘遗址进行拍摄
 
  中国考古网:您在国外参观考察的过程中,有没有看到他们在技术或方法上比较先进的一面值得我们学习的呢?
 
  刘建国:现在我们的考古工作中运用的空间信息技术、使用的设备等都非常先进,其中考古遗址、发掘现场、出土文物等的多视角三维重建等技术处于领先地位。但由于存在语言问题和没有引起足够重视,我们在国际上的宣传和交流不够,未来确实应该加强一些国际上的互动和交流。
 

新疆风景 刘建国/摄


新疆风景 刘建国/摄
 
  中国考古网:能否展望一下数字考古的未来发展趋势?
 
  刘建国:数字考古技术已经趋于成熟,硬件设备等也都能够满足工作需要,所以现在的问题就是如何组织实施。此外年轻的田野考古人员应该掌握一些技术流程和软件操作,否则即便有空间信息技术人员设计的信息系统、制作的三维模型等也无法很好地利用起来发挥应有的作用。只有田野考古人员掌握这些技术之后,才能够根据自己的理解、思考进行数据获取和研究分析,拓展研究领域,数字考古技术的优势才能够真正得到发挥。
 

西沙风景 刘建国/摄
 
  中国考古网:听说您是摄影爱好者,除了摄影外还有什么爱好吗?这些业余爱好对您的工作有没有什么特殊意义?
 
  刘建国:以前业余爱好比较多,现在只剩风光摄影了。读本科时开始练习中国画的山水画,看了很多山水画技法、构图、鉴赏一类的书籍,也临摹过《芥子园画传·山水》和张大千、石涛、八大山人等的画作,对中国画的技法、构图等都有了一些理解。后来由于事务繁忙,只能将毛笔、宣纸、徽墨等收藏起来,留待退休之后再练习吧。
 
  我本科专业是摄影测量与遥感专业,摄影是作为专业课程学习的,所以对照相机、成像原理、感光材料、影像质量等内容都非常熟悉,收起画笔之后就购买了照相机,从胶片相机到数字相机一共使用过十余台相机,出差的时候可以拍摄一些沿途风景,所以对照相机、风光摄影等都非常熟悉。受到早期练习中国画的影响,现在我拍摄的风景总是喜欢拍摄一些古朴、简单的场景,体现一种淡泊、超脱的境界。
 
  非常幸运的是我的工作与摄影爱好是一致的,无论是摸索多视角三维重建技术,还是尝试无人机超低空拍摄,我都凭借熟练的照相机使用与摄影技术,拍摄出最佳效果的数字影像,以便充分发挥软件的功能。

  中国考古网:是的,您在用光影艺术去探索考古、感受考古的魅力。最后再次感谢您接受中国考古网的采访。

 

作者:张小筑

文章出处:中国考古网