文 圖/孫志遠

如何全方位、多角度地記錄故宮考古遺跡？

文 圖/孫志遠

作為明清兩代皇宮的北京紫禁城，是世界上規(guī)模最大、保存最完整的古代木結(jié)構(gòu)建筑群，也是今天故宮博物院的最大典藏。紫禁城在建成近600年以來，基本格局沒有大的改變，但內(nèi)部各種宮殿、院落、排水系統(tǒng)等的改造重建從未停止。由于地面建筑疊壓的緣故，無法開展大規(guī)?？脊虐l(fā)掘以了解紫禁城的最初面貌和演變過程。近年來，故宮博物院為了配合工程建設(shè)，對地下遺跡也進行了有針對性的考古發(fā)掘和研究。以往考古遺跡資料的整理、存檔主要包括圖紙或某個角度的照片，現(xiàn)在僅靠這些手段并不能全面、直觀記錄遺跡現(xiàn)場。為了解決上述問題，我們在故宮考古工作中應(yīng)用多角度的數(shù)字影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集（以下簡稱“影像采集”）方法，全方位記錄故宮考古遺跡現(xiàn)場，更好地促進了研究和展示工作，為重構(gòu)和保存紫禁城歷史提供了不可替代的數(shù)字資源。

故宮考古遺跡影像采集方法的確立主要依據(jù)兩個方面。一是考古發(fā)掘進度，在理想狀態(tài)下，考古遺跡現(xiàn)場的影像采集工作應(yīng)是與發(fā)掘同步，時時采集，完整記錄考古發(fā)掘的整個過程，但相對應(yīng)的數(shù)據(jù)量與工作量也將十分巨大。因此，目前我們采用了針對階段性考古成果進行影像采集的方案。二是考古遺跡現(xiàn)場的實際環(huán)境，決定了影像采集的設(shè)備、工期。由于故宮考古遺跡一般具有面積較小、坑有深有淺、暴露時間短、需要繼續(xù)發(fā)掘或者回填等特點，因此如何在有效的時間內(nèi)獲得最佳的數(shù)字影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是工作中的一大挑戰(zhàn)。我們制定了相應(yīng)的標(biāo)準，規(guī)范采集數(shù)據(jù)的流程、光照、色彩、角度，影像數(shù)據(jù)的大小和分辨率以及數(shù)據(jù)管理。

根據(jù)以上情況和多個案例實踐，我們總結(jié)出了適用于故宮考古遺跡的影像采集方法，主要包括遺跡現(xiàn)場分析、影像采集方案制定、遺跡現(xiàn)場影像采集及后期數(shù)據(jù)管理四個方面。

遺跡現(xiàn)場分析

根據(jù)圖紙、影像、視頻以及遺跡現(xiàn)場情況等多方面因素進行分析，結(jié)合影像采集的使用需求和技術(shù)要求，從而有針對性地選擇拍攝方法。首先，依據(jù)遺跡自身構(gòu)成特點與作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境影響程度，進行作業(yè)片區(qū)的劃分。綜合分析發(fā)掘區(qū)域的面積、深淺，未發(fā)掘區(qū)域遺跡類型等特點，以及作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境是否搭架子、發(fā)掘區(qū)域是否積水等情況。其次，針對遺址構(gòu)成特點及考古進度，分析適合遺跡現(xiàn)場各個片區(qū)的采集精度及采集方式，如拍攝角度、影像張數(shù)及分辨率等。采集精度直接影響后期的使用，如考古研究、考古遺跡三維模型重建等。采集方式主要包括設(shè)備、現(xiàn)場布置可行性分析、光影設(shè)定及顏色管理方式分析等。

慈寧宮花園考古遺址現(xiàn)場

慈寧宮花園一處較深的遺跡

影像采集方案制定

通過對遺跡現(xiàn)場進行分析，進一步制定影像采集方案。首先要確定遺跡分區(qū)的劃分，以及每個分區(qū)的影像采集精度及采集方式。對于較為平坦、面積較大的遺跡，可以先按照面積、地理位置劃分為普通分區(qū)，而對于較深的發(fā)掘區(qū)域，或比較有特點的部分，可以針對性地劃分為特殊分區(qū)。其次確定影像采集的工期與順序。由于所采集的影像為多角度、全方位的遺跡影像素材，必須確保所有影像的光影、色彩、大小等信息完全一致。而遺跡由于暴露在外，影像采集對天氣、時間點的要求相對較高。同時需要采集的影像數(shù)量較多，某一個分區(qū)最好能一次性采集完成。因此必須事先細致制定拍攝計劃管理表，涵蓋采集的分區(qū)、影像大小、拍攝旋轉(zhuǎn)角度、天氣要求、時間節(jié)點要求等盡可能完善的信息，確保采集的效率，盡量限制采集的次數(shù)，制定相應(yīng)的作業(yè)規(guī)范，避免作業(yè)人員、設(shè)備對遺跡現(xiàn)場造成破壞，以及作業(yè)過程中人員意外傷害的可能性。為了后期數(shù)據(jù)更為便利的管理，一般可以按照地理位置、方位、考古發(fā)掘進度等順序依次進行影像采集。

例如，慈寧宮花園考古遺址的面積較大，因此首先將整個區(qū)域劃分為若干小片區(qū)進行影像采集。隨著考古工作的開展，在新的遺跡完成考古發(fā)掘之后，則將其單獨劃分為一個新的片區(qū)，針對性地進行影像采集。

遺跡現(xiàn)場的影像采集

首先是準備設(shè)備以及搭建拍攝環(huán)境。影像采集設(shè)備一般包括相機、燈、軌道等。對于相機的設(shè)定需要統(tǒng)一規(guī)范。對于較大面積的遺跡，可以對分區(qū)增加必要的標(biāo)記。在拍攝之前，確認拍攝環(huán)境前后的一致性。應(yīng)該盡量避免在能夠產(chǎn)生強烈陰影的天氣進行拍攝作業(yè)，絕對不能在多云天氣進行采集作業(yè)，因其會造成遺跡現(xiàn)場的陰影時時變化，使得影像的光影信息完全不一致，導(dǎo)致后期的三維模型重建失敗。

南三所外南側(cè)夯土基礎(chǔ)局部（西向東拍攝）

其次是進行拍攝作業(yè)。根據(jù)影像的利用目的，不同的用途有不同的拍攝方法。拍攝的影像可分為兩類。一是結(jié)構(gòu)與紋理類影像，可采取“分段拍攝”的方式。根據(jù)不同的精度要求，所要求的分段數(shù)也不一樣，通過事先計算好的分段精度進行拍攝，從而獲得連續(xù)完整的局部細節(jié)。拍攝時，相鄰影像應(yīng)具有一定百分比的重疊部分，應(yīng)盡可能使用沒有畸變的鏡頭。二是參考類影像，用于體現(xiàn)完整的拍攝環(huán)境、物體與物體之間關(guān)系及記錄作業(yè)情況，為之后學(xué)術(shù)研究及三維重建等提供參考。拍攝時可使用標(biāo)準或廣角鏡頭，盡可能體現(xiàn)物體之間相互關(guān)系及作業(yè)現(xiàn)場情況。

拍攝時還需重點關(guān)注光影設(shè)定和顏色管理。拍攝時的光影設(shè)定，以合成為前提分割成數(shù)張進行攝影的情況下，原則是所拍攝遺跡各分區(qū)的影像亮度值一致，這需要保證拍攝時曝光值一致。拍攝時的顏色管理可使用色標(biāo)，將色標(biāo)的顏色作為基準進行色調(diào)調(diào)整。同時，由于考古遺跡內(nèi)往往較為狹窄，應(yīng)盡量避免人為地對環(huán)境色彩的影響，如參與影像采集的工作人員不要穿著過于艷麗的衣服等。

影像數(shù)據(jù)管理

影像數(shù)據(jù)的管理分為兩個階段。首先是影像采集時的管理，注意各分區(qū)需嚴格按照影像采集要求，逐一有序地進行拍攝。無序拍攝會導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)在后期應(yīng)用混亂。其次是影像采集之后的管理。由于所采集的影像數(shù)據(jù)的數(shù)量大，容易散亂。為了滿足后期應(yīng)用的便捷性，可采用分區(qū)域的存儲方式對影像進行分類和管理，存儲數(shù)據(jù)文件層級可按照“考古遺跡名—分區(qū)位置—分區(qū)名稱—數(shù)據(jù)類型”的原則進行數(shù)據(jù)分類管理。

故宮考古遺跡的多角度數(shù)字影像是目前較為全面的記錄型影像，是富有鮮明時代信息的重要檔案，是研究紫禁城建筑沿革、文物相關(guān)歷史的重要資料，也是考古遺跡三維重建等后期應(yīng)用的原始素材。伴隨數(shù)字影像采集、加工與展示技術(shù)的發(fā)展，考古遺跡的多角度影像采集的方法也將與時俱進，更好地服務(wù)于考古工作，推動考古研究與展示工作不斷發(fā)展。

(作者為故宮博物院資料信息部攝影師)