摘要：考古材料是考古學(xué)進(jìn)行研究和解釋的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著考古挖掘的不斷積累，逐步形成豐富珍貴的物質(zhì)材料庫，大量考古材料關(guān)聯(lián)的非結(jié)構(gòu)化信息數(shù)量迅速增長，傳統(tǒng)的信息管理手段難以滿足數(shù)智時(shí)代下對考古材料信息數(shù)據(jù)管理的要求。借助三維數(shù)字化模型、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)手段，考古材料信息的數(shù)字化建設(shè)和數(shù)據(jù)可視化分析能力不斷加強(qiáng)，顯著提升信息管理的數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)挖掘及可視化分析能力，在增強(qiáng)考古材料信息管理能力和效率的同時(shí)，為考古學(xué)研究創(chuàng)新提供了新的視角和科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：考古材料；數(shù)字化建設(shè)；數(shù)據(jù)可視化；數(shù)字技術(shù)

考古學(xué)是一門以物質(zhì)遺存研究為中心來探索人類過去的學(xué)科，而物質(zhì)遺存不僅是人類生產(chǎn)生活的直接見證，也是文化意義的主要載體[1]。隨著信息技術(shù)的不斷革新，數(shù)字化和智能化的數(shù)字技術(shù)手段逐漸以多種形式融合到考古學(xué)研究的各個(gè)方面，助力考古學(xué)朝著更加自動(dòng)化、科技化的方向發(fā)展?？脊挪牧戏N類規(guī)模多樣，包含信息細(xì)節(jié)豐富，除了不可移動(dòng)的遺址、遺跡、建筑物等大型遺存之外，數(shù)量占據(jù)絕大多數(shù)的是由各地區(qū)標(biāo)本庫房保存的人骨、動(dòng)植物遺存、陶器、石器、金屬器等標(biāo)本，且數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大。因此，考古材料所包含的海量復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)不斷擴(kuò)增。面對數(shù)智時(shí)代下智慧化的數(shù)據(jù)信息管理先進(jìn)理念和模式，不論從學(xué)術(shù)研究角度還是管理保存角度出發(fā)，考古材料信息管理都應(yīng)積極借助先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)手段，加強(qiáng)數(shù)字化建設(shè)及數(shù)據(jù)可視化研究，在提升管理效率和能力的同時(shí)，深度挖掘其背后蘊(yùn)含的巨大的學(xué)術(shù)研究價(jià)值和意義，同時(shí)也是加強(qiáng)遺產(chǎn)資源管理與提升考古科研創(chuàng)新能力的必然要求和發(fā)展趨勢。

一、加強(qiáng)數(shù)字化建設(shè)是考古材料信息管理的發(fā)展趨勢

1.數(shù)字技術(shù)發(fā)展多角度助力考古材料信息管理

考古材料信息管理貫穿于考古研究工作流程的全過程，從前期的戶外調(diào)查和田野考古挖掘，到收集和整理文物和遺跡資料，再到對考古材料開展交叉學(xué)科的實(shí)驗(yàn)研究，都離不開對考古材料信息的數(shù)字化管理和數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用。借助現(xiàn)代測繪、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，在田野考古各工作環(huán)節(jié)中形成的一系列多類型考古材料信息，逐步實(shí)現(xiàn)電子化、數(shù)據(jù)化、智能化的管理[2]。水下考古是考古學(xué)的組成部分或重要分支，是陸地考古向水下的延伸[3]。水下考古涉及的考古材料主要有古船、古代水利工程設(shè)施、沉船、飛行器殘骸、人類散落的遺跡等。近年來引入信息技術(shù)與精密科研儀器，產(chǎn)生了大量的電子數(shù)據(jù)，多地建立如水文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫等智慧化數(shù)據(jù)管理服務(wù)系統(tǒng)[4]。先進(jìn)多樣的數(shù)字技術(shù)正多角度、全方位地交叉融合到考古材料信息管理領(lǐng)域，在考古挖掘階段采用三維數(shù)字技術(shù)、地理信息技術(shù)，優(yōu)化了考古材料數(shù)字信息的采集和構(gòu)建流程?；谟?jì)算機(jī)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)搭建的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，大幅度提升了考古材料數(shù)字化信息的存儲與管理性能，借助大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、人工智能技術(shù)，使考古材料數(shù)據(jù)管理具備智能化分析與可視化共享能力。

2.提升考古材料信息管理的數(shù)據(jù)安全性

由于考古材料本身價(jià)值的珍稀性和唯一性，確保其安全完好地運(yùn)送到各地庫房永久保存，是加強(qiáng)文化遺產(chǎn)資源保護(hù)傳承的首要任務(wù)和要求。然而，考古材料在到達(dá)標(biāo)本庫房入庫保存之前，需經(jīng)過挖掘出土、采集搬拿、包裝運(yùn)輸和清理修復(fù)等一系列環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都面臨著復(fù)雜的材料損害風(fēng)險(xiǎn)，且損害過程往往不可逆、不可修復(fù)[5]。不同種類考古材料的保存對環(huán)境條件有不同的要求，包括溫度、相對濕度、光照度、大氣環(huán)境、生物危害等因素，如果無法滿足適宜的保存條件，則材料極易出現(xiàn)劣化、病害和污染等現(xiàn)象[6]。因此，考古材料信息管理具有容錯(cuò)性小且錯(cuò)誤難以恢復(fù)、安全要求等級高、材料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度要求高的特點(diǎn)，借助數(shù)字化手段可為考古材料管理在入庫保存前后階段均提供良好的安全性解決方案。在考古挖掘現(xiàn)場，利用三維激光掃描和數(shù)字化三維建模技術(shù)準(zhǔn)確記錄考古材料出土過程的現(xiàn)場空間測量數(shù)據(jù)；在考古材料入庫后，采用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（CT）、圖像處理技術(shù)等多種數(shù)字化信息采集技術(shù)，多維度豐富各考古材料信息數(shù)據(jù)庫。作為考古材料在入庫前的重要田野考古信息記錄和入庫后重要的自身屬性數(shù)據(jù)，數(shù)字化的信息采集和存儲有效提升了信息管理的完整性、準(zhǔn)確性和效率。相較于傳統(tǒng)的物理紙質(zhì)記錄信息管理手段，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)采用分布式云存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密、容錯(cuò)備份等多種科技手段提升并保障數(shù)據(jù)的安全性和實(shí)時(shí)性。多種信息的數(shù)字化使考古材料管理具備更高的容災(zāi)、抗災(zāi)能力，在實(shí)現(xiàn)安全長期存儲的同時(shí)，滿足多人同時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)取、隨時(shí)查看任意數(shù)據(jù)信息。

3.挖掘分析考古材料信息背后的大數(shù)據(jù)價(jià)值

大數(shù)據(jù)分析是指通過對大規(guī)模數(shù)據(jù)集的分析和挖掘，提取并解讀出數(shù)據(jù)背后潛在的關(guān)聯(lián)價(jià)值和規(guī)律信息，主要技術(shù)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析?？脊挪牧系臄?shù)據(jù)信息包含基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)模型、鑒定檢測數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)分析數(shù)據(jù)和修復(fù)復(fù)原數(shù)據(jù)等種類繁多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并隨著考古挖掘工作的持續(xù)開展，考古材料及其相關(guān)聯(lián)的信息不斷擴(kuò)增，數(shù)字化信息數(shù)據(jù)采集和管理是大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)和重要數(shù)據(jù)來源。依托在線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和智慧管理平臺，考古材料的數(shù)據(jù)管理水平和效率顯著提升，并為考古材料關(guān)聯(lián)的大量非結(jié)構(gòu)化信息數(shù)據(jù)的存儲和整合提供技術(shù)基礎(chǔ)。陜西省文物保護(hù)研究院整合統(tǒng)計(jì)豐富的文物實(shí)體及其關(guān)聯(lián)的大量文物信息，建立翔實(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并通過數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，為文物鑒定提供了重要的科學(xué)依據(jù)[7]?？脊挪牧蠑?shù)據(jù)具有增長速度快、種類豐富多樣、數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)價(jià)值隱蔽等特點(diǎn)，依靠傳統(tǒng)的分析管理方法，難以全面分析整體的數(shù)據(jù)特征及其相互關(guān)系，從而無法準(zhǔn)確地反映數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的價(jià)值關(guān)聯(lián)，且易出現(xiàn)遺漏和偏差。大數(shù)據(jù)分析借助數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段和強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施，自動(dòng)化學(xué)習(xí)并分析海量數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的未知規(guī)律和研究意義，在確保結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)保證高效的處理速度，為考古材料分析和研究提供新的視角和科學(xué)依據(jù)。

二、考古材料信息的數(shù)字化建設(shè)方法研究

1.三維數(shù)字化模型高精度還原材料形態(tài)

在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件條件支撐下，三維數(shù)字模型能夠高度還原物質(zhì)實(shí)體豐富的空間信息和高精度的紋理細(xì)節(jié)信息。考古材料由于價(jià)值珍貴、信息細(xì)節(jié)豐富，且隨著保存時(shí)間的流逝，老化風(fēng)險(xiǎn)增加，借助數(shù)字化三維建模技術(shù)可以高精度還原考古材料形態(tài)的細(xì)節(jié)信息，包括顏色、劃痕、形狀、尺寸等。完成考古材料在入庫前的三維數(shù)字化建模流程，首先是利用三維激光掃描或近景攝影測量技術(shù)，全方位、無接觸地精確采集材料的所有細(xì)節(jié)特征，然后對獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理、去噪、拼接等操作，以提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。優(yōu)化后的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)建模軟件和圖像處理技術(shù)進(jìn)行重建并優(yōu)化，生成高還原度、高分辨率的三維數(shù)字化模型。最后利用相機(jī)采集的紋理和顏色素材圖像，對三維模型進(jìn)行貼圖處理并根據(jù)渲染結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化，提升模型的真實(shí)感和細(xì)膩感?？脊挪牧系娜S數(shù)字化模型是考古材料信息管理中重要的數(shù)字資源，將物質(zhì)實(shí)體信息無損精準(zhǔn)映射到數(shù)字空間實(shí)現(xiàn)永久保存，詳細(xì)記錄考古材料入庫時(shí)的原始形態(tài)數(shù)據(jù)，為在此基礎(chǔ)上開展后續(xù)的模擬復(fù)原、虛擬重建等研究提供寶貴的原始資料數(shù)據(jù)庫。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新考古材料研究方法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）借助可穿戴式硬件互動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中與場景和物體的沉浸式交互，并且隨著信息技術(shù)和硬件設(shè)施的不斷進(jìn)步與發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)的互動(dòng)性與真實(shí)性進(jìn)一步提升。考古材料信息數(shù)字化采集與存儲方案的普遍應(yīng)用，為考古材料的研究和展示方式提供了全新的數(shù)字化創(chuàng)新契機(jī)。基于數(shù)字化三維建模技術(shù)搭建的虛擬仿真平臺和虛擬現(xiàn)實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將考古材料本體完全復(fù)刻呈現(xiàn)在虛擬空間中，打破了由于考古材料存儲的時(shí)空限制而難以開展廣泛研究的困境。在不接觸考古材料實(shí)體、對考古材料無損害風(fēng)險(xiǎn)的前提下，滿足多個(gè)用戶通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)并不限次數(shù)地開展沉浸式的教學(xué)體驗(yàn)和觀察研究活動(dòng)。鄭州大學(xué)歷史學(xué)院開發(fā)的“田野考古發(fā)掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”網(wǎng)絡(luò)平臺，通過虛擬技術(shù)還原遺址內(nèi)的地層、遺跡等堆積的結(jié)構(gòu)情況，模擬復(fù)雜遺址的田野考古發(fā)掘工作流程，并進(jìn)一步開發(fā)支持虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備的系統(tǒng)版本[8]。北京大學(xué)考古虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心設(shè)計(jì)開發(fā)的“文化遺產(chǎn)VR數(shù)據(jù)庫平臺”，將野外探查測繪獲得的文物古建筑數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫，通過VR平臺實(shí)現(xiàn)對古建筑形制和拼接的教學(xué)[9]?？脊挪牧系奶摂M仿真研究平臺同樣具有重要意義，在作為珍貴的考古材料的一種數(shù)據(jù)化備份保護(hù)方案的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，在不受限制、多角度地在虛擬環(huán)境中對材料進(jìn)行測量、觀察等研究與教學(xué)，提升了考古材料信息數(shù)據(jù)的使用價(jià)值和頻率。

三、考古材料信息數(shù)據(jù)的可視化分析

在新時(shí)代建設(shè)文化強(qiáng)國背景下，考古遺跡和歷史文物的保護(hù)和利用是弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重要任務(wù)和手段。豐富多樣的考古材料信息數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生和積累，使可供挖掘與分析的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)日益豐富，數(shù)據(jù)價(jià)值和蘊(yùn)含豐富信息的可視化呈現(xiàn)和分析，為考古研究提供了新的視角和便利。

1.Echarts數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)可視化通過可視化工具，使數(shù)據(jù)的視覺表現(xiàn)形式更加立體豐富，將隱蔽在數(shù)據(jù)中的信息直接呈現(xiàn)出來，提升了數(shù)據(jù)的表達(dá)效率和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系效率。Echarts數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是一款兼容性強(qiáng)、具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力的、支持多種可視化圖表類型的可視化工具，不同類型的考古材料信息數(shù)據(jù)基于Echarts技術(shù)的可視化展示與實(shí)踐，均表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。中北大學(xué)景志宇建立特定文物數(shù)據(jù)庫挖掘文物數(shù)據(jù)價(jià)值，并結(jié)合Echarts技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，采用不同的圖表類型來展示館藏文物數(shù)據(jù)，將挖掘的信息直觀呈現(xiàn)，并有效揭示了數(shù)據(jù)價(jià)值的關(guān)聯(lián)和意義[10]。北京郵電大學(xué)安寧基于各種類型文物中的傳統(tǒng)紋飾構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，利用Echarts可視化技術(shù)，通過地理地圖可視化和隱喻地圖可視化的方式展現(xiàn)紋飾之間的關(guān)系及演化過程，為挖掘更多有價(jià)值的信息提供便利[11]。借助數(shù)據(jù)可視化技術(shù)手段，將復(fù)雜多樣的考古材料信息數(shù)據(jù)通過圖形、圖像等形式直觀地表達(dá)出來，使得大量數(shù)據(jù)的基本特征和分布情況，多維度清晰展現(xiàn)，可謂一目了然，且更有利于挖掘和發(fā)現(xiàn)隱藏在信息數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和特征，從而提升從海量無規(guī)律數(shù)據(jù)中提煉有價(jià)值信息的效率和能力，為考古材料信息數(shù)據(jù)研究提供科學(xué)有力的支撐。

2.數(shù)據(jù)看板和地圖可視化呈現(xiàn)

不同種類考古材料出土的地理位置信息，可以反映不同區(qū)域的考古學(xué)和地方史研究的重點(diǎn)內(nèi)容和發(fā)展趨勢。對于考古材料地理位置數(shù)據(jù)的可視化分析，可以幫助快速定位文物密集分布的重要地點(diǎn)，并實(shí)時(shí)更新不同地理位置最新挖掘出土的考古材料信息，通過數(shù)據(jù)看板和地圖可視化的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，對考古調(diào)查和文物保護(hù)具有重要的指導(dǎo)作用。數(shù)據(jù)看板可以將與考古材料相關(guān)的出土遺址、地理位置、年代等重要信息以多種形式、不同維度展現(xiàn)在數(shù)字化大屏中，通過自助式交互操作實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的可視化分析，以滿足不同側(cè)重點(diǎn)的數(shù)據(jù)挖掘與對比。其中，考古材料信息數(shù)據(jù)看板中的地理數(shù)據(jù)可視化將地理數(shù)據(jù)信息具象投射到數(shù)據(jù)地圖上，以地圖的形式來直觀呈現(xiàn)和分析數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，數(shù)據(jù)地圖包含2D/3D矢量地圖、邊界地圖、瓦片地圖等多種表現(xiàn)形式，基于地圖地區(qū)的不同數(shù)據(jù)，根據(jù)需要，支持以不同的效果疊加多層展示在同一地圖中，如散點(diǎn)效果、飛線效果和熱力效果等，并且進(jìn)行縮放查看特定區(qū)域的詳細(xì)數(shù)據(jù)。從地理位置信息角度展現(xiàn)考古材料，實(shí)現(xiàn)對不同地理位置的考古材料情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助及時(shí)準(zhǔn)確掌握各區(qū)域考古材料的類型和規(guī)律，從而更好地對考古材料開展挖掘與保護(hù)工作。

四、結(jié)論

考古材料信息的數(shù)字化建設(shè)貫穿于考古材料挖掘與管理的全過程，借助先進(jìn)科學(xué)的信息化數(shù)字技術(shù)建立考古材料的數(shù)字化三維模型、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和虛擬仿真研究平臺，通過無損高效的方式將考古材料信息精準(zhǔn)提取并存儲到數(shù)字空間，有效提升了信息管理的數(shù)據(jù)種類豐富性、數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享性。大量的考古信息數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)挖掘和可視化分析來高質(zhì)量提取隱藏在信息背后深層次的價(jià)值、規(guī)律和關(guān)聯(lián)關(guān)系，為考古遺產(chǎn)資源管理保護(hù)和考古學(xué)科創(chuàng)新研究提供了新的科技動(dòng)能。

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作者簡介：

趙瑞（1993—），女，吉林遼源人。工程師，碩士，研究方向：數(shù)字化考古與文化遺產(chǎn)保護(hù)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理研究。