考古繪圖的歷史回顧、發(fā)展現(xiàn)狀與數(shù)字化展望

考古繪圖是考古學(xué)研究的基本方法之一，為考古研究提供科學(xué)的、直觀的、詳細(xì)的圖形資料，是考古學(xué)研究的重要手段，在考古研究中起著至關(guān)重要的作用，具有不可替代性。

一、我國(guó)考古繪圖的初創(chuàng)、發(fā)展現(xiàn)狀

從新中國(guó)成立初期直至當(dāng)代，國(guó)內(nèi)考古研究領(lǐng)域一直沿用傳統(tǒng)手工測(cè)量技術(shù)進(jìn)行考古繪圖工作。1982年出版的《考古工作手冊(cè)》被考古界奉為典范。其中以獨(dú)立篇章介紹了考古繪圖的基本理論和操作規(guī)范，其考古繪圖的操作方法和規(guī)范一直沿用至今。1993年《考古繪圖》刊印出版，考古繪圖學(xué)成為考古學(xué)研究中一門非常重要的技術(shù)性學(xué)科，成為各大院?？脊艑W(xué)、博物學(xué)專業(yè)的必修課。這兩本書分別介紹了考古繪圖的基本原理、操作方法和要求，以及測(cè)量工具的使用方法。但考古繪圖既不同于繪畫，又不完全等同于機(jī)械制圖，有其自身的特點(diǎn)和要求。除要求科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范外，還要求所繪制的作品要具有一定的立體感和藝術(shù)性。

在日常的繪圖工作中，要繪制一件文物實(shí)測(cè)尺寸圖，繪制過(guò)程大致如下：先把準(zhǔn)備繪制的文物水平放置于繪圖臺(tái)，預(yù)先選擇需要繪制的面，文物的兩邊設(shè)置三角尺以作縱向測(cè)量尺度作為直角坐標(biāo)，再在圖紙上繪制一個(gè)同樣的直角坐標(biāo)，用比例規(guī)通過(guò)測(cè)量文物輪廓上的關(guān)鍵點(diǎn)與到距離三角尺側(cè)邊對(duì)應(yīng)的數(shù)字交點(diǎn)，來(lái)確定這個(gè)點(diǎn)在圖紙上的相對(duì)位置，并把它標(biāo)記在圖紙上，從上到下依次進(jìn)行重復(fù)操作，待測(cè)量完畢用鉛筆把這些標(biāo)記連接起來(lái)，就可以繪出文物的外部輪廓。遇到結(jié)構(gòu)、形制較為復(fù)雜的文物，都要按照同樣的方法依次測(cè)量，繪制出文物完整的結(jié)構(gòu)和剖面以及紋飾等形成外輪廓圖，對(duì)于一般繪圖者來(lái)說(shuō)，草圖階段到此就基本完成了。但是對(duì)于要求較高的人來(lái)說(shuō)，還要進(jìn)一步深入刻畫和加工整理以加強(qiáng)整體感、立體感，最后在草圖上貼上硫酸紙用針管筆或其他畫線筆上墨清繪完成。圖稿從測(cè)量到草圖直至成圖是一個(gè)緩慢的過(guò)程，遇到稍復(fù)雜而又不規(guī)則的品種，如一些漢唐時(shí)期的陶塑，這些人物形象本身就是一件藝術(shù)品，人物的動(dòng)態(tài)和面部表情的刻畫是表現(xiàn)的關(guān)鍵，往往要花費(fèi)更多的時(shí)間和精力，每一張圖紙都要經(jīng)過(guò)精雕細(xì)琢才能達(dá)到完美。目前全國(guó)范圍內(nèi)的考古院所，大都沿用這種傳統(tǒng)手工繪制方法。

20世紀(jì)80年代中期，除了地市以及縣級(jí)文物考古單位，其他單位很少有這方面的人員配備，各省級(jí)考古研究單位因?yàn)閳?bào)告出版的需要大都設(shè)置有繪圖室，有專業(yè)的繪圖人員從事這項(xiàng)工作，雖然從事繪圖方面的人員數(shù)量上比較充足，但是傳統(tǒng)手工繪圖繪制速度非常緩慢，對(duì)于一個(gè)考古報(bào)告上千件甚至幾千件文物資料，也是杯水車薪，并不能滿足日益繁重的考古發(fā)掘工作的需要，另外，大量繪圖人員的減少也加劇了這種情況的惡化。從事考古繪圖的工作人員也越來(lái)越少，新進(jìn)入單位的正式員工也沒人自愿干這項(xiàng)工作，只有招聘一些臨時(shí)人員來(lái)頂替完成任務(wù)，培養(yǎng)專業(yè)繪圖人員任務(wù)似乎更困難了。

時(shí)間進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的環(huán)境使得考古發(fā)掘任務(wù)變得愈加繁重，國(guó)家為了更好地推動(dòng)科學(xué)研究進(jìn)步，考古發(fā)掘和研究逐漸以項(xiàng)目的形式出現(xiàn)，由于每個(gè)項(xiàng)目完成都有時(shí)間規(guī)定，出于工作需要，各級(jí)考古院所有意識(shí)地招聘一些技工做一些短期培訓(xùn)來(lái)完成此項(xiàng)任務(wù)。雖然這些工作可以完成了，但這些人員大都是被臨時(shí)找來(lái)，沒有基礎(chǔ)，邊學(xué)邊干，所繪圖紙都是簡(jiǎn)單的線條輪廓，并不注重細(xì)節(jié)的刻畫，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和造型都不能夠準(zhǔn)確描繪，導(dǎo)致藝術(shù)形象都某種程度的變形，尤其是一些人物面部造型因處理不當(dāng)而丑化，這些問題嚴(yán)重影響考古報(bào)告的質(zhì)量。有些人員即使有一定的繪畫基礎(chǔ)，技術(shù)水平進(jìn)步很快，但都因?yàn)闆]有經(jīng)驗(yàn)的積累，加上時(shí)間倉(cāng)促，所繪圖紙均不盡如人意。被出版社退回重繪的事情時(shí)有發(fā)生。這種情況的出現(xiàn)與訓(xùn)練有素的專業(yè)繪圖人員數(shù)量上的嚴(yán)重缺失有著很大的關(guān)系。面對(duì)當(dāng)前的局面，考古繪圖數(shù)字化為我們提供了一條解決問題的有效途徑。

二、數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用于考古繪圖展望

近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)革命促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)各方面的變革?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的普及，數(shù)子技術(shù)的發(fā)展方興未艾。數(shù)字?jǐn)z影、三維掃描技術(shù)誕生以及計(jì)算機(jī)圖形軟件的開發(fā)、應(yīng)用逐漸被引入許多專業(yè)領(lǐng)域，尤其是三維激光掃描逆向重建技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了物體測(cè)量的速度，它以精確的測(cè)量、完整的表現(xiàn)、豐富的信息和強(qiáng)大的圖像處理能力令傳統(tǒng)手工測(cè)量和繪制方法望塵莫及。在考古事業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)采集被廣泛用于考古發(fā)掘研究和成果展示方面，并取得良好的社會(huì)效益。就現(xiàn)狀看全國(guó)博物館系統(tǒng)走在了前列，取得的成績(jī)也都有目共睹。各地的石窟研究保護(hù)單位應(yīng)用三維激光掃描設(shè)備對(duì)石窟造像進(jìn)行測(cè)量，逆向建模生成數(shù)字化圖形圖像并且存儲(chǔ)起來(lái)，甚至可以利用這些資料與3D打印技術(shù)相結(jié)合，用于文物復(fù)制、文物修復(fù)的成功案例也不少。但是在考古繪圖方面至今仍然沿用傳統(tǒng)手工繪制方法，在數(shù)字化繪圖方面應(yīng)用大都沒有起步，國(guó)內(nèi)這方面的研究更是鳳毛麟角。只是到了近幾年，關(guān)于數(shù)字化應(yīng)用于考古繪圖方面雖有了一些理論性研究，但實(shí)際操作方面卻沒有大的進(jìn)展，一部分使用者也只是作為輔助工具能夠?qū)σ恍┬沃坪?jiǎn)單的文物做描摹處理，真正遇到造型復(fù)雜的對(duì)象，光靠簡(jiǎn)單的描摹仍然不能有效地解決問題，比如春秋時(shí)期青銅器的花紋、陶器上的裝飾和繩紋等，描摹起來(lái)工作量也是相當(dāng)大的，并不能有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率。這些圖形圖像的新科技和新設(shè)備在考古繪圖領(lǐng)域并不能夠得到很好應(yīng)用，要發(fā)表的考古發(fā)掘報(bào)告都需要大量文物線圖，這些矛盾始終無(wú)法有效解決。

據(jù)長(zhǎng)期關(guān)注發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)有關(guān)考古繪圖數(shù)字化理論也時(shí)有見諸報(bào)章和刊物上，個(gè)別經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的考古單位或個(gè)人也做過(guò)一些嘗試，雖然有了一定經(jīng)驗(yàn)積累，但是從目前情況看都不能形成一套完整的、行之有效的而又便于使用的操作方法，這也是長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)手工繪圖方法大行其道的原因。即便有人想在這方面有所成就，并付出過(guò)努力，但都因不具備熟練掌握繪圖軟件的能力而受到制約，更談不上在考古繪圖方面靈活運(yùn)用。對(duì)于剛進(jìn)入單位掌握這些圖形圖像軟件的畢業(yè)生，大都沒有考古繪圖的經(jīng)驗(yàn)積累，這也是目前考古繪圖數(shù)字化研究方面存在的嚴(yán)重障礙。目前國(guó)內(nèi)奉行的大量臨時(shí)繪圖人員的使用，某種程度上忽視了考古繪圖數(shù)字化方面的建設(shè)和人才培養(yǎng)，制約了新技術(shù)、新設(shè)備在考古繪圖領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

考古學(xué)研究的內(nèi)容是以類型學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)科，考古人員在研究中需要對(duì)器物的口沿、形制以及紋飾和制作工藝等進(jìn)行比較研究，結(jié)合地層學(xué)等才能確定文物的時(shí)代和分期，而考古研究需要以正視圖、側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖為主要形式記錄器物的尺寸、結(jié)構(gòu)、紋飾特征等文化信息。三維激光掃描逆向建模和數(shù)字?jǐn)z影為創(chuàng)建虛擬三維圖像提供了可能，充分利用數(shù)字?jǐn)z影、三維數(shù)字掃描重建，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，為考古繪圖測(cè)量技術(shù)的革新打開一片新的天空。這些新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用能夠很好地提高制圖的精準(zhǔn)度和美觀度。

數(shù)字?jǐn)z影和三維激光掃描逆向建模成像技術(shù)將有效地推動(dòng)考古繪圖測(cè)量技術(shù)的變革和進(jìn)步，現(xiàn)就這兩種成像方法和計(jì)算機(jī)圖形軟件作簡(jiǎn)單介紹。

1.高分辨率數(shù)碼相機(jī)拍照建模成像：數(shù)字拍照測(cè)量是利用攝影成像原理，結(jié)合繪畫透視學(xué)理論，對(duì)拍攝者和相機(jī)都有一些特殊要求。拍攝者需要盡可能避免拍攝成像發(fā)生透視變形。要避免這種情況的出現(xiàn)，作為考古繪圖照相機(jī)需要大景深、高分辨率數(shù)碼照相機(jī)并且又要與文物保持一定距離的情況下，才能夠有效減輕產(chǎn)生透視變形的問題，輕微的變形可以導(dǎo)入軟件加以校正。也可以利用普通數(shù)碼相機(jī)分段拍攝、環(huán)繞拍攝的方法拍攝一組圖片，并把它們拷貝到計(jì)算機(jī)，利用Photoscan、3Dmax等三維軟件生成虛擬三維圖像，在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出正射影像，再導(dǎo)入Adobe Photoshop（PS）或Adobe Illustrator（Ai）等平面設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行制作，最終就可以制作出精美的文物線圖。只是數(shù)碼相機(jī)拍攝測(cè)量與三維激光掃描測(cè)量相比較而言，在測(cè)量的效率和便捷性方面稍顯遜色。

2.三維激光掃描測(cè)量逆向建模成像：激光掃描相比數(shù)碼相機(jī)拍照測(cè)量更加智能化、便捷化和自動(dòng)化。三維數(shù)字掃描測(cè)量技術(shù)是利用激光測(cè)距原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息逆向建模，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)物體的三維模型，而不再需要三維設(shè)計(jì)人員手動(dòng)建模的一種自動(dòng)化設(shè)備。由于其具有快速性、非接觸性、實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、高精確度、數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化等特性，其應(yīng)用推動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的革命，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，如工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域、產(chǎn)品逆向建模設(shè)計(jì)領(lǐng)域、建筑裝飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域、古跡古建筑數(shù)字圖像領(lǐng)域、娛樂動(dòng)畫、虛擬博物館場(chǎng)景建設(shè)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。只是這些應(yīng)用都是在三維動(dòng)畫創(chuàng)作范疇進(jìn)行的，真正用于考古繪圖方面涉獵不多?；诳脊爬L圖的特殊性，目前還沒有一種軟件是為考古繪圖工作量身定做的，這方面應(yīng)用研究也都是處在剛剛起步的階段。此外，三維激光掃描對(duì)于考古出土的大量陶片和殘器通過(guò)掃描后，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)就可以便利地制作文物復(fù)原圖，操作人員在設(shè)計(jì)軟件上用參考線即可確定它的口徑和腹徑尺寸，極大地方便了對(duì)于這些文物圖像的復(fù)原。

3.計(jì)算機(jī)圖形軟件介紹：不論什么先進(jìn)的技術(shù)，離開計(jì)算機(jī)和圖形軟件是不可想象的。圖形軟件大致分為二維和三維軟件兩類，兩種軟件側(cè)重點(diǎn)不同，各有其特點(diǎn)，目前，兩者在某些方面也有一定程度的融合。二維軟件：Adobe Photoshop（PS）或Adobe Illustrator（Ai）等。三維軟件：Photoscan、3Dmax等。

三維軟件建模的過(guò)程是通過(guò)預(yù)先畫出物體的正視圖、側(cè)視圖、頂視圖及尺寸等二維數(shù)據(jù)來(lái)建模的，再通過(guò)貼圖、渲染等自動(dòng)生成一個(gè)三維立體的虛擬圖像。利用這種方法可以模擬實(shí)物場(chǎng)景，給人以身臨其境的視覺沖擊。適用于3D游戲設(shè)計(jì)、虛擬博物館建設(shè)、虛擬出土文物成果展示和工業(yè)設(shè)計(jì)等。建模師的工作是把設(shè)計(jì)靈感變成立體的模型呈現(xiàn)出來(lái)，這個(gè)建模的過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。如何快速和準(zhǔn)確測(cè)量是考古繪圖首要的難題，解決問題的方法就是用激光掃描設(shè)備通過(guò)掃描文物的表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向建模重建物體的三維立體圖像，既省時(shí)又省力，大幅度縮減了人工建模所需要耗費(fèi)的精力和寶貴時(shí)間。把這些通過(guò)三維掃描儀所采集的圖像數(shù)據(jù)信息拷貝到計(jì)算機(jī)，采用三維軟件自動(dòng)生成我們需要的正射影像。二維軟件是專門用來(lái)制作線圖的工具，對(duì)圖案、繁縟花紋的處理有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。我們把這些用三維軟件生成的二維圖像導(dǎo)入PS等二維軟件中處理，既簡(jiǎn)便又高效。至于操作的方法，由于篇幅所限，在此就不再展開。上述這兩種方法也僅限于生成正射影像圖，由于大部分器物內(nèi)部空間狹小，三維掃描很難完成，剖面部分只能通過(guò)手工測(cè)量。當(dāng)然，測(cè)量后還需要導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行編輯處理加以合成，這個(gè)過(guò)程仍然不能完全脫離手工測(cè)量，解決這個(gè)問題的有效途徑主要是找尋到一種能透過(guò)文物又不損害文物本身的可以生成圖像的設(shè)備，類似工業(yè)CT或X光機(jī)設(shè)備為此提供了一種可能，如果利用得當(dāng)，剖面測(cè)量的問題即可迎刃而解。

4.文物二維線圖制作流程：數(shù)碼相機(jī)拍照或三維激光掃描生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)—導(dǎo)入計(jì)算機(jī)利用三維軟件生成三維圖像—轉(zhuǎn)換并導(dǎo)出正視圖等二維圖像—再利用PS等二維軟件重描生成二維文物線圖。

三、結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，這些新科技、新技術(shù)成果的出現(xiàn)，為考古繪圖數(shù)字化研究提供了可能，利用好它，是我們繪圖工作者多年的愿望。這一領(lǐng)域的深入研究將會(huì)極大地促進(jìn)考古繪圖測(cè)量和繪制方法的變革。

作者單位：河南省文物考古研究院