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央視解密考古黑科技!高精度三維掃描測量技術助力重現歷史風貌

應用案例

2025.02.19

      在考古的世界里,學者們如同偵探,在廢墟與塵埃中追尋遠古的蛛絲馬跡,努力將零散的線索拼湊成完整的歷史圖景。如今,高精度三維掃描技術正憑借其精準高效的數據獲取能力,幫助考古工作者重現文明的輪廓。

      本期,讓我們跟隨央視紀錄片的鏡頭,走進考古現場,探尋高精度三維掃描儀如何成為考古學家手中不可或缺的神秘武器。

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高精度3D掃描破譯千年骨骼密碼

再現北周武帝“帝王風采”

      在復旦大學文少卿教授的帶領下,研究團隊采用先臨三維的高精度掃描設備,對距今1400余年的北周武帝顱骨進行了數字化重建。

      顱骨被置于勻速旋轉的托盤上,三維掃描儀投射激光束,并以每秒數百萬點的采集速度,精準捕捉并衡量顱骨表面的每一個點位,最終以微米級精度構建出顱骨完整的三維數字模型。

先臨三維手持式三維掃描儀掃描顱骨

      基于顱骨的高精度三維模型,研究團隊在三維建模和圖像處理軟件中模擬北周武帝面部軟組織的分布規律與厚度參數,逐步勾勒出他的面部輪廓。通過整合歷史時期人種特征數據庫,最終完成了這位帝王的相貌復原。

顱骨高精度三維模型

      高精度三維掃描技術不僅讓歷史人物的相貌重現成為可能,為文物碎片的重組與歷史解密提供了全新的科技路徑。

揭開古代窯工的“人生命運”

      面對承載著千年記憶的破碎文物,三維掃描技術以無接觸、無損害、全方位數據獲取的獨特技術優勢,巧妙地平衡了考古工作中“保護”與“利用”的雙重需求。南京大學歷史學院張敬雷教授的研究案例生動詮釋了這一應用突破。

      他對一具古代人骨展開深入研究,旨在確認其生前的身份。為了在研究過程中最大限度地保護文物,張教授先將椎骨碎片進行專業粘連復原,隨后引入先臨三維的高精度三維掃描儀,以便在不挪動椎骨的情況下進行全方位觀測。

先臨三維手持式三維掃描儀掃描古代人骨

      通過掃描獲取的高精度三維模型,不僅精確還原了椎骨的每一處輪廓,還讓研究者突破了物理限制——無論是微觀特征的放大觀察,還是多角度的自由旋轉,都變得輕而易舉。

古代人骨三維數據

      椎骨的形變揭示了墓主人生前的辛勞,結合考古現場的其他發現,這位兩千年前的勞動者可能是一名長期從事重體力勞動的窯工。三維掃描儀賦予考古工作者一雙跨越時空的眼睛,使歷史細節在高精度三維數據中得以重現,從而揭示文化歷史和人類生活方式的真實面貌。
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高精度3D掃描建立“數字檔案”


繪制壕溝遺址的“考古資料”

      在河南省一處重要考古遺址現場,先臨三維的工程師正在進行細致的勘探。隨著無線手持3D掃描儀EinScan Libre的緩緩移動,密集三維點云數據快速生成,精準捕捉了遺址的結構特征和紋理信息等數據,從而構建出壕溝遺址的原真彩色三維模型。

      傳統考古測繪依賴照片記錄與手繪線圖,難以精準捕捉地層中的細微結構及復雜突起形態,而大空間三維設備在局部精度與細節呈現上亦存在局限。EinScan Libre的三種掃描模式,兼具大場景高效掃描以及細節的精細還原,既能完整獲取遺址宏觀空間信息,又可靈活捕捉局部區域的精細特征。

無線手持3D掃描儀EinScan Libre掃描壕溝遺址

      掃描過程中,考古工作者能夠在EinScan Libre的高清觸摸屏中實時觀察數據獲取動態。掃描完成后,采集的數據經智能檢測算法快速處理,輸出高質量的考古繪圖及斷面正射影像圖。這些細致精確的視覺資料,為后續發掘與保護提供了科學準確的“數字檔案”。


考古繪圖及斷面正射影像圖


考古繪圖及斷面正射影像圖


解鎖唐代社會的“救濟圖譜”

      在鄭州唐開元寺人骨埋葬坑的考古發掘中,面對坑體面積大與遺骸密集疊壓的挑戰,考古團隊創新采用“整體提取+三維掃描”的科技考古模式,旨在通過數字化手段逐層剖析埋葬坑復雜的堆疊結構,以便提供全面而深入的研究視角。

技術人員在進行唐開元寺人骨埋葬坑清理前的三維數據采集

技術人員在進行唐開元寺人骨埋葬坑清理前的三維數據采集

      團隊首先將整個埋藏單元套箱提取至實驗室,同時在發掘現場進行全方位三維掃描,高精度完整記錄遺骸的原始埋藏狀態。在實驗室清理過程中,考古人員對遺骸進行分層處理,并運用三維掃描技術對人骨關鍵部位進行數據采集,隨后對掃描得到的數據進行整理、修復和建模等處理等。經過兩年系統性研究,這些三維數據揭示出重要歷史線索:這些遺骸極可能是開元寺主持埋葬的因災疫病逝的平民。

      三維掃描技術不僅完整保存了脆弱遺存的原生信息,更讓千年后的考古工作者得以透過數字模型,深入解讀唐代社會救濟制度。這些發現為研究唐代寺院的醫療救助、社會扶助及喪葬功能等提供了珍貴實物證據。



      每一幀精密的掃描數據,都是連接古今的時空橋梁;每一處精細的三維重建,都訴說著文明演進的動人故事。

      當高精度三維掃描儀的光源投射到歷史的痕跡時,我們不僅在數字的鏡像中觸摸文明最真實的脈搏,更展望了一個數字技術與人文深度融合,共同揭示歷史奧秘的未來。

      部分素材來源:中央電視臺紀錄頻道《考古學家的神秘武器》、中國文化報《科技賦能 與古為新》