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科技考古 | 考古文物的多视角影像拍摄与三维重建
在考古发掘中会出土大量的文物，过去这些文物的影像资料要通过拍摄文物照片和考古绘图来完成。近年来，随着三维重建技术的快速发展，多视角影像拍摄与三维重建不仅可以使考古文物信息提取更加全面，考古绘图更简便精确，也能够为文物数据库和数字博物馆的建立提供强大的技术保障，满足考古文物现代化研究和展示的要求。
拍摄出高质量的数字影像是三维重建的前提与基础，相机设置为手动挡（M档），设置统一的光圈大小和曝光时间，光圈值一般为8或10左右，以确保数字影像具有足够的景深，曝光时间不低于1/30秒。感光度范围在100～400 之间，自动白平衡。拍摄的照片要求对焦清晰，并使相邻影像具有一定的重叠度，确保可移动文物全方位的影像获取。并且要在尽可能短的时间内完成拍摄，使每幅数字影像的亮度、反差、阴影等情况比较一致。拍摄时需要摆放控制点标志，以便获得文物的精准测量数据。
由于出土文物具有不同形态状况，配合各种拍摄条件以及Agisoft Photoscan软件后期数据处理的要求，为完成多视角三维重建要采用不同拍摄方法和技巧。
拼合拍摄法
拼合拍摄法是在自然光条件下将文物的上部和底部分别进行全方位多视角拍摄，拍摄文物的各面时要将文物放置在不同的两个台面上并分别安置在两个不同的位置上，使正反面拍摄时的背景环境形成差别。面对形态各异的文物，在使用拼合拍摄法时，可以根据其造型特点，采用多种方法来进行多视角三维影像拍摄。
例如可以双面垂直摆放的陶豆，将文物的正反两面分别摆放在不同台面上进行全方位多视角拍摄。单面可以垂直摆放顶部呈圆弧形的佛龛，将佛龛的顶部进行包裹保护之后垂直插入沙箱，然后分别对正反两面进行全方位多视角拍摄。
单面可以垂直摆放顶部呈圆弧形且窄薄易损的佛龛，将佛龛倒放然后铺垫其他支撑物，使佛龛倾斜，底座突出悬空，这样可以更好地对正反两面进行全方位多视角拍摄。体积重量巨大无法轻易移动位置的石雕人像，先是对人像的左侧进行了全方位多视角拍摄，然后在原地翻转到人像的右侧，用木板遮盖人像的四周，造成两面拍摄背景的不同，再对人像右侧进行全方位多视角拍摄。
拼合拍摄法的优点是拍摄方式灵活，可以完成多种形态类别文物的多视角三维影像获取。缺点是因为要采用自然光线，天气情况和光线条件会对拍摄效果影响比较大。
转盘拍摄法
这种方法的要求是在室内使用摄影灯光，也可加闪光灯进行补光。相机的设置需要使用手动挡（M档）设置统一的光圈大小和曝光时间，光圈值一般为14或16左右，曝光时间设置为1/125秒。
拍摄时将文物放置在转盘上，在转盘上标画出刻度，每旋转10-20度拍摄一张。将拍摄背景设置成完全单一的颜色，例如白色、黑色、灰色等。使用三脚架固定相机位置，通过三脚架高度的调整，拍摄不同角度，完成全方位的多视角拍摄。拍完正面后再将文物翻转，以同样的方法拍摄文物的底面。
转盘拍摄法的优点是在室内采用灯光拍摄，不会受到天气情况和光线条件影响。目前这种方法更适合拍摄一些特别细小和复杂的文物，其三维建模的效果和完成率要高于悬挂拍摄法和拼合拍摄法。缺点是目前使用转盘的尺寸和承重都有限，适用的文物受到了限制。另外拍摄方式不够灵活，拍摄设备相对复杂。
将拍摄的文物数字影像导入Agisoft Photoscan软件中进行三维重建，制作拍摄文物的三维模型。然后在三维模型上标注控制点的准确位置，输入控制点的三维坐标，将三维模型安置在平面直角坐标系中，最后导出通用格式的三维模型、正射影像图、数字表面模型等数字成果。
具有真实纹理的三维模型可以真实再现文物的原貌，进行全方位的观察，满足目前对文物数字化，信息化，数据化存储，展示和研究的需求。
而正射影像图在设置控制点的前提下，可以导出顶部、底部、前面、背面、右侧和左侧共六个方向的正射影像图，在此基础上绘制文物线图将比传统的方法更方便和精准。
目前三维重建技术不仅能够完全满足考古遗址、文物信息提取的精度要求，更因其使用的便捷性和灵活性，已经越来越多地被运用到考古研究、博物馆展示和文化遗产保护中来，取得了很好的成果。
（作者单位：中国社会科学院考古研究所）
编辑：张小筑
审核：李 政
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