《寻真——北京大学考古教学与科研成果展》之考古技术与方法单元

2018-05

  (编者按:由于赛克勒考古与艺术博物馆展览空间有限,《寻真——北京大学考古教学与科研成果展》的考古技术与方法单元展出两周后即已撤展。我们特别推出本篇报道,并附线上虚拟参观的链接和二维码,供未来得及参观这部分展览的师生、校友了解这部分内容。展览其他部分将持续展至2018年10月。)

 

  考古学是一门以古代物质文化遗存为研究对象的综合性学科。随着现代科学技术的发展,考古学所能获取的有关古代社会的信息量激增,研究的视角也在不断扩大。充分记录和认识文化遗产的历史信息,对更加全面深入地认识文化遗产的各方面价值,并为其保护、利用和传承提供坚实的历史和科学依据有重要意义。

  2018年4月28日,在北京大学百廿华诞之际,北京大学考古文博学院联合多家考古所、博物馆于北京大学赛克勒考古与艺术博物馆举办的《寻真——北京大学考古教学与科研成果展》(以下简称“寻真”展)正式开幕,以期通过回顾、反思和总结可谓“半部中国考古学史”的北京大学考古学学科发展历程,为寻找并复原一个真实的古代中国做出更大的贡献。“寻真”展共分六个单元:旧石器时代考古、新石器时代考古、夏商周考古、汉唐考古、宋元明考古和考古技术与方法。

  其中,考古技术与方法单元总结了北京大学考古文博学院考古技术方法教学与科研的成功经验——构筑世界一流的多学科研究平台,形成人文学科与自然科学联合攻关的创新机制、研究和教学模式,展示了北京大学考古文博学院各专业相关技术及装备的发展和应用历史,以及诸多优秀教学科研成果。

 

一、前言

  北京大学考古学专业于1952年成立,1957年开始独立开展田野考古教学实习。六十余年来,在学科建设、人才培养、科研成果等方面,为中国考古学的发展及文化遗产保护事业做出了重要贡献。随着学科发展的需要,北京大学考古文博学院围绕考古学优势,努力构筑一个世界一流的多学科研究平台,建成考古实验实践教学中心和考古虚拟仿真实验实践教学中心两个国家级教学中心,在古代遗存的发现与空间信息采集和分析、古代环境与景观、考古年代学、生业经济与技术、人类体质与生存状况、聚落形态与城市文明、宗教信仰与丧葬礼仪等方面取得大量新的教学、科研成果,并大力推进了文化遗产管理、监测、保护与应用的发展,形成了人文学科与自然科学联合攻关的创新机制、研究和学术模式。

 

二、科技考古相关技术及装备

 

图1 北展厅中厅

 

  “寻真”展考古技术与方法单元位于北京大学赛克勒考古与艺术博物馆的北展厅,展览内容分为中厅、东耳室、西耳室三个部分。其中,中厅北部展板展示了相关技术及装备在考古及文物保护方面的应用情况。

  考古文博学院科技考古的教学科研,从1973年开始建立碳十四年代实验室,经过几代人几十年的努力,逐渐发展和应用了多种测年手段及相关的科技考古研究方法,培养了一批科技考古人才。先后承担夏商周断代工程、中华文明探源工程预研究以及中华文明探源工程项目的年代研究工作,为中华文明起源和夏商周年代框架的建立奠定了坚实基础。其中与北大物理学院合作的加速器质谱碳十四测年技术达到国际先进水平。目前,以显微结构分析、主微量元素分析、同位素分析、GIS、3D扫描、虚拟仿真等一系列技术方法做支撑,承担国家和地方多项科研任务,在相关学科领域发挥重要作用。

  多样化的科技手段应用于考古发掘资料的提取及保护,可获取更多的信息,提高考古发掘现场、室内研究保护的技术水平。

  基于偏振成像仪的偏振成像技术,可应用于金石文物识别分辨等方面。基于高光谱成像仪进行的高光谱成像技术,可应用于去污、隐藏信息提取等方面。

  利用基于激光雷达的激光扫描技术,在考古发掘和测绘领域,可获取隐蔽区域地形地貌,构建地表和地面模型,为考古人员获取路径信息;在文物建筑保护领域,可对建筑信息进行综合记录与监测;在文物修复还原领域,通过获取复杂文物的高精度三维数据及并进行三维建模,可解决传统文物数据测量精确度不高、作业周期长、难长久保存的问题,亚毫米精度真实再现文物面貌,实现文物保护的数字化档案储存、三维可视化及虚拟三维重建。

  利用考古X射线探伤和CT技术可以非接触、无损、可直观、准确、清晰地观察、测量和分析被测文物内部结构和材质组成。此外,还可对可移动文物进行三维CT扫描成像,获得其三维结构数据,以建立三维数字化档案。

  利用微环境净化调湿技术可以连续调控空气质量和适度,为文物提供“稳定、洁净”的环境。

 

三、文化遗产田野踏查与测绘相关技术设备及发展历程

 

图2 文化遗产田野踏查与测绘技术设备应用发展历程

 

  赛克勒考古与艺术博物馆北展厅东耳室展示的是北京大学考古文博学院文物建筑专业田野踏查与测绘中所使用的技术设备的发展历程。

  99级、00级、02级古建筑测绘实习,主要使用传统的手工测绘装备,诸如小钢尺、卷尺、皮尺、水平尺、竹竿或塔尺(一种可伸缩的测量标高的长尺),为了提高现场作图效率,专门为99级配置了四台二手笔记本电脑用于绘制AutoCAD矢量图。

  从04级开始,文物建筑专业测绘开始使用需合作目标的全站仪(须配合棱镜使用)和激光测距仪,测绘总平面更加方便且准确。

  从06级开始,用上了“无合作目标”模式的全站仪,开始使用由协作公司提供的三维激光扫描仪,开展外业扫描工作。

  从12级开始,文物建筑专业配置了激光扫描仪,能够实现全部由同学自己完成外业扫描和内业数据处理;开始使用RTK(实时差分定位)、无人机和摄影建模软件,一些新的记录方法在逐渐探索形成。

  从14级开始在文化遗产踏查实习中开始使用全景摄影技术进行现场记录,并在内业中将采集的信息上传至文物建筑专业教师设计开发的“文化遗产踏查与记录系统”和“中国文化遗产全景库”。自此,北京大学文物建筑专业形成了三维激光扫描、航拍摄影建模、全景摄影这一整套文化遗产采集和测绘的外业工作流程。

  从16级开始,在“计算机建筑制图”和“中国传统建筑构造”课中使用三维打印机。

  更多科技测绘设备的使用给测绘和踏查工作带来很大变化,我们获取文物建筑信息的效率也明显提升。但是,任何设备也不能替代人与文物的直接接触。手工测绘仍被我们重视和保持,并在测绘中发挥着认识建筑历史价值、获得关键史料的重要作用。

 

四、考古地理信息平台与虚拟仿真教学课件建设

  在赛克勒考古与艺术博物馆北厅南部运用多媒体手段,展示了北京大学考古文博学院近年依托考古实验实践教学中心和考古虚拟仿真实验教学中心开展的考古地理信息平台与虚拟仿真教学课件建设成果。

  东侧弧形屏幕展示了“晋国墓地虚拟考古原型系统”。晋侯墓地位于天马—曲村遗址的中心部位,1980年-2001年,北京大学考古专业与山西省考古研究所合作,对天马—曲村遗址进行了多次大规模发掘,发现了居址、中小型墓葬、大型墓葬、陪葬坑、车马坑和丰富的文化遗物。其中,1992-2001年主要发掘了晋侯墓地,共发掘9组19座晋侯及其夫人墓以及附属的陪葬墓、祭祀坑,时代为西周至春秋早期。该虚拟考古系统以晋文侯M93号墓为实例结合文献,推演、虚拟周代王侯丧葬的主要流程,展示北京大学考古文博学院田野考古工作成果,以期让观众了解中国周代王侯丧葬礼制,晋国墓园基本概况,同时,引导学生形象、深入学习商周考古墓葬的基本知识。

  中央大屏幕展示了“大周原考古地理信息系统”和“山西高平开化寺全景漫游系统”。

  “大周原考古地理信息系统”涵盖了北大周原考古多年的考古成果,集成了周原地貌景观信息、河流水文信息和聚落形态信息。通过该地理信息系统,可以对周原考古信息进行储存和检索,定性定量研究和统计分析,实现考古成果的空间分析与可视化。

  “山西高平开化寺全景漫游”,则选取“中国文化遗产全景库”中的一个遗产点,呈现这种记录和呈现方式,为师生提供方便的线上研究资料,为观众提供文化遗产虚拟参观赏析的途径。

  西侧弧形屏幕展示了“司(后)母戊鼎体感互动系统”。该系统为北京大学考古文博学院与中国国家博物馆合作开发,可与观看者的体感动作进行交互,为研习者提供一个全新的360度了解司(后)母戊鼎的方式。

 

五、测绘线图、虚拟现实(VR)模型:两种文物建筑记录的表达形式

 

图3 文物建筑专业1999级至2014级本科测绘实习的部分作业

 

  赛克勒考古与艺术博物馆北厅西耳室展柜中所展示的是北京大学考古文博学院文物建筑专业1999级至2014级本科生测绘实习的部分测绘线图成果。这些成果选自文物建筑专业三年级下学期开展的“文化遗产踏查与测绘实习”课程作业。该课程是文物建筑专业的核心课程,包括踏查实习和测绘实习两部分。踏查实习分为北方线和南方线,踏查对象包含古建筑、古遗址、城市遗产地和博物馆等各类文化遗产。测绘实习分为早期建筑测绘(唐至宋元)和晚期建筑测绘(明清至近代)。

  自2001年1999级本科生开展测绘实习以来,至2017年2014级本科生完成测绘实习为止,北京大学考古文博学院文物建筑专业本科生共测绘了位于北京、山西、四川、安徽、浙江、河北、甘肃、广东等省市的50处建筑(群)。所测绘的建筑类型包括历代帝王庙、万荣稷王庙、寿县文庙、闸口白塔等古建筑,宁波凤岙村、温州水碓村等古村落,广元千佛崖、皇泽寺等石窟寺,故宫灵沼轩、大名天主堂等近现代建筑等。

  从中国营造学社以来,测绘线图始终是古建筑记录的基本表达形式,也是开展古建筑研究和教学的基础资料。近年来虚拟现实技术迅速发展,为文物建筑的记录、展示和教学提供了更多可能。与测绘线图位于同一展览空间内,本次展览特别设置了山西平遥镇国寺大殿(五代)和高平开化寺大殿(北宋)的浸入式VR体验展。在北京大学考古虚拟仿真实验教学中心团队制作的这两件高质量的教学资源当中,学生可使用虚拟现实头盔在古建筑内任意行走甚至跃上梁架,近距离查看学习古建筑大木、彩画等各种信息,充分发挥了虚拟仿真技术在古建筑教学中的优势。

  北京大学考古文博学院,在不断探索应用先进技术的同时,不忘考古研究与文化遗产保护传承的初心,砥砺前行。

 

展览虚拟参观二维码

 

  www.vr-heritage.com/tour/cb68f3a3a561b06e

 

  文:张剑葳、李芃芃

  图:吴煜楠