考古发掘虚拟仿真实验的建设与思考——以体素模型应用为中心

摘要：

随着信息科学的快速发展,虚拟仿真技术在田野考古以及文化遗产保护工作中已得到广泛的应用并展现出巨大的价值.基于虚拟仿真技术开发的数字化实验,也成为理论与实践之外,高校人才培养的一种创新性教学方式.此前以考古发掘为内容的虚拟仿真工作中往往只能提供某一特定状态下的静态展示,无法全面反映古遗址整体的堆积情况,而据此开发的考古发掘实验中也难以实现对发掘工作过程的模拟.究其原因,三维模型是虚拟仿真工作的核心基础,而传统建模方法一般只能得到模拟建模对象外表面特征的"面模型",却缺失内部数据,因此难以实现对古遗址等内部结构复杂对象的模拟,也难以实现高水平的仿真互动以模拟考古发掘工作过程.体素模型,也称三维栅格模型,是通过三维空间中一系列连续排列的基元矩阵实现对立体对象的表达.这些基元被称为体素,如同海量的像素有序排列可以构成精细的二维图像,当海量的体素如积木般被拼搭起来则可以最大限度还原立体对象的整体特征.近年来,体素模型已开始应用于考古发掘虚拟仿真实验的开发.相关工作充分展示出体素模型技术在考古发掘实验领域的技术优势:首先,体素模型可以实现对空间实体由表及里的整体模拟,所以在表达如古遗址等非均质对象复杂的内部结构关系时,在仿真度方面具有显著优势.其次,通过对体素单元的编辑,可以实现模型分解、重塑等面模型无法支持的互动操作,从而满足模型根据用户的随机操作实时呈现非预设的高自由度变化的效果.应用体素模型技术,以真实田野考古发掘工作数据为基础,郑州大学历史学院开发的"田野考古发掘虚拟仿真实验"通过精细的遗址模型设计与操作设计,实现了对地层堆积情况较为复杂的古代遗址的高准确度模拟以及对于考古发掘工作过程与技术要点的高仿真度模拟.该实验已经应用于考古文博等专业的人才培养,作为传统实验教学模式的补充,可以有效提升教学质量.而该实验通过网络平台向全社会开放,也可成为公众考古宣传的新途径.

关键词：体素模型;古遗址虚拟仿真;考古发掘实验

所属期刊栏目：33

分类号：K854.1;K878;TP391.9(文物考古)

资助基金：郑州大学2020年度教育教学改革研究;实践项目资助2020ZZUJ XLX110,2019年度河南省虚拟仿真实验教学项目资助[豫教高2019672号-118

在线出版日期：2021-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：93-101