通过FARO 激光扫描仪的数字化扫描保存珍贵的蒙古草原古城遗址

【编者按】从日本关西机场起飞,仅 4 个小时就能到达蒙古首都乌兰巴托。向西 400 公里便是哈拉和林——原是成吉思汗于 13 世纪初建造的军事要塞,后被定为蒙古帝国都城。日本奈良大学于 2009 年在哈拉和林古城进行考古勘测时发掘出契丹时期的文物。这些文物现保存于 2011 年建成的哈拉和林博物馆,该博物馆的建设获得了日本政府提供的免息贷款。


蒙古与日本的合作始于 2009 年,当时奈良大学与蒙古科学院考古研究所签定合作协议,共同开展蒙古历史遗迹的调查与研究项目。三年后,前三个阶段的联合项目已于 2011 年底完成,第四阶段于 2012 年开始。这一阶段开始对遗址进行全面的调查,预计 2015 年可完成全部项目。

发现三维激光扫描

调查工作的目的之一是为该历史遗迹建立数字档案。在第三阶段,研究小组仅使用一种短距离的三维测量仪。但由于其测量范围小,研究人员难以捕获大范围的数据。当时,该调查项目的研究代表——奈良大学社会学系副教授Tetsuo Shoji 博士在奈良大学与其他大学的信息交流会上看到了 FARO Laser Scanner Focus3D 扫描的数据。

Shoji 副教授对 Focus3D 的集成式彩色摄像机、电子罗盘以及螺旋扫描进行了一番评估,认为它对于这一研究项目可能有所帮助,随后就在调查工作中引进了该设备。Focus3D 是一款三维激光扫描仪,能以高达每秒 976,000 点的测量速度捕获大量的信息。这一重仅 5kg 的高度紧凑和便携的设备很快被研究小组采用并部署到调查现场。

考古遗址现场出现的难题

2012 年 8 月 4 日到 8 月 12 日,由 15 名成员组成的调查小组在 Khar Bukh、Baibalyk 和 Khar Bargas 三处遗址现场进行了调查工作。第一处遗址 Khar Bukh 包含了从 9 世纪至 11 世纪的契丹时期遗迹。Khar Bukh 重建于 16 世纪,以该城原有的石头结构和城墙为基础建造而成,与另两处遗址相比,该遗址保存的较为完好。

考古人员正在使用 FARO Laser Scanner Focus3D 扫描位于 Khar Bukh 遗址的一座佛塔并建立数字档案数据

第二个遗址为 Baibalyk。虽然该地已被列为世界遗产——“鄂尔浑峡谷文化景观”,但如今只残存部分夯土结构,而其余的都变成了辽阔的草原,偶尔还可以望见游牧民族于废墟之间悠然自得地放牧。

                  

考古人员正在汽车顶棚上扫描位 于Baibalyk 的古垣              夯土结构的数字扫描图像

最后一处是 Khar Bargas 遗址。位于哈拉和林古城西北约 40 公里处,Khar Bargas 同 Baibalyk 遗址一样,也被列入世界文化遗产,但同样只有部分夯土结构建筑和佛塔残存。

                 

Khar Bargas 遗址残存的佛塔,位于山顶被称作                       位于 Khar Bargas 遗址的一个佛塔扫描图像

敖包的萨满教石塚

Shoji 副教授指出在对三个遗址进行调查时发现的共同问题:“这些遗址都已破败不堪并日渐消亡,估计十年后大部分都将不复存在。”

例如,Baibalyk 遗址的残垣上有黄蜂巢,这将导致残垣结构逐渐失去承重能力而逐渐坍塌。此外,当地牧民和他们的羊群常常来到遗址的顶部,加速了遗址的磨损和破裂。

“我们现在需要做的是使用最新技术原原本本地保留尽可能多的数据,”Shoji 副教授表示。

加快扫描过程

调查小组使用 Focus3D 对这三处遗址的外形进行扫描并创建数字档案。研究人员只有 9 天时间完成这一现场项目,因此快速地采集所有扫描数据对于他们及时地完成工作十分关键。Shoji副教授表示,在进行大范围遗址调查时,使用 Focus3D 让我们极大地缩短了扫描所耗费的时间。”

三维数据的未来应用

激光扫描仪为考古领域提供了易于采集和使用的三维数据,考古工作已进入前所未有的技术水平。但成本也是需要考虑的因素。在 20 年前首次出现的激光扫描仪数字建档对于小项目而言成本过高,但在过去五年中,激光扫描仪的价格大幅下降,使得三维扫描成为了考古领域首选的数据采集方案。

未来我们将考虑如何使用和应用所采集的数字数据,Shoji 副教授表示。“举个例子,我认为对遗址结构进行计算机图形重建或将数字数据与原始遗址结构进行对比将成为未来三维数据的实用应用之一。”

另外,Shoji 副教授对在移动车辆上安装 Focus3D 设备进行螺旋扫描以创建遗址的外观数字图像十分感兴趣,他表示正在准备对古城进行后续研究。

Shoji 副教授总结说,“我们与蒙古科学院的合作协议将持续到 2022 年,到那时,我们希望对古城的图像重建工作能够尽可能多地保存了这一珍贵的草原文化遗产。”

奈良大学简介

奈良大学成立于 1969 年,学校所处的宁静高地上有众多的寺庙、神社和众多的历史遗址。该大学致力于珍贵历史研究领域,具有较高的历史考古专业水平,吸引了来自日本各地的学生。此外,奈良大学作为日本第一所设立文化财产学科的大学,拥有众多著名的历史考古学专家。而于 2010 年成立的“社会学研究科”则将社会科学与信息技术相结合,教导学生利用信息媒体技术进行社会研究和分析。

此调查项目便是由文化财产研究科和社会学研究科共同进行的,充分发挥了各自的专长。文物部负责对遗址进行考古调查,而社会学研究部则利用信息技术建立遗址数字档案。

关于 FARO

FARO 是一家全球性科技公司,主要从事计算机辅助测量设备和软件的开发和销售。FARO 便携式测量设备可在生产和质量监控过程中进行高精度的三维测量,以及零部件和复合构造的比对。公司设备广泛应用于检测、成像、逆向工程、生产规划、库存和竣工文件、现场勘测以及事故现场或犯罪现场的调查和重建。

在 FARO 的支持下,法如的客户无需担忧其三维测量和文件归档的需求。作为便携式计算机辅助测量的先驱和市场领导者,FARO 持续不断地应用最前沿的科学技术,使其处于行业领先地位的产品更精确、可靠且便于使用。并致力于通过 FARO 测量设备简化客户工作,使客户能够大幅减少现场测量时间并降低总成本。

法如已在全球安装了超过 30,000 台设备,拥有超过 15,000 个客户。公司全球总部位于佛罗里达州玛丽湖,欧洲总部位于德国斯图加特,亚太区总部位于新加坡。FARO 在日本、中国、印度、韩国、泰国、马来西亚、越南、加拿大、墨西哥、英国、法国、西班牙、意大利、波兰以及荷兰均设有分支机构。


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