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【摘要】：考古遗产是古代先民在漫长的历史发展过程中创造出来的文化遗存。这些遗存种类多样，内涵丰富，不但具有极高的学术价值，也是宝贵的社会资源。如何记录保护好这些不可再生的宝贵资源并充分展示并发挥其学术价值和社会价值？这是当前考古文博工作者面临的重要问题之一。本文通过安阳曹操高陵的虚拟再现项目的具体实践，结合考古文博学科研究过程中的具体要求，谈谈3D激光扫描技术在考古遗产的发掘、整理、研究和展示利用过程中的具体应用，对3D激光扫描技术在考古文博领域中的应用前景和存在问题进行初步探讨。由于作者的学识有限，在本文中存在的问题请老师斧正。
【关键词】：考古遗产；3D激光扫描；记录与再现
引言
在考古學的研究过程特别是田野考古发掘研究的过程中，发掘出土了大量种类繁多，内涵丰富的古代遗址、遗迹和遗物。然而，由于田野发掘工作受时间、天气、经费以及参与人员的专业素养等多种因素的影响，发掘工作中往往会出现失误，第一手资料的采集在一些细节问题上不够详实，对于进一步的研究产生影响。同时，在考古研究的过程中，大部分的遗址和遗迹在发掘后进行回填处理，而且发掘工作过程中也會对遗址和遗迹造成不同程度的破坏，大量的遗物由于保护条件、博物馆展陈空间、文物修复技术等条件的限制无法进行展示。这些问题都会对进一步的研究和保护展示利用产生不良影响。3D激光扫描由于自身在信息采集、处理和展示方面的优势，对于考古学和博物馆学的研究有很大的作用。
一、什么是考古遗产
1990年10月， 国际古迹遗址理事会全体大会第九届会议在瑞士洛桑通过的《考古保护与管理宪章》规定， 考古遗产的定义“ 是根据考古方法提供主要资料实物遗产部分， 它包括人类生存的各种遗存， 它是由与人类活动各种表现有关的地点、被遗弃的结构、各种各样的遗迹（ 包括地下和水下的遗址） 以及与上述有关的各种可移动的文化资料所组成。”
李晓东先生在《关于考古遗产研究与保护的几个问题》一文中指出：“考古遗产总的包括遗迹与遗物两大类。遗迹有古文化遗址和古墓葬。前者包括洞穴遗址、聚落遗址、古城址、古窑址， 以及宫殿址、住宅址、寺庙址、矿冶址及有关设施，等等。后者包括单座墓葬、墓群、陵墓及有关设施。遗物的种类繁多， 有工具、武器、日用器具、装饰品等， 每一类中都有若干小类。古代器物有石器、玉器、青铜器、铁器、金银器、陶瓷器、玻璃器、漆器、竹木牙雕器，以及纺织品、古钱币、度量衡器、节符牌券、玺印、文具、简犊、雕塑、画象砖（石）， 等等。此外， 还有人工培育的农作物、家畜、家禽， 以及渔猎、采集所获的遗存。”[1]
综合上述观点来看，考古遗产应该是考古学发掘和研究的对象即实物资料，包括古代人类活动遗留下来的遗迹、遗物及与人类活动相关的自然遗存。这与考古学的研究对象是一致的。
二、什么是3D数字建模
3D数字建模技术，又称三维数字建模技术，是计算机技术与测绘技术等交流融合产生的新技术之一。
其总的技术路线是：3D 造型--成像和投影--真实感图形处理--图像输出，主要包括两部分工作，一是几何建模，是指采用多边形或三角形拼构对象的立体外形，强调的是模型的精确度。二是图形建模，是为逼近对象表面色彩、质感而采取的纹理映射、颜色和光照等真实感技术，强调的是模型的逼真度。两者的适当协调即可实现三维实体模型的构建。[2]
具体的应用技术包括数字摄影测量、结构光获取及三维激光扫描等。由于其自身技术特色，该技术广泛应用于地质研究、城市规划、地图测绘等多个学科和领域内。
而在考古遗产的保护和利用方面，主要是利用三维数字建模技术记录考古遗产详细信息并以数字化可视模型的形式展示考古遗产。其中应用较多的也是本文主要介绍的就是三维激光扫描技术。
三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。
本文所介绍的是斯蒂欧（Stereo）三维扫描系统。该系统光学是将光栅连续投射到物体表面，摄像头同步采集图像，然后对图像进行计算，并利用相位稳步极线实现两幅图像上的三维空间坐标（X、Y、Z），从而实现对物体表面三维轮廓的测量，进而通过后处理软件处理采集数据完成三维模型构建。该系统能在几十秒的时间内扫描精度较高的点云数据，并能完整的输出相应的高清结果。
斯蒂欧（Stereo）三维扫描系统主要包括硬件和软件两个部分。
硬件部分主要包括扫描仪（包含投影仪、相机和镜头），三脚架，电动旋转平台，平面标定板，圆柱标定块，高清单反相机以及相关的电源和数据插线。。
软件部要包括点云扫描软件ZGScan，点云后处理软件ZGWork，
相机标定软件ZGCali，高分辨率影像配准软件ZGTex。
ZGScan 软件的主要功能是控制扫描仪进行扫描测量获取点云数据，具体包括以下几方面：
（1）扫描仪硬件的控制，包括结构光投射、相机获取影像、旋转平台旋转等；
（2）扫描数据处理，包括特征提取、匹配、三维坐标的计算等；
（3）相机的标定，确定相机的焦距、像主点、畸变参数等；
（4）旋转平台的标定，确定旋转平台在相机坐标系的位置和姿态；
（5）基于旋转平台的点云拼接。
ZGWork 软件的主要功能在于对获取的点云数据进行处理，生成需要的成果，具体包括以下几方面：
（1）粗差剔除，检测数据中的错点并删除；
（2）点云拼接，通过人工指定初始值，精确计算点云拼接参数； （3）点云融合，将多片点云综合成一片；
（4）三维构网建模，确定三维点云中点与点之间的连接关系，构成三角网，建立三维表面模型；
（5）模型简化，进行数据抽稀减少数据量，在此过程中尽可能保持特征；
（6）纹理自动映射，将保存的纹理数据映射到表面模型上，生成具有真实纹理的逼真的三维模型。
ZGCali 软件主要功能在于对相机的内外参数进行计算，生成包含相机内外参数的文件提供给ZGTex 进行调用。
ZGTex 软件主要功能在于同步影像配准单反数码相机拍摄的高清影像，根据高清影像生成无缝纹理模型。该模块是对模型进行高质量纹理重建的关键步骤。
使用斯蒂欧（Stereo） 3D 扫描系统进行三维重建时，首先要使用点云扫描软件ZGScan 得到点云数据，然后将扫描得到的点云数据导入到后处理软件ZGWork 中进行编辑（包括法向计算、粗差点剔除等）、拼接、融合、构网建模、模型简化、纹理映射等，得到所需的三维模型数据，再由ZGTex 进行高分辨率纹理影像配准，最终得到具有高清纹理影像的模型。
三、曹操高陵的工作成果
曹操高陵位于河南安阳市西北约15 公里的安阳县安丰乡西高穴村。该地西依太行， 北临漳河， 南倚南岭， 地势较高。西高穴村向东7 公里为西门豹祠遗址， 14 公里余为邺城遗址。东临安阳固岸北朝墓地， 隔漳河向北为讲武城遗址和磁县北朝墓群。
墓葬平面呈甲字形， 为多室砖室墓。坐西向东， 方向110 度。墓圹平面呈前宽后窄的梯形， 东面最宽22、西面较窄处1915、东西长18 米， 面积近400 平方米。整个墓葬占地面积约740 平方米， 由墓道、砖砌护墙、墓门、封门墙、甬道、墓室和侧室等部分组成，全长近60 米 。墓室、甬道和侧室均用长48、宽24、厚12 厘米的大砖垒砌而成。
墓葬虽被多次盗掘， 破坏严重， 但仍出土了一批遗物。计有金器、银器、铜器、铁器、玉器、骨器、漆器、瓷器、釉陶器、陶器、石器等。据初步统计， 出土可复原的遗物约400件。其中，有反映墓主人身份的刻铭石牌和铁甲、剑、镞以及时代特征明显的铁帐架构件等。另外， 还有铜带钩、 鎏金盖弓帽和大量的云母片以及陶器残片等。[3]
本次项目利用三维激光扫描系统，对安阳曹操高陵出土的部分文物进行扫描，提取点云数据信息，构建数字三维模型。
采集数据信息的文物从器型上分主要有豆、盆、罐、杯、鼎、瓶、盒等容器；还有勺、叉等生活用具；此外还有香炉、灶、仓、井、猪圈等随葬冥器。棺钉、棺环、棺饰板等葬具，带有铭文的石牌。从文物材质上分主要有陶器、瓷器、石器、金属器，其中主要部分为陶器。上述器型中在罐类中有瓷器，葬具为金属器，瓦当、石刻、石牌小件为石器。其余器型均为陶器。以下為一些器物的扫描效果图。
刻铭圭形石牌 2件，均长10.8、斜边长2.5、宽3.2、厚0.6 厘米。尖部中间有穿孔， 孔内有铜环， 铜环连以铜链。上面刻有“魏武王常所用挌虎大戟” 、“ 魏武王常所用挌虎短矛”字样铭文。
釜形鼎 1件，泥质灰陶，圆唇， 敞口， 低领， 折腹， 两耳外撇， 三蹄形足。口径10.4、高12.1 厘米。
耳杯 1 件，泥质灰陶， 橢圆形口。圆唇， 敞口， 弧腹， 两宽
耳。口长径8、短径6.3 厘米， 底长径4.2、短径2.4 厘米 。
尊 1 件，泥质灰陶， 圆筒状， 口略大于底部。方唇， 口沿下附
双耳， 斜腹， 平底， 三低矮蹄形足。口径10.8、底径9.3、通高10.2 厘米。
三足器 1 件，泥质灰陶，方唇， 敛口， 宽沿， 圜底， 中有一空柱， 下有三兽形足。口内径16.5、外径21、底径11.2、足高4.5 厘米。
四、关于三维数字建模技术应用的思考
3D扫描系统在考古学领域的应用前景很广阔。三维数字化应该是未来考古学与博物馆学的发展方向之一，也是考古遗产的保护和展示利用的重要手段。目前，三维激光扫描技术在考古文博领域中的应用主要朝着以下三个方向发展：（1）三维记录：使用三维激光扫描技术来保存、记录考古发掘过程中的信息数据，包括发掘现场、出土的文物、古迹、古建筑物等；（2）三维重现即使用虚拟现实技术，多媒体等技术对遗址进行建模、渲染；（3）三维传播即通过网络对遗址、文物进行浏览、漫游和展示。
考古学的研究与发现是建立在古代人类活动遗存的基础之上，目标是为了重建古代人类的物质和精神文化的面貌。要实现这一目标，就需要对古代人类活动遗留的遗迹和遗物（考古遗产）进行分析和研究，已提取其中所蕴含的的信息。考古学的基本方法层位学和类型学就是有效提取和解读信息的方法。
对考古学研究而言，信息提取的越全面、越深入，研究的广度和深度就能增加，研究的结果更具可靠性。目前，科技考古的兴起就是这一趋势的体现。通过引入最新的科技成果，更准确、更快速、更全面的提取遗迹和遗物的信息，从而服务于考古学研究。科技考古在信息的提取的全面性和准确性较传统考古有优势。这也是科技考古兴起的缘由。数字化和信息化是科技发展的趋势之一，同样，也是科技考古发展的趋势。这也符合考古学研究的需要。
对于考古遗产的保护和展示利用而言，记录和展示是最基础的部分。对于考古遗产来说，保护的基础是记录，利用的基础是展示。不论是遗迹还是遗物保护的前提是掌握考古遗产的信息。信息的记录的越全面越完善越有利于保护工作的进行，包括档案的建立，修复工作等一系列保护工作都建立在信息记录上。而要利用考古遗产，最主要的方式是展示，这是对考古遗产原貌的再现。由于部分的考古遗产如建筑、大型墓葬、石窟等具有空间大，不可移动的特点，要体现其整体面貌，就需要借助科技手段对其进行整体重现。三维建模技术在考古遗产信息的记录以及展示与再现方面，有自身独特的优势。 首先，考古学研究的成果以文字和图片为主，三维数字化构建的三维模型（在保证精确的前提下）比文字和线图照片更直观，更容易被认知，在展示和宣传考古学成果和考古遗产方面更具优势。目前，电子博物馆和虚拟游览等展示手段对于博物馆的展出效果和对考古遗产的宣传效果要比静态的文物展更有吸引力。
在国际上，很多国家已经开始了对数字化考古工作的研究和应用，美国斯坦福大学、华盛顿大学与Cyberware公司合作完成的数字化米开朗基罗计划使用三维扫描仪记录了十座米开朗基罗所塑造的大型塑像，包括著名的大卫像，并在旁建立了交互式的计算机环境供参观者使用。近年来，我国在文物考古领域也开展了一系列三维激光扫描技术应用实践工作，如故宫博物院正在开展的古建筑数字建模项目，洛阳龙门石窟研究院利用三维技术建立的数字档案。这些实践工作为三维激光扫描技术在考古文博领域的进一步深入开展都是有益的探索和实践。而秦俑二号坑遗址三维数字建模项目的工作实践表明，在考古发掘与文物保护展示利用工作的同时，引入三维数字化技术，对考古遗址的相关信息进行同步采集和处理，并进而建立数字模型，不仅可以满足考古发掘过程中科学、准确获取遗址各类信息的要求，同时也为后期研究、保护、展示、考古资源管理、公众教育奠定了重要的基础。[4]
另外，在确保精准度的前提下，三维数字模型完全可以替代实物进行类型学的排比研究。三维模型可以轻松的调整各种视角，进行放大缩小，并能实时测量各种细节数据，对于类型学的分类对比研究要优于文字和图片资料。
其次，考古學从田野调查到发掘再到室内整理，一线考古工作者的田野工作水平对结果有很大影响，田野发掘中遇到诸如地层、遗迹的划分等具体问题时一线考古工作者的主观判断会决定发掘结果，一旦发掘错误，其过程具有不可逆性，发掘的本身对遗迹也是一种损坏。这对于第一手的资料的详细和准确程度就有要求。在这方面，三维数字建模相对于传统的发掘笔记有优势，如果能在一线发掘过程中能有手持的三维扫描设备对发掘过程进行实时记录，再配合文字和照片，就可以更大程度上还原发掘过程中的真实情况，对于后续的研究工作就能避免错误和疏漏，发掘的结果更接近真实情况。建立在这个基础上的考古遗产保护和利用工作就更加方便快捷。
再次，三维数字化在信息的收集和处理方面能更方便快捷。在考古学研究中，三维建模系统能轻松展现文物细节，并能测量文物包括长、宽、高、厚度、口径、内径以及各个细节角度在内等实地不方便测量的数据，并能生成线图，方便单个文物的对比研究。
三维建模系统可以构建整个考古工地的三维模型，从地层到遗迹再到遗物能够统一于一个三维坐标系内部，其空间相对位置关系和时间序列都清楚明了，并能根据相关特征进行分类统计和检索，形成电子版的发掘日記，在接近真实视野的条件下对于考古工地发掘报告的撰写和后续研究都有帮助。同时，依据这样的整体三维模型，对于整个遗址和具体的遗迹和遗物的保护工作就有了明确的依据，对于后续的保护规划有较高的参考价值，能较为全面的展示和再现其风貌。
最后，三维数字化系统能直观的展示从遗物到遗迹到整个遗址的时间和空间上的相互关系，这不仅方便了考古遗产对于公众的宣传和展示，也对于相关的考古学、博物馆学等学科的教育和学习有帮助。
可探索实现虚拟现实游览和虚拟发掘、虚拟展示，这是考古与文博学科新的发展方向。
此外，在具体实践中，三维数字建模技术的应用也存在两方面的问题。一方面是需要相关的科技方面的技术支持。能够提供精确、可靠、稳定的相关的技术设备和处理软件，能够实现考古文博以及考古遗产保护展示利用所需要的各项功能。这需要多学科联合的科研攻关工作。另一方面是对于相关的技术人才的培养工作。既能够熟练的掌握相关的技术设备与软件的操作与使用，有对考古文博等学科有相应的基础和认识。这需要多学科联合的人才培养工作。
小结
3D扫描系统和三维数字建模在田野发掘、考古学文物研究和考古遗产的保护与展示利用方面中有很大的应用潜力，对于考古学、博物馆学研究的多个方面都有很大的帮助，而且三维数字建模是很好的多学科合作的良好平台。科技考古特别是三维数字建模与考古文博学可的结合点就是信息化。对考古遗产信息的精确全面采集记录到快捷处理再到直观的展示与再现，是考古遗产保护与利用的必由之路；也是考古文博学科与其他学科交流融合的方向之一。
注释：
[1]李晓东：《关于关于考古遗产研究与保护的几个问题》；《华夏考古》 1993年第4期。
[2] 龙勇，袁静，康凤举，张志利，高钦和，李向阳：《可视化仿真中三维建模策略研究》；《系统仿真学报》2011年12月第23卷第12期。
[3] 潘伟斌：《河南安阳市西高穴曹操高陵》；《考古》2010年第8期。
[4] 刘江涛：《三维扫描技术在考古勘探中的应用》，首都师范大学硕士论文，2007年5月。
【关键词】：考古遗产；3D激光扫描；记录与再现
引言
在考古學的研究过程特别是田野考古发掘研究的过程中，发掘出土了大量种类繁多，内涵丰富的古代遗址、遗迹和遗物。然而，由于田野发掘工作受时间、天气、经费以及参与人员的专业素养等多种因素的影响，发掘工作中往往会出现失误，第一手资料的采集在一些细节问题上不够详实，对于进一步的研究产生影响。同时，在考古研究的过程中，大部分的遗址和遗迹在发掘后进行回填处理，而且发掘工作过程中也會对遗址和遗迹造成不同程度的破坏，大量的遗物由于保护条件、博物馆展陈空间、文物修复技术等条件的限制无法进行展示。这些问题都会对进一步的研究和保护展示利用产生不良影响。3D激光扫描由于自身在信息采集、处理和展示方面的优势，对于考古学和博物馆学的研究有很大的作用。
一、什么是考古遗产
1990年10月， 国际古迹遗址理事会全体大会第九届会议在瑞士洛桑通过的《考古保护与管理宪章》规定， 考古遗产的定义“ 是根据考古方法提供主要资料实物遗产部分， 它包括人类生存的各种遗存， 它是由与人类活动各种表现有关的地点、被遗弃的结构、各种各样的遗迹（ 包括地下和水下的遗址） 以及与上述有关的各种可移动的文化资料所组成。”
李晓东先生在《关于考古遗产研究与保护的几个问题》一文中指出：“考古遗产总的包括遗迹与遗物两大类。遗迹有古文化遗址和古墓葬。前者包括洞穴遗址、聚落遗址、古城址、古窑址， 以及宫殿址、住宅址、寺庙址、矿冶址及有关设施，等等。后者包括单座墓葬、墓群、陵墓及有关设施。遗物的种类繁多， 有工具、武器、日用器具、装饰品等， 每一类中都有若干小类。古代器物有石器、玉器、青铜器、铁器、金银器、陶瓷器、玻璃器、漆器、竹木牙雕器，以及纺织品、古钱币、度量衡器、节符牌券、玺印、文具、简犊、雕塑、画象砖（石）， 等等。此外， 还有人工培育的农作物、家畜、家禽， 以及渔猎、采集所获的遗存。”[1]
综合上述观点来看，考古遗产应该是考古学发掘和研究的对象即实物资料，包括古代人类活动遗留下来的遗迹、遗物及与人类活动相关的自然遗存。这与考古学的研究对象是一致的。
二、什么是3D数字建模
3D数字建模技术，又称三维数字建模技术，是计算机技术与测绘技术等交流融合产生的新技术之一。
其总的技术路线是：3D 造型--成像和投影--真实感图形处理--图像输出，主要包括两部分工作，一是几何建模，是指采用多边形或三角形拼构对象的立体外形，强调的是模型的精确度。二是图形建模，是为逼近对象表面色彩、质感而采取的纹理映射、颜色和光照等真实感技术，强调的是模型的逼真度。两者的适当协调即可实现三维实体模型的构建。[2]
具体的应用技术包括数字摄影测量、结构光获取及三维激光扫描等。由于其自身技术特色，该技术广泛应用于地质研究、城市规划、地图测绘等多个学科和领域内。
而在考古遗产的保护和利用方面，主要是利用三维数字建模技术记录考古遗产详细信息并以数字化可视模型的形式展示考古遗产。其中应用较多的也是本文主要介绍的就是三维激光扫描技术。
三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。它的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了相当方便快捷的手段。三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。
本文所介绍的是斯蒂欧（Stereo）三维扫描系统。该系统光学是将光栅连续投射到物体表面，摄像头同步采集图像，然后对图像进行计算，并利用相位稳步极线实现两幅图像上的三维空间坐标（X、Y、Z），从而实现对物体表面三维轮廓的测量，进而通过后处理软件处理采集数据完成三维模型构建。该系统能在几十秒的时间内扫描精度较高的点云数据，并能完整的输出相应的高清结果。
斯蒂欧（Stereo）三维扫描系统主要包括硬件和软件两个部分。
硬件部分主要包括扫描仪（包含投影仪、相机和镜头），三脚架，电动旋转平台，平面标定板，圆柱标定块，高清单反相机以及相关的电源和数据插线。。
软件部要包括点云扫描软件ZGScan，点云后处理软件ZGWork，
相机标定软件ZGCali，高分辨率影像配准软件ZGTex。
ZGScan 软件的主要功能是控制扫描仪进行扫描测量获取点云数据，具体包括以下几方面：
（1）扫描仪硬件的控制，包括结构光投射、相机获取影像、旋转平台旋转等；
（2）扫描数据处理，包括特征提取、匹配、三维坐标的计算等；
（3）相机的标定，确定相机的焦距、像主点、畸变参数等；
（4）旋转平台的标定，确定旋转平台在相机坐标系的位置和姿态；
（5）基于旋转平台的点云拼接。
ZGWork 软件的主要功能在于对获取的点云数据进行处理，生成需要的成果，具体包括以下几方面：
（1）粗差剔除，检测数据中的错点并删除；
（2）点云拼接，通过人工指定初始值，精确计算点云拼接参数； （3）点云融合，将多片点云综合成一片；
（4）三维构网建模，确定三维点云中点与点之间的连接关系，构成三角网，建立三维表面模型；
（5）模型简化，进行数据抽稀减少数据量，在此过程中尽可能保持特征；
（6）纹理自动映射，将保存的纹理数据映射到表面模型上，生成具有真实纹理的逼真的三维模型。
ZGCali 软件主要功能在于对相机的内外参数进行计算，生成包含相机内外参数的文件提供给ZGTex 进行调用。
ZGTex 软件主要功能在于同步影像配准单反数码相机拍摄的高清影像，根据高清影像生成无缝纹理模型。该模块是对模型进行高质量纹理重建的关键步骤。
使用斯蒂欧（Stereo） 3D 扫描系统进行三维重建时，首先要使用点云扫描软件ZGScan 得到点云数据，然后将扫描得到的点云数据导入到后处理软件ZGWork 中进行编辑（包括法向计算、粗差点剔除等）、拼接、融合、构网建模、模型简化、纹理映射等，得到所需的三维模型数据，再由ZGTex 进行高分辨率纹理影像配准，最终得到具有高清纹理影像的模型。
三、曹操高陵的工作成果
曹操高陵位于河南安阳市西北约15 公里的安阳县安丰乡西高穴村。该地西依太行， 北临漳河， 南倚南岭， 地势较高。西高穴村向东7 公里为西门豹祠遗址， 14 公里余为邺城遗址。东临安阳固岸北朝墓地， 隔漳河向北为讲武城遗址和磁县北朝墓群。
墓葬平面呈甲字形， 为多室砖室墓。坐西向东， 方向110 度。墓圹平面呈前宽后窄的梯形， 东面最宽22、西面较窄处1915、东西长18 米， 面积近400 平方米。整个墓葬占地面积约740 平方米， 由墓道、砖砌护墙、墓门、封门墙、甬道、墓室和侧室等部分组成，全长近60 米 。墓室、甬道和侧室均用长48、宽24、厚12 厘米的大砖垒砌而成。
墓葬虽被多次盗掘， 破坏严重， 但仍出土了一批遗物。计有金器、银器、铜器、铁器、玉器、骨器、漆器、瓷器、釉陶器、陶器、石器等。据初步统计， 出土可复原的遗物约400件。其中，有反映墓主人身份的刻铭石牌和铁甲、剑、镞以及时代特征明显的铁帐架构件等。另外， 还有铜带钩、 鎏金盖弓帽和大量的云母片以及陶器残片等。[3]
本次项目利用三维激光扫描系统，对安阳曹操高陵出土的部分文物进行扫描，提取点云数据信息，构建数字三维模型。
采集数据信息的文物从器型上分主要有豆、盆、罐、杯、鼎、瓶、盒等容器；还有勺、叉等生活用具；此外还有香炉、灶、仓、井、猪圈等随葬冥器。棺钉、棺环、棺饰板等葬具，带有铭文的石牌。从文物材质上分主要有陶器、瓷器、石器、金属器，其中主要部分为陶器。上述器型中在罐类中有瓷器，葬具为金属器，瓦当、石刻、石牌小件为石器。其余器型均为陶器。以下為一些器物的扫描效果图。
刻铭圭形石牌 2件，均长10.8、斜边长2.5、宽3.2、厚0.6 厘米。尖部中间有穿孔， 孔内有铜环， 铜环连以铜链。上面刻有“魏武王常所用挌虎大戟” 、“ 魏武王常所用挌虎短矛”字样铭文。
釜形鼎 1件，泥质灰陶，圆唇， 敞口， 低领， 折腹， 两耳外撇， 三蹄形足。口径10.4、高12.1 厘米。
耳杯 1 件，泥质灰陶， 橢圆形口。圆唇， 敞口， 弧腹， 两宽
耳。口长径8、短径6.3 厘米， 底长径4.2、短径2.4 厘米 。
尊 1 件，泥质灰陶， 圆筒状， 口略大于底部。方唇， 口沿下附
双耳， 斜腹， 平底， 三低矮蹄形足。口径10.8、底径9.3、通高10.2 厘米。
三足器 1 件，泥质灰陶，方唇， 敛口， 宽沿， 圜底， 中有一空柱， 下有三兽形足。口内径16.5、外径21、底径11.2、足高4.5 厘米。
四、关于三维数字建模技术应用的思考
3D扫描系统在考古学领域的应用前景很广阔。三维数字化应该是未来考古学与博物馆学的发展方向之一，也是考古遗产的保护和展示利用的重要手段。目前，三维激光扫描技术在考古文博领域中的应用主要朝着以下三个方向发展：（1）三维记录：使用三维激光扫描技术来保存、记录考古发掘过程中的信息数据，包括发掘现场、出土的文物、古迹、古建筑物等；（2）三维重现即使用虚拟现实技术，多媒体等技术对遗址进行建模、渲染；（3）三维传播即通过网络对遗址、文物进行浏览、漫游和展示。
考古学的研究与发现是建立在古代人类活动遗存的基础之上，目标是为了重建古代人类的物质和精神文化的面貌。要实现这一目标，就需要对古代人类活动遗留的遗迹和遗物（考古遗产）进行分析和研究，已提取其中所蕴含的的信息。考古学的基本方法层位学和类型学就是有效提取和解读信息的方法。
对考古学研究而言，信息提取的越全面、越深入，研究的广度和深度就能增加，研究的结果更具可靠性。目前，科技考古的兴起就是这一趋势的体现。通过引入最新的科技成果，更准确、更快速、更全面的提取遗迹和遗物的信息，从而服务于考古学研究。科技考古在信息的提取的全面性和准确性较传统考古有优势。这也是科技考古兴起的缘由。数字化和信息化是科技发展的趋势之一，同样，也是科技考古发展的趋势。这也符合考古学研究的需要。
对于考古遗产的保护和展示利用而言，记录和展示是最基础的部分。对于考古遗产来说，保护的基础是记录，利用的基础是展示。不论是遗迹还是遗物保护的前提是掌握考古遗产的信息。信息的记录的越全面越完善越有利于保护工作的进行，包括档案的建立，修复工作等一系列保护工作都建立在信息记录上。而要利用考古遗产，最主要的方式是展示，这是对考古遗产原貌的再现。由于部分的考古遗产如建筑、大型墓葬、石窟等具有空间大，不可移动的特点，要体现其整体面貌，就需要借助科技手段对其进行整体重现。三维建模技术在考古遗产信息的记录以及展示与再现方面，有自身独特的优势。 首先，考古学研究的成果以文字和图片为主，三维数字化构建的三维模型（在保证精确的前提下）比文字和线图照片更直观，更容易被认知，在展示和宣传考古学成果和考古遗产方面更具优势。目前，电子博物馆和虚拟游览等展示手段对于博物馆的展出效果和对考古遗产的宣传效果要比静态的文物展更有吸引力。
在国际上，很多国家已经开始了对数字化考古工作的研究和应用，美国斯坦福大学、华盛顿大学与Cyberware公司合作完成的数字化米开朗基罗计划使用三维扫描仪记录了十座米开朗基罗所塑造的大型塑像，包括著名的大卫像，并在旁建立了交互式的计算机环境供参观者使用。近年来，我国在文物考古领域也开展了一系列三维激光扫描技术应用实践工作，如故宫博物院正在开展的古建筑数字建模项目，洛阳龙门石窟研究院利用三维技术建立的数字档案。这些实践工作为三维激光扫描技术在考古文博领域的进一步深入开展都是有益的探索和实践。而秦俑二号坑遗址三维数字建模项目的工作实践表明，在考古发掘与文物保护展示利用工作的同时，引入三维数字化技术，对考古遗址的相关信息进行同步采集和处理，并进而建立数字模型，不仅可以满足考古发掘过程中科学、准确获取遗址各类信息的要求，同时也为后期研究、保护、展示、考古资源管理、公众教育奠定了重要的基础。[4]
另外，在确保精准度的前提下，三维数字模型完全可以替代实物进行类型学的排比研究。三维模型可以轻松的调整各种视角，进行放大缩小，并能实时测量各种细节数据，对于类型学的分类对比研究要优于文字和图片资料。
其次，考古學从田野调查到发掘再到室内整理，一线考古工作者的田野工作水平对结果有很大影响，田野发掘中遇到诸如地层、遗迹的划分等具体问题时一线考古工作者的主观判断会决定发掘结果，一旦发掘错误，其过程具有不可逆性，发掘的本身对遗迹也是一种损坏。这对于第一手的资料的详细和准确程度就有要求。在这方面，三维数字建模相对于传统的发掘笔记有优势，如果能在一线发掘过程中能有手持的三维扫描设备对发掘过程进行实时记录，再配合文字和照片，就可以更大程度上还原发掘过程中的真实情况，对于后续的研究工作就能避免错误和疏漏，发掘的结果更接近真实情况。建立在这个基础上的考古遗产保护和利用工作就更加方便快捷。
再次，三维数字化在信息的收集和处理方面能更方便快捷。在考古学研究中，三维建模系统能轻松展现文物细节，并能测量文物包括长、宽、高、厚度、口径、内径以及各个细节角度在内等实地不方便测量的数据，并能生成线图，方便单个文物的对比研究。
三维建模系统可以构建整个考古工地的三维模型，从地层到遗迹再到遗物能够统一于一个三维坐标系内部，其空间相对位置关系和时间序列都清楚明了，并能根据相关特征进行分类统计和检索，形成电子版的发掘日記，在接近真实视野的条件下对于考古工地发掘报告的撰写和后续研究都有帮助。同时，依据这样的整体三维模型，对于整个遗址和具体的遗迹和遗物的保护工作就有了明确的依据，对于后续的保护规划有较高的参考价值，能较为全面的展示和再现其风貌。
最后，三维数字化系统能直观的展示从遗物到遗迹到整个遗址的时间和空间上的相互关系，这不仅方便了考古遗产对于公众的宣传和展示，也对于相关的考古学、博物馆学等学科的教育和学习有帮助。
可探索实现虚拟现实游览和虚拟发掘、虚拟展示，这是考古与文博学科新的发展方向。
此外，在具体实践中，三维数字建模技术的应用也存在两方面的问题。一方面是需要相关的科技方面的技术支持。能够提供精确、可靠、稳定的相关的技术设备和处理软件，能够实现考古文博以及考古遗产保护展示利用所需要的各项功能。这需要多学科联合的科研攻关工作。另一方面是对于相关的技术人才的培养工作。既能够熟练的掌握相关的技术设备与软件的操作与使用，有对考古文博等学科有相应的基础和认识。这需要多学科联合的人才培养工作。
小结
3D扫描系统和三维数字建模在田野发掘、考古学文物研究和考古遗产的保护与展示利用方面中有很大的应用潜力，对于考古学、博物馆学研究的多个方面都有很大的帮助，而且三维数字建模是很好的多学科合作的良好平台。科技考古特别是三维数字建模与考古文博学可的结合点就是信息化。对考古遗产信息的精确全面采集记录到快捷处理再到直观的展示与再现，是考古遗产保护与利用的必由之路；也是考古文博学科与其他学科交流融合的方向之一。
注释：
[1]李晓东：《关于关于考古遗产研究与保护的几个问题》；《华夏考古》 1993年第4期。
[2] 龙勇，袁静，康凤举，张志利，高钦和，李向阳：《可视化仿真中三维建模策略研究》；《系统仿真学报》2011年12月第23卷第12期。
[3] 潘伟斌：《河南安阳市西高穴曹操高陵》；《考古》2010年第8期。
[4] 刘江涛：《三维扫描技术在考古勘探中的应用》，首都师范大学硕士论文，2007年5月。