现实3D中国背景下的数字考古新概念和新方向

2021年8月，自然资源部发布《实景三维中国建设技术大纲（2021版）》号文，明确指出“建设现实三维中国是实施数字中国、平安中国、数字经济战略的重要举措，是实施国家新型基础设施建设的具体部署，是服务生态文明建设和经济社会发展的基础支撑。”作为以测绘技术为支撑的数字考古，在三维中国建设的大背景下，面临着新的机遇。

不同模式的考古场景三维模型

三维实景的内涵和特征

3D实景是以真实、立体、有序的方式反映和表现人类生产、生活和生态空间的数字化虚拟空间。它是基础测绘的新型标准化产品，是国家新型基础设施建设的重要组成部分，为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基础。

三维实景具有真实性、立体性和时序性的特点。其中，“真实”是指三维现实是真实世界的真实反映。通过摄影测量和三维重建，真实场景可以三维还原被测物体的真实状态，比带有抽象符号的地图更容易让人理解，可视化程度更高。而“三维”不仅仅是指被测对象的三维结构被真实场景还原出来，还表现在三维地理信息中。通过空间和天空信息的采集，三维场景逐渐取代GIS的二维图层形式，使地理信息以三维形式存储在三维数字空间中，形成三维数据库；“时间序列”强调记录同一对象在不同时间的变化，并将这种变化用三维数据结构表达出来。可以说，三维场景使传统的二维地图“立起来”，形成了具有时空序列的三维地理信息数据集，真实地反映了现实世界。

用于钟楼测绘的近景摄影测量

与传统GIS产品相比，real 3D有六大变化。一个是从“抽象”到“真实”。与基于符号的地图相比，采用倾斜摄影测量的方法建立真实场景的三维模型，提高测区的数字化可视化；二是从“平面”到“立体”，即将地理信息以立体形式展现出来；三、从“静态”到“时间序列”，三维场景不仅可以反映某一测量区域在某一时间节点的状态，还可以通过时间轴叠加同一区域在不同时刻的状态，以感知时空变化；第四，从“人的理解”到“人机兼容理解”，强调三维实景的智能属性；第五，从“按要素、分尺度”到“按实体、分精度”。三维场景不是用比例尺来表达，而是用粒度来划分三维模型的分辨率，进而分为地形级、城市级和组件级。最后是“从陆地表面”到“整个空间”。三维场景不仅包含地表的地理信息，还包含整个地下空间。

三维考古成果

因此，三维场景是一种全新的地理数据模型，是包括地理信息、人类活动信息、区域时空序列等一系列多维度、全方位的信息集合体。它以现实生活中的三维模型为载体，精确划分粒度，真实立体地反映人类的生产生活空间。对于考古数字化来说，三维实景的兴起应该是一个新的研究和应用方向。

真实三维中国背景下的数字考古核心理念

三维场景是面向新时代的基础测绘技术，数字考古是考古学下的应用科学之一。真实3D与数字考古的融合

三维中国背景下的数字考古的核心概念之一是将考古遗址(或文化遗产)理解为一种地理景观，用地学的思想理解考古遗址。考古遗址是古代人类活动留下的遗物和遗迹的集合，是人类对自然地理景观的改造和利用。因此，我们应该把它理解为大地测量中的“地物”，先考虑它的地质形态特征及其与周围环境的关系，再叠加它的文化属性。按照实景3D中国将实景3D数据分为地形级、城市级、构件级的标准，考古遗址属于“构件级”，是实景3D的最小数据单元，包括考古现象、出土遗存等考骨遗址的基本要素。

构建考古智慧数据及其索引，建立智慧索引，是考古实景3D的独特优势。三维考古现场由三部分组成：一是三维拓扑结构，是遗址区域的三角网格，是遗址三维结构的基础；二是纹理，代表场地的颜色和亮度，来自摄影测量测得的原始影像的彩色像素；三是地理坐标信息，是根据无人机拍照时附着在图像中心的锚点的坐标，在后期重建中计算形成的。地理坐标信息可以快速定位并接入GIS进行分析，这是实现第一个核心思想的操作路径。这三部分组成的真实场景的三维数据，其实就是一个索引集合。对于三维模型本体，用户可以通过设置基准面获得遗址区域内不同视角的正射影像，进而绘制各种考古草图；还可以从模型的拓扑结构中分离出纹理，简单地进行结构分析、土方计算等操作，从而研究考古遗址的建造过程和结构布局。至于地理信息，用户可以将其接入GIS实景系统，将模型与卫星影像结合起来进行聚落分析等工作，从景观层面了解考古遗址的历史脉络和文化含义。

跨学科协作和信息集成三维中国是国土资源管理和地理信息存储、分析和发布的统一平台，是各种空间数据体的聚集地。作为我国文化资源的重要组成部分，考古文化遗产及其成果的数字化也需要一个统一的数据平台进行整理、存储、分析和发布。实景3D中国的构建无疑从国家层面为数字考古提供了大数据平台。数字考古在采集和处理数据时要注意满足现实三维中国的技术规范，才能接入这个平台，实现数字考古的全国“一张图”管理。

此外，真正的3D中国还强调信息整合。以前的数字考古大多是考古机构一个人在做。数据生成后，除少数公开发表的资料外，大部分都被束之高阁，无法有效整合信息，展现各个地区、各个时期考古工作的全貌。在三维中国的背景下，数字考古信息的整合与共享将具有可操作性，为考古成果的公开和转化提供了新的形式。

真实三维数字考古成果

传统的数字考古成果多以二维图表的形式出现，而基于三维实景的数字考古是以数字空间和考古遗址三维模型为基础，建立考古实景三维数据库。通过BIM方法，将考古地层信息嵌套到真实的三维模型中，形成真实、立体、时序的数字考古空间，涵盖地层堆积网络、出土文物和各级遗迹、考古遗址及周边环境等相关信息。研究人员可以检索或得出相关的古生物

首先，实景3D中国方兴未艾，考古遗址3D重建将逐步普及，实景3D模型在考古中的重要性将进一步提升。因此，应提高考古遗址的三维重建水平，发展接近摄影测量的新测绘方法，在现有测绘基础上优化三维重建源数据的采集和处理，生成高精度的真三维模型，为后续的数字考古衍生品及相关分析、展示和发布奠定良好基础。

其次，现实三维中国的构建也要求数字考古标准化、流程化，建立完善的工作流程。目前只有行业标准《田野考古制图》对各种考古图的绘制提供了规范性的指导，但并没有涉及太多的三维数据。因此，需要加快制定适合考古工作的实景三维数据生产标准，建立考古实景三维标准化工作流程。

最后，实景三维中国的建设为考古数据与国家地理数据的融合提供了契机，将进一步促进国家尺度的考古空间信息的处理和分析，推动空间考古的发展。考古人员将把遗址的实景3D数据导入实景3D中国，配合相应的分析工具，有望实现大规模的区域空间考古分析。

综上所述，三维中国提供了全国统一的三维地理数据平台，在一定程度上解决了以往三维数据缺乏统一平台的问题，有助于数字考古成果在三维中国上实现数据存储、分析、发布和展示。一方面，现实生活中的三维中国提供了一个空间考古基地，可以从不同的地理尺度探讨遗址中的人地关系；另一方面，三维中国平台可以在地理信息加密后公开发布，促进多维考古知识的传播，增进人与考古的互动，为他们提供高质量的文化生活。而且三维中国有望实现“人机交互理解”，这将为考古现象的计算机辅助分析提供契机，促进数字人文与考古的融合。

作者：田

作者：西北大学文化遗产研究所

本文发表于《中国文物报》。

3月25日，第七版

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编辑|张实习编辑|刘

评论|郭晓榕

制片人|李让

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当前有哪些应用倾斜摄影测量来创建逼真的3D？什么是倾斜摄影测量？

倾斜摄影测量是在一个飞行平台上携带多个传感器，同时从垂直和倾斜两个角度采集地面影像数据，经过数据处理后获得准确完整的地物位置信息和纹理数据。

目前主流的应用包括以下几个方面。

1.古建筑保护

例如，Xi安古城墙的保护。通过无人机近景摄影测量技术，获取古城墙及附属建筑的影像数据，三维重建古城墙及建筑，实现古城墙的数字化、信息化，助力古城墙的管理和保护。

2.智能城市

利用基于三维模型采集的矢量范围，实现了三维模型的动态裁剪。结合矢量信息，简化了三维模型的逻辑，满足了精细化的要求，实现了各种自然资源信息的综合管理

将设计的BIM方案与实际三维场景进行对比，实现方案设计对比，监控重大项目实施进度，满足自然资源监测和国土空间规划实施监控的要求。将地上真实场景的三维模型与地下管线相结合，构建城市自然资源三维地图，实现城市地上地下自然资源的全方位管理和服务。

3.露天矿管理

在露天采矿活动中，采矿场越挖越深，生产部门要想更好地掌握矿坑和现场的变化，可以利用无人机的测绘成果作为矿区的整体地图，技术人员和管理人员可以随时查看整个区域。利用无人机采集数据和专业建模软件，可以快速生成矿区三维模型，大大提高了工作效率，降低了测量人员的安全风险。

5.规划和设计

如辅助桥梁规划设计。结合BIM技术实现桥梁结构三维设计。同时利用BIM建模技术，实现桥梁设计方案的实时动态调整和三维动态展示。

目前主要有哪些应用？

针对上面提到的智慧城市、露天开采、规划设计，我给大家讲讲整合了哪些应用：

航拍建模又称斜拍三维，是近年来发展迅速的一种GIS技术。利用飞机或无人机携带多个传感器，从前后左右、垂直五个方向对地面物体进行拍摄和采集，从而快速高效地获取真实反映地面情况的数据信息。通过校正、调整、多视点影像匹配等一系列室内处理操作，最终获得三维模型。

航拍建模与手工建模的比较如下：

航拍建模的数据除了上述特点外，还有地理坐标系信息，可以与GIS进行精确匹配。手动建模需要手动空间校正配准来配合GIS。航拍建模的OSGB模型数据具有多层次细节(LOD)，系统可以根据用户浏览时间与场景的距离显示不同精度的LOD模型，从而提高数据显示和渲染的效率。

智能城市

数字化管理是实现城市多维业务数据的汇聚、集成和共享，通过可视化技术实现运维管理一体化。Hightopo可视化引擎和地理信息系统(GIS)相关技术提供了基于纬度、经度和高度数据的漫游路线。

与传统的视频监控相比，集成GIS的视频监控可以快速定位具体的监控位置。当发生事故时，不仅可以快速定位事件地点，还可以快速查看区域情况信息。

露天开采/露天开采/露天开采

它还提供了结合GIS地图显示矿区的解决方案。通过无人机航拍和数据后处理，无缝集成HT原有的三维模型，实现了矿山宏观和微观的融合，解决了传统人工实景建模的巨大工作量。

对环境情况、挖掘进度、设备运行、工况等信息进行高精度实时监控，赋予数据空间属性，将复杂因素可视化。形成一套有见地的参考数据，为矿山作业监管提供有力的决策支持。

规划编程

将GIS数据与云计算、大数据、物联网等技术相结合，构建真正的数字经济、数字城市、数字中国；基于时间和空间，通过可视化分析技术，为城市规划、布局、分析和决策提供技术支持，推动城市数字化转型和建设。

数据可视化也在一定程度上改变了以前的工作模式，比如城市巡查。工作人员不需要去现场，直接在可视化平台上通过漫游和视频监控进行查看。结合物联网，它们甚至可以在城市指标出现异常或giv时控制监测