| 3D技術於卑南遺址考古研究之應用
文‧圖／葉長庚
國立臺灣史前文化博物館近年來發展3D技術於文物數位典藏、數位修復、逆向輸出等作業，除了建置「考古文物3D資料庫」，目前已有超過300件文物3D模型上線供自由瀏覽，更進一步應用於AR、VR與數位展櫃等展示功能之開發。
3D技術在文物數位化、展示應用與推廣活動上可說是得到相當豐富的成果，但較不為人熟悉的是3D技術在考古研究上的應用成果。本文將以卑南遺址相關作業成果，來介紹針對考古研究不同面向的3D技術應用。
關於考古遺址的環境
藉由地形模型可以呈現得卑南遺址周邊區域地形剖面，可以看到左側是檳榔四格山的高度，中央較平緩略高處即為卑南遺址位置，右側低處則為臺東平原。。 |
在針對一處考古遺址進行調查或考古發掘工作前，掌握該遺址範圍的地理環境與地形變化是非常重要的初期作業項目。在過去，考古人員會利用5000分之1的航測圖來掌握遺址周邊區域的地理資訊，並藉以瞭解地形變化狀況；近來由於Google地圖或地球所提供的便利性，亦有許多考古工作者採用數位地圖資料加以應用。
然而，前述資料多不可能為即時的現況資料，所以使用無人機取得當下的地貌影像，以目前的技術與設備門檻而言並不是太困難的事情。不過，在使用無人機擷取地貌影像的過程中，若藉由影像重疊率的設定，再加上座標定位資料或參考點的輔助，即可利用影像建模軟體較易取得遺址地貌的3D模型。如此一來，除了可以取得較高精細度且即時的正射影像圖外，亦可初步掌握遺址周邊的地形變化情形。
但是需注意的是，此作法的3D模型高程數值包括地上物的高度，而非實際的地表高程，因此仍需考量到地上植被或建築物的分布情形。倘若實在需要地表的實際高程，則需要透過後製處理，或採取較高成本的空載光達作業。
在筆者卑南遺址的研究中，除了藉由3D技術取得地形模型外，更進一步透過考古發掘探坑或地質鑽探所掌握的地層堆積情形，進一步以GIS軟體計算出不同時期的地形，藉此結果可以進一步說明卑南遺址在史前人群占居前後的地形改變情形，瞭解史前人群可能的環境適應狀況，以及遺址形成過程中有關地層堆積的現象等議題。
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| 卑南遺址不同時期的地形變化情形，圖中紅框為推測史前聚落分布區域。 |
關於考古探坑與遺跡
針對考古遺址地表的遺跡或考古探坑進行測繪記錄是考古工作非常重要的作業，傳統上採用測繪平板或藉由網格、水線等輔助工具，以人工方式進行量測與繪圖作業，為求精確此項作業通常需耗費相當的時間與人力，但受限於作業方式，記錄多以平面圖或立面方式呈現。故筆者認為應用3D掃描儀器進行考古現場的記錄，可以提供更多的便利性，也能獲得更高的精度。
卑南遺址的考古工作中，曾採用地載光達3D掃描儀針對立於現場的月形石柱與考古現場探坑中出土的結構進行3D掃描作業。過去針對大型石造物要取得其精確量測數據是不容易的工作，然而藉由3D掃描儀器進行記錄作業可減少人工作業不便，並減少量測時的誤差。對於大型構造物的測繪工作，在取得其3D模型後，透過後製處理可以非常便捷完成傳統基本各角度的立面圖，並且可針對任意部位進行量測作業。
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| 卑南遺址月形石柱以3D模型產生之四面圖。 |
卑南遺址考古現場出土史前聚落結構之正射影像圖與剖面圖，由下方剖面線可看出史前聚落結構並不在同一平面上，不同的結構間存在高低落差。 |
史前聚落建築的遺構是卑南遺址研究的重要議題之一，然而以考古現場出土的遺構面積約15mX30m的範圍，僅僅平面圖的測繪已需投入相當程度的人力與時間，倘若想進一步取得其剖面圖更是不容易的工作。不過，在3D掃描儀器的協助下，工作人員可以較為輕鬆地藉由3D模型轉換為俯視之正射影像圖，並且取得任意位置的剖面圖。在考古研究應用上，筆者藉此可掌握不同區域出土遺構的高度差，瞭解史前人群進行聚落建築的規劃情形，以及其在空間中可能存在的線索；然而，這部份工作也會受限於3D掃描儀器的限制，若無法有效取得空間資訊之區域或對象，就會在資料呈現出空缺。
關於考古文物
石刀因使用而於刃部中央區域產生耗損的內凹情形，透過石刀3D模型的剖面圖可以看到使用後刃線內凹的距離。 |
圖中灰色部位於考古發掘出土時已佚失，透過數位修復即可還原陶杓完整的樣貌。 |
考古文物的3D數位化已經是史前館目前的常態業務之一，且藉由高精度3D描儀取得之文物模型可以細緻呈現文物表面的紋理與細微變化。基本上，高精度的文物3D模型除了可以提供考古工作在研究報告上的資料呈現如文物的量測數值、平面圖、剖面圖等，在研究上亦可提供進行細微痕跡的觀察，例如筆者曾藉由3D模型呈現石刀於長時間使用後所產生的耗損情形，可以明顯地觀察到石刀刃部因長期用來摘穗耗損而產生的內凹情形，並且可量測其內凹的深度。
除了針對文物的現況進行觀察與數據分析外，藉由文物3D模型的精確性更能進一步運算出文物在埋藏過程中所缺失的部位，以還原文物的整體，藉此可以進一步掌握文物的完整尺寸，並透過逆向輸出產生的實體來進行文物使用功能的實驗。
考古文物3D模型的應用仍有許多可能性待發展，然仍需注意3D技術在不同層面的限制性，可避免造成錯誤的應用。史前館持續發展3D技術在文化資產保存維護領域應用的可能性，並於2019年8月6-7日舉辦「文化╳科技：文化資產3D技術應用國際工作坊」，如欲瞭解更多3D技術在文化資產保存維護作業上的應用，歡迎報名參加。報名網址：https://reurl.cc/LKqna。
參考書目
葉長庚
2017 《卑南遺址史前聚落形成與發展之研究》。國立臺灣大學文學院人類學系博士論文。
（本文作者為史前館研究典藏組助理研究員，3D數化團隊）
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