3D模型建置技術與考古學應用（下）
撰文／吳巧文 (2019/10/01)
科技不斷的在進步，例如上一篇介紹的3D模型建置技術，這項技術在考古發掘及文物研究中可以成為怎麼樣的助力呢？史前館主辦的「文化x科技：文化資產3D技術應用國際工作坊」提供了一些線索！
田野調查與考古發掘：
工作坊當天，小編有發一則「考古大菩薩出差啦」的貼文，分享當天所見因應不同環境及精細程度的需求所使用的3D建模儀器，包含搭載陀螺儀及相機的旋翼機或定翼機、及結合單眼相機的光達掃描儀等，這些儀器利用光學進行測距，並以相機獲得位置及色彩的資訊，再使用電腦軟體運算後得出當地的地貌模型。
不過考古學為什麼需要使用到這種技術呢？傅斯年先生曾勉勵學著們要有「上窮碧落下黃泉，動手動腳找東西」，這句話並非誇飾，以考古來說遺址並不一定都在平地，許多遺址位於山中、海邊、懸崖、山洞等地，發掘時真的需要非常小心啊！在這些地方的遺址，發掘完要做的紀錄包含當地的地貌、探方的正攝圖及文化層分佈等資訊，傳統的考古調查會使用平板測繪、全站儀導線測量及移動式GPS等技術進行測量。但在不是那麼理想的地點做紀錄時就會困難重重，例如拍探方正攝圖時，為了使獲得的照片清晰且不變形，而影響後續研究的判斷，就必須爬到很高的地方拍攝。
若以多張不同角度的探坑照片，或者以空拍機搭載相機進行拍攝後，經軟體運算製成3D模型，不僅可以取得探方的正攝圖，也可以針對各角度及剖面進行量測，並且避免了人員爬高攝影時的風險，也減少發掘人員在繪製探方平、剖面圖等紀錄時，其餘人力的閒置。
雖然以3D建模的方式對考古發掘做紀錄看似節省時間與人力，且在操作上較為安全，但由於遺址範圍較大、資料量多，若在現場進行建模會耗費大量的時間，而回到工作站後可能會因為照片有陰影，或特定角度有掃描死角等問題而使建模失敗的風險，但這時考古現場大多已繼續進行發掘，而無法進行補救。
記錄的方法有很多，也各有利弊，因此掌握遺址的特性，及可運用的人力與時間成本，選擇最合適的手段紀錄盡可能多樣的遺址資訊也是考古學家的一大課題。
考古文物：
建置文物3D模型不只是記錄文物當下最完整的數值資訊，也同時保存了文物各個面向的特徵及色彩。本計畫的「3D考古文物櫥窗」、史前館的「考古文物3D資料庫」等網路平台匯集館藏3D模型，賦予文物除了靜態展示外更多視角，不僅讓民眾得以隨時隨地瀏覽，也可透過如擴增實境（AR）及虛擬實境（VR）等技術，以動態導覽的方式吸引大眾的目光，提供更為多元的展示方式。
但如同應用於考古學研究，3D掃描應用在文物上也是有些限制，例如瓶形器內無法透光之處難以成像，且模型成果與實物的質地有落差、以及掃瞄儀器所射出的光線是否會對文物有損害等，受限於文物本身狀態，可能仍需以人工的測繪進行記錄更為適切（可參考「考古學家也要學畫畫嗎?」）。
另一方面，3D建模成果也可以應用在文物的修護！本次學者們分享的修護方法是將有部分缺損的文物進行掃描後，依據模型的三維數據模擬出的缺損處的形狀及大小完成數位修護。甚至可以將缺損處的模型以適當的材質3D列印輸出後，對破損的文物進行填補，減少以石膏修補時對文物的磨耗，並減緩石膏硬度高於文物本身時易使文物二次破裂的風險。
「科技始終來自於人性」，當科技與人文產業交互碰撞，或許可以幫助研究者們找到新的視野，但無論什麼工具都還是會有一定的限制，如何在新科技與傳統技術中找到時間、人力及資訊量的平衡點，使研究及展示都能達到最佳效益，是科技快速發展中，人文學科的一個課題。
參考書目：
1. 國立臺灣史前文化博物館主辦，《文化x科技：文化資產3D技術應用國際工作坊手冊》，臺東：國立臺灣史前文化博物館，2019年。
2. 葉長庚，《地貌擷取科技於考古田野作業之應用：以花蓮縣豐濱‧宮下遺址為例》，花蓮：花蓮文化局，2017年。
3. 吳禮文，《3D虛擬修復應用於考古陶質文物-以潮來橋遺址文物為例》，國立雲林科技大學文化資產維護系碩士論文，2018年。
同場加映：
1. 【博物館二三事】3D列印技術正夯！（閃米族獅子像的3D列印）
2. 【數位典藏】3D列印技術正夯！ II （美國史密森機構的3D掃描與列印革新計畫）
3. 【博物館二三事】3D列印技術正夯！ III 圖坦卡蒙墓室重現
科技不斷的在進步，例如上一篇介紹的3D模型建置技術，這項技術在考古發掘及文物研究中可以成為怎麼樣的助力呢？史前館主辦的「文化x科技：文化資產3D技術應用國際工作坊」提供了一些線索！
田野調查與考古發掘：
工作坊當天，小編有發一則「考古大菩薩出差啦」的貼文，分享當天所見因應不同環境及精細程度的需求所使用的3D建模儀器，包含搭載陀螺儀及相機的旋翼機或定翼機、及結合單眼相機的光達掃描儀等，這些儀器利用光學進行測距，並以相機獲得位置及色彩的資訊，再使用電腦軟體運算後得出當地的地貌模型。
不過考古學為什麼需要使用到這種技術呢？傅斯年先生曾勉勵學著們要有「上窮碧落下黃泉，動手動腳找東西」，這句話並非誇飾，以考古來說遺址並不一定都在平地，許多遺址位於山中、海邊、懸崖、山洞等地，發掘時真的需要非常小心啊！在這些地方的遺址，發掘完要做的紀錄包含當地的地貌、探方的正攝圖及文化層分佈等資訊，傳統的考古調查會使用平板測繪、全站儀導線測量及移動式GPS等技術進行測量。但在不是那麼理想的地點做紀錄時就會困難重重，例如拍探方正攝圖時，為了使獲得的照片清晰且不變形，而影響後續研究的判斷，就必須爬到很高的地方拍攝。
若以多張不同角度的探坑照片，或者以空拍機搭載相機進行拍攝後，經軟體運算製成3D模型，不僅可以取得探方的正攝圖，也可以針對各角度及剖面進行量測，並且避免了人員爬高攝影時的風險，也減少發掘人員在繪製探方平、剖面圖等紀錄時，其餘人力的閒置。
就算爬那麼高還是沒辦法拍到探方的正視圖。
(筆者攝於中國遼寧喀左土城子遺址)
在探方的四週以各種角度攝影後，進行3D建模，可得探方各角度的圖像。
(圖源：葉長庚，《地貌擷取科技於考古田野作業之應用：以花蓮縣豐濱·宮下遺址為例》，花蓮：花蓮文化局，2017年，圖170。)
雖然以3D建模的方式對考古發掘做紀錄看似節省時間與人力，且在操作上較為安全，但由於遺址範圍較大、資料量多，若在現場進行建模會耗費大量的時間，而回到工作站後可能會因為照片有陰影，或特定角度有掃描死角等問題而使建模失敗的風險，但這時考古現場大多已繼續進行發掘，而無法進行補救。
記錄的方法有很多，也各有利弊，因此掌握遺址的特性，及可運用的人力與時間成本，選擇最合適的手段紀錄盡可能多樣的遺址資訊也是考古學家的一大課題。
考古文物：
建置文物3D模型不只是記錄文物當下最完整的數值資訊，也同時保存了文物各個面向的特徵及色彩。本計畫的「3D考古文物櫥窗」、史前館的「考古文物3D資料庫」等網路平台匯集館藏3D模型，賦予文物除了靜態展示外更多視角，不僅讓民眾得以隨時隨地瀏覽，也可透過如擴增實境（AR）及虛擬實境（VR）等技術，以動態導覽的方式吸引大眾的目光，提供更為多元的展示方式。
但如同應用於考古學研究，3D掃描應用在文物上也是有些限制，例如瓶形器內無法透光之處難以成像，且模型成果與實物的質地有落差、以及掃瞄儀器所射出的光線是否會對文物有損害等，受限於文物本身狀態，可能仍需以人工的測繪進行記錄更為適切（可參考「考古學家也要學畫畫嗎?」）。
另一方面，3D建模成果也可以應用在文物的修護！本次學者們分享的修護方法是將有部分缺損的文物進行掃描後，依據模型的三維數據模擬出的缺損處的形狀及大小完成數位修護。甚至可以將缺損處的模型以適當的材質3D列印輸出後，對破損的文物進行填補，減少以石膏修補時對文物的磨耗，並減緩石膏硬度高於文物本身時易使文物二次破裂的風險。
透過3D模型的運算，還原文物缺失的部分（灰色處）
(圖源：葉長庚，〈3D技術於卑南遺址考古研究之應用〉，《文化x科技：文化資產3D技術應用國際工作坊手冊》，臺東：國立臺灣史前文化博物館，2019年，圖6。)
「科技始終來自於人性」，當科技與人文產業交互碰撞，或許可以幫助研究者們找到新的視野，但無論什麼工具都還是會有一定的限制，如何在新科技與傳統技術中找到時間、人力及資訊量的平衡點，使研究及展示都能達到最佳效益，是科技快速發展中，人文學科的一個課題。
參考書目：
1. 國立臺灣史前文化博物館主辦，《文化x科技：文化資產3D技術應用國際工作坊手冊》，臺東：國立臺灣史前文化博物館，2019年。
2. 葉長庚，《地貌擷取科技於考古田野作業之應用：以花蓮縣豐濱‧宮下遺址為例》，花蓮：花蓮文化局，2017年。
3. 吳禮文，《3D虛擬修復應用於考古陶質文物-以潮來橋遺址文物為例》，國立雲林科技大學文化資產維護系碩士論文，2018年。
同場加映：
1. 【博物館二三事】3D列印技術正夯！（閃米族獅子像的3D列印）
2. 【數位典藏】3D列印技術正夯！ II （美國史密森機構的3D掃描與列印革新計畫）
3. 【博物館二三事】3D列印技術正夯！ III 圖坦卡蒙墓室重現
