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一、研究进展情况
一、研究计划总体执行情况及各子课题进展情况
2012年年底批准立项、2013年3月正式启动的《中国石窟寺考古中3D数字技术的理论、方法和应用研究》是在数字化技术全面进入文物数字化考古领域的背景之下，由国家社科基金支持的首个把数字化技术与其应用所在的中国历史时期考古相互结合起来探究其相互关系，解决数字化技术在应用于考古学领域起始就存在的“两张皮”现象的课题。课题分三个层次，一是数字化技术介入条件下的考古学——石窟寺是课题设定的对象案例；二是解决石窟寺考古需求的数字化技术；三是在数字化介入条件下石窟寺考古的成果形式及其出版。以上三个层次的问题，就是本课题的三个子课题。
从课题申报到启动，我们始终坚持这一课题的两个特点，一是它的实践性，二是它的开放性，这两个特性，相互关联。没有完整实践案例，即针对数字化技术在石窟寺考古领域应用真实进行的实践案例，任何凭空的说教，可能都对解决工作中存在的问题无补；二是考古学虽然根据不同时段和对象有不同时期的考古学和专门对象的考古学，比如石窟寺考古，但其基本原则相通。因此，本课题的实践就不能仅仅局限在石窟寺考古案例，而是要将在石窟寺案例中得到的认识和方法论，在其他考古学对象的数字化工作实践中进行验证，从而在更普遍的层次上研究数字化技术介入石窟寺考古中的交互问题。随着针对性实践案例的深入推进，其要求的数字化技术随之不断升级，“数字化考古成果”也越来越多地以前所未见的形态呈现出来，使得数字化介入考古领域对考古学本身的影响变得更加重要，从而使数字技术应用可能成为考古学发展史上具有划时代意义的事件。因此，按照传统方式出版其成果会碰到什么问题，用非传统方式进行刊布，诸如知识产权保护、出版形式、共享形式诸问题如何解决，就不得不面对。本课题的开放性还表现在它的与时俱进。课题实施的三年间，中国全面进入了互联网时代。国家领导人也在国际和国内强调要让中国文化遗产全面活起来，对数字技术在文化遗产领域的应用提出新的要求，致使数字化技术应用日益广泛。国家资金投入巨大，国家领导人高度重视，在这一新形势下，如何坚持考古学的基本原则，坚持数字化技术的科学标准，如何在真正为国家夯实文化遗产基础数据资源基础的基础上，高质量地进行文物活化，把真正高质量的数字化成果作为参与世界文明互鉴的重要形式，成为必须认真面对的问题。否则，文物领域的数字化浪潮，有泡沫化危险，是我们不愿意看到的。作为中国首个数字化与考古关系课题的承担者，就数字化技术应用于考古实践的标准化、信息化、共享化等问题以及国家经济转型中提出的文物资源转化为经济发展新动力等问题，基于本课题的核心，对与之相关的数据管理、数据共享、知识产权管理、数据转化的相应进行了尝试探索。
课题组本着如上的原则，同时尊重石窟寺考古以及其他类型考古工作的特点和周期统筹课题各子课题工作。
1、第一子课题“在3D数字技术条件下石窟寺考古相关问题研究”进展情况
与宁夏考古所合作进行的须弥山石窟数字考古，是本课题的核心实践案例，也是社科基金探索石窟寺数字化考古的首个案例。这一案例也是浙江大学文物数字化考古事业的真正起点。对本课题和文物数字化事业意义重大。本课题通过须弥山石窟的案例实践，探索数字化技术介入条件下石窟寺考古团队和工作的组织、田野考古记录内容、田野考古成果的整理、考古报告的编撰和出版等全部问题。
田野工作：自2012年4月开始，已经进行了三期共四次考古田野工作。第一期须弥山圆光寺区考古，自2012年4月-2014年3月先后进行两次为期4个月的田野调查。第二期子孙宫区田野考古，自2015年5月-8月为期3个月。第三期相国寺区的工作自2016年7月进场，预计工作时间在两个月以上。
团队组织：考古工作者、测量工程师、数字化田野采集工程师、专业摄影师（含航拍）、室内专业考古绘图工作者。
田野记录内容：石窟寺考古文字记录；石窟寺考古数字化全息记录：具体包括整个洞窟群的整体布网测量，各洞窟三维数据采集和预计算，图版拍摄。
田野资料室内整理：数字化记录信息的全面室内计算；根据石窟寺考古要求出具石窟寺各类数字测图——正射影像图；以正射影像图为底图，绘制石窟寺考古线图；田野石窟寺记录与数字记录结果的交互，贯穿室内整理的全部。
考古报告的编纂：将室内整理的全部文字记录、大地测量图件、数字化记录图件、以数字化图件为基础绘制的线图、专业拍摄的整体和局部的图版，整理成能够反映石窟寺全息信息的报告。
作为本报告提交成果、反映须弥山石窟数字化考古第一期工作成果的《须弥山圆光寺》报告，经历了以上全部的工作过程，目前已经送到文物出版社，10月底即可出版。
整理《须弥山圆光寺》考古报告的过程，实际上就是在田野工作的基础上，对数字化技术条件下石窟寺考古工作方法论进行全面总结的过程。这一过程，面对了诸多新技术方法与传统工作方法的冲突和融合，异常繁艰。2014年2月22日，宁夏考古所和浙江大学文化遗产研究院在北京联合召开《须弥山圆光寺》考古报告汇报会，与会的社科院考古所、北京大学考古文博学院、浙江大学人文学院、北京联合大学考古文博学院、文物出版社第一编辑室等石窟寺考古界、出版界权威学者对这一“首次全程使用3D数字技术的石窟寺考古案例”工作成果给予充分肯定，对项目组直面石窟寺考古应用3D数字技术工作中存在问题并探索寻求解决办法的态度给予高度评价，认可利用3D数字技术从田野信息采集到室内整理获得的所有成果，一致认为须弥山石窟数字考古探索和实践将开辟石窟寺考古和研究的全新面貌。两年后，修订的报告才最终提交出版社，预计2016年12月可刊行面世。
我们坚持，数字化技术是21世纪中国石窟寺考古（乃至全部考古界）记录方法的革命，其结果会对石窟寺研究水平的提高产生长远影响。因此我们也坚持数字化技术的技术和成果标准是，满足考古记录需要的“考古级别”。
作为对3D数字技术在石窟寺考古中应用的初步探索成果，李志荣、刁常宇著《探索数字化时代石窟寺田野考古的新方法》在《石窟寺研究》2014年12月（第219–228页）发表。
并报送了中期考核报告。
第二子课题“石窟寺考古中应用3D数字技术、海量数据库管理和共享模式研究
这一子课题设定的重要意义在于对应用在石窟寺考古中的数字技术提出明确的要求。对与目前广泛甚至泛滥应用数字技术的文物考古领域，这是非常重要的警示——石窟寺调查乃至不同文物考古对象，要达成“考古级别”的数字化成果，必须有针对性的专门研发。数字化工作不是买了仪器就可以进行的简单工作。
在不间断的石窟寺考古实践工作中，3D数字化技术也暴露出一些不足，主要体现在以下四个方面：
1）相机的镜头会在图像中引入畸变，不符合针孔相机模型，影响了重建结果的精度。现有的多视图立体匹配计算管线中仅采用了低阶的多项式模型来描述畸变，并且畸变参数的计算和相机的内外参数的计算耦合在一起。这种参数计算方式鲁棒性低并且不能有效矫正大畸变图像。
2）在基于非凸连续能量最小化的深度计算中，能量泛函对影响深度计算准确性的因素有较强的描述能力，但是由于泛函的非凸性，最小化泛函的解容易陷入到局部最优，并且依赖于初始值，影响了深度计算的准确性。
3）现有的基于凸优化的深度计算在能量泛函设计时，没有考虑遮挡所引起的深度不连续性。影响了深度在不连续区域的准确性。为保证能量泛函的凸性，现有泛函模型的数据项中仅采用简单的像素差值，这种简单的模型容易受到图像噪声的干扰，影响了深度计算的准确性和算法的鲁棒性。
4）现有的基于连续深度融合的多视图立体匹配算法，在深度融合的过程中没有利用深度连续的特点，并且仅考虑了去噪问题，没有考虑如何利用多角度的深度图和图像对深度进行优化，这影响了重建模型的准确性。
2012-2014年，项目组开展了针对性的研究工作，以更好地支撑新方法下的石窟寺考古调查工作，主要包括：
1）图像的径向畸变矫正研究。针对现有的多视图立体匹配算法中，畸变参数计算鲁棒性低和不能有效描述大畸变的问题，研究如何利用图像空间线特征来计算描述图像畸变的除法模型参数，实现图像径向畸变矫正。
2）基于对称连续优化的深度计算研究。针对泛函的解容易陷入到局部最优解的问题，研究如何利用能量泛函的对称性来使深度的计算结果更加趋于全局最优解,提高深度计算的准确性。针对非凸能量泛函的解对初始值有依赖的问题，研究如何在能量函数中利用一致性约束来降低对初始值的依赖，提高算法的鲁棒性。
3）基于凸优化的深度计算研究。针对遮挡所引起的深度不连续问题，研究如何在能量泛函中对深度的分段连续性进行建模。针对泛函模型中简单的数据项容易受图像噪声干扰的问题，研究如何设计能量泛函的数据项，降低噪声的影响，同时保持能量泛函的凸性，提高算法鲁棒性和计算结果的准确性。
4）连续多深度优化与融合研究。针对多角度连续深度图的特点，研究如何利用多图像，多深度间的冗余信息来对深度进行优化。研究如何利用连续深度的特点来进行去噪和融合，提高重建模型的准确性。
上述研究成功提升了石窟寺3D数字化结果的精度和准确度，直接反映为石窟寺考古报告所需的各类正投影图、剖面图的分辨率提升，并且增加了3D数据和图件资料中的文物细节信息。
到2015年，在我们针对石碑、精细佛教造像数字化工程实践的高精细纹理要求，浙大文物数字化技术团队，联合攻关，取得重大突破。使应用于石窟寺考古的技术得到重大提升。工作成果目前正在须弥山第三期考古中应用验证。具体是下面几方面：
针对石窟考古工作中对石窟整体三维精细记录及照片级正射影像图输出的要求，项目组重点针对三维数字化精度提升开展了研究实验工作，并实现了融合激光三维扫描与多图像三维重建技术的石质文物数字化方法。
很多时候，石质文物既包含精致的三维形状信息，也包含丰富的表面色彩信息。诸如眼纹、衣纹、字符切口、阴刻线痕等三维形状细节往往是体现石质文物艺术特色的精妙之处，而各种重修、残损的三维形状细节则精确体现了文物的演变过程和保存现状。对这些三维形状细节的研究和记录通常都要求达到亚毫米级别的区分度，甚至更高。当前主流的三维信息采集技术中，最适合执行石质文物三维形状细节记录任务的当属激光三维扫描。经过精确校准的激光三维扫描仪，可以在每平方毫米的面积内测量数百个点位，每个点位的测量误差可控制在±0.025毫米以内。在激光三维扫描仪的支持下，石质文物人工雕凿及病害侵蚀的痕迹可以记录为非常精细的三维形状数据，满足微痕级别的研究分析需求。然而，目前的激光三维扫描对于石质文物表面色彩信息记录而言显得无能为力，而这恰恰是多图像三维重建技术的优势。多图像三维重建技术在进行文物三维信息采集的过程中，从非常多的角度拍摄得到文物的照片图像，从而能够在三维重建计算时为每个三维空间点从多幅包含此位置的照片中用算法分析选取最适合的颜色，达到其它方法难以比拟的表面色彩信息一致性和准确性。在最新的研究工作中，多图像三维重建技术与激光三维扫描技术可以被融合起来发挥各自的优势。利用多图像三维重建技术提供的三维空间信息与激光三维扫描结果中三维空间信息的一致性，可以精确建立图像中像素位置与三维模型表面顶点位置的对应关系，从而可为三维模型表面的每个三角面片生成最适合的纹理图像，最终得到包含了激光三维扫描精细三维形状的网格模型数据和与其精确对应的高分辨率三维模型表面纹理数据的最优结果。
新方法已经在浙江大学与西安碑林博物馆、山东青州博物馆、中国社科院考古所邺城考古队等联合开展的石质文物数字化实验项目工作中得到成功应用，达到了预期效果，并将在宁夏须弥山石窟第三期数字化考古调查工程中进行大规模推广。
同时，为了规范石窟数字考古的工作流程，项目组已经形成了细化到每个工作环节的石窟文物数字考古现场操作规程及后期数据处理规程，对现场测绘、三维扫描、图像采集、数据文件命名与管理、三维数据后期处理、图像数据后期处理、纹理自动映射操作、信息管理系统录入与维护等都明确了具体的操作方法及标准要求。
在正在准备的结项报告中，我们将拟定一份石窟寺数字化考古专业技术标准并争取成为国家标准。
2、第三子课题“3D数字技术条件下中国石窟寺考古报告的编辑与出版相关问题研究”进展情况
第三子课题的核心任务，就是通过编辑《须弥山圆光寺》考古报告，具体探讨数字技术介入石窟寺考古之后，传统和新的记录结果如何编辑出版的问题。
这项探索，从《须弥山圆光寺》编辑修订时间之长可见其难。
首先，数字化记录的成果，是不是应该与传统记录同等对待，同等编辑出版，在《须弥山圆光寺》报告之前，一直是考古界和出版界还没有明确肯定的问题。比如，作为传统石窟寺考古报告必须的线图，是石窟寺考古报告中最重要的记录成果，在数字化条件下，数字化记录形成了各类数字测图——正射影像图，是对石窟寺的更加全面的记录，而不仅仅是绘制的线图的底图——是不是应该同时出版。《须弥山圆光寺》明确了这个问题。我们坚持认为，尽管数字化技术最初引进石窟寺考古领域，目的是代替人工测量浩繁的工作量，为石窟寺绘制线图提供更好的数字测图底图。但是，实践表明，数字化测量的结果，形成的不仅仅是绘制线图的底图，而且是对石窟寺更加全面的记录。数字化技术是石窟寺考古当代技术记录新方法，而不仅仅是满足传统要求的工具。因此，两种记录的结果要同时出版刊印。目前今年年底即将刊行的《须弥山圆光寺》是中国第一部完全意义上的数字化石窟寺考古报告，数字化记录的结果和传统方法记录的结果，高度融合，同时刊印。
其次，纸质文本，是不是数字技术介入条件下成果最佳的呈现形式？《须弥山圆光寺》编辑出版过程证明，纸质出版的体例、篇幅远远不能完全呈现新技术介入条件下获得的海量石窟寺考古全面信息。比如，需要特别精密的细部，无法全面反映；洞窟原大的真实信息，无法在报告中呈现；一些只有在数字化文件中可以进行的对比和分析，无法在纸本状态下呈现。而不能全面呈现考古调查成果，是不符合考古学全面、客观呈现遗址或遗迹信息这一基本要求的。所以，我们认为必须尝试数字出版的可能性。
同时我们也意识到，考古成果，不应当仅仅呈现给考古学界或知识界，同时也应当呈现给有兴趣的公众。因此，数字出版的形式和技术路径研究，必须被提到研究探索的日程。
现在，在纸本《须弥山圆光寺》完成的基础上，针对不同读者群的数字出版系统设计已经在有序推进中。
二、在数字化领域的其他实践
在持续进行须弥山石窟数字化考古案例实践的同时，我们开放性地将国家社科基金课题石窟寺考古中应用的数字技术及其方法论思考，贡献应用于其他的文物考古工作中，探索本课题研讨的方法论更加通用的意义，以石窟寺数字考古之外的实践案例中针对性应用得到的新技术和新方法，回馈本课题。
在本课题进行的2012年至今，本课题承担的主要机构浙江大学文化遗产研究院，先后在19省进行文物数字化工作（参见下图）。主要的工作对象涵盖了历史时期考古领域的大遗址（重庆钓鱼城，杭州吴越海塘遗址，杭州上仓桥南宋临安城址等）、出土佛像造像（青州龙兴寺佛教窖藏考古数字化，邺城出土造像数字化，辽上京出土造像数字化等）、石窟寺摩崖造像（北京房山云居寺石经山雷音殿、杭州南宋飞来峰造像、山西忻州定襄七岩山居士山摩崖石刻等）、墓葬三维全息信息采集（山西忻州九原岗北朝墓地）和古代建筑的三维数字化考古调查（杭州闸口白塔，西藏托林寺建筑数字化全面调查，含壁画）。
作为国家重大课题的承担者，我们在如上实践中，始终围绕本课题的问题，不断探索数字化技术与考古学结合的方法论和技术及其标准，包括田野工作的标准规程和最终获得的数字化成果的标准。
三、学术交流、合作和理论总结及社会宣传
承担这一课题的宗旨，是在数字化技术广泛应用于考古、文物保护和文化遗产的更广阔领域的大背景下，关注两方面的新问题，着力寻找其融合之道。
但是，我们却十分不乐观地看见，尽管越来越多的文物、考古机构在使用数字化技术，但双方两张皮的现象还是极为普遍。因此，作为国家课题的承担者，我们认为自己有责任去关注、正视这一普遍问题，以实例示范的方式让更多人了解，数字化不仅仅是一种手段，而且更应当是一种新的考古方法，考古要向数字化提出要求，数字化应为考古达成其理想目标不断升级，数字化成果的所谓“考古级别”到底是怎样的，如何实现。前述增广的每一个实践案例，都是在播撒承担本课题中形成的理念、方法的种子。我们十分欣慰地看见，我们的数字化工作理念和卓越的数字化考古成果，已经成为当前中国文物数字化领域的最高标准，通过我们不断的传播，越来越多中国考古文物界的卓越机构，在与我们合作中对数字化技术有了新的认识，提升了自身应用数字化技术解决文物考古问题的水平。
2016年4月19日至20日，云冈石窟研究院与浙江大学等单位发起创立“数字云冈联合实验室”，以期共同探索提升我国石窟数字考古、石窟文物数字化技术、石窟寺文物三维信息数字化留存标准建立和文物大数据平台建设工作水平。
在实践同时，我们坚持理论思考，并借助不同的学术平台和机会宣说，先后参加了多次学术会议，连续发表若干篇理论思考论文（论文清单见后页）。
人民日报、人民网、中央电视台、光明日报、科技日报、国家文物局网、浙江日报、西藏日报、中国文物网、浙江省文物局网站、汉唐网、中国高校人文社会科学信息网、中国社会科学网、中国社会科学院考古研究所网站、阿里文化网、中国西藏网、社会科学报、浙江在线等先后报道了承担课题期间所取得的科研成绩和突破。
转发的具体内容可以在这里查看：http://art.zju.edu.cn/redir.php?catalog_id=53768
四、需要说明的问题
本课题是一个建立在实践基础上的课题。核心案例须弥山石窟考古的田野工作受制于地域、气候，周期较长；室内整理中数字化成果的计算、整理，与传统方式的结合，比如以正射影像图为底进行的线图绘制、校核，前后纯工作时间超过一年，是本课题不能减省的环节。不得不说，这些困难在课题设定完成时间时是考虑不充分的。目前全部研究工作都已经完成，而最重要的成果《须弥山圆光寺》还在出版程序中。因此正式结项时间需稍后延。
五、关于社科基金考核方式的建议
本课题是为数字化在考古领域应用的实际问题而进行的研究，它的核心成果并不能完全通过论文形式反映和表达。虽然我们的论文数量不多，但我们研究的成果已经随着广泛的实践在19省的众多项目中产生影响，为国家的文物数字化工作基础的夯实做出贡献。期待结项时，社科基金委全面审查我们的成果。届时同时召开国际学术研讨会，向国内外学术界公布研究成果。
六、关于经费预算和实际支出情况的两点说明
1、信息采集费的使用计划
如前反复强调，本课题是借助在实践基础上的案例，其核心案例是须弥山石窟数字化考古和著作的出版，以及在此基础上的理论和方法论总结，而社科基金的经费不足以支持这一项实践案例的完成，因此，在预算编制方面，我们把田野案例调查和信息采集以及室内整理的大宗费用，和出版成果的全部费用，都在我们和宁夏考古所合作的考古项目经费中支出。因此，本次经费使用中的信息采集费为零。原预算的信息采集费，在下阶段完成结项报告时供所有课题参与者使用。
2、国际合作费的使用计划
因国内工作任务巨大，原定赴海德堡大学的访问，不能成行。因此，前一阶段国际合作经费未使用。计划结项时同时召开国际学术讨论会，邀请包括海德堡大学的海外学者参加，使用这笔经费。
二、研究成果情况
1、代表性成果《须弥山圆光寺》
已交付文物出版社。预计2016年12月出版。这是中国首个完全意义上的石窟寺数字化考古报告。报告序章，全面阐释了数字技术介入条件下须弥山石窟考古从整体到局部分段进行工作的理念和方法。在整理出版过程中面临的新问题，都一一给出明确的意见。将对未来同类工作有重要借鉴。
附：《须弥山圆光寺·序章》
2、阶段性成果（见附件2）
? 李志荣、刁常宇：《探索数字化时代石窟寺田野考古的新方法》，《石窟寺研究》2014年12月，第219–228页。
? 李志荣、王瑞霞、周麟麟、付卫杰：《一凿一磨皆菩提——青州龙兴寺L0139造像记录中的新方法和新发现》，《敦煌研究》2015年第4期，第115–120页。
? 李志荣、刁常宇：《作为考古记录方法的数字化技术》，2015年10月，扬州城考古学术研讨会暨中国考古学会宋辽金元明清考古专业委员会成立大会发表，已收入大会论文集，科学出版社出版。
? 李志荣、刁常宇：《历史时期考古数字化记录的最新技术和成果形态》，2016年5月21日，首届中国考古学大会（郑州）论文，会议文集正在结集编辑中。
? 李志荣、刁常宇《闸口白塔数字考古调查实践—3D数字时代的文化遗产调查与保护》，《历史城市景观研究》第2辑，2014年7月1日，浙江古籍出版社。
课题组供稿
