在公元79年維蘇威火山爆發(fā)之前，龐貝城南門附近的一座建筑曾是一個(gè)繁華的中心。工匠們?cè)谶@里制作籃子和墊子，該建筑的公共空間是聚會(huì)和餐館的場(chǎng)所，在這座建筑里工作的人（其中有些是奴隸）很可能就住在這里。

美國(guó)杜蘭大學(xué)考古學(xué)家兼副教授Allison Emmerson告訴記者，“我們?cè)谕豢臻g內(nèi)經(jīng)營(yíng)許多業(yè)務(wù)。我們?cè)谕诰蜻@些東西的同時(shí)，也在考察龐貝城下層人民的生活，不僅僅是在火山爆發(fā)那段時(shí)間，而是整個(gè)城市的歷史。”

Emmerson領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)多學(xué)科國(guó)際團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)挖掘這座建筑。她是龐貝I.14項(xiàng)目主任，該項(xiàng)目龐貝考古公園、杜蘭大學(xué)、牛津大學(xué)和印第安納州立大學(xué)的合作項(xiàng)目，于2021年啟動(dòng)項(xiàng)目的重點(diǎn)是龐貝東南側(cè)的一個(gè)城市街區(qū)，即Insula 14。 研究人員對(duì)羅馬城的邊緣地帶很感興趣，既包括實(shí)際的邊緣地帶，也包括生活在那里的邊緣化居民。

研究人員應(yīng)用創(chuàng)新工具的一種方式是創(chuàng)建數(shù)字孿生體，即現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)體的詳細(xì)虛擬副本。各行各業(yè)都在越來越多地使用數(shù)字孿生技術(shù)，包括城市規(guī)劃、汽車設(shè)計(jì)等。雖然創(chuàng)建數(shù)字孿生體的過程可能各不相同，但這些計(jì)算機(jī)化的三維復(fù)制品可以讓研究人員更動(dòng)態(tài)地了解他們正在研究的東西，可以加強(qiáng)合作并促進(jìn)達(dá)到出色的保存水平。

建立數(shù)字孿生體

龐貝數(shù)字孿生體結(jié)合了地理空間技術(shù)和在遺址現(xiàn)場(chǎng)收集的豐富數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)，研究人員可以利用龐貝數(shù)字孿生體在自己的大學(xué)里考察該地區(qū)，遠(yuǎn)程與其他研究人員合作，并可以將該地區(qū)隨時(shí)間的推移發(fā)生的變化進(jìn)行可視化。

Emmerson表示， “龐貝數(shù)字孿生體使得一切都變得完全不一樣了，真得能讓我們回到發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)。”

印第安納州立大學(xué)副教授Alex Elvis Badillo是龐貝項(xiàng)目的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)劃負(fù)責(zé)人，Badillo和數(shù)字團(tuán)隊(duì)的其他成員在發(fā)掘之前利用無人機(jī)圖像、照片和運(yùn)動(dòng)攝影測(cè)量（一種將二維圖像轉(zhuǎn)化為三維模型的技術(shù)）創(chuàng)建了一個(gè)按比例和地理坐標(biāo)的龐貝古城街區(qū)復(fù)制品。

隨著時(shí)間的推移，該考古隊(duì)在遺址中收集到的信息令模型變得更加詳細(xì)和動(dòng)態(tài)。這些數(shù)據(jù)是將三維模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字孿生體的關(guān)鍵，數(shù)字孿生體的設(shè)計(jì)可根據(jù)考古隊(duì)的發(fā)掘成果做出改變。與靜態(tài)的三維模型不同，數(shù)字孿生體本身包含了一組不斷變化的數(shù)據(jù)及根據(jù)新信息更新和調(diào)整數(shù)字孿生模型的方法。

為了獲得這些信息，Badillo在發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施了數(shù)字工作流程。龐貝現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)使用iPad Pro平板電腦記錄數(shù)據(jù)、拍照、進(jìn)行三維掃描，并利用數(shù)字草圖記錄他們的發(fā)現(xiàn)。這些信息以定制的數(shù)字形式保存在iPad上，研究人員再使用WiFi或手機(jī)網(wǎng)絡(luò)將這些信息發(fā)送到云存儲(chǔ)中。

然后，這些信息會(huì)被添加到一個(gè)在線儀表板上供整個(gè)團(tuán)隊(duì)使用。

Emmerson表示，“如果正在挖掘坑道的人想知道昨天的沉積物分析結(jié)果，他們可以在現(xiàn)場(chǎng)使用 iPad調(diào)出所有這些信息。”

Badillo告訴記者，iPad上收集的信息（例如結(jié)構(gòu)測(cè)量、土壤特性和發(fā)現(xiàn)的文物等數(shù)據(jù)）會(huì)被添加到3D模型中。這些組成部分共同構(gòu)成了龐貝數(shù)字孿生體，考古學(xué)家可以利用它重新審視、探索和分析龐貝遺址。該3D模型完成后，Emmerson 和他的團(tuán)隊(duì)將在下一次發(fā)掘中繼續(xù)這一工作流程。

Badillo表示， “你可以在網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中移動(dòng)，如果該位置的表單已經(jīng)填寫好了，你可以點(diǎn)擊獲取非常詳細(xì)的信息。能夠逐層查看并進(jìn)行測(cè)量，這一切都徹底改變了游戲規(guī)則。”

數(shù)字孿生技術(shù)的好處

數(shù)字孿生技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一是能夠按照最初發(fā)掘時(shí)的原貌檢視遺址的元素。

Giles Spence Morrow是美國(guó)Vanderbilt大學(xué)的研究員，也是加拿大McMaster大學(xué)的助理教授。Morrow于2011年開始了一個(gè)數(shù)字孿生項(xiàng)目，重點(diǎn)研究Huaca Colorada。Huaca Colorada是一個(gè)建于公元650年至1000年間位于秘魯祭祀土丘。

與Badillo一樣，Morrow也使用攝影測(cè)量技術(shù)創(chuàng)建該遺址的數(shù)字孿生體。他表示，“我們可以利用這些模型，通過電腦屏幕或最近的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)界面重溫整個(gè)發(fā)掘過程中一些特定的時(shí)刻。”

Morrow與 Vanderbilt大學(xué)副教授Steven Wernke合作研究數(shù)字孿生技術(shù)。Wernke的研究也在秘魯進(jìn)行，主要研究建于15世紀(jì)70年代的安第斯殖民小鎮(zhèn)Mawchu Llacta。Wernke還結(jié)合三維圖像及他在研究地點(diǎn)收集到的考古信息制作了一個(gè)數(shù)字孿生體。

Morrow and Wernke正在合作研究如何通過沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)數(shù)字孿生體進(jìn)行增強(qiáng)操作。Morrow 表示，他們使用虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔以第一人稱視角觀看數(shù)字孿生體，這只有在強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)連接下才能實(shí)現(xiàn)。

Wernke 表示，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索數(shù)字孿生體是“我們最接近重現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)感受或體驗(yàn)”的方式。Morrow and Wernke 使用虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔檢視數(shù)字雙胞胎時(shí)，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中留下筆記、標(biāo)記和地圖。

Morrow 表示，“這種詳細(xì)的三維沉浸式文獻(xiàn)資料的價(jià)值再怎么強(qiáng)調(diào)都不為過，因?yàn)榘l(fā)掘本質(zhì)上是一個(gè)破壞性的過程。”

發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)時(shí)不可避免地會(huì)造成破壞，科羅拉多大學(xué)丹佛分校副教授Jamie Hodgkins和她的團(tuán)隊(duì)之所以對(duì)創(chuàng)建一個(gè)意大利洞穴內(nèi)的墓地的數(shù)字孿生體感興趣，一部分原因就在于此。他們以數(shù)字方式重新創(chuàng)建了有文獻(xiàn)記載的歐洲最古老的嬰兒女童墓葬，這名女童死于近一萬年前。交互式3D模型的數(shù)字孿生體保留了他們發(fā)現(xiàn)墓葬時(shí)的原貌。

Hodgkins的研究小組在發(fā)現(xiàn)每一塊精致的骨架時(shí)都拍攝了數(shù)十張照片。科羅拉多大學(xué)安舒茨醫(yī)學(xué)園區(qū)副教授Caley Orr是這項(xiàng)研究的共同作者之一，他告訴記者，“到最后，我們拍了數(shù)千張所有骨架碎片的照片。”

Orr表示，“如此我們能夠以數(shù)字方式重建墓葬，并以三維方式看到地下墓葬的布局。但我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中從未以這種方式看到過，因?yàn)樗际窃谖覀冎饘忧謇砟嗤恋倪^程中展現(xiàn)出來的。”

數(shù)字孿生技術(shù)在考古領(lǐng)域的擴(kuò)展

Hodgkins告訴記者，數(shù)字孿生技術(shù)在考古學(xué)領(lǐng)域可能會(huì)變得更加普遍。她表示，數(shù)字孿生技術(shù)現(xiàn)在對(duì)從事考古工作的專家已經(jīng)很有價(jià)值了，但數(shù)字孿生之所以如此有用的部分原因在于，隨著時(shí)間的推移數(shù)字孿生技術(shù)如何能夠惠及這個(gè)領(lǐng)域。

Hodgkins表示，過去的考古研究缺乏對(duì)文物之間空間關(guān)系的記錄。她補(bǔ)充表示，沒有這些空間信息就很難理解這些文物、遺骸和其他發(fā)現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)。

數(shù)字孿生體可以幫助考古行業(yè)彌合這一空白，讓研究人員能夠看到實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)原本的模樣。

Hodgkins 表示，“你永遠(yuǎn)無法把一件文物放回去，但如果50年后的考古學(xué)家想問一個(gè)我們沒有想到的問題，他們可以查看我們留下的資料，看到挖掘現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)時(shí)的情況，并可以考慮這些空間關(guān)系。”

Hodgkins也是一個(gè)多項(xiàng)目、跨洲研究聯(lián)盟的成員，該聯(lián)盟旨在向?qū)W生傳授如何收集遺址數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字孿生體的創(chuàng)建。她表示，如果更多人掌握了這種方法，就可以在全球范圍內(nèi)對(duì)遺址進(jìn)行比較。

Hodgkins 表示，“我們希望培養(yǎng)未來的考古學(xué)家，除非我們能夠比較不同遺址的數(shù)據(jù)，否則我們無法真正理解人類如何在地球上遷徙、如何相互交流以及環(huán)境如何影響他們。”

她補(bǔ)充表示，“數(shù)字孿生體可以幫助我們回答一些重大的問題，但如果不收集正確的數(shù)據(jù)，就無法創(chuàng)建這些數(shù)字孿生體。”