陳 博，楊曉慶

(鄭州大學(xué)歷史學(xué)院，河南鄭州 450001)

0 引 言

在漫長(zhǎng)的歲月中，中華民族創(chuàng)造了豐富多彩、彌足珍貴的文化遺產(chǎn)?！凹訌?qiáng)文物保護(hù)利用和文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承”，“加強(qiáng)文物價(jià)值的挖掘闡釋和傳播利用，讓文物活起來”，是新時(shí)代文化遺產(chǎn)保護(hù)工作的更高要求。而文化遺產(chǎn)普遍具有稀缺性、脆弱性和不可再生性的特征，如何有效平衡保護(hù)與利用之間的矛盾是當(dāng)前文保工作面臨的重要課題。采用虛擬仿真技術(shù)記錄、展示珍貴的文化遺產(chǎn)，充分開發(fā)其歷史與社會(huì)價(jià)值，助力相關(guān)人才培養(yǎng)與國(guó)家文化建設(shè)，為深化文化遺產(chǎn)保護(hù)工作提供了一條新途徑。

虛擬仿真是一種綜合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域?qū)W科而發(fā)展起來的綜合性集成信息技術(shù)。它基于由數(shù)字信息構(gòu)建的對(duì)于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景高精度模擬的模型，用戶可以通過不同途徑與之互動(dòng)，并獲得接近真實(shí)環(huán)境下的感知體驗(yàn)[1]。基于虛擬仿真技術(shù)開發(fā)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，也成為理論與實(shí)踐之外，高校等相關(guān)單位人才培養(yǎng)的一種創(chuàng)新性教學(xué)方式[2]。

1 考古虛擬仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)展

虛擬仿真技術(shù)在我國(guó)文化遺產(chǎn)保護(hù)工作中很早就得以應(yīng)用。例如20世紀(jì)90年代末，敦煌研究院開展了莫高窟虛擬重現(xiàn)與壁畫修復(fù)模擬等工作[3]。近年來持續(xù)開發(fā)的“數(shù)字敦煌”全景資源庫(kù)，使觀眾可借助VR設(shè)備對(duì)洞窟進(jìn)行720度全景漫游，獲得身臨其境的洞窟游覽體驗(yàn)[4]。故宮博物院推出的“數(shù)字多寶閣”“數(shù)字文物庫(kù)”等在線數(shù)字資源，以虛擬形式展示文物的全貌與細(xì)部特征，使觀眾能夠近距離“觸摸”文物[5]。北京聯(lián)合大學(xué)、北京師范大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的文物鑒賞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以在不接觸文物本體的前提下，零距離全方位觀察文物特征，并模擬開展成分檢測(cè)、超景深顯微觀察等理化分析[6]。同濟(jì)大學(xué)運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)保存了大量古建筑的三維模型，為學(xué)習(xí)研究古代木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)、主要部件以及建造過程提供了重要資料[7]。而有關(guān)考古發(fā)掘的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也有開展。西北大學(xué)建立的“沉浸式考古虛擬互動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)了一些古代聚落、建筑、墓葬的結(jié)構(gòu)，并嘗試模擬了調(diào)查、發(fā)掘、記錄等部分考古工作場(chǎng)景[8]。

這些案例充分展現(xiàn)了虛擬仿真技術(shù)在提升文化遺產(chǎn)保護(hù)與利用水平方面的重要價(jià)值，但也暴露出一些不足。例如，已有工作多數(shù)聚焦于可移動(dòng)文物或石窟、古建筑等地面遺址的虛擬復(fù)原，但對(duì)埋藏于地下的古遺址則關(guān)注較少。數(shù)量龐大的古遺址(包括古墓葬)是我國(guó)文化遺產(chǎn)的重要組成部分，而我國(guó)古遺址大多數(shù)為“土遺址”，即以土為主要建材的遺跡埋藏于土質(zhì)地層環(huán)境中，不容易辨識(shí)，又極易遭受自然或人為因素破壞。其中很大一部分又是經(jīng)過不同時(shí)期層累堆積形成，即晚期地層、遺跡不斷疊壓并破壞早期地層、遺跡，因而具有非常復(fù)雜的立體空間結(jié)構(gòu)。因此，古遺址必須經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目脊虐l(fā)掘才能顯露原貌，又經(jīng)常需要將上層的晚期遺跡進(jìn)行破壞性發(fā)掘后，才能識(shí)別和清理下層的早期遺跡。這對(duì)考古發(fā)掘技術(shù)以及后續(xù)的保護(hù)利用工作都提出了更多的挑戰(zhàn)。此前以考古發(fā)掘?yàn)閮?nèi)容的虛擬仿真工作中往往只能提供考古發(fā)掘最終(或階段性)成果的記錄與展示，難以全面反映古遺址整體的堆積情況，據(jù)此開發(fā)的考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)中也難以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)掘工作流程與操作技術(shù)的模擬，未能充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)有的作用與優(yōu)勢(shì)。

2 基于體素模型的實(shí)驗(yàn)開發(fā)

考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)發(fā)展所面臨的困難，究其根源是傳統(tǒng)三維模型構(gòu)建技術(shù)存在一定局限性。獲取對(duì)象的數(shù)字三維模型是開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)的基礎(chǔ)。在包括考古發(fā)掘在內(nèi)的文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的三維建模方法主要有以下三種：1)使用圖形軟件進(jìn)行三維建模起步較早。它是基于測(cè)繪數(shù)據(jù)，運(yùn)用AutoCAD、3ds MAX等建模軟件，配合貼圖、紋理映射等操作，可以得到接近真實(shí)的模型。莫高窟早期的虛擬漫游建設(shè)就主要使用軟件建模技術(shù)構(gòu)建三維模型。在構(gòu)建可移動(dòng)文物的三維模型時(shí)，圖形軟件建模技術(shù)也較為常用[9]。2)使用三維激光掃描設(shè)備獲取三維模型的技術(shù)較為成熟。它是通過測(cè)量目標(biāo)物表面海量數(shù)據(jù)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，得到被測(cè)物體的點(diǎn)云模型，進(jìn)而生成三角形網(wǎng)格模型，并進(jìn)行貼圖與紋理映射操作。如云岡石窟研究院采用三維激光掃描方法對(duì)云岡石窟內(nèi)的高浮雕的佛像和壁畫進(jìn)行虛擬仿真記錄，并應(yīng)用于展示、修復(fù)、監(jiān)測(cè)等工作[10]。3)近年來，基于多視角圖像數(shù)據(jù)的三維建模技術(shù)得到快速發(fā)展。通過使用Agisoft Photoscan等軟件，可對(duì)大量二維圖像中被測(cè)物體特征進(jìn)行提取和匹配，從而獲取其三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)，生成點(diǎn)云、三角網(wǎng)等各種帶有紋理映射的三維模型[11]。因其具有操作簡(jiǎn)便，無需專用設(shè)備支持的優(yōu)勢(shì)，且便于生成正射影像圖、數(shù)字高程模型等常用展示、分析數(shù)據(jù)，已日漸成為文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域三維建模的主流技術(shù)[12]。

上述三維建模方法雖有差別，但從核心原理上看卻具有一致性，都是通過對(duì)目標(biāo)對(duì)象的外表面信息進(jìn)行記錄與重建，以具有空間信息的表面形態(tài)來模擬對(duì)象的立體特征，也就是僅用一層外殼來展現(xiàn)立體的對(duì)象。因此，所得的三維模型都是具有立體空間信息的面模型。面模型具有數(shù)據(jù)量相對(duì)較小、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足許多場(chǎng)景下對(duì)文物古跡立體展示的需求。但由于面模型只是一層外殼，在模擬諸如古遺址一類復(fù)雜對(duì)象的內(nèi)部情況時(shí)則具有明顯缺陷，也就很難支持通過交互操作探究古遺址內(nèi)部情況的考古發(fā)掘仿真實(shí)驗(yàn)需求。

三維建模技術(shù)的另一種路線——體素模型，可為該問題的解決提供更為有效的方法。20世紀(jì)80年代，體素模型開始在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中興起。它是通過采用一系列連續(xù)排列的基元矩陣實(shí)現(xiàn)了對(duì)立體對(duì)象的表達(dá)。這些基元被稱為體素(Voxel)，如同海量的像素(Pixel)有序排列可以構(gòu)成精細(xì)的二維圖像，當(dāng)海量的體素如積木般被拼搭起來則可以最大限度還原立體對(duì)象的整體特征[13]。體素模型可以被認(rèn)為是二維柵格模型在三維中的推廣，因此也被稱為三維柵格模型(圖1)。

圖1 體素模型原理示意圖[14]

雖然體素模型建模技術(shù)誕生很早，但在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用長(zhǎng)期以來幾近空白。近年來，為滿足考古發(fā)掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的古遺址建模需求，體素模型作為一種創(chuàng)新性方法開始得到研究者的關(guān)注。馬薩里克大學(xué)的帕維爾教授開發(fā)的水下考古發(fā)掘仿真實(shí)驗(yàn)，在體素模型支持下實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬水下發(fā)掘區(qū)內(nèi)泥沙堆積情況的仿真模擬，并可以對(duì)泥沙進(jìn)行清理，發(fā)現(xiàn)文物[15]。臺(tái)灣大學(xué)的研究者就如何在體素模型中實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同土質(zhì)、挖掘角度與力度參數(shù)而產(chǎn)生不同的坑洞與土塊的仿真效果進(jìn)行了分析，并以此為基礎(chǔ)研究開發(fā)史前考古發(fā)掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[16]。

相比面模型，應(yīng)用體素模型進(jìn)行考古發(fā)掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開發(fā)的創(chuàng)新性與優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。首先，體素模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間實(shí)體由表及里的整體模擬，所以在表達(dá)如古遺址等非均質(zhì)對(duì)象復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系時(shí)，在仿真度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。如圖2所示，表面上相似的面模型與體素模型實(shí)際存在顯著差別。通過比較兩模型的剖面清楚可見，面模型僅能夠展示當(dāng)前可見層面信息，該層面以下的所有堆積信息均缺失不見，而體素模型則不僅包含有當(dāng)前層面，也包含之下的地層、遺跡，可以模擬遺址完整的堆積情況。其次，通過對(duì)體素單元的編輯，可以實(shí)現(xiàn)模型分解、重塑等面模型無法支持的互動(dòng)操作，從而滿足模型根據(jù)用戶的隨機(jī)操作實(shí)時(shí)呈現(xiàn)非預(yù)設(shè)的高自由度變化的效果。形象來說，在由海量的體素單元堆疊形成的古遺址體素模型中自由選擇并去除部分體素單元，就像在由無數(shù)土壤顆粒堆積而成的古遺址中用手鏟隨機(jī)清理一撮土壤，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)掘過程的精細(xì)化模擬，并可以實(shí)時(shí)顯示清理后的結(jié)果。體素模型的可編輯性，如同引入“過程”維度，將常見的靜態(tài)三維模型升級(jí)成為動(dòng)態(tài)的“超三維”模型。

圖2 古遺址面模型(左)與體素模型(右)結(jié)構(gòu)比較

在體素模型的支持下，以真實(shí)田野考古發(fā)掘工作數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，鄭州大學(xué)歷史學(xué)院開發(fā)的“田野考古發(fā)掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”(以下簡(jiǎn)稱考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn))已經(jīng)應(yīng)用于考古文博等專業(yè)的人才培養(yǎng)，并通過“實(shí)驗(yàn)空間——國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺(tái)”向全社會(huì)開放使用。

3 考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)

考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)基于體素模型技術(shù)開發(fā)，其特點(diǎn)在于能夠高準(zhǔn)確度地還原遺址內(nèi)的地層、遺跡等堆積的結(jié)構(gòu)情況，支持高自由度的考古發(fā)掘仿真操作，并對(duì)整套工作流程進(jìn)行系統(tǒng)化的完整模擬。以下將發(fā)掘?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)思路分為遺址模型構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)兩部分進(jìn)行說明。

3.1 遺址模型構(gòu)建

遺址模型構(gòu)建所使用的數(shù)據(jù)主要選用官莊遺址與車莊遺址兩處鄭州大學(xué)考古實(shí)習(xí)基地歷年來所獲取的真實(shí)考古發(fā)掘資料，并補(bǔ)充少量其它遺址公開發(fā)表的典型遺跡、遺物信息。數(shù)據(jù)源包括遺址的各類測(cè)繪圖，影像資料，三維模型數(shù)據(jù)，文物三維模型，工作記錄等。模型的構(gòu)建過程可分為三個(gè)階段。

3.1.1遺址設(shè)計(jì) 為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，在參照真實(shí)遺址內(nèi)地層、遺跡等堆積之間三維空間布局與相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化、調(diào)整，將商周至漢代的文化層與灰坑、墓葬、房址、窯址和水井等不同類型的遺跡單位共計(jì)50余個(gè)集中于虛擬遺址范圍內(nèi)，并且合理設(shè)置仿真的地層與遺跡、遺跡與遺跡之間的疊壓打破關(guān)系，充分模擬古遺址的原始堆積狀態(tài)。

3.1.2幾何建模 首先，綜合使用各種常用建模方法獲取地層、遺跡的面三維模型。為滿足實(shí)驗(yàn)要求，建模過程以最小堆積單位(如灰坑分層)分別進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于遺跡內(nèi)部堆積情況的復(fù)原。之后，使用這些素材搭建遺址幾何三維模型。按照投影原則，從遺跡最底層開始逐層建立分層模型后加以合并(圖3)。各地層、遺跡的空間位置及相互關(guān)系嚴(yán)格按照遺址設(shè)計(jì)方案，符合考古地層學(xué)原理。

圖3 古遺址分層模型結(jié)構(gòu)

3.1.3體素建模及渲染 經(jīng)過幾何建模后生成的遺址模型仍然只是構(gòu)建物體表面形狀的面模型。為支持仿真發(fā)掘效果，需要將幾何模型轉(zhuǎn)換為體素模型，這個(gè)過程稱為體素建?；蝮w素化。以x，y，z軸標(biāo)記幾何模型所占據(jù)的空間，在x軸上分割成L個(gè)單元，在y軸上分割成M個(gè)單元，在z軸上分割成N個(gè)單元，則整個(gè)遺址轉(zhuǎn)化成為由L×M×N個(gè)體素所組成的體素模型[17]。每個(gè)體素按照其所處的空間位置(所屬堆積單位)被賦予不同的屬性，用以模擬不同土壤的顏色、密度、質(zhì)地等堆積性質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的仿真效果，三維體素模型的顯示需要進(jìn)行渲染，渲染工具是采用基于Marching Cubes算法而開發(fā)的渲染引擎，通過該引擎可以實(shí)現(xiàn)將三角形網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換為體素模型，并對(duì)模型進(jìn)行體素化賦值計(jì)算與渲染[18]。其原理是每個(gè)體素的整體屬性可以由一個(gè)小立方體的八個(gè)頂點(diǎn)的屬性值漸進(jìn)表示，體素內(nèi)任意一點(diǎn)的屬性由這三個(gè)角點(diǎn)通過差值算法來確定，如圖4所示。而后計(jì)算模型中任意等值面與立方體各邊相交情況，創(chuàng)建三角形面片。在等高線內(nèi)的區(qū)域和等高線外的區(qū)域之間分割立方體。給立方體形態(tài)的體素單元的8個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行賦值，通過連接等值面邊界上所有立方體的面片得到一個(gè)模型曲面。在曲面上通過體素頂點(diǎn)事先保存的像素值進(jìn)行計(jì)算，得到與之相匹配的貼圖數(shù)值，進(jìn)行平鋪渲染，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模型內(nèi)部所有空間位置的屬性賦值。對(duì)平鋪貼圖進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)無縫渲染與顯示，是渲染過程中需要注意的要點(diǎn)(圖5)。

圖4 體素模型渲染原理示意圖[18]

圖5 遺跡渲染效果示例

3.1.4模型優(yōu)化 在模擬對(duì)象給定的情況下，體素模型中L×M×N值越大，體素分辨率越高，模型及實(shí)驗(yàn)仿真度就越高，但所需要的存儲(chǔ)及運(yùn)算空間也越大。為了節(jié)省內(nèi)存，提高運(yùn)行速率，只將發(fā)掘區(qū)內(nèi)的地層、遺跡的模型進(jìn)行體素化，發(fā)掘區(qū)周邊環(huán)境采用面模型。此外，同樣以面模型模擬陶器、銅器等文物及人體骨骸、動(dòng)物骨骼等標(biāo)本，并置入合理的地層或遺跡堆積模型中。由此得到可供開展仿真發(fā)掘?qū)嶒?yàn)的古遺址虛擬模型(圖6)。

圖6 虛擬遺址(左)與發(fā)掘場(chǎng)景(右)

3.2 操作設(shè)計(jì)

考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)參照國(guó)家文物局頒布的《田野考古工作規(guī)程(2009)》與鄭州大學(xué)的《鄭州大學(xué)田野考古實(shí)習(xí)課程方案》設(shè)計(jì)主要實(shí)驗(yàn)步驟如圖7。

圖7 考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)者可以通過電腦或手機(jī)端登錄實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在線開展實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)共分為理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作兩個(gè)主要模塊。理論學(xué)習(xí)模塊提供多媒體形式的學(xué)習(xí)資料，系統(tǒng)介紹考古發(fā)掘基本原理與操作方法。完成學(xué)習(xí)并參加測(cè)試合格后，可進(jìn)入實(shí)踐操作模塊開始仿真試驗(yàn)。

實(shí)踐操作模塊的設(shè)計(jì)具有兩方面特色。其一，以高自由度交互式連續(xù)性發(fā)掘?yàn)楹诵牡母叻抡娑劝l(fā)掘效果模擬。實(shí)驗(yàn)中可以選擇不同發(fā)掘工具，設(shè)置單次挖掘的形狀、深度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同的挖掘效果。可以在發(fā)掘區(qū)域內(nèi)任意選擇工作地點(diǎn)，自由設(shè)計(jì)地層與遺跡發(fā)掘清理方案，實(shí)現(xiàn)土質(zhì)土色辨識(shí)、疊壓打破關(guān)系判斷、“找邊”等發(fā)掘技巧的仿真訓(xùn)練，并充分暴露可能出現(xiàn)的操作錯(cuò)誤。

其二，規(guī)范化的發(fā)掘工作過程模擬。在高度還原發(fā)掘效果的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)包括布設(shè)探方、堆積劃分與清理、人工遺物(陶片、小件等)與測(cè)試樣本采集、測(cè)量繪圖、影像記錄、文字記錄表填寫和報(bào)告編輯等步驟在內(nèi)的一整套田野考古發(fā)掘的規(guī)范工作流程與操作的仿真模擬，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，提升工作水平的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

以田野考古工作中常見的灰坑發(fā)掘?yàn)槔?，設(shè)計(jì)發(fā)掘流程如下。布設(shè)探方后，使用鐵鍬等工具完成上部地層清理。根據(jù)仿真模型模擬的土質(zhì)土色差異，辨識(shí)各類遺跡現(xiàn)象以及遺跡間打破關(guān)系。選擇劃線工具，標(biāo)記灰坑及周邊遺跡范圍與打破關(guān)系，制定清理計(jì)劃。如按照考古規(guī)程要求，應(yīng)從平面形狀最完整的晚期遺跡開始挖掘。使用相機(jī)工具拍攝發(fā)掘前的照片。選擇手鏟工具，按照二分之一法進(jìn)行發(fā)掘，剖面位置可由使用者自由選擇。發(fā)掘過程中，通過觀察剖面的土質(zhì)土色變化，及時(shí)劃分坑內(nèi)分層，并分別采集遺物、標(biāo)本，填寫采集標(biāo)簽。第一部分挖掘完成后，使用測(cè)量工具架設(shè)基線，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量與記錄，使用繪圖功能繪制灰坑剖面圖。繼續(xù)完成另一半灰坑的發(fā)掘工作，按照規(guī)范繼續(xù)進(jìn)行遺物、標(biāo)本采集工作。發(fā)掘最后階段，選擇手鏟工具進(jìn)行“找邊”操作，將灰坑完全清理干凈(圖8)。完成發(fā)掘后再次使用測(cè)量、繪圖工具，完成灰坑平剖面圖繪制。發(fā)掘工作完成后，系統(tǒng)整理相關(guān)數(shù)據(jù)資料，填寫灰坑發(fā)掘記錄表，生成灰坑發(fā)掘記錄，加入遺址考古信息數(shù)據(jù)庫(kù)(圖9)。得益于體素模型的支持，使用者在灰坑清理中可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)掘程序不正確、灰坑清理不徹底或清理范圍過大等錯(cuò)誤，增加了實(shí)驗(yàn)難度與仿真性。而當(dāng)灰坑發(fā)掘完畢后，可在其坑壁及坑底清楚的觀察到周圍地層、遺跡的分布情況，與真實(shí)考古工作中所見的堆積層疊情況相似。

圖8 灰坑發(fā)掘流程(一)

圖9 灰坑發(fā)掘流程(二)

4 相關(guān)思考

利用虛擬仿真技術(shù)開展文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)已取得許多重要進(jìn)展，展現(xiàn)出巨大的價(jià)值和潛力。應(yīng)用體素模型技術(shù)可以有效提升古遺址仿真水平與考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)仿真效果，包括對(duì)遺址內(nèi)部復(fù)雜的地層與遺跡現(xiàn)象堆積情況的完整化模擬，進(jìn)而支持通過虛擬操作高仿真模擬考古發(fā)掘過程中判斷堆積范圍、打破關(guān)系以及逐層細(xì)致清理等核心工作內(nèi)容，還允許操作者突破預(yù)設(shè)的地層、遺跡等堆積單位邊界，模擬“挖穿”“挖過”等常見工作錯(cuò)誤。這些特點(diǎn)相比此前的考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新性，對(duì)改進(jìn)古遺址等復(fù)雜文化遺產(chǎn)的三維數(shù)字記錄與復(fù)原展示方法也有參考意義。

基于體素模型的考古發(fā)掘?qū)嶒?yàn)已實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開放使用，支持虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的版本也正在開發(fā)。通過該實(shí)驗(yàn)，可在有效保障文化遺產(chǎn)安全的前提下，為考古等相關(guān)專業(yè)學(xué)生提供不受時(shí)空等客觀條件限制，充分開展模擬考古發(fā)掘?qū)嵙?xí)的機(jī)會(huì)。實(shí)驗(yàn)也可用于向社會(huì)各界人士普及有關(guān)考古工作的科學(xué)知識(shí)，為大眾提供“親自”參加考古發(fā)掘的機(jī)會(huì)，直接服務(wù)于公眾考古宣傳、中小學(xué)傳統(tǒng)文化教育等領(lǐng)域，為國(guó)家文化建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)建設(shè)也還存在一些問題。例如遺址模型空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，在對(duì)土壤堆積質(zhì)地、顏色等細(xì)節(jié)因素的顯示效果模擬還比較粗糙，視覺仿真程度有待提高等。因此，在專業(yè)教學(xué)過程中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)并不能取代現(xiàn)場(chǎng)田野考古實(shí)習(xí)，而是作為后者的重要補(bǔ)充。學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)，在實(shí)習(xí)之前積累必要的操作經(jīng)驗(yàn)，降低因工作失誤導(dǎo)致文化遺產(chǎn)受損的風(fēng)險(xiǎn)；在實(shí)習(xí)后繼續(xù)復(fù)習(xí)鞏固相關(guān)知識(shí)，體會(huì)不同遺跡、遺址的發(fā)掘，由此提升學(xué)習(xí)效果，提高田野考古工作水平。實(shí)驗(yàn)的后續(xù)建設(shè)中，將持續(xù)補(bǔ)充數(shù)據(jù)，充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并繼續(xù)優(yōu)化可操作性與顯示效果，完善使用體驗(yàn)。