多模态数字化技术在布列塔尼史前防御工事研究中的应用

《Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage》:Multimodal digitization applied to the study of Breton protohistoric fortifications

【字体: 时间:2026年05月27日 来源:Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage CS4.1

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  赫尔韦·杜瓦尔(Hervé Duval)| 赫尔韦-皮埃尔·帕蒂埃(Hervé-Pierre Paitier)| 让-巴蒂斯特·巴罗(Jean-Baptiste Barreau)杰西协会(Société Jersiaise),地址:7 Pier Rd, 圣赫利尔 JE2 4XW,

  
赫尔韦·杜瓦尔(Hervé Duval)| 赫尔韦-皮埃尔·帕蒂埃(Hervé-Pierre Paitier)| 让-巴蒂斯特·巴罗(Jean-Baptiste Barreau)
杰西协会(Société Jersiaise),地址:7 Pier Rd, 圣赫利尔 JE2 4XW, 杰西岛(Jersey)

摘要

本文展示了如何通过结合激光雷达(LiDAR)、无人机摄影测量、地形测量和3D重建的多模态数字方法,从史前布列塔尼防御工事中获取新的考古见解。以卡斯特尔-科兹(Castel-Coz)、卡斯特尔-梅尔(Castel-Meur)和凯尔韦丹(Kervédan)遗址为例,我们详细介绍了旨在解决结构组织、分期和空间功能等具体研究问题的综合数字化工作流程。在卡斯特尔-科兹和卡斯特尔-梅尔,激光雷达(Litto3D)和摄影测量数据的整合实现了居住空间的自动检测,并明确了内部空间的布局,超越了传统调查方法的局限性。在凯尔韦丹,基于档案图纸、地层剖面和地球物理数据的阶段性3D重建使得多种防御状态得以可视化,从而对先前的分期假设提出了挑战。此外,我们引入了生成式人工智能辅助的可视化技术,以弥合技术3D模型与真实建筑感知之间的差距,提供了能够突出防御系统宏伟规模的沉浸式地面视图。研究结果强调了多模态数字化在史前考古学中的关键作用——它不仅是一种记录工具,更是进行空间分析、假设检验和完善遗址叙述的分析工具。最后,我们讨论了这种方法的方法论意义,包括人工智能生成图像在研究和公众传播方面的潜力和局限性。

引言

防御工事是欧洲史前考古学的基础研究主题(Wheeler Sir 和 Richardson, 1957)。在法国西北部,近年来在文化部和地区考古服务部门(SRA)的推动下,随着预防性考古学的发展以及新技术的应用(Buchsenschutz, 2016; Giraud 和 Delrieu, 2008; Remy, 2012),相关研究得到了复兴。然而,沿海和岛屿地区往往在这些综合研究中处于边缘地位,导致我们对领土组织和海洋界面的理解存在显著空白(Duval 和 Giraud, 2016; Dufay-Garel, 2015)。尽管博士研究在领土组织方面取得了进展(Remy, 2018; Basset, 2019; Goff, 2023),但将沿海和岛屿地区纳入更广泛的大西洋网络仍需进一步关注。
传统的考古方法虽然必不可少,但在面对植被茂密、遭受侵蚀或具有复杂多阶段使用的遗址时常常遇到困难。激光雷达(LiDAR)、无人机(UAV)摄影测量和3D建模等数字技术的出现为非侵入性调查开辟了新途径。多年来,激光雷达已被用于穿透森林覆盖层探测考古遗址(Devereux 等, 2005),最近的应用范围从南美洲亚马逊地区(Prümers 等, 2022)扩展到欧洲景观(Caspari, 2023)。随着无人机的普及,摄影测量技术也在植被较少的地区实现了有效探测(Vavulin 等, 2021; Zou, 2023)。对比这两种技术的研究(Vilbig 等, 2020),并结合深度学习(Kadhim 和 Abed, 2023)后,发现它们具有互补性,具体选择取决于环境条件和研究目标。
本文提出了一种专注的方法论贡献。我们认为,“多模态”方法——即系统整合互补的3D数字化技术——对于研究史前防御工事尤为有效。我们不仅仅将技术作为记录工具使用,而是将其作为解决遗址布局、分期和功能等具体考古问题的核心分析手段。这种方法符合这样的认识:由于技术进步,“研究防御工事所面临的物质障碍几乎已被克服”(Buchsenschutz, 2016)。
我们通过将这种方法应用于三个关键的布列塔尼遗址来说明其有效性:卡普-西宗(Cap-Sizun)的卡斯特尔-科兹(Castel-Coz)和卡斯特尔-梅尔(Castel-Meur)海岬堡垒,以及格鲁瓦岛(Groix)上的凯尔韦丹(Kervédan)复杂防御系统。选择这些遗址是因为它们面临共同的挑战(植被覆盖、复杂的土工结构、多层防御系统),并且拥有丰富但异质的考古历史,使其成为数字方法的理想测试案例。这些遗址属于法国西北部山丘堡垒研究的“卡斯特尔-科兹型”悬崖城堡系列(Wheeler Sir 和 Richardson, 1957)。
本研究的主要目标包括:
1. 详细阐述一种可复制的史前土工防御工事数字化工作流程。
2. 证明激光雷达、摄影测量和地形数据的融合如何揭示单方法调查或传统田野工作无法发现的新结构信息(例如居住位置)。
3. 展示基于档案和地层数据的3D重建如何作为检验年代假设和可视化遗址演变的工具。
文章结构如下:第1节介绍了三个案例研究遗址的现有知识。第2节详细介绍了多模态数字化方法,解释了每种数据类型的采集、处理和融合技术。第3节展示了结果,并明确将数字输出与新的考古解释联系起来。最后,第4节讨论了这种方法在研究和遗产管理方面的更广泛影响。

章节摘录

卡斯特尔-梅尔和卡斯特尔-科兹:卡普-西宗的海岬堡垒

卡斯特尔-梅尔(Cléden-Cap-Sizun)和卡斯特尔-科兹(Beuzec-Cap-Sizun)的海岬堡垒是典型的多层防御海岸防御工事示例(图1a)。自19世纪末以来,这些遗址一直吸引着考古学家的兴趣,早期由保罗·杜沙泰利埃(Paul Du Chatellier)在卡斯特尔-梅尔(Du Chatellier, 1890)进行了发掘,卡斯特尔-科兹也有类似的调查(Le Men, 1872)。杜沙泰利埃在卡斯特尔-梅尔的发掘声称在一个月内发现了95处居住遗迹,尽管获得的考古信息有限……

多模态数字化方法

我们的方法基于数据融合原则,即结合互补的3D数字化技术以克服单一方法的局限性。工作流程包括三个主要步骤:
(1) 数据采集,
(2) 数据处理和整合,以及
(3) 分析和重建。

卡斯特尔-科兹和卡斯特尔-梅尔居住区的辅助检测和空间分析

激光雷达和摄影测量数据的融合起到了决定性作用。如图4所示,仅靠摄影测量无法在植被覆盖区域模拟地面形态,而激光雷达数字地形模型(DTM)能够穿透植被层揭示微地形。通过将此DTM与纹理化的摄影测量网格结合,我们创建了一个混合模型,显著增强了地面高程的可视化效果。
该混合模型使得围墙内的多个圆形凹陷得以清晰识别(图5)……

讨论与结论

本研究证明,经过精心设计的多模态数字化方法可以超越简单的记录功能,成为史前考古学的核心分析工具。主要发现和方法论贡献包括:
  • 1.
    互补性至关重要:对于植被茂密、结构复杂的土工遗址,没有任何一种3D技术是足够的。激光雷达在卡斯特尔-科兹和卡斯特尔-梅尔提供了植被下的关键地面地形信息(Devereux 等, 2005),而摄影测量……

CRediT作者贡献声明

赫尔韦·杜瓦尔(Hervé Duval):撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论设计、调查实施、数据分析、概念化。赫尔韦-皮埃尔·帕蒂埃(Hervé-Pierre Paitier):可视化、资源管理、方法论设计、数据管理。让-巴蒂斯特·巴罗(Jean-Baptiste Barreau):撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、监督、软件开发、方法论设计。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们衷心感谢Evéha机构的考古学家理查德·洛佩斯(Richard Lopes)及其作为运营副经理的宝贵贡献。同时,我们也特别感谢蒂博·佩雷斯(Thibault Péres),他曾是雷恩第二大学(University of Rennes 2)UMR 6554 LETG Rennes的博士候选人,并与Costel和UMR 6566 CReAAH-Archéosciences有合作,感谢他的深刻见解和奉献精神。我们还要深深感谢托马斯·维尼奥(Thomas Vigneau)……
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