考古探方三维数据组织与可视化研究——以旧石器时代泥河湾马圈沟遗址为例

摘要

旧石器考古发掘的过程中会发现种类丰富，数量巨大的化石、旧石器等，这些化石和旧石器赋存的古地理古环境的信息是重要的环境考古数据，根据化石的种类、多少等可以推断遗址处活动的生物种群和和规模，旧石器的制作工艺可反映当时的文明程度。将化石和旧石器的赋存信息按地理空间数据进行处理可以归纳为空间数据和属性数据。考古研究人员不仅需要整理存储考古相关属性数据，同时也要考虑到遗址周边地形和遗物的分布图等地理空间数据，但是传统数据库的时空表达能力较差，在空间数据管理和空间可视化方面都存在一定局限。而GIS系统强大的空间数据管理能力可以实现考古属性数据与空间数据的统一存储和组织。同时，空间数据库能有效实现数据间的查询和修改，管理方便，可视化容易，具有良好的共享性，能更好地服务于考古研究。随着GIS及考古方法的不断发展，三维GIS在考古工作中的应用越来越广泛。在考古工作中的三维可视化重建可以更好地展示考古遗址和遗物，能使考古学者充分直观地了解考古遗物的空间分布，还原遗物在探方中本来的面目，为考古工作者研究旧石器时代古人类和古动物生存活动规律提供帮助。为此，本文以GIS技术为基础，建立了马圈沟考古遗址的专题数据库并对其进行可视化重建。 研究以三维GIS可视化技术为基础，直接从三维空间的角度去理解和表达考古遗物数据，建立数据库对考古专题数据进行存储和组织，并进行了三维可视化展示。论文主要以泥河湾马圈沟遗址的样例数据为例，考古发掘过程中记录的探方考古资料为基础，以建立探方内遗物和地层的三维可视化为主线，分别建立了遗物和地层的三维模型；通过旧石器考古专题数据进行空间组织，实现了空间数据和属性数据的关联，并提高了数据查询效率。最后建立了马圈沟遗址考古专题数据库，将考古专题数据进行统一存储管理，便于数据的属性查询、位置查询和三维空间分析等，实现了探方内遗物的三维可视化重建，并对研究结果的功能和应用作了简单探讨。 以考古探方为基本建模单元，将考古地层与考古遗物分开建模，具体是根据遗址地层剖面图建立三维地层模型，根据遗物分布图建立遗物三维空间分布模型；将探方三维空间进行规则子块划分并赋予位置编码，基于位置关系将位置编码与遗物点相关联，从而获得遗物点在探方空间中的相对位置数据，实现属性数据与空间位置的互相关联。通过划分规则子块并进行位置编码的组织方式提高了遗物点的空间查询效率，根据建立的GIS考古专题数据库，可以实现遗物点的属性和空间位置的相互查询操作以及一系列自定义属性查询和显示等操作，为考古学者对旧石器时代的考古研究提供一定帮助。 论文侧重于对三维空间中的专题数据的组织存储和可视化表达，以马圈沟的样例数据作为实验基础，通过给出专题数据的组织和可视化的思路及方法过程，为后续其他旧石器考古探方遗址的三维空间可视化提供了一定参考意义。

目录

声明

1 绪 论

1.1. 研究背景及研究意义

1.2. 国内外研究进展

1.3. 技术路线

1.4. 论文组织

2 三维空间数据模型与数据组织

2.1. 考古探方数据分析

2.2. 三维空间数据模型的确定

2.3.空间数据组织

3 三维空间数据处理及三维可视化

3.1. 探方三维轮廓数据获取与处理

3.2.考古遗物数据的处理与可视化

3.3. 考古地层的空间数据处理

3.4. 属性数据与空间位置的关联

4 旧石器考古专题数据库设计

4.1. 概念结构设计

4.2. 数据结构设计

4.3. 空间数据管理

5 泥河湾马圈沟案例研究

5.1. 研究区概况

5.2. 探方轮廓点云数据获取与处理

5.3. 遗物空间数据处理与分布可视化

5.4. 地层数据处理与可视化

5.5. 马圈沟探方规则子块划分

5.6.基于数据库的时空查询操作

6 结论与展望

6.1. 研究结论

6.2. 主要创新点

6.3. 讨论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果清单