三维数字模型应用于骨骼痕迹研究

研究人员通过对骨骼表面痕迹进行三维扫描，制作出痕迹三维数字模型，并使用相关软件实现对痕迹的多视角观察、测量并进行正投影等技术分析，从而建立一种新的实验考古学方法。古人类在演化的过程中，为生存和适应环境，发生了脑量增加、身体机能及形态大小改变等生物学特征的变化；同时，其行为模式也经历了一系列演化，包括制造与使用工具、用火、狩猎等在内的行为模式，反映人类对生存环境的行为适应。而获取动物性肉质蛋白是促进古人类演化进步的最重要的适应性特征之一。这种行为特征一般是通过狩猎、宰杀和敲骨吸髓等肉食行为完成的。因此，在古人类遗址发现的动物骨骼中，一般都保留有人类演化过程中行为模式的丰富信息。如何有效地获取这些遗存的动物骨骼中蕴涵的大量信息也就成为了一个重要的科学问题。但是，目前国内外学者对古人类遗址动物骨骼表面的痕迹研究所使用的方法均存在一定的缺陷。在国家自然科学基金以及中科院知识创新工程重要方向项目等的资助下，重庆师范大学教授武仙竹与中科院古脊椎动物与古人类研究所副研究员裴树文、吴秀杰等通过制作痕迹三维数字模型，对骨骼表面痕迹进行多视角观察和测量，并对其使用等值线分析技术，实现了对骨骼表面痕迹从平面到立体、从静态到动态、从简单数据测量到任意数据测量的研究，从而有效地分析痕迹性质（痕迹产生原因），以及产生痕迹的工具类型、刃口形状、工具运动方式、工具微磨损形态等。该研究是人们首次对古人类戳刺性痕迹现象进行专业技术分析，而通过三维数字模型技术研究痕迹现象的方法，同样是一种技术创新。相关论文发表在新近出版的《科学通报》第54卷第12期上。 信息提取方法期待突破 “古人类遗址中埋藏的动物骨骼化石与古人类活动密切相关。”武仙竹介绍道，“古人类遗址中的动物种类组成、骨骼部位、骨骼破碎情况及骨骼表面痕迹等，是研究古人类适应环境、食物选择、获取食物的方式以及工具使用等方面的基本素材。” 事实上，国内外对于古人类遗址骨骼表面的人工痕迹的研究已经是硕果累累。西方学者通过对非洲、欧洲古人类遗址骨骼表面的切割痕迹进行观察，提出了痕迹鉴定的一些方法与标准，并就原始人类狩猎、屠宰行为和左右手使用习惯等展开了积极探索。而在西方学者根据骨骼化石表面痕迹热烈讨论史前人类的行为、文化时，我国学者的相关研究也取得了一些非常宝贵的成果：如中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员高星等人通过对三峡兴隆洞遗址的研究，发现该遗址有人类最早有意识的刻画作品。不过，国内外学者对古人类遗址动物骨骼表面的痕迹研究，主要采用的还是肉眼、手持放大镜、体视显微镜及电子显微镜等观察方法。“这些方法皆有一定的作用，可以提取大量信息，但也都存在有一些局限性。”武仙竹说道，“如进行肉眼和手持放大镜观察时，对痕迹不能放大或放大倍数较小，满足不了对痕迹微观特征的分析，而且欠缺对观察对象的图像共享。使用体视显微镜和电子显微镜工作时，能够对痕迹放大观察，并且在配备摄像镜头等现代光学设备的前提下，可提供图像资源共享。但它们所提取的信息主要反映痕迹平面结构，在对痕迹的多视角观察、测量和计算方面不方便使用。由于现阶段痕迹研究方法均有一定局限，所以，在由微观痕迹特征（指痕迹运行方向、工具对痕迹底部与壁面的改造、痕迹产生顺序等方面）分析人类行为与文化等问题时，学术界尚缺乏较一致的标准。” 因此，在观测技术和手段方面采用新方法进一步提取骨骼表面痕迹的信息，对于研究古人类行为特征及生活方式具有重要意义。 打造全新实验考古学方法 三维数字模型技术，在中国科技考古领域已经有过成功应用的案例，有学者曾经将其用于先秦水稻植硅体和玉器工艺研究。武仙竹指出，三维模型方法在立体图像建造和显微观测方面具有良好作用；其对分析痕迹性质（痕迹产生原因），以及产生痕迹的工具类型、刃口形状、工具运动方式、工具微磨损等方面均有较好作用。武仙竹等人的研究就是想通过对骨骼表面痕迹进行三维扫描，制作痕迹三维数字模型，并使用相关软件对痕迹进行多视角（三维立体）观察、测量并进行正投影等值线技术分析。从而建立一种新的实验考古学方法，研究古人类的行为特征与生活方式。一片从湖北郧西白龙洞古人类遗址出土的外表面遗留有2处明显凹痕的大型哺乳动物管状骨骨片化石是武仙

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