数字孪生技术，考古学家最强工具？

在公元79年维苏威火山爆发之前，庞贝城南门附近的一座建筑曾是一个繁华的中心。工匠们在这里制作篮子和垫子，该建筑的公共空间是聚会和餐馆的场所，在这座建筑里工作的人（其中有些是奴隶）很可能就住在这里。

美国杜兰大学考古学家兼副教授Allison Emmerson告诉记者，“我们在同一空间内经营许多业务。我们在挖掘这些东西的同时，也在考察庞贝城下层人民的生活，不仅仅是在火山爆发那段时间，而是整个城市的历史。”

Emmerson领导的这个多学科国际团队负责挖掘这座建筑。她是庞贝I.14项目主任，该项目庞贝考古公园、杜兰大学、牛津大学和印第安纳州立大学的合作项目，于2021年启动项目的重点是庞贝东南侧的一个城市街区，即Insula 14。 研究人员对罗马城的边缘地带很感兴趣，既包括实际的边缘地带，也包括生活在那里的边缘化居民。

研究人员应用创新工具的一种方式是创建数字孪生体，即现实生活中实体的详细虚拟副本。各行各业都在越来越多地使用数字孪生技术，包括城市规划、汽车设计等。虽然创建数字孪生体的过程可能各不相同，但这些计算机化的三维复制品可以让研究人员更动态地了解他们正在研究的东西，可以加强合作并促进达到出色的保存水平。

建立数字孪生体

庞贝数字孪生体结合了地理空间技术和在遗址现场收集的丰富数据储存库，研究人员可以利用庞贝数字孪生体在自己的大学里考察该地区，远程与其他研究人员合作，并可以将该地区随时间的推移发生的变化进行可视化。

Emmerson表示， “庞贝数字孪生体使得一切都变得完全不一样了，真得能让我们回到发掘现场。”

印第安纳州立大学副教授Alex Elvis Badillo是庞贝项目的数字数据计划负责人，Badillo和数字团队的其他成员在发掘之前利用无人机图像、照片和运动摄影测量（一种将二维图像转化为三维模型的技术）创建了一个按比例和地理坐标的庞贝古城街区复制品。

随着时间的推移，该考古队在遗址中收集到的信息令模型变得更加详细和动态。这些数据是将三维模型转化为数字孪生体的关键，数字孪生体的设计可根据考古队的发掘成果做出改变。与静态的三维模型不同，数字孪生体本身包含了一组不断变化的数据及根据新信息更新和调整数字孪生模型的方法。

为了获得这些信息，Badillo在发掘现场实施了数字工作流程。庞贝现场团队使用iPad Pro平板电脑记录数据、拍照、进行三维扫描，并利用数字草图记录他们的发现。这些信息以定制的数字形式保存在iPad上，研究人员再使用WiFi或手机网络将这些信息发送到云存储中。

然后，这些信息会被添加到一个在线仪表板上供整个团队使用。

Emmerson表示，“如果正在挖掘坑道的人想知道昨天的沉积物分析结果，他们可以在现场使用 iPad调出所有这些信息。”

Badillo告诉记者，iPad上收集的信息（例如结构测量、土壤特性和发现的文物等数据）会被添加到3D模型中。这些组成部分共同构成了庞贝数字孪生体，考古学家可以利用它重新审视、探索和分析庞贝遗址。该3D模型完成后，Emmerson 和他的团队将在下一次发掘中继续这一工作流程。

Badillo表示， “你可以在网络场景中移动，如果该位置的表单已经填写好了，你可以点击获取非常详细的信息。能够逐层查看并进行测量，这一切都彻底改变了游戏规则。”

数字孪生技术的好处

数字孪生技术的主要优势之一是能够按照最初发掘时的原貌检视遗址的元素。

Giles Spence Morrow是美国Vanderbilt大学的研究员，也是加拿大McMaster大学的助理教授。Morrow于2011年开始了一个数字孪生项目，重点研究Huaca Colorada。Huaca Colorada是一个建于公元650年至1000年间位于秘鲁祭祀土丘。

与Badillo一样，Morrow也使用摄影测量技术创建该遗址的数字孪生体。他表示，“我们可以利用这些模型，通过电脑屏幕或最近的沉浸式虚拟现实和增强现实界面重温整个发掘过程中一些特定的时刻。”

Morrow与 Vanderbilt大学副教授Steven Wernke合作研究数字孪生技术。Wernke的研究也在秘鲁进行，主要研究建于15世纪70年代的安第斯殖民小镇Mawchu Llacta。Wernke还结合三维图像及他在研究地点收集到的考古信息制作了一个数字孪生体。

Morrow and Wernke正在合作研究如何通过沉浸式虚拟现实对数字孪生体进行增强操作。Morrow 表示，他们使用虚拟现实头盔以第一人称视角观看数字孪生体，这只有在强大的互联网连接下才能实现。

Wernke 表示，通过虚拟现实技术探索数字孪生体是“我们最接近重现现场感受或体验”的方式。Morrow and Wernke 使用虚拟现实头盔检视数字双胞胎时，可以在虚拟现实场景中留下笔记、标记和地图。

Morrow 表示，“这种详细的三维沉浸式文献资料的价值再怎么强调都不为过，因为发掘本质上是一个破坏性的过程。”

发掘现场时不可避免地会造成破坏，科罗拉多大学丹佛分校副教授Jamie Hodgkins和她的团队之所以对创建一个意大利洞穴内的墓地的数字孪生体感兴趣，一部分原因就在于此。他们以数字方式重新创建了有文献记载的欧洲最古老的婴儿女童墓葬，这名女童死于近一万年前。交互式3D模型的数字孪生体保留了他们发现墓葬时的原貌。

Hodgkins的研究小组在发现每一块精致的骨架时都拍摄了数十张照片。科罗拉多大学安舒茨医学园区副教授Caley Orr是这项研究的共同作者之一，他告诉记者，“到最后，我们拍了数千张所有骨架碎片的照片。”

Orr表示，“如此我们能够以数字方式重建墓葬，并以三维方式看到地下墓葬的布局。但我们在现实生活中从未以这种方式看到过，因为它都是在我们逐层清理泥土的过程中展现出来的。”

数字孪生技术在考古领域的扩展

Hodgkins告诉记者，数字孪生技术在考古学领域可能会变得更加普遍。她表示，数字孪生技术现在对从事考古工作的专家已经很有价值了，但数字孪生之所以如此有用的部分原因在于，随着时间的推移数字孪生技术如何能够惠及这个领域。

Hodgkins表示，过去的考古研究缺乏对文物之间空间关系的记录。她补充表示，没有这些空间信息就很难理解这些文物、遗骸和其他发现之间的关联。

数字孪生体可以帮助考古行业弥合这一空白，让研究人员能够看到实地现场原本的模样。

Hodgkins 表示，“你永远无法把一件文物放回去，但如果50年后的考古学家想问一个我们没有想到的问题，他们可以查看我们留下的资料，看到挖掘现场当时的情况，并可以考虑这些空间关系。”

Hodgkins也是一个多项目、跨洲研究联盟的成员，该联盟旨在向学生传授如何收集遗址数据进行数字孪生体的创建。她表示，如果更多人掌握了这种方法，就可以在全球范围内对遗址进行比较。

Hodgkins 表示，“我们希望培养未来的考古学家，除非我们能够比较不同遗址的数据，否则我们无法真正理解人类如何在地球上迁徙、如何相互交流以及环境如何影响他们。”

她补充表示，“数字孪生体可以帮助我们回答一些重大的问题，但如果不收集正确的数据，就无法创建这些数字孪生体。”