宁夏贺兰山新一轮复查累计新发现500多幅岩画：三维激光扫描在岩画刻痕高精度记录与风化监测中的应用
9月8日，记者从宁夏银川市贺兰山岩画管理处获悉，2020年启动新一轮全面复查工作以来，已在贺兰山累计新发现岩画500多幅。贺兰山岩画里最出名的那幅"太阳神"，也是在这一带。
500多幅这个数字花了六年。岩画调查的难点不在找，在于找到之后怎么把它记下来。
岩画记录的难处在于刻痕太浅
岩画是凿刻或者磨刻在岩石表面的。刻痕深度通常只有几毫米，浅的不到两毫米，宽也就几毫米到十几毫米。经过几千年的风化，很多刻痕的边缘已经和岩面本身的凹凸混在一起了。
拍照能记录一部分。侧光打得好，刻痕的阴影能显出轮廓。但照片是二维的，刻痕有多深、底部是什么形态、两条线谁压着谁（也就是打破关系），照片回答不了。
打破关系对考古断代很关键。后刻的线打断先刻的线，年代顺序就出来了。这个判断靠看深浅和交口的形态，必须要有三维数据。
摄影测量和激光扫描各管一段
做岩画数字化，两套手段我们一般都用上。
摄影测量（贴近摄影测量那一套）出的是高分辨率正射影像，纹理、颜色、颜料残留这些东西它最清楚。单幅岩画拍几十张上百张照片，拼出来的正射图能到亚毫米分辨率。
激光扫描出的是几何。地面三维激光扫描仪在高精度模式下，点位精度能到亚毫米到毫米级，刻痕的深度和断面形态靠它。手持式扫描仪适合小面积的精细补扫，单幅岩画用这种更灵活。
两套数据配准到同一个坐标系里，带纹理的高精度三维模型就有了。研究者可以在模型上量任意一条刻痕的深度、宽度、断面角度，也可以把光照角度随便调，看不同角度下的线条走向。
微地形可视化是个实用技巧
拿到高精度模型之后，有个处理建议一定要做：把大尺度的岩面起伏去掉，只保留小尺度的刻痕起伏。
具体做法是先拟合一个平滑的岩面基准，再用原始模型去减它，剩下就是纯粹的刻痕形态。这个差值做假彩色渲染，浅浅的刻痕一下就"浮"出来了。
风化严重的岩面上，肉眼完全看不出线条的地方，用这个方法往往能找出完整的图形。这大概也是这几年复查能不断有新发现的技术原因之一。
多期比对看风化速度
岩画保护里有个绕不开的问题：它一直在消失。风化速率有多快、哪几幅退化得最厉害，得靠重复测量。
做法是在重点岩画上设固定观测区，每隔一两年用同样的设备、同样的设站位置、同样的参数扫一遍。两期点云做差值，刻痕深度变浅了多少、边缘崩掉多少，直接出数值。
这个比对有个技术要求：两期数据必须严格同基准。我们在这类项目上会在岩面上布设固定的靶标点或者用稳定的岩石特征点做配准基准，误差控制在亚毫米，不然测出来的"变化"可能只是配准误差。
| 记录内容 | 推荐手段 | 精度 | 主要用途 |
|---|---|---|---|
| 刻痕深度与断面 | 地面/手持激光扫描 | 亚毫米级 | 制作工艺分析、断代 |
| 线条打破关系 | 高精度三维模型 | 亚毫米级 | 年代序列判定 |
| 颜料残留与色彩 | 贴近摄影测量 | 亚毫米分辨率 | 彩绘岩画记录 |
| 风化速率 | 多期点云比对 | 亚毫米级 | 保护优先级排序 |
| 岩面裂隙与危岩 | 地面扫描 + 无人机 | 毫米级 | 载体稳定性评估 |
| 遗址整体分布 | 无人机激光雷达 | 厘米级 | 空间格局研究 |
画所在的岩面本身也要建档
岩画画在石头上，石头出问题，画就没了。贺兰山这一带的岩面普遍发育节理裂隙，冻融和卸荷作用下会形成危岩体。
所以做岩画记录的时候，顺手把整片岩壁扫下来是很划算的。裂隙的走向、开度、延伸长度，岩体的临空面位置，潜在崩塌块的体积，都在同一份数据里。
这些数据给文物保护单位排险用。哪几块石头要先加固、哪几幅画要先做抢救性记录，按危岩体的稳定性排序来定，比按名气排序科学。
数据在研究和展示上怎么用
高精度模型做出来之后，用处不止于存档。研究者不用每次都跑现场，在模型上就能量数据、做拓片效果的提取、做图形叠加对比。
展示上可以做虚拟复原，把风化掉的部分按研究推断补出来，观众能看到完整的图形。实体岩画要保护不能让人摸，数字化副本可以随便放大看细节。
云绘科技在深圳做激光三维扫描服务，精度做到2毫米以内，累计完成500多平方公里采集，服务过80多家机构。石质文物记录、遗址数字化建档、岩体稳定性测量这些项目我们做得比较多。技术流程见技术方案，历史项目见案例页。