虚拟考古学的新视角
在萨克森州，德国，依靠工业计算机断层扫描技术来研究和修复文化宝藏
对于博物馆和修复工坊来说，考古文物的回收和修复通常是一项劳动密集、耗时且成本高昂的工作。除此之外，最重要的是不要损坏回收的物品。因此，在应用手工和机械工具发掘文物之前，获得文物内部的非破坏性视角是一个决定性的优势。
只有通过查看内部，才能预先确定如何最好地发掘或修复物品，有时还能确定该发现是否确实是一个值得进一步研究和修复的壮观发现。
先进数字非破坏性分析方法（也用于工业质量检测和材料科学研究实验室）需要获得最准确的视角来尽可能深入地了解古代发现物的内部情况，其中一些发现物在发掘时周围仍有土壤或腐蚀产物。借助现代工业计算机断层扫描（CT），考古学能够实现材料和部件检查中也至关重要的一点：使隐藏的事物可视化，以便稍后能在正确的位置使用精密机械工具和刷子。
三维识别物体特征
工业CT方法特别适合，因为它能够创建复杂物体的三维体数据集，在虚拟截面中揭示仅几微米的细节。与经典的X射线图像不同，细节不会与其他结构叠加。另一个优点是，它不仅可以检查高吸收材料（如金属），还可以检查残留纤维、陶瓷或木材等材料，这对考古调查至关重要。
特别是微型和纳米CT，使得即使是最小且有时是最关键的细节也能清晰成像。通过这种方法，修复者可以确切地知道发现物表面下隐藏着什么。通过CT系统以三维体积显示它，还可以在进一步发掘和修复措施之前，将该文物作为“数字孪生”的一种形式进行原始状态记录。同样，关于发现物的保存状态或现有腐蚀的问题也能得到精确回答。这不仅使得更容易决定对发现物的进一步保护处理，而且常常为确定文物的年代顺序提供初步线索。
此外，在保存状态允许的情况下，微型CT扫描还可以检测和记录考古文物表面的加工和使用痕迹，这是考古学中的宝贵信息。
一项技术，带来众多发现
维睿泰的先进工业 CT 技术也被应用于德国下萨克森州的许多令人瞩目的考古发现。在维睿泰与下萨克森州历史遗迹保护局（Niedersächsisches Landesamt für Denkmalpflege, NLD）超过十年的合作中，各种重要的出土文物在维睿泰位于温斯托夫的客户解决方案中心使用 Phoenix V|tome|x 系列高分辨率 CT 系统进行扫描，并生成了初步的可视化图像。随后，3D 卷数据的分割和分析在 NLD 位于汉诺威的办公室进行。
为子孙后代保护文化宝藏
但是，为什么在进行手工精细工作之前要先进行CT扫描和分割呢？事实上，有许多应用场景都证明了CT在现代考古学中发挥着关键作用。对于古代文化文物的保护尤其如此，因为非破坏性的方法确保了文物在数字上保持完整。这种方法有助于文物的断代，以及检测某些颗粒和纤维（如纺织品）。
通过虚拟切片进行虚拟发掘
2016年，在德国维斯贝克（Visbeck）发现了一把中世纪早期的撒克逊剑，该剑是在周围土壤形成的土块中被发现的，研究人员使用Phoenix V|tome|x L 450计算机断层扫描仪对其进行了检查。对这把75厘米长的剑（此前已进行了经典的二维X射线检查）的扫描体积进行虚拟切片后，扫描后不久便发现了两个惊喜：剑鞘上饰有铆钉，铆钉上又装饰着非常小的珠状金属丝饰物。与铁相比，较高的灰度值也表明这些铆钉是银制的。这一推测在随后的发掘中得到了证实。对剑柄的仔细观察还显示，在剑的右侧下方藏着另一把小刀。
借助CT，不仅可以记录剑及其陪葬品的精确三维模型，而且在随后的发掘过程中，从一开始就很清楚哪里会有纯土，以及在接近重要细节时需要特别小心的地方。
因此，通过CT获得的3D信息是一个无价的优势，因为它一方面节省了时间，另一方面有助于提高修复质量。
数字除锈——点击鼠标一键曝光
当土壤中的金属物体发生腐蚀时，与剩余的纯金属相比，由于吸收了氧气，其X射线吸收率会降低。这使得只需点击鼠标，就可以在CT体数据集的直方图中隐藏剩余金属芯周围腐蚀材料和附着土壤的特定灰度值。
例如，对CT体数据集的虚拟后处理和单个物体的着色，使得能够识别出2018年在圣安德烈亚斯贝格（Sankt Andreasberg）发现的16把锤子和镐头的集合体，据推测这些工具来自16世纪。
该非破坏性方法的另一个例子是2013年在胡姆灵（Hümmling）的韦斯特洛（Westerloh）发现的结壳罗马钱币卷。这些钱币被一层厚度不一的腐蚀物覆盖得面目全非。为了进行年代鉴定，需要将这些钱币分开并暴露出来，但这需要结合湿法化学处理，导致大量物质损失。对堆叠物的切片显示，这里共有九枚钱币。然而，在进行微型CT扫描和三维重建后，便能够相对轻松地在虚拟环境中逐层翻阅钱币堆叠层。在这个过程中，统治者的象征和肖像反复出现。这些使得该发现在不破坏的情况下被归类为4世纪中期。
所获得的结果、成功地对各个硬币进行了年代鉴定，以及图像的使用，最终证明了将硬币卷保留在完整遗址中的决定是正确的，从而为后代保存了这一发现。
虚拟发掘的另一个例子是一个部分修复且严重腐蚀的铁制腰带带扣，该带扣带有银质覆盖层，是在一个古老的撒克逊墓地中发现的，并在维睿泰进行了扫描。在CT体积中屏蔽掉周围材料后，铁环和银质覆盖层都可以被看到。还可以可视化先前X射线检查中未检测到的其他装饰。
数字木材——虚拟树木年代学
虽然经典的树木年代学可以依靠横截面或钻芯来测定历史建筑的年代，但由于这种方法的破坏性，导致长期以来这种方法无法应用于独特的木制艺术品或乐器。
例如，2004年，phoenix|x-ray（现为维睿泰）制造的一个微焦点X射线管被用来以特别高的分辨率扫描德国南部的三个凯尔特木制神像。这使得不仅能够在非破坏性虚拟截面中可视化髓射线和年轮，甚至还能可视化单个木材细胞。这不仅证明了这三个神像都是由同一棵橡树雕刻而成，而且还实现了世界上首次虚拟树木年代学检查。这样，这三个神像就可以被精确地测定为公元前127年。
通过高科技一窥石器时代
高分辨率CT扫描的潜力也被用来研究史前木制工具。20世纪90年代，在舍宁根（Schöningen）露天褐煤矿发现了几把木制长矛和投掷棒——这是世界上现存最古老的完整狩猎武器。这些木制物品可追溯到大约30万年前，为旧石器时代人类祖先（海德堡人，Homo heidelbergensis）的早期智慧提供了前所未有的视角。它们提供了关于早期人类狩猎实践和社会组织的重要信息。近年来，这些人工制品在下萨克森州历史遗迹保护国家办公室（NLD）领导的跨学科研究项目中得到了研究。
研究的重点是一个双尖投掷棍，它可能用于以最高 30 米的距离猎捕小型动物和鸟类。研究结果令人印象深刻地展示了早期人类的技艺：这根棍子是用精心去皮的云杉枝制作的，并被塑造成具有空气动力学和人体工程学设计的投掷工具。痕迹表明，早期人类故意加工木材以避免出现裂缝和变形。这表明早期人类对材料特性有着出乎意料的深刻理解。
使用维睿泰的Phoenix V|tome|x M 300扫描仪拍摄的微型CT图像，使科学家们能够确定木材的内部结构。CT扫描中可见的63个非常紧密、偏心的年轮证明，这种极硬的木材（由于生长非常缓慢）并非像长矛一样取自树干，而是取自一棵生长极其缓慢的云杉的树枝，可能来自低山脉的高海拔地区，这使得它比该地区今天可用的云杉要坚硬得多。
经过长时间的使用后，投掷棒可能是在湖边丢失的，并迅速嵌入泥中。这种快速掩埋使得该人工制品得以保存，但也留下了痕迹：踩踏损坏、真菌感染、根部损坏和压缩。
这些分析证实了该投掷棒被用作投掷棒，即狩猎武器的解释，并强调了30万年前早期人类高度发达的木材加工技能。因此，德国下萨克森州舍宁根（Schöningen）的发现是人类祖先智慧和适应能力的令人印象深刻的证明。
分析结果确认了该棍子被用作投掷棍，同时也作为一种狩猎武器，并强调了早期人类在 30 万年前高度发达的木工技能。如此一来，来自德国下萨克森州舍宁根（Schöningen）的发现成为了我们人类祖先的聪明才智和强大适应能力的见证。
尼安德特人的艺术才华被揭开
在另一个案例中，使用Phoenix V|tome|x M微型CT扫描仪检查了一件尼安德特人的早期“艺术品”。该发现于2019年在德国哈尔茨山脉的独角兽洞穴的前入口门廊处被发现。该物品是巨鹿的跖骨，5万多年前，尼安德特人在上面装饰了几何角形图案。基于CT扫描，NLD创建了一个表面的数字三维模型。任务是对雕刻的加工痕迹进行更仔细的检查，以便对其起源得出结论。结果发现，这些几毫米深的凹槽由一个垂直的、部分呈阶梯状分布的剖面，后面跟着一个水平面组成。考古实验表明，这些图案可以通过在骨头上进行垂直切割，然后刮擦周围表面来最有效地创建。实验还表明，这些相当深的凹槽需要至少90分钟才能制作出来。因此，尼安德特人有足够的时间来思考这个物品及其意义。CT扫描还允许在三维模型上收集测量数据，有趣的是，这突出了工作的精确性。单个凹槽之间的距离为8-10毫米，并以大约90度的角度相交。这种意想不到的精确性使人们对尼安德特人有了更深入的认识。
工业CT技术为文物保护带来的不可估量优势
在数十年间，二维X射线始终作为文物修复的标准辅助手段，而工业CT技术近期开始以高分辨率三维影像革新文物的原貌记录方式。该技术可精准预判块状发掘物、陶罐或完全腐蚀凝结物的内部状态，评估修复措施的必要性，并以毫米级精度定位发掘过程中需格外谨慎的操作点。
针对珍贵木质文物，工业CT实现了非破坏性年轮分析，结合三维打印技术，不仅能复刻激光扫描可及的表面细节，更能还原文物内部结构，制作出全维度精确复制品。
得益于近年来技术的飞跃式发展——扫描与重建时间大幅缩短，分辨率持续提升——工业CT早已从实验室走向生产线，广泛应用于航空航天、汽车制造及电子工业。鉴于其不可替代的优势，未来博物馆与修复工坊有望全面引入工业CT技术，为文物保护提供革命性支持。
