3D扫描揭秘北美最大的洞穴艺术

2022-05-10 20:30:00

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原创：国家地理中文网

最近，在阿拉巴马州的“第19号无名洞穴”，考古学家在泥中发现了几个真人大小的形象（这是美国最大的洞穴艺术之一），这是其中的人形壁画（以黑色勾勒）。这个洞穴的名字平淡无奇、有系统性，目的是防止被人破坏，包括抢劫者，或者对画作周围脆弱的环境一无所知的业余洞穴探险者。摄影：STEPHEN ALVAREZ; ILLUSTRATION BY JAN SIMEK
这是肉眼几乎看不见的作品，多亏了先进技术，考古学家终于揭开这些具有传奇色彩的作品背后的秘密。
撰文：ERIN BLAKEMORE
在阿拉巴马州石灰岩洞的深处，黑暗里，真人大小的形象在尘世和精神世界翱翔。手电筒的光照亮了一千多年前的洞穴顶部的泥，眼前的景象如此磅礴而模糊，肉眼完全无法看清——
在发表于5月4日《古物》杂志的研究中，研究人员描述了如何利用3D摄影测量法，发现隐藏在美国东南部地下系统“第19号无名洞穴”中的神秘图像。这种方法最初用于借助航拍照片，捕捉广袤的地球。洞穴位置保密，以防止抢劫者和业余洞穴探险者，为了利益或无意间损坏、破坏古代艺术作品。

摄影师、国家地理撰稿人、古代艺术档案组织的Stephen Alvarez为阿拉巴马州第19号无名洞穴里的艺术作品制作了高分辨率、极具真实感的3D模型，这份艺术作品蚀刻在洞穴顶部的泥中。在洞穴里，现代研究人员和古代绘制者只有不到90厘米的垂直空间。摄影：ALAN CRESSLER
Jan Simek是田纳西大学诺克斯维尔分校的考古学家，也是这篇论文的第一作者，之前曾去过第19号无名洞穴。在1998年对这个溶洞的首次研究中，Simek与论文的合著者Alan Cressler描述了布满象形符号的洞穴顶部，它是欧洲殖民者到来之前，北美地区“最南端的的史前艺术传统，它广泛存在于这一地区”。
现在，在3D模型的帮助下，他们在第19号无名洞穴发现了更多艺术作品。这次发现的图像是肉眼看不到的，此前人们从未想过那里会存在真人大小的岩石艺术。洞室面积超过460平方米，高度很低，现代洞穴探险者而必须蹲下或躺着才能看到它。古代创作者一定也曾做过同样的事情。
在洞穴顶部，“有成千上万的壁画艺术作品”，摄影师、论文合著者Stephen Alvarez说。
研究人员表示，如果阿拉巴马州的一个洞穴是这样，那么更多洞穴可能也是这样。
“曾经出现在那里的人”
勇敢的绘制者在洞穴顶部的泥中创作了这些巨幅壁画，并保存了一千年，其创作环境十分苛刻，我们的发现之旅也变得尤为不易。

画面左侧可以看到带有王权标志的人形，中间叠上了插图，右侧是插图本身。虽然这个人像高度超过1.8米，但即使躺在洞穴地面上也无法看到全貌。摄影：STEPHEN ALVAREZ; ILLUSTRATION BY JAN SIMEK
Simek是研究东南部洞穴艺术的顶级专家，完全了解第19号无名洞穴的诸多不便之处：4.8公里的廊道潮湿且黑暗，可见的洞穴艺术多数集中于通道顶部，高度只有60厘米。
洞穴环境“很不友好”，Simek坦诚：“我们进入洞穴不是因为喜欢，而是因为有东西在召唤我们。”
合著者Alvarez也把洞穴探险作为自己的职业。他经常为《国家地理》撰稿，是古代艺术档案（Ancient Art Archive）的创立者，这个非营利组织致力于利用尖端技术保护古代艺术。
“我以前喜欢探索世界上最大的洞穴，因为我想成为第一个去那里的人，”Alvarez说。从小他就在探索田纳西州的很多洞穴。然而，当他遇到史前洞穴艺术的那一刻，“我对曾经出现在那里的人更感兴趣。”
研究人员之所以能发现这些古代杰作，要归功于3D摄影测量法，这是一种根据复叠照片创建3D模型的新兴技术。多年来，地图绘制者一直在使用这项技术，利用复叠航空摄影图片来推断下方地球的物理特征，并绘制地形图。
但摄影测量不一定要在飞机上完成。只要有合适的设备、团队和足够的耐心，也能在地下深处进行。
在两个月时间里，研究团队交替使用数码相机、LED灯和摄影设备，在干燥的洞穴地面和深及膝盖的水中，拍下了第19号无名洞穴主洞室顶部的每个角落，共拍摄了1.6万张照片。
然而，大部分真正的工作尚未开始，研究人员需要把一张张5000万像素的照片上传、处理，制作更大的3D模型。（巨大的数据量导致“我们第一台电脑崩溃了”，Alvarez说。）
随着照片层层堆叠，这个项目推导出了洞穴顶部的数字模型，研究人员纷纷来查看，希望在这个空间里，发现因为过大或不清楚而无法用肉眼和标准图片辨别的细节。

这是近4000张照片生成的模型，展示了第19号无名洞穴顶部的整体情况，并用轮廓标出了泥中已鉴别的象形符号的位置。“蚀刻图案有成千上万幅，”研究人员、摄影师Stephen Alvarez说。供图：STEPHEN ALVAREZ

“我试图给Jan看我新发现的蛇像，他说：‘那边那个大家伙是什么？’”Alvarez回忆道。
“大家伙”是一种含蓄的表达：随着这些形象从一张张照片中浮现，考古学家发现其中一些非常精细，真人大小，用肉眼看不到。最大的是一个蛇样的形象，身上有东部菱斑响尾蛇的独特标记，长度超过3.4米；在东南部的原住民传统中，这是强大的象征。研究团队表示，这是北美地区已知最大的洞穴艺术作品，在规模上可以与美国西南部的岩石艺术相媲美，之前从未想过在美国西南部会出现这样的艺术。
“具有人类特征的精神生物”
其他象形符号（论文描述了最大的五个）较短，但同样引人注目，还有似乎带着仪式标志的人物形象。
这些象形符号与Simek在附近洞穴里发现的其他更熟悉的形象大不相同，他在解读这些古代艺术作品的意义或意图时，非常谨慎。与此同时，这位考古学家说，这些“具有人类特征的精神生物”与美国东南部和其他地方的岩石艺术有相似之处。
“人们把他们的概念宇宙‘映射’到了自己生活的自然世界”Simek写道，把现实中的洞穴变成了信仰体系在尘世中强有力的表现。
借助火把和工具，绘制者似乎故意设计了这些形象，并巧妙地绘制了出来。不同于法国肖维岩洞等地的洞穴艺术，这里的绘制者不依赖于矿物颜料。他们可能是蹲或躺在洞顶较低的洞室，用工具或手指在泥中创造了这些形象。
“想象一下，在火把下做这件事，”Alvarez说：“你只有一次机会。也许创作艺术与艺术本身同等重要。”
研究人员只能推测洞穴绘制者的技术和信仰，不过他们对疏林时代（公元前1000年至公元1000年之间）今天阿拉巴马州地区的生活知之甚多。在国家地理学会的部分资助下，他们通过分析陶片，对洞穴里的木炭和火炬进行放射性碳年代测定，判断艺术作品的创作年代在公元2世纪至10世纪之间。

第19号无名洞穴里最大的图像是一条东部菱斑响尾蛇，长度3.4米，位于洞穴顶部。摄影：STEPHEN ALVAREZ 绘制：STEPHEN ALVAREZ

这个人像的高度近2米。摄影：STEPHEN ALVAREZ 绘制：STEPHEN ALVAREZ

另一个神秘图像宽2米，右下角可能是响尾蛇的尾巴。摄影：STEPHEN ALVAREZ 绘制：JAN SIMEK

在这个0.9米高的图像中，平行线可能是饰带。摄影：STEPHEN ALVAREZ 绘制：JAN SIMEK
那个时候，当地的原住民正在进行长期驯化，驯养和种植向日葵、虉草等植物。这些创新带来了“重要的经济社会变化时期”，Simek说。
东南部的大量岩石艺术“突显了在接触欧洲人之前，这片大陆上就有思想在流动，”Alvarez说。这一发现挑战了之前的观念，即只有犹他州、得克萨斯州和下加利福尼亚等更远的西部地区，才有较大的符号形象。
这项研究还提出了其他问题：考古学家的工作究竟何时才能完成。研究表明，地下世界还有很多地方有待发现，甚至在已被探索的地方，经过摄影测量，也可能有尚未被发现的文物。
Simek说，也许第19号无名洞穴里的艺术作品比我们以为的更常见，我们只是还没有掌握寻找它们的正确方法。但他补充说，寻找其他古代艺术品的研究人员正在争分夺秒，对抗危及脆弱的环境的自然侵蚀和其他人类行为。
“只要碰一下洞穴顶部，它就消失了，”Alvarez说。
更复杂的是洞穴位置本身带来的一系列问题。美国各地的很多洞穴都位于私人土地上，所有人缺乏经济资源和安全保障，无法保护和维护洞穴艺术。而且Simek说：“在地球上的所有文明国家中，我们的遗产保护项目最低效。”
东南部的考古学家在尝试反击，从洞穴的名字开始：用匿名的方式，防止参观者（或抢劫者）进入洞穴。
“我们从不提供洞穴的位置，”在1999年洞穴管理研讨会的论文中，Simek和Cressler写道：“而且对于考古学家和洞穴探险者的猜测，我们不置可否。”
那么，关于这个神秘洞穴和洞里同样神秘的象形符号，研究人员能证实什么？
“我们需要很多年才能弄清洞穴顶部有什么，”Alvarez说：“1000平方米的洞顶有那么多壁画，它就在那里，是我见过的最不可思的东西。”
（译者：Sky4）