文物形态结构与组成分析研究课件

第二章文物形态结构与组成分析研究第一节文物的形态分析考古工作是通过研究文物来研究古代社会历史的，必须借助于古物才能见古人。要研究文物这个古代社会的物质载体，必须先对它有外形上的认识。面对杂乱无章的各种器物，首先要对之进行分类，然后找出它们的联系与区别，这就需要类型学的分析，类型学的研究一般是从器物的外形入手，即所谓的形态分析。一、文物的形态分析手段二、文物形态分析的几种方法一、文物的形态分析手段随着科学技术的发展，对事物的描述和分析要求越来越精确，数学方法和计算机技术可以满足科学研究的要求。现在，数学已成为自然科学、社会科学的强有力的工具，电子计算机的普及及其迅速发展则强烈地渗透并服务各个学科，数学方法与计算机的应用使得科技考古趋于迅捷、精确、全面。（一）数学方法的作用数学是一门逻辑推理极强的学科，它处理各种量及其关系，而所有的量都是从现实中抽象出来的。“数学方法是定量地发现、论证和描述客观规律的方法”，数学方法引入考古学中给考古学带来了新的生机。考古资料实际上也存在着质和量的关系，各种遗存以多种形式与周围其他遗存之间保持着数量的特征和联系。（二）计算机在考古中的利弊面对日益惊人的考古信息量及其积累速度，自20世纪60年代开始，国外的考古人员就开始在实际操作中运用计算机技术，至今已积累相当多的经验。众多的、离散的却各具一系列特征的考古资料，我们可以用数理方法进行定性、定量的研究。也就是说，我们只要将考古遗存的信息标准化，输入计算机中，利用设计好的等级法则、程序处理、分析资料。虚拟现实技术虚拟现实（VirtualReality）就是使用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及味觉等三维感观世界，用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行考察和操纵。虚拟现实技术在考古研究中的应用（虚拟考古？）就是使用计算机技术生成逼真的三维古代环境、古代城市、考古遗址、考古发掘现场、考古博物馆等等，并配合相关的声音等信息。如同很多博物馆中制作一些考古遗址、墓葬的沙盘一样，虚拟考古可以根据考古调查、发掘的数据对当时情况进行虚拟，通过计算机动态地重现当时的历史片段或考古发掘现场等等场景；也能够根据考古学家的假设或推断进行虚拟，检验假设或推断的可靠性。虚拟考古的用户不仅可以观察考古数据，而且可以与虚拟考古的对象进行交互，具有从外到内或从内到外观察考古数据空间的特征。比如用手（通过传感器或跟踪装置）或其他三维工具来操纵古代模型、感知虚拟考古对象的触觉乃至气息等等。这样，考古学家可以充分地利用考古数据，从不同的角度使用不同的方式来研究考古学的问题，提高了效率，更会节省大量的时间；非考古专业的人士则可以非常直观地感知考古研究的内容，领略考古学家所揭示的古代社会的“真实”面貌，走进视听效果十分逼真的虚拟考古世界，体验身临其境的感觉。数据库技术考古数据库即考古数据的仓库，是一个由考古空间的相关信息组成的多媒体混合物。考古信息的数字化将是必然的趋势，考古调查、发掘和研究中的各种信息都需要按一定的方式输入到数据库中，才能够进行高效的管理和应用研究。网络技术网络技术已经发展到了家喻户晓的地步，没有网络就无法谈论信息时代。网上考古信息的发布、传送，网上考古论坛的开设等已经为考古研究人员提供了极大的便利，同时考古数据库中的数据只有通过网络连接才能够得到充分的利用和更为有效的管理。计算机技术在考古工作的应用具有以下优点：1、有利于考古发掘与研究时资料的快速查询与排序对比，并可同时打印出文物档案、查询结果和对比结果，减轻人工抄写和查询的繁重劳动和重复劳动。2、有效地对各种考古实物分析、检测结果进行处理。一般地，各种分析实验设备都配有计算机部分；同时它在排除各种影响因素方面比较客观科学。3、有利于从更大的空间范围内进行宏观的、动态的、多变量的分析，如区域文化研究、贸易系统研究、遗址系统空间研究，尤其是运用各种模式进行多元研究。4、它是GIS、GPS技术的基础和必备设施。5、有利于考古资料的科学化管理，避免人为操作过程中产生的错误、丢损以及人的经验性、随意性，并可以动态、灵活地记录和修补原有信息。6、通过联机网络化可实现考古资料共享，促进各种学科的交流。描述一个器物需要许多言语，可是计算机上显示的图片能提供更直接的形象。每张DVD－ROM的容量为4.7GB至17GB，已相当于一个中小型图书馆的藏书容量。它们为各类人员查询、浏览、检索提供了快捷工具。计算机在考古学中的应用也存在一些问题：首先是考古学软件，包括资料和分析软件，其开发离不开软件专业人员。一般是考古人员与计算机公司合作，但市场经济下这类软件的经济利益不高，而且计算机的功能在不断发展，软件也需要不断升级，这些会影响考古工作。其次在操作中不可避免地带有记录者的个人选择、操作水平、经验程度，这些直接影响着工作的成果。用计算机编译考古学“在很多环节上仍然存在着不规律性、不确定性和多解性”。二、文物形态分析的几种方法（一）文物分类将文物分成不同的类别，才能发现、总结规律，进行深层次的研究。文物的分类仍然遵循类型学的原理和方法，只不过分类的标准更加数量化、科学化。文物分类的第一步是进行统计，运用数学中的统计学方法，包括数理统计和模糊统计。表X2.1郑州龙山文化期与郑州、小屯殷商文化各期陶系比较表陶系期别灰陶红陶黄陶黑陶硬釉陶白陶总计泥质夹砂泥质夹砂厚胎薄胎厚胎蛋壳泥质郑州龙山期35.50756.1341.1441.6524.7730.78999.999%郑州殷商早期58.76639.1850.6841.3020.0410.02199.999%郑州殷商中期59.40639.1060.1641.1540.0280.14099.998%郑州殷商晚期57.75737.1713.5801.3720.11999.999%小屯殷商期79.9618.531.2599.74%小屯殷商期90.076.861.071.730.27100%备注郑州殷商晚期其他坑也有厚胎黑陶表X2.2郑州龙山文化期与郑州、小屯殷商文化各期陶器纹饰比较表纹饰期别篮纹绳纹方格纹素面附加堆纹磨光兽面纹云雷纹划纹圆圈纹划刻记号其他总计郑州龙山期19.40834.63513.61022.5649.783100%郑州殷商早期0.17068.7120.69019.8171.8748.5310,0100.0150.0720.0150.09299.998%郑州殷商中期0.26665.0620.37823.7772.7456.6610.0370.1070.8400.0470.07999.998%郑州殷商晚期66.8851.0749.3081.49121.0620.180100%小屯殷商期63.5529.133.395.98%目前，考古学家已利用类型学的原理实现了计算机对大量器物、文化的自动分类。习惯上存在两种分类法：一类是“类型断定法”，它依靠模式识别，断定标本是否属于某个类型。首先向计算机输入已知类别的特征集合，然后将具有最小误差概率的新标本编入集合，根据计算机的集合运算结果来断定新标本的类别。另一类是“群集分类法”，它将标本输入计算机中，不需输入已知的集合，计算机可以将某种意义上相似的器物自动归为一类并建立类别，而且各类尽可能地不相似。（二）考古序列年代的研究计算机考古年代序列分析系统（CASA）是我国首次建立的计算机辅助系统，它采取了汉字表述和人机对话，以及附加子程序等，以便考古学家直接运用或中途检验，或随时对数据调整等。

CASA是将类型学的序列排队转化为统计学问题，利用计算机的反复演算由器物型式代表的不同考古单位诸因素间相关数值的大小，排定考古单位的前后序列，最后以矩阵图形形式表示。

CASA系统依据的是布林纳德―逻宾逊原理、方法和系统。布林纳德－逻宾逊方法直观的考古意义是：假定墓葬（或遗址）及其出土的有关器物均按早晚顺序排列成相关矩阵，则器物应集中在对角线附近。若利用数学方法将原先杂乱无章的发掘品登记表加以调整，排列成上述矩阵，即可推断出器物的早晚顺序。操作时，将器物排列成行，墓葬排列成列，顺次编号，墓葬中出土器物无论多少均以一个（*）表示。各行将各器物所处列位置号相加，除以器物数为该行行值（ai）。同样地各列以各器物所处行位置号相加，除以器物数为该列列值（ak）。每行（或列）中器物位置最大号与最小号数之差为该行（或列）的跨度差（S），以所有行与所有列的跨度差之和为判别值（G）。然后按行值大小排列一次，再按列值大小排列一次，再次计算上述各值。如此类推，直到判别值（G）最小为止，这时器物数目就大致集中在矩阵的对角线附近，而这样排列的器物顺序就代表了它们的早晚时序，依此可以对墓葬进行早晚分期。用CASA对考古遗存进行年代分析，内在逻辑性强，各个遗迹、遗物都被有序地排列出来，而且排列时出现的倒排现象降到最低限度。但是，在使用CASA时要注意，器物的分型定式必须高质量，遗迹单位的地层关系必须绝对清晰；而且最后的分析结果必须接受地层学、类型学的检验，它是遗存年代分析的一种辅助手段。（三）遗迹、遗物间的研究考古学中经常碰到的问题是：一个器物或一组器物，与典型的器物群之间的相似程度到底达到多少，才算属于同一种文化内涵？在划分考古学文化的区系类型时，常见的问题依然是：一群考古学文化遗存的共同特征达到什么程度时为一种文化。诸如此类的问题带有不确定性和模糊性，这就需要定量的分析，通过计算机用数理统计方法、多元分析法等数学方法就可解决此类问题。1.多元统计分析法多元统计分析是统计学的一个重要分支，是研究多个随机变量之间相互依赖关系以及内在统计规律的一门统计学科。具体说来，即分析多个随机变量的观测数据，探索变量之间的相互关系，根据这些变量的内在变化规律，给出研究对象的分类结果。主成分分析法是设法将原来变量重新组合成一组新的互相独立的几个综合变量（主成分）来代替原来的变量，同时根据需要从中可以确定几个较少的综合变量（主成分）尽可能多地反映原来变量的信息。考古学用主成分分析就是所有器物原始属性的综合情况，对这些原始属性进行高维变量空间的降维处理；即就是平移和旋转变化原坐标系，使新坐标的原点与数据群点的重心重合，这样新坐标系的第一轴对应于数据变异的最大方向，新坐标系的第二轴与第一轴标准正交且对应数据变异次最大方向。2.概率数理统计现在考古学家将注意力集中于那些无言的未知或可疑数期望从中得到更多的古代人类信息，这就必须凭借随机数学和模糊数学。随机性数学最主要的方法是概率数理统计。概率表示的是随机现象量的规律性，即“频率的稳定值”，是一次试验中对某事件发生的可能性大小的数量描述，用数学公式表示为P（A）＝m/n

其中P（A）表示概率，m表示试验中发生的次数，n表示这类事件发生的所有数目。概率法的不足：（1）它的分析程序比较复杂；（2）墓地的各类器物的分型定式一定要精确；（3）墓葬需要至少有一组实物随葬；（4）墓地的墓葬数量不能太少，越多结论越可靠；（5）墓地要连续作用，中间有缺环的不能使用。3.模糊聚类法

1965年，美国的控制论专家查德（L.A.Zadeh）提出模糊数学的理论。在自然界和社会现象中，绝大多数中概念都是不确切的，更多的差异具有明显的相互过渡阶段，处于中介过渡的差异具有亦此亦彼性，这些没有明确外延的概念称为模糊概念。