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將古老文字重現的現代技術應用

2020-08-18

透過數位考古新技術從古代手稿中重現難以識別的內容

 

 

21世紀,數位技術的進步推動古代文學和文字文化的研究,强大的成像工具使研究人員能够看到太脆弱而無法展開的卷軸內部,並恢復模糊而不能看清的文字,使成千上萬難以辨認的手稿可以重新閱讀。

 

堪稱20世紀最偉大的考古發現–死海古卷(The Dead Sea Scrolls),西元前三世紀到西元一世紀,於1947-1956年間在死海西北岸的11個洞穴中發現死海古卷,這些手稿一般被認為來自於定居在Judean沙漠Qumran、一個被稱為共同體的孤立猶太教派。

 

1965年建館以來,以色列博物館一直是死海古卷收藏所在地,這些對光敏感的卷軸被安置在由Armand Bartos Frederic Kiesler所設計的聖經之龕中(Shrine of the Book)展出,標誌性的穹頂讓人聯想到發現卷軸罐的蓋子。透過死海古卷數位計畫項目,現在已經數位化的部分包括:

 

大以賽亞書卷(The Great Isaiah Scroll):其上抄寫有以賽亞書,可追溯到西元前125年,是現存唯一完整的古籍副本。

戰爭古卷(The War Scroll):俗稱光明之子與黑暗之子之戰,可追溯到西元前一世紀末或西元一世紀初,這場對抗將持續49年,並以光明之子的勝利和按照他們的信仰恢復聖殿而結束。

聖殿古卷(The Temple Scroll):可追溯至西元一世紀初,記載上帝對耶路撒冷聖殿的建造運作的詳細指示,古卷抄寫在只有0.1mm厚度的獸皮上,是死海古卷中最薄的羊皮卷軸。

社群紀律規則(The Community Rule):揭示社區生活方式,諸如接納新成員、集體用餐、祈禱、潔淨儀式和神學教義等主題。

哈巴谷書評註(The Commentary on Habakkuk):以獨特風格詮釋聖經中先知哈巴谷書前兩章,使其成為了解Qumran社區精神生活重要來源,揭示社區對自我的認識。

 

21世紀,數位技術的進步推動古代文學和手抄文化的研究,無法辨識的手稿是一項特別讓人感興趣的領域。Spectral RTI讓研究人員能夠根據羊皮紙上墨水曾經腐蝕的痕跡,以及人眼無法識別的墨跡光譜特徵來區分字母和其證據,並透過WebGL及線上開放標準物質等網絡連接交互式地增強圖像、注釋和分析工具等。

 

Spectral RTI技術

反射變換成像(RTI)能夠捕獲和可視化如銘文、碑文等文物中的精細紋理,並且以高分辨率顯示羊皮紙紋理。光譜成像極大地改善了人眼在看到和區分顏色時的光譜範圍和分辨率,Spectral RTI結合了前兩種技術的優勢,輔以開放的網絡訪問,查看和註釋,為Spectral RTI圖像開啟了新大門。
 

Spectral RTI結合光譜成像優勢(空間分辨率、色譜範圍分辨率和增強功能)和反射變換成像優勢(像素級紋理映射、互動性和增強功能),光譜技術對手稿研究很有幫助,能夠恢復人眼無法辨識、被擦除的墨水痕跡,紋理映射技術也有益於手稿研究,能夠顯示羊皮紙表面上腐蝕擦除的字母輪廓,以及積垢(蠟、汙垢、膠水等沉積物)和凹陷(劃線、刺痕和凹版記號)

 

數位考古學家 Todd Hanneken 結合了兩種成像技術,可以檢測顏色和紋理的痕跡,從而顯著增強褪色的文字。

*更多Todd R. Hanneken 數位考古計畫The Jubilees Palimpsest Project 資料庫,請參訪http://palimpsest.stmarytx.edu/

 

 

使用Micro-CT技術閱讀灰燼

 

電腦成像技術通常用於保存和共享可讀手稿,但解讀破損、古老文件中的文字則是完全不同的挑戰。這個軟體管道被稱為"虛擬展開",允許以完整非侵入性方式閱讀手稿文本,這能夠對極其脆弱的En-Gedi古卷(除死海古卷外最古老的希伯來語五經卷軸)進行系統性數位分析,揭示隱藏在不可觸摸且易分解紙張上的文字。

 

1970年,考古學家在En-Gendi戲劇性地發現一個大型古代猶太社區遺址,其歷史可追溯到西元前八世紀末,直到西元600年左右被燒毀,挖掘發現猶太教堂的聖櫃,內有多塊燒焦、類似動物皮(羊皮紙)的卷軸碎片。每一塊殘卷主體結構幾乎完全被燒毀、壓碎,變成易於分解的黑炭,如同其他檔案館中遭到嚴重損壞的材料一樣,古卷只能被擱置保存而無法研究其隱藏的價值。藉由電腦計算技術的應用,使學者能夠對這類無法開封、嚴重損壞的文本物件進行識別和分析,透過解讀卷軸發現在聖櫃中有史以來最早的五經書副本,還原En-Gendi卷軸代表著對手稿回收、保存和分析有著重大的進步。

 

(Seales et al., 2016)

 

(Seales et al., 2016)

 

由於En-Gedi卷軸的特殊性,使用了以X射線為基礎的Micro-CT。因為沒有適合分析的裸露區域,卷軸所使用的墨水化學成分仍然未知,但從Micro-CT掃描中的墨水反應比其他材料要密集,這代表著可能包含金屬成分(如鐵或鉛)

 

分割的第一步是識別掃描體積內感興趣的幾何模型結構,該過程以數位化方式重建卷軸頁面,在模型中使用三角網格能夠輕鬆方便地支援許多計算:射線交會、形狀動力學、紋理和上彩。體積掃描為網格模型定義了一個世界坐標系。 因此,分割是將網格與體積內的目標結構對齊的過程。

 

 

(Seales et al., 2016)

 

將分割運算法應用於卷軸,以建立一個三角網格,通過新穎的區域生長技術將動物皮相關部分定義在子體積內(4),此算法的基礎是使用二階對稱張量和相關特徵顯著度來對動物皮表面進行微分幾何的局部估計,由局部對稱張量引導,初始的粒子點作為連接鏈在整個體積中傳播,並受一組彈簧力約束。粒子鏈在體積中隨著時間推移運動而勾勒出一個表面,圖5顯示了最終結果與動物皮精確定位之間的關係。當分割的幾何形狀從皮表偏離時(5A),表面特徵消失,正確定位皮表後(5B),表面細節、裂紋和墨水痕跡都變得可見。整體表面結構是由許多部分小表面區域分段組成,儘管可以透過單一分割步驟生成整體結構,但以分段方式能夠更精準地將各部分定位。

 

(Seales et al., 2016)

 

紋理化

第二階段紋理化是根據幾何模型在掃描體積內位置來在幾何模型上形成強度值,三角網格提供了直接解決紋理問題的方法,網格上的每一點都基於其在3D體積中的位置被賦予強度值,其中一些有助於克服體積成像中的雜訊和分割中的不正確定位。一旦確定卷軸層並建模,下一步就是呈現可讀的紋理。紋理化是將從體積得出的強度或亮度值分配給分段表面上的每個點,在Micro-CT,強度與密度有關,較亮的值是較密物質區,較暗值則較不密。

 

平坦化

第三階段平坦化,很難在如圓柱狀般的3D卷軸表面上解讀文本,因此經過平坦化將幾何模型映射轉換到平面,以成為2D視覺圖像。平坦化過程是針對給定的網格由3D2D參數化的計算我們透過基於物理材料模型來進行參數化,在此模型中網格表示為質量彈簧系統,網格每個頂點具有一個質量,並且頂點間的連接被視為具有關聯的鋼度係數彈簧,通過選擇適當力和參數,可使網格鬆弛到平面上,此過程模擬了等距變形的材料特性,類似於開卷的物理行為。

 

合併與可視化

我們採用兩種方法進行合併:紋理合併和網格合併,紋理合併是對齊來自小分割區域紋理圖像來生合成主視圖,該主視圖能提供整體進度和分割品質的快速反饋,由於每個部分是獨立展平,合併所產生的變形必須加以改善才能成為可做為學術研究文本的結果。網格合併是指通過使用分段網格生成最終高質量主視圖來對合併步驟進行更精確的重新計算,所花費的計算成本也較紋理合併方式高。

 

(Seales et al., 2016)

 

從主視覺角度來看,可以清楚地看到兩行希伯來文不同的內容,包含清晰的線條、字母和單詞(9),這些圖像揭示En-Gedi卷軸是利未記》,並成為聖櫃中發現最早的五經書副本,這是聖經考古學的重大發現,同時En-Gedi卷軸為死海古卷提供了重要的延伸依據,讓世人看到了聖經考古歷史上近800年沉寂的最早階段(10)。

 

(Seales et al., 2016)

 

電腦科學家Brent Seales設計一款軟體,將幾十年前以色列En Gedi遺址發現的燒焦卷軸得以虛擬展開。

 

21世紀透過手稿的發現來研究古代文學的發展,與經典的手稿-死海古卷進行比較及是一個很好的例子。透過對死海古卷的手抄文本的復原,以及與已知文本如馬所拉文本(Masoretic text)、七十士譯本(Septuagint)、新約聖經(New Testament)和秘經(Pseudepigrapha)的比較,對學者理解基督教和拉比猶太教的起源產生重大影響。在21世紀初,人們除了希望從古代找回部分已知或未知文本,對物質語言學和手稿文化的興趣越來越濃厚及重視,不僅是作為文字容器,而是做為獨立有價值的文物,包括有趣的錯誤、更正、邊註、裝飾和使用證據等。

 

reference

1.New Technology for Imaging Unreadable Manuscripts and Other Artifacts

2.The Jubilees Palimpsest Project 

3.How Modern Technology is Bringing Ancient Writings to Light

4.Seales, W. B., Parker, C. S., Segal, M., Tov, E., Shor, P., & Porath, Y. (2016). From damage to discovery via virtual unwrapping: Reading the scroll from En-Gedi. Science advances2(9), e1601247.