人類學(xué)系兼職教師Leszek Pawlowicz說：“現(xiàn)在，使用陶器的數(shù)字照片，計(jì)算機(jī)可以完成過去考古學(xué)家用物理方式將破碎的陶器碎片分門別類的數(shù)百個(gè)小時(shí)的繁瑣、痛苦和耗費(fèi)眼力的工作，而時(shí)間只需一小部分，而且一致性更高。”他和人類學(xué)教授Chris Downum在2016年開始研究使用計(jì)算機(jī)將破碎的陶器碎片(稱為碎片)準(zhǔn)確分類到已知的陶器類型的可行性。他們的研究結(jié)果在6月份的同行評(píng)議刊物《考古學(xué)科學(xué)雜志》上進(jìn)行了報(bào)道。

“在散布于美國西南部的成千上萬的考古遺址中，考古學(xué)家經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)被稱為碎片的陶器碎片。”Downum說：“這些碎片中的許多都有設(shè)計(jì)，可以分為先前定義的風(fēng)格類別，稱為‘類型’，與它們制造的一般時(shí)間段和制造地點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。這些為考古學(xué)家提供了關(guān)于一個(gè)遺址被占領(lǐng)的時(shí)間、與之相關(guān)的文化群體以及與之互動(dòng)的其他群體的關(guān)鍵信息。”

這項(xiàng)研究依賴于最近在使用機(jī)器學(xué)習(xí)按類型對(duì)圖像進(jìn)行分類方面的突破，特別是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在是計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別的主流，被用于從醫(yī)療條件的X射線圖像和搜索引擎中的圖像匹配到自動(dòng)駕駛汽車的一切。Pawlowicz和Downum推斷，如果卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用來識(shí)別諸如狗的品種和消費(fèi)者可能喜歡的產(chǎn)品，為什么不把這種方法用于分析古代陶器呢?

到目前為止，識(shí)別陶器上的診斷性設(shè)計(jì)特征的過程是困難和耗時(shí)的。要掌握并正確地將設(shè)計(jì)類別應(yīng)用于破碎的陶器上，可能需要幾個(gè)月或幾年的訓(xùn)練。更糟的是，這個(gè)過程很容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，因?yàn)榭脊艑＜医?jīng)常對(duì)一個(gè)陶器所代表的類型意見不一，而且可能發(fā)現(xiàn)很難用語言表達(dá)他們的決策過程。這篇文章的一位匿名同行評(píng)論員稱這是“考古學(xué)中沒有人談及的骯臟秘密”。

Pawlowicz和Downum決心創(chuàng)造一個(gè)更有效的過程，他們收集了數(shù)千張?zhí)掌魉槠恼掌@些碎片具有一套特定的識(shí)別物理特征，被稱為Tusayan White Ware，在亞利桑那州東北部和附近各州很常見。然后，他們招募了四位西南地區(qū)的頂級(jí)陶器專家，以確定每個(gè)碎片的陶器設(shè)計(jì)類型，并創(chuàng)建一個(gè)碎片的“訓(xùn)練集”，機(jī)器可以從中學(xué)習(xí)。最后，他們訓(xùn)練機(jī)器通過專注于考古學(xué)家們同意的陶器標(biāo)本來學(xué)習(xí)陶器類型。

Pawlowicz說：“結(jié)果是顯著的。在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)訓(xùn)練自己識(shí)別陶器，其準(zhǔn)確性與人類專家相當(dāng)，有時(shí)甚至更好。”

對(duì)于四位擁有數(shù)十年分類數(shù)萬件實(shí)際陶器經(jīng)驗(yàn)的考古學(xué)家來說，機(jī)器的表現(xiàn)超過了其中兩位，與另外兩位相當(dāng)。更令人印象深刻的是，機(jī)器能夠做到許多考古學(xué)家難以做到的事情：描述它為什么會(huì)做出這樣的分類決定。使用彩色編碼的碎片熱圖，機(jī)器指出了它用來做出分類決定的設(shè)計(jì)特征，從而提供了一個(gè)關(guān)于其“想法”的視覺記錄。

Downum說：“這個(gè)過程的一個(gè)令人興奮的衍生品是計(jì)算機(jī)能夠找到幾乎完全匹配個(gè)別碎片上的陶器設(shè)計(jì)的特定片段的能力。使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)衍生的設(shè)計(jì)相似性措施，機(jī)器能夠在成千上萬的圖像中搜索，以找到個(gè)別陶器設(shè)計(jì)的最相似的對(duì)應(yīng)物。”

Pawlowicz和Downum認(rèn)為這種能力可以讓計(jì)算機(jī)在古代垃圾場(chǎng)的眾多類似碎片中找到散落的單個(gè)破罐，或者對(duì)多個(gè)古代社區(qū)的風(fēng)格相似性和差異進(jìn)行全區(qū)域分析。這種方法還可以更好地將出土建筑中的特定陶器設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，這些建筑已經(jīng)用樹環(huán)法測(cè)定了年代。

他們的研究已經(jīng)得到了高度評(píng)價(jià)。“我熱切地希望西南地區(qū)的考古學(xué)家們能夠采用這種方法，并盡快采用。”弗吉尼亞大學(xué)考古學(xué)榮譽(yù)教授、《史前陶瓷的風(fēng)格變化》一書的作者Stephen Plog說：“這實(shí)在是太有意義了。我們從舊的系統(tǒng)中學(xué)到了很多東西，但它已經(jīng)超過了它的用途，現(xiàn)在是時(shí)候改變我們分析陶瓷設(shè)計(jì)的方式了。”

研究人員正在探索卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的分類專業(yè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，并正在撰寫更多的期刊文章，與其他考古學(xué)家分享該技術(shù)。他們希望這種對(duì)陶器進(jìn)行考古分析的新方法能夠應(yīng)用于其他類型的古代文物，并希望考古學(xué)能夠進(jìn)入機(jī)器分類的新階段，從而提高考古工作的效率，并為新一代學(xué)生提供更有效的陶器設(shè)計(jì)教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞： 考古學(xué) 新技術(shù) 古代陶器 繁瑣