奇琴伊察卡斯蒂略金字塔羽蛇神柱的数字重建与保护研究

《Antiquity》：Digital reconstruction of a serpent column at Chichen Itza’s El Castillo

本刊推荐：为解决奇琴伊策El Castillo金字塔顶部羽蛇神柱残件散失问题，研究团队通过3D扫描技术开展数字重建研究，成功定位6处关键残件并完成西侧立柱虚拟复原，为文物原位保护提供科学依据，相关数据已纳入Chichen Itza 3D Archaeological Atlas（奇琴伊察3D考古地图集）开放平台。

　　

在墨西哥尤卡坦半岛的奇琴伊察考古遗址，矗立着玛雅文明最著名的建筑——被称为库库尔坎金字塔的El Castillo。这座金字塔顶部的神庙门廊原本由两尊精美的石灰岩羽蛇神柱支撑，这些以羽蛇神K'uk'ulkan为造型的立柱是中美洲宗教艺术的重要代表。然而历经岁月侵蚀，金字塔外部石砌结构严重损毁，蛇柱的头部和尾部构件散落各处，1905年由墨西哥国家人类学历史研究所（INAH）与卡内基研究所联合开展的修复工程也未能完全恢复其原貌。

值得注意的是，羽蛇神在玛雅信仰体系中具有特殊地位，部分学者认为其是掌管风力、承载太阳每日巡天的重要神祇（Coltman 2023）。尽管遗址内存在大量蛇形雕刻，但位于El Castillo顶层神庙门廊处的这对蛇柱因其核心位置而具有特殊意义。这些立柱采用统一的构造工艺，均取材自La Gran Nivelacion地区的石灰岩，基部为凸出的蛇头造型，上方叠放圆柱形节段，顶端则配以L形"尾冠"，由层叠鳞片构成的"响尾"和羽状尖端组成。这种结构原本用于承托木制楣梁，但随着木材腐朽导致固定张力丧失，尾冠部位尤其容易损坏。

为解决蛇柱构件的散失问题，研究团队在2023年开展了大规模三维扫描工作，结合新型地理空间可视化框架，构建了包含750余个独立数据的奇琴伊察3D考古地图集（McAvoy et al. 2023）。该档案系统汇集了多种测绘数据：包括穿透丛林冠层的机载激光雷达（LiDAR）数据、移动与地面激光雷达数据集、建筑特征摄影测量数据，以及来自多家博物馆和考古仓库文物的亚毫米级结构光扫描数据。通过这一平台，研究人员成功定位到属于西侧蛇柱头部和尾部的四件原始残件。

关键技术与方法方面，研究采用Artec Leo SLAM（即时定位与地图构建）结构光扫描仪对神庙门廊、现存柱体及散落残件进行数字化采集，模型分辨率达0.3-0.5毫米，数据量从1000万至12亿点云不等。针对海量数据的可视化挑战，团队开发了专用系统（Campiani et al. 2023），确保在分析和展示过程中保留全部细节信息。所有残件均来自奇琴伊察遗址现场，通过开放遗产3D（OpenHeritage3D）项目进行数据整合。

残件定位与分析

通过系统性的三维扫描与数据比对，研究团队在遗址范围内识别出六处关键残件。其中蛇头主体（残件2）位于金字塔东北方向110米处的广场，毗邻金星平台与大桌神庙，其旁侧伴有蛇舌残片（残件3）和尾尖残件（残件4）。通过多组三维扫描的配准分析，研究人员根据匹配的尺寸参数和互补的断裂线形态，确认该蛇头源自西侧立柱。尤为关键的是，蛇颊部位的螺旋纹饰与东侧柱基残片完全吻合。

蛇尾响铃部（残件5）位于金星平台以东，距立柱120米西北偏北方向，距蛇头41米西侧。其与西侧柱的归属关系通过残件尺度、与现存尾基交叉羽饰的对接形态得以验证。而尾尖残件（残件6）发现于神庙顶部檐廊内侧的碎片堆中，虽边界破损严重，但通过砌块尺寸、凸起部位断裂模式以及三片羽毛装饰的层叠关系得以确认其匹配性。

数字重建成果

研究成功构建了蛇柱的完整三维模型，以白色显示未修改柱体，绿色标注重建残件，直观呈现五处关键残件在原柱体上的对应位置。重建结果得到多方面证据支持：整体尺寸的匹配度、共享装饰特征的一致性以及互补断裂模式的相关性，共同确保了重建方案的可信度。

这项数字重建工作不仅使西侧蛇柱接近完整复原，更为实体文物的保护提供了科学依据。研究表明这些残件的稳定位移可能源于故意破坏行为，而精确的数字配对为后续物理复位工程奠定了理论基础。该研究案例充分展示了奇琴伊察3D考古地图集在文化遗产保护中的实践价值，通过建立开放获取的数字孪生环境，为复杂测绘数据的多元复用提供了创新范式。

发表于《Antiquity》的这项研究，通过前沿的数字技术手段重新诠释了玛雅建筑艺术的原始风貌，为濒危文化遗产的精准保护建立了可推广的方法学框架。这种将先进测绘技术与考古学分析相结合的研究模式，不仅深化了对羽蛇神崇拜仪式空间的理解，更为全球石质文物的科学保护提供了技术范本。