近日，依托山东大学学科交叉中心“数智考古与中华文明特色分中心”，山东大学考古学院联合计算机科学与技术学院、香港大学相关研究人员，在国际科技考古领域权威期刊Journal of Archaeological Science在线发表题为“Daxinzhuang-18K: A large-scale 2D benchmark and automated approach for pottery sherd reassembly”的研究论文。该刊同时被SCIE、SSCI和A&HCI三大引文索引收录，重点刊载具有方法创新与重要考古学意义的研究成果，是国际科技考古前沿研究的重要学术平台。
论文第一作者为该分中心博士生季德庆，山东大学考古学院方辉教授与计算机科学与技术学院吕琳教授为共同通讯作者。共同作者包括香港大学博士生薛天扬、山东大学考古学院王庆铸副研究员、该分中心博士生马文康、山东大学考古学院郎剑锋教授及计算机科学与技术学院屠长河教授。
研究团队以济南大辛庄遗址H690灰坑出土的约1.8万片陶片为对象，构建Daxinzhuang-18K数据集，并提出SherdFusion智能拼合框架，辅助寻找可以拼合的陶片。经考古研究人员实物核验，团队最终确认251对真实拼合，其中包括93对跨层拼合，为考察灰坑内部的堆积关系提供了实物证据。
Part 1 海量陶片拼合面临的难题
陶片拼合能够帮助复原器形，也能把不同出土位置的碎片联系起来，为分析遗物分布与堆积过程提供线索。但当数量达到成千上万片，人工逐一寻找匹配对象便十分耗时，外观相近、特征不明显的普通器身陶片尤其难以得到充分利用。近年来，碎片重组算法与RePAIR等真实材料数据集持续发展。将这些研究用于海量出土陶片的系统整理，需要把数据建设、算法筛选与实物核验衔接起来。
图1 大辛庄遗址H690灰坑平面图（左）与剖面图（右）
Part 2 Daxinzhuang-18K与配套数据资源
为支撑真实材料应用、方法评测和模型训练，团队建设并开放了三类数据资源。
真实考古数据。Daxinzhuang-18K主体图像库来自大辛庄遗址H690灰坑，收录约1.8万片出土陶片的内外表面标准化照片。每片陶片对应独立编号，便于在海量材料中检索、比较和追溯。
配套标本记录将图像与器物部位、出土层位等考古信息关联起来，还保存了人工整理中的局部拼合照片及经实物核验的拼合关系，便于从图像追溯到具体标本，结合考古背景复核拼合结果。
图2 Daxinzhuang-18K资料示例。（a）陶片内外表面图像；（b）陶片尺寸分布；（c）局部拼合标本。
独立金标评测数据。团队另选一批非大辛庄出土、胎质与表面特征相近的真实陶片，整理出111对经专家确认的拼合样例，并提供二维拼对位置与角度标注。这批资料与H690主体图像库分别组织，为检索和拼对效果的定量评测提供可靠依据。
模拟训练数据。团队从35幅考古器形线图重建陶器模型，模拟破碎与断口磨蚀，并结合真实陶片纹理，构建模拟陶片对。本次公开5万余对模拟样本，每对包含两幅碎片图像及对应的位置、角度信息，为检索与拼对模型训练提供支持。
Part 3 SherdFusion智能拼合框架
针对真实陶片断口磨蚀、外观相近及拼对位置难以唯一确定等问题，研究团队提出SherdFusion智能拼合框架。其核心思路是将多种线索的联合检索与多种拼对方案的探索结合起来，再通过学习型合理性验证筛选候选，形成面向海量陶片的完整工作流程。
在候选检索阶段，团队将陶片二维轮廓建模为图结构，联合编码断口局部形状与邻近纹理，并结合整片陶片的外观特征及内外表面图像，使检索同时考虑局部接合线索与整体视觉一致性，为区分外观相近的陶片提供更完整的依据。
面对断口磨蚀带来的拼对不确定性，SherdFusion采用扩散引导的多解拼对策略。模型从不同随机初始状态出发，逐步调整两片陶片的相对位置和旋转角度，生成多种可能的拼对方案，以应对二维图像中多个位置都可能看似合理的情况。
对于生成的拼对方案，框架进一步引入成对合理性验证网络，综合接合处的结构关系与内外表面视觉连续性进行评分，筛除明显不相容的结果，将保留的候选交由专家开展实物核验。
图3 SherdFusion陶片智能拼合流程
Part 4 实物核验与拼合发现
在111对独立金标样例的评测中，SherdFusion候选检索模块的前10位召回率达到86.4%，能够在较短的候选清单中保留较多正确匹配，为后续拼对和核验缩小搜索范围。
团队随后将完整流程应用于H690全部陶片，在未按器物预先分组、未以层位信息约束匹配的条件下寻找候选。经考古研究人员实物核验，最终确认251对真实拼合，其中包括93对跨层拼合。根据共享陶片的连接关系，团队还整理出12组代表性多片局部拼合组，展示了从两两匹配进一步识别多片关联的可能。
图4 代表性多片局部拼合的连接关系与对齐结果
这93对跨层拼合，为不同堆积层位之间建立了直接的实物联系。结合地层观察、陶片保存状态和器物类型等信息，研究者可以进一步讨论灰坑填埋、遗物再分布及后期扰动等过程。
图5 H690跨层陶片拼合关系。连线表示经实物核验的拼合，×表示层位不明
Part 5 数据开放与研究展望
这项研究把标准化摄影、算法筛选与专家核验衔接起来，为海量陶片的系统整理提供了可重复的工作流程，让普通器身陶片能够更系统地进入拼合研究。相关数据与SherdFusion软件已开放，可供研究者比较方法、复核结果并开展后续研究。未来，进一步结合陶片厚度、曲率、胎质和器形知识，有望提升复杂材料条件下的拼合识别能力。
本研究得到国家自然科学基金、文物保护项目及大辛庄遗址博物馆的支持。研究团队衷心感谢考古团队在研究过程中提供的专业指导与支持。感谢李世豪、林荣桐、李歆琰、赵镕明、刘桂墉、于俊辉等同学在陶片摄影工作中提供的协助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jas.2026.106712
数据资源：https://doi.org/10.5281/zenodo.21553799
软件资源：https://doi.org/10.5281/zenodo.22115723
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