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秦俑彩绘技术也有许多独到之处。一般在彩绘之前对陶俑表面先进行处理。由于陶俑是没有釉的素陶，具有较多的毛细孔，表面不能滑润。而彩绘则要求毛细孔不易太多，也不能太少，表面不易太滑，也不能太涩。为了达到这一要求，陶俑在烧造之前表面似用极细的泥均匀涂抹，并加以压光，减少了毛孔，又提高了光洁度，同时在陶俑烧造之后，似进行了化学物理处理。从陶俑陶片断面观察，也证明了陶俑烧造之前表面曾用细泥涂抹，有的部位不只涂抹一次，陶俑表面还涂有一层薄薄的类似以胶质的物质，表面涂胶减少了陶俑两者紧密地粘接起来，使之彩绘不易脱落。彩绘技法则是根据不同部位采取不同的方法。一般陶俑的颜面、手、脚面部分先用一层赭石打底，再绘一层白色，再绘一层粉红色，尽量使色调与人体肤色接近。而袍、短裤、鞋等处的彩绘则是采取平涂一种颜色，只是在衣袖与袖口、甲片与连甲带之间运用不同的色调作对比，更显示出甲衣的质感。有些胡须、眼眉的处理，则是用黑色绘成一道道细细的毛发。
总之，彩绘工序复杂，手法多样，着色讲究，充分显示了彩绘的层次和质感，使雕塑与彩绘达到相得益彰的艺术效果。其中有些彩绘技法为汉代所继承。陶俑、陶马彩绘严格模拟实物，但在色调的掌握上以暖色为主，很少使用冷色。红、蓝、绿等色调的使用，巧妙地表现出秦军威武。
陶马工艺
一、二、三号坑出土的陶马，有战车用的车马和骑兵用的鞍马两种，这些马的制作工艺过程是先把马的头、颈、躯干、四肢及尾、耳等分别制作后拼装粘合成为粗胎，再经过二次覆泥修饰、雕刻成型，阴干后入窑焙烧，最后彩绘，完成陶马的制作。
陶马出土时，马头已从合缝处破裂，合缝面上残存着粘泥的遗迹，证明马头是用模具制成的。马头有宽、窄两种，各自作法不同。窄狭型的马头，合缝线位于马头的正中，左右两片大小相同。每片的内侧都有按压、锤打的凹窝，说明它们是用模具制作的，然后将两片粘接合在一起制成马头。所有的马均张口作嘶鸣状，马口的下颔是单独捏塑，并经舌和牙齿的刻划后，再粘接在马头下部的。宽博型的马头，是由五块泥片拼合粘接而成的，即左、右两侧的面颊各一片，马头的三片均系手塑。将上述五片拼合粘接在一起后，在内侧合缝线上一般都要覆泥进行加固。
马头上的附件如马耳、飞鬃的大小、长短和厚薄都不一样，且上面留有用刀削刮、刻划的痕迹，说明这些附件都是单独捏制后再与马头连接的。陶马的颈部中空，体腔中空，从破裂的合缝看，这些都是由不同形状的泥片拼合而成的，而所有的泥片合缝处，都在内侧覆有一层硬泥，经过锤打使接茬牢固。陶马体腔内部遗留有成片的麻布纹和细绳纹，以及直径约5厘米的圆形锤窝，说明锤打时衬着麻布或麻绳的编织物。
马腿和马尾也是单独用手工制成的。陶马的各个部件分别做好后，即进行拼装组合。其顺序是由腿到体腔，再接上颈、头、尾，从而组成马体的大型。每匹陶马重达245公斤，在拼装组合的过程中需要借助支架的支撑才能防止马体变形。
组合后的陶马还要对其外表进行一些细部修饰。躯干的外部涂一层细泥，经过打磨使表面光滑平整，显得马体肌肉丰满：在马胸部堆贴泥块，雕刻出凸块状胸肌；双肩处覆泥较厚，以显示肩胛的高大宽博；马的立鬃为高浮雕，上面用篦状工具划出细细的鬃毛。
骑兵的鞍马比车马的雕饰略为复杂，在马背上要堆泥雕出高浮雕的鞍桥、浅浮雕的鞍鞯，鞍上的流苏及肚带、锹等细部装饰，这些都是用减地法或贴泥条法雕成的。鞍上一排排鞍钉及细部的纹饰用阴线显示。由于运用了不同的雕刻技法，使鞍鞯造型十分逼真。陶马的四肢经过细致地刻削打磨，圆的地方溜圆有光泽，扁的地方棱角分明，皮肉、骨节的关系都表现得十分清楚。