Интегриране на геодезически техники за дигитално документиране на археологически обекти

Четвъртък, 12 Март 2009

С. Кампана, М. Сордини

Факултет по археология и история на изкуството – Сиена, Италия

 

Ф. Ремондино

Институт по геодезия и фотограметрия – ETH Цюрих, Швейцария,

 

Център за научни и технически изследвания –Фондация  Бруно Кеслер, Тренто, Италия

 

Ключови думи: 3D моделиране, фотограметрия, разкопки, лазерно сканиране, мулти резолюция

 

Абстракт:

Предизвикани от необходимостта от бързо, но същевременно точно и детайлно документиране на археологическите разкопки, местности и артефакти, представяме най-нови геодезически тенденции за интегриране на различни данни с различна резолюция на заснемане за да бъде доставена цялата необходима информация за 3D документиране на археологическото наследство и разкопки. В нашия случай изследването се фокусира върху два археологически обекта в Тоскана от късната Античност и ранното средновековие и римско време, намиращи се в провинция Сиена, Италия. Представяме възможните геодезически техники и методологии за дигитализиране на информацията, като се задоволят всички изисквания за археологическата документация и се разглеждат възможните нови геодезически техники за изследване.

<!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]-->

Фигура 1: Снимка от спътника Quickbird на мястото. Точка А църквата Ст. Джовани Валдарно, а В е мястото за разкопки Пава. Църквата е моделирана, като е използван ToF scanner и снимки на някои от детайлите. Разкопките са документирани с аерофотозаснемане (DSM на 5 cm резолюция) и с ToF scanner.

 

1. Въведение

 

Систематизирането и използването на геодезически техники за документиране и дигитализиране на информацията в археологията е относително ново и не се прилага на всички обекти по няколко комплексни причини: относително „високата цена” на 3D, трудността за постигане на добри 3D модели, трудността за интегриране на 3D моделите с останалите 2D данни и традиционна документация и схващането, че 3D моделите са с единствено допълнителен естетически фактор. Днес най-обикновените геодезически техники за 3D документиране, реконструкция и интерпретация в археологията са базирани на снимките (например фотограметрията) [Remondino

& El-Hakim, 2006] или на различни данни (например на сензори като лазерни скенери) [Blais, 2004]. Двата метода имат своите плюсове и минуси и избора между тях обикновено е мотивиран от бюджета на проекта, големината на работата, целта, която се преследва, изискванията за детайлност и опита на самия екип.

 

2. Геодезически технологии за археологически нужди

 

Днес разполагаме с широк спектър от геодезическа данни и инструменти, с които можем да изучаваме културното наследство и да го документираме (Фигура 2): снимки със средно и с високо качество (SPOT, IKONOS, Quickbird, OrbView, IRS, ASTER, Landsat, и др.), широкоформатни и линеарни дигитални камери за ортофото заснемане (DMC, ULTRACAM, ADS40, и др.), пространствени и радарни платформи (Radarsat, ERS, AirSAR), сензори като LiDAR, безпилотни летателни апарати (UAV, като хеликоптери например) с дигитални камери на тях, панорамни линеарни сензори и видео камери, и дори мобилни телефони. Още повече, че GPS и инерциалните навигационни системи (INS/IMU) позволяват точна локализация и навигация.

Заедно с голямото разнообразие на тези системи през последното десетилетие се появи и нов софтуер, който позволява автоматизацията на много процедури, в частност възможността за ориентиране на снимките и за генериране на модели (DTM и DSM) или за извличане на данни за релефа. Освен това географските информационни системи (GIS) разполагат с много инструменти и нови функции за обработка и анализ на 3D данните, както и пакети за визуализация и за анимация. Днес всички те работят изключително добре и финансовата им стойност е все по-ниска.

 

Фигура 2: Различни платформи (сателит, аеро, UAV, балон, земя) и инструменти (камери, сензори), които позволяват да бъдат доставяне данни  за изграждане на 3D модели.

 

Следователно, [Lambers & Remondino, 2007], може да определим три нива на археологическото търсене, в които геодезическите техники и методология могат да бъдат прилагани. (Таблица 1):

(1) регионално ниво – за записване на топографските данни на археологическия обект и за създаване на карта на археологическите дадености. Докато самите разкопки се опитват да фокусират върху значимостта на мястото и на находките, архитектурата и артефактите могат да бъдат разбрани само в техния културен и социално-икономически контекст. Затова е нужно задълбочено изучаване на мястото, включително и на взаимовръзките с други страни на живота – стопанство, религия, икономика, както и топография, природни ресурси и палеоклиматични условия. Две са основните цели на оптичните 3D техники и свързаните с тях измервания в археологичните изследвания на регионално ниво: (1) запис и моделиране на топографията и (2) откриване и картиране на археологическия обект и находки. Пространствените и въздушните сензори дават подходяща информация за тези две цели.

(2) локално ниво – за записване на по-малките части и техните архитектурни и археологически характеристики.

Независимо от големината на размера, функцията и продължителността на използването им, всяка археологическа останка свидетелства за човешката дейност на мястото и има важна социална, културна, технологическа и идеологическа роля за разбирането на живота на обитателите на изследваното място.

(3) ниво обект – за записване на артефактите и останките. Артефактите, които са намерени при разкопки и са на склад в музеите имат културна, социално-икономическа и технологическа роля за разбирането на живота на техните създатели. Подробното описание на каменните или металните инструменти, инструментите от кости, керамичните съдове, скулптурите и другите останки от човешка дейност не е само предварително условие за типологично и хронологично изследване, но е и изследване на размяната на идеи и стоки, иконографията, технология и най-различни други теми.

До момента всички тези артефакти са запазвани в 2D чрез рисунки и фотографии. 3D моделите ще помогнат изключително за новото развитие на археологията и ще допринесе за допълнителната информация, която ще доведе до нови изследвания, като пример – морфологични сравнения и др. В допълнение виртуалните копия на артефактите дават възможност за web изложби и улеснява създаването на физически реплики, което от своя страна помага за запазването и съхранението на оригиналните артефакти.

 

Tаблица 1: Различни нива на археологичните изследвания и документиране и свързаните с тях геодезически сензори и данни за 3D дигитално документиране. От регионалното към обективното ниво се изисква по-добра резолюция при описването на данните.

Археологически изследвания

Обект на интерес

Възможни геодезимески технологии

Геометрична резолюция


Ниво на детайлност


Регионално ниво

• Ландшафт

• Топография

• Място

- Сателитни снимки със средна и висока резолюция

- Аероснимки

- Радар и LiDAR

- GPS

Локално ниво

• Място

• Архитектура

• Различни археологически нива

- Аероснимки

- Радар и LiDAR

- ToF сензори

- Наземни снимки

- Тотални станции

- GPS

Ниво обект

• Находки и артефакти

• Музейни експонати

- Наземни снимки

- Сензори, базирани на триангулация

- GPS

Предвид всичко споменато до тук най-голямото предизвикателство е да се интегрират различните данни за получаване на документация с мултирезолюция на целия археологически обект. В днешно време тази документация е базата, съдържаща геопространствени данни и визуалиция. Днес най-добрият и най-известен пример е Google Earth и Microsoft Virtual Earth. Данните са с резолюция от стотици метри до няколко дециметри. Потребителят може да търси геопространствена информация с ниска резолюция и когато му е необходимо да получава и детайлен образ с висока резолюция, често допълнена от друга 2D/3D информация (като текст, снимки, модели на градове и др.).

За големите археологически обекти могат да се използват подобни 3D изследвания. Методология от горе надолу може да се прилага, като се започне от анализ на данните, получени от сателит и се стигне до снимки с голяма резолюция, богати на детайлни данни и наземни снимки. Тъй като описването в 3D на ландшафта и на артефактите изисква различна резолюция, трябва внимателно да се интегрират, за да се получи единен реалистичен 3D модел.

 

3. 3D Документация на археологически находки и исторически сгради

 

Нашата работа беше концентрирана в областта Пава и църквата Св. Джовани Валдарно в Сиена, Италия. Разкопките на Пава [Campana & Francovich, 2005] са документирани с помощта на сателитни снимки, наклонени въздушни снимки (Фигура 3), данни събрани с балон и хеликоптер, както и с ToF laser scanning (Фигура 1). Всеки сензор и инструмент доставя важна информация на различно ниво на детайлите, а тяхното интегриране дава много добри резултати. Освен самия район, романската църква също е дигитално документирана. Църквата и криптата (Фигура 1) са заснети с ToF scanner както и с дигитална камера за детайлите, които не са достъпни за скенера (например покрива), запечатана е и текстурата, за да са получи по-добър и реалистичен модел с висока резолюция на детайлите. В този случай интегрирането между отделните данни е изключително съществено за допълването на геометричната информация. Следващата стъпка от работата е събирането на цялата информация за създаване на единен 3D модел на мястото, който да е свързан с останалата археологическа (2D) информация и съществуващата база данни.

 

Фигура 3: Изследваната област Пава и заснемането й

4. Заключение

Резултатите през последните десетилетия от археологическите изследвания и прилагането на 3D дигиталното документиране на обектите са много разочароващи, като се има предвид възможностите, които предлага новият софтуер и хардуер. Използването на 3D моделите се заключава все още единствено до създаване на реконструкции, но не и за научни интерпретации. Нашето заключение е, че 3D записът и моделирането трябва да обединят данните, познанието и комуникацията. Археолозите все още използват 3D технологиите изключително рядко при записа на данните и при реконструкцията. По тази причина документирането е фрагментарно и често в него липсва необходимата и желана 3D информация. В това изследване показахме как точната и детайлна 3D информация може да бъде получена от много достъпни в днешно време геодезически инструменти. Добре е известно, че сензорите улесняват и ускоряват събирането на големи количества 3D информация. Стойността на екипировката и скъпият транспорт, заедно с комплекса от проблеми около управлението на тази информация, повдигат сериозни практически въпроси.

Ние предлагаме като алтернатива да се използват алгоритмите и интегрираните методологии за създаване на реалистични 3D модели с добри геометрични детайли.

5. Библиография

Blais, F., 2004. A review of 20 years of range sensors development. Journal of Electronic Imaging, 13(1): 231-240

Campana S., Francovich R. 2005. Seeing the Unseen. Buried Archaeological Landscapes in Tuscany, Taylor &

Francis, The Netherlands, pp.67-76

Lambers, K., Remondino, F., 2007. Optical 3D measurement techniques in archaeology: recent developments and applications. Proc. of CAA 2007 Conference, Berlin, Germany (in press)

Remondino, F., El-Hakim, S., 2006. Image-based 3D modelling: a review. Photogrammetric Record, 21(115): 269- 291

Прочетена 2395 пъти Последно променена в Четвъртък, 04 Декември 2014 16:11

"Първа отговорност на всеки гражданин е да оспорва властта."

Бенджамин Франклин

Редакцията не носи отговорност за съдържанието на коментарите. Призоваваме ви за толерантност и спазване на добрия тон.


Условия за ползване на коментарите

geomax l

Baner GEOPORTAL

Със съдействието на Камарата на инженерите по геодезия и Асоциацията на геодезическите фирми

 

Връзка с нас

map

Списание ГЕОМЕДИЯ

Всичко за геодезията

София 1303
ул. "Св. Св. Кирил и Методий" 146,
ет. 3, ателие 6; тел: 02/ 831 90 01;
e-mail: geomedia@abv.bg
office@geomedia.bg

Банкова сметка

ЕИК 175378844
Банкова сметка
Уникредит Булбанк, клон Европа
BIC - UNCRBGSF
IBAN - BG74UNCR 7000 1500 6707 03
ISSN - 1313-3365

Абонамент

27 лв. за една година

15 лв. за половин година

Свържете се с нас, ако искате да се абонирате.