Namesto približne risbe, natančen digitalni 3D-model

Sodobna arheologija -  Od daljinsko vodenega helikopterja do potapljača s podvodno kamero.
Objavljeno
25. julij 2014 14.17
Tomaž Švagelj, Znanost
Tomaž Švagelj, Znanost
To, kar arheologi odkrijejo, je treba narisati oziroma, po novem, z računalnikom grafično ponazoriti v digitalni obliki. V vseh primerih, tudi pod vodo. O tem in o nekaterih zanimivejših najdiščih govori mag. Miran Erič z Zavoda RS za varstvo kulturne dediščine (ZVKDS), član neformalne skupine za podvodno arheologijo, ki raziskuje in varuje podvodno kulturno dediščino.

Kot podvodni arheolog ste se ukvarjali že s številnimi najdbami. Katere med njimi so najzanimivejše?

Gotovo je to zgodnjerimska tovorna ladja z ravnim dnom, ki smo jo leta 2008 odkrili v Ljubljanici pri Sinji Gorici. Našli smo tudi paleolitsko leseno konico, staro 45.000 let. Ladjo smo leta 2012 skupaj z Laboratorijem za računalniški vid ljubljanske fakultete za računalništvo in informatiko ter Muzejem in galerijami mesta Ljubljane dokumentirali s programi za fotogrametrijo. Pri rezultatu, trirazsežnostnem digitalnem modelu ladje, je zanimiva njegova geometrična napaka, ki je manjša od dveh milimetrov. V arheoloških raziskavah je to absolutna natančnost.

Zelo je pomembno tudi kolišče, ki sta ga hrvaška kolega raziskala v zalivu pred Zambratijo v Istri. Pred dva tisoč leti je bila morska gladina za 1,6 do 1,9 metra nižja kot zdaj. Pred približno pet tisoč leti, ko je kolišče delovalo, pa je bila, predvidevamo, še nižja. Tod so plitvine in zelo verjetno je, da je bila tu laguna. Našli smo tudi leseno pohodno površino, sestavljeno iz približno 15 centimetrov debelih plohov, veliko 25 krat 60 metrov. Morda je šlo za lončarsko delavnico, tu je namreč zelo dobra glina.

V bližini kolišča je ladja iz 12. stoletja pred našim štetjem. Mislim, da gre za do zdaj najstarejše plovilo v Sredozemlju z ohranjenim lesom; starejša sta le še dva brodoloma, a se les tam ni ohranil. Ladja – pravzaprav gre le za njen sedem metrov dolg del – je šivana, kar je za mediteransko ladjedelniško tradicijo tistega časa značilno. Z najsodobnejšimi fotogrametričnimi metodami smo ga tudi dokumentirali. Pri digitalnem modelu je zanimivo in pomembno to, da ni narejen na podlagi fotografij. V zadnjih dveh ali treh letih se je namreč izkazalo, da je mogoče 3D-modele pripraviti tudi iz videoposnetka. Za zdaj so take raziskave in testiranja tudi v svetu zelo redka, zato gre nedvomno za dober dosežek.

Omeniti je treba še antični brodolom iz drugega do tretjega stoletja našega štetja s tovorom sarkofagov blizu Sutivana na Braču. Površina najdišča je okoli 15 krat sedem metrov, njegova posebnost so človeške kosti, ki so na brodolomih velikanska redkost. Posneli smo ga v pol ure, naši kolegi so ga eno leto pred tem ročno naskicirali v petih ali šestih urah. Toda natančnost našega izdelka je precej večja od njihove.

Zdi se, da je trirazsežnostno dokumentiranje podvodnih najdišč zares učinkovito.

Zagotovo, gre za tri zelo pomembne prednosti. Pred 3D-dokumentiranjem do zdaj, kljub velikemu trudu, nikoli nismo mogli pripraviti dokumentacije, ki ne bi imela vsaj 10 do 20 centimetrov napake – te pri 3D-modelih niso večje od milimetra ali dveh. Čas dela pod vodo, ki je seveda nevarnejše kot na suhem, se skrajša tudi za tridesetkrat. Denimo, za analogno dokumentiranje rimske ladje iz Sinje Gorice bi porabili najmanj 30 potapljaških ur, fotosnemanje za fotogrametrično 3D-modeliranje pa je trajalo manj kot eno uro. Podobno velja tudi za brodolom na Braču, ki je na globini do 35 metrov, delovna avtonomija potapljača pa je le 25 minut. Zato je tudi cena raziskav precej nižja, saj je ura potapljača precej dražja kot ura sodelavca na kopnem.

Delali ste tudi na kopnem?

Ja, tam smo si pomagali tudi z daljinsko vodenim helikopterjem. Za raziskave uporabnosti fotogrametričnega 3D-modeliranja smo ga na avtocestnih najdiščih poskusno prvič testirali v poznih 90. letih. Izkušnje iz teh raziskav sem nato prenesel v dokumentiranje najdišč pod vodo. Za raziskave antičnega brodoloma iz prvega stoletja pri Silbi sva s kolegom Gasparijem leta 2001, nalašč za ta namen, prvič kupila digitalni fotoaparat z vodotesnim ohišjem, da bi ortofotografijo preizkusili še pod vodo. Bil je olympus z optičnim tipalom, velikim skromna dva megapiksla – plačali smo ga sami, iz svojega žepa.

Ortofoto je fotografija, pri kateri je optična os objektiva pravokotna na ravnino objekta, kajne?

Tako je, nastaja z nizom takih fotografij površin, ki se morajo prekrivati najmanj 60-odstotno, rezultat je ortofotografija, ki je enaka linijskemu načrtu ali topografski karti. Stranski rezultat metode je tudi podatek o višinskih razlikah, torej digitalni model višin, DMV.

To ste preizkusili na brodolomu pri Silbi.

Posneli smo potrebne stereopare; stereopar sta fotografiji iste površine, posneti z dveh različnih kotov. Ta način zajemanja podatka je zastarel, saj zdaj ni več potreben, a smo tudi tako prišli do ortofotografije in uporabnega DMV. Oboje smo zložili in dobili 3D-model s teksturo površine. Stvar je bila zanimiva, ker smo to lahko zelo hitro ...

... ja, posnetek je že bil v digitalni obliki.

Tako je, to je bilo bistveno, ker se tako izogneš številnim težavam. Alternativa so analogni posnetki, razvijanje filma, digitalizacija posnetkov – kar vse je zelo drago in zamudno. Daleč naokrog s temi procesi ni bilo izkušenj, vsaj ne z nizkocenovnimi načini dokumentiranja.

Kaj pa težave? Vedno se najdejo.

Kot strokovnjak si seveda navdušen, da ustvariš rezultat, ki ga ročno sploh ni mogoče ustvariti. Že tisti s Silbe je bil zelo natančen, napaka je bila pod centimetrom, žal pa je bilo delo s podatki, kljub digitalnim posnetkom, zelo zamudno. Za pripravo 3D-modela enega dela tamkajšnjega brodoloma, velikosti pet krat pet metrov, sem namreč potreboval kar 160 ur. Fotografij je bilo približno 560. Fotogrametrijo so takrat tako delali tudi kolegi iz Francije. Težava je bila tudi ta, da je bil oblak višinskih točk v modelu zelo redek in da smo imeli na višinski osi precej napake, tudi več kot pet centimetrov. Pri današnjih fotogrametričnih 3D-modelih so morebitne napake v vseh treh oseh enake, torej pod dvema milimetroma.

To omogočajo računalniški programi.

Ja, že takrat so bili sicer dostopni, plačljivi, a zelo dragi. Na primer Erdas, s katerim bi lahko delal te stvari, je stal okoli 70.000 dolarjev. Zato so si programe v podjetju DFG Consulting raje napisali sami.

To je temelj. Takrat smo sicer dokazali prihranek pri terenskem delu, torej v potapljaških urah, vendar v arheologiji, še posebno ne več danes, rezultatov nihče ne more čakati v nedogled. To preprosto ne more biti racionalno, vsaj ne brez večletnega projektnega dela ...

... in z dovolj denarja.

Seveda. Sedanji razvoj 3D-dokumentiranja arheoloških najdišč sicer že zahteva veliko sprememb in prilagajanja arheološke metodologije. Se pa težišče raziskovalnega dela na tem področju premika k računalniškemu vidu in drugim računalniškim smerem. Danes navdušenje nad 3D-modeli, ki so identične virtualne kopije najdišč ali predmetov dediščine, ne zadostuje več. Naučiti se moramo, kako te podatke koristno uporabiti.

Tako delo je strokovno zahtevno, tudi tehnično. S kom največ sodelujete?

Z že omenjenim laboratorijem za računalniški vid fakultete za računalništvo in informatiko ljubljanske univerze, ki ga vodi prof. dr. Franc Solina. Končno je njegov laboratorij v okviru univerze dobil projekt, namenjen študentskemu raziskovalnemu delu.

Posebno mesto v naši neformalni skupini ima tudi vrhunski fotograf Rok Kovačič, večkratni državni prvak v podvodni fotografiji, ki je leta 2011 na svetovnem prvenstvu v podvodni fotografiji v skupni uvrstitvi dobil tudi bronasto medaljo. Večina fotografij za 3D-modele, seveda tudi večina terenskih fotografij, so njegovo delo.

Pomemben sodelavec je še programer Gregor Berginc, prav tako nekdanji študent ljubljanske fakultete za računalništvo in informatiko, sicer pa sodelavec dveh računalniških podjetij Xlab iz Ljubljane in Tretja dimenzija iz Novega mesta. Razvil je programsko orodje Mementify PHOV za fotogrametrično 3D-modeliranje, ki je med najboljšimi na svetu.

Omenil sem že pomen razvoja programskih orodij, s katerimi delamo. Raziskovalci na številnih univerzah so že razvili brezplačna računalniška orodja, ki so popolnoma primerljiva z vsemi svetovnimi programskimi orodji ...

... tudi tistimi superdragimi?

Hja, ta razmerja se na srečo zelo spreminjajo. Ko sem pred dvema desetletjema začel to delo, je bil na primer program AutoCAD uporaben za projektiranje v različnih tehničnih strokah, zelo drag. Študentska kopija stane le desetino osnovne profesionalne različice, kar je še vedno 600 dolarjev.

Zato univerzitetna računalniška 3D-skupnost opušča plačljivo programsko opremo in raje razvija svojo. Kot primer naj navedem odlično programsko 3D-orodje MeshLab, ki ga od leta 2005 razvija skupina naših kolegov s študenti z univerze v Pisi. Rezultati dela v arheologiji in pri varstvu kulturne dediščine niso komercialni izdelki, zato je zelo težko sprejeti, da moraš za svoja osnovna orodja odšteti toliko denarja.

Programerji lahko še vedno dobro zaslužijo s komercialnimi projekti, v katerih se obrača veliko denarja. Za razvoj obrobnih računalniških orodij, kakršna potrebujemo v podvodni arheologiji, je zato težko privabiti sodelavce. Denar zanje lahko pride iz EU, državnega proračuna ali iz lokalnih okolij.

Ali vaše delo odmeva tudi v tujini?

Po največji mednarodni konferenci na tem področju Digital Heritage 2013, ki je bila novembra v Marseilleu, sem bil povabljen v uredniški odbor Digital Application in Archaeology and Cultural Heritage, ki ga izdaja mednarodna znanstvena založba Elsevier. Zato se še bolj trudimo, da bi tudi mi dobili kakšna projektna sredstva, s katerimi bi to lahko normalno razvijali naprej.