Dr. Regina Smolnik: 3D-Dokumentation in der sächsischen Landesarchäologie

Die ursprünglich industriell genutzte Vermessungs- und Visualisierungsmethode hat ihren Einzug in die Dokumentation kulturbewahrender Einrichtungen gefunden. Im Landesamt für Archäologie Sachsen arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler bereits seit 2005 mit 3D-Scantechnologien.

 

Die hochauflösende 3D-Digitalisierung von Objekten mit­­hilfe von Nahbereichsscannern und das auf Digitalfotos basierende SfM (Structure from Motion)-Verfahren wird mittlerweile auch in kulturbewahrenden Einrichtungen immer häufiger eingesetzt, um den Sammlungsbestand zu dokumentieren. Überzeugende Argumente sind dabei vor allem die präzise Messtechnik, verbunden mit einer hohen Effizienz im Personal- und Zeitmanagement. Darüber hinaus überzeugen die verschiedenen Nach­nutzungs­­möglichkeiten der 3D-Daten und die Repro­duzierbarkeit der Scans in vielfältiger Form (fotorealistische Abbildung, Zeichnung, 3D-Modell oder 3D-Druck) bei gleichzeitiger Schonung des Originals.

Für die Archäologie, die seit ihren wissenschaftlichen An­­fängen die zeichnerische Rekonstruktion und Dokumentation von Funden, Fundfragmenten und Befundsituationen als Mittel zur Verständigung über das zu behandelnde Unter­­suchungsobjekt nutzt, bietet gerade die 3D-Technologie Möglichkeiten, die weit über einen Ersatz für Fotografie oder Zeichnung hinausgehen. Im Landesamt für Archäologie Sachsen wird seit 2005 mit verschiedenen Scannern und 3D-Modellierungs­­v­erfahren für die Befund- sowie Fund­dokumentation und wissenschaftliche Auswertung ge­­arbeitet. Die Einsatz­möglichkeiten reichen dabei über die Massen­digitali­sierung von Funden mit gleichzeitiger Erfassung der relevanten Maße und die automatisierte Rekonstruktion von Gefäßformen bis hin zur Analyse von typologischen Abfolgen, Herstellungstechniken und Be­­arbeitungsspuren sowie dem Monitoring von konservierten Feuchtholzobjekten.

Im Bereich der Funddokumentation werden zwei Scanner eingesetzt: ein mit Triangulationsverfahren arbeitender Laser­­scanner (Konica-Minolta VI-910) mit einer lateralen Auflösung von max. 0,2 mm und einer Tiefengenauig­keit von 0,1 mm sowie ein Streifenprojektionsscanner (Breuckmann smartSCAN 3D-HE) mit einer erreichbaren Auflösungen von bis zu 0,018 mm. Für größere und schwer zugängliche Objekte und Befundstrukturen auf den Grabungen wird zudem mit einem Handscanner (Artec EVA) gearbeitet. Er hat sich beispielsweise unter Tage bei der Aufnahme von Abbauspuren in den mittelalterlichen Bergwerken bewährt. Zur Dokumentation schwieriger Befunde auf der Grabung wird ein terrestrischer Scanner (Riegl LMS-420i) eingesetzt. Das Landesamt für Archäologie Sachsen war zudem Anwendungspartner in einem Gemeinschafts­projekt von HTW Dresden und FU Berlin zur Entwicklung eines mit Di­­gi­­talkameras ausgestatteten ferngesteuerten Quadrokopters zur Dokumentation von Geländebefunden und Berech­­nung von Oberflächenmodellen anhand perspektivisch aufgenommener Fotoserien. Seit 2014 wird bei Aus­­grabungen erfolgreich ein eigener Quadrokopter eingesetzt.

Von Anfang an wurde bei der Weiterverarbeitung der 3D-Daten auf eine spezifische Anpassung an die Bedürf­nisse der Archäologie geachtet und auf eine weitgehende Automatisierung der Arbeitsprozesse Wert gelegt. In Ko­­operation mit der Professur Gra­­phische Daten­verarbeitung und Visualisierung der TU Chemnitz entwickelt das Lan­­desamt für Archäologie Sachsen die Dokumen­­tationssoftware TroveSketch. Sie er­­mög­­licht eine automatisierte Ausrichtung der Scans von Gefäßen und Scherben und die Vermessung der Hohlformen (Größe, signifikante Maße, Volumen). Alle für die Ein­ordnung des Gefäßes wichtigen Daten werden mit dem Scan zusammen erhoben und abgespeichert. Neben dem optischen Vergleich der Gefäße durch den Bearbeiter ist nun auch eine rein mathematische Analyse der Messdaten über sehr viele Scans unterschiedlicher Gefäße ohne nennenswerten Zeitaufwand möglich. Das ergänzende Softwaremodul VesselReconstructor ist in der Lage, virtuelle Gefäßkörper aus den beim Scan der Scherben erhobenen Daten zu bilden und somit die Formanalyse durch den Wissenschaftler zu unterstützen. Dabei werden die richtig positionierten Scherben zur Hohlform ergänzt, sodass sehr viel klarer die zugrunde liegende Gefäßform identifiziert werden kann.

Während die herkömmliche Fundzeichnung von der Kenntnis, der Erfahrung und der Genauigkeit des Zeichners abhängig ist, bietet der 3D-Scan eine hochgenaue Wiedergabe der Objektoberfläche. Die Software ermöglicht verschiedene Beleuchtungsszenarien und Stili­sie­r­ungsgrade. Verbunden mit dem Hinzu­­fügen oder Weg­­lassen der mit den Scan­­daten erhobenen Farbwerte, er­­geben sich für den Wissenschaftler verschiedene Ab­­­bildungs­varianten, die für Detailfragen, beispielsweise zu Her­­­stell­­ungsfragen oder zu Be­­ar­bei­tungsspuren, bessere Erkenntnis­mög­lich­keiten bieten können als fotografische Aufnahmen. Die Neutrali­­sie­rung von Licht-Schatten-Wirkun­gen oder Glanzlichtern sowie die völlige Unabhängigkeit der Ober­­flächen­modellierung von der Beeinträchtigung durch dunkle Texturen geben der Mess­­barkeit von Werkzeugspuren eine neue Dimension. Be­­sonders wichtig ist dabei die Schonung des Objekts selbst, das in der Regel aufgrund seiner langen Boden­lagerung aus­­ge­­sprochen empfindlich und vom Verfall bedroht ist. Auch hier bieten 3D-Scans wertvolle Hilfe. Regelhaft eingesetzt wird das Scanning bisher bei archäologischen Feucht­holz­­objekten vor und nach der Konservierung. Dies ermöglicht es dem Wissenschaftler, bereits während der lange dauernden Konservierungs­phase, in der das Objekt nicht greifbar ist, mit den pr­­äzisen 3D-Modellen arbeiten zu können. Gleich­­zeitig bietet es Restauratoren die Möglichkeit, sowohl mög­­liche Schrumpfungsprozesse während der Konservierung wie auch andere Veränderungen der Hölzer in einem Moni­­toringverfahren zu beurteilen.

Mehr als 10.000 Funde wurden im Landesamt für Archäologie Sachsen bisher gescannt. Die zukünftige Aufmerksamkeit gilt der dauerhaften Sicherung dieser Daten sowie der Weiter­­entwicklung der Anwendungs­möglichkeiten in der Archäologie.

Portrait_Smolnik_K_BostelmannDr. Regina Smolnik
Die Autorin studierte Vor- und Frühgeschichte, Kunstgeschichte und Europäische Ethnologie. Nach ihrer Promotion war sie Referentin für Denkmalinventarisation am Landesamt für Archäologie in Dresden und nachfolgend Leiterin des Dezernats Museum/Restaurierung im Brandenburgischen Landesamt für Denkmalpflege und Archäologischen Landesmuseum. Seit 2009 ist sie Landesarchäologin des Freistaates Sachsen. Sie ist Sprecherin der AG Sammlungsmanagement der Fachgruppe Dokumentation im Deutschen Museumsbund e. V.