Z komputerem pod wodę Techniki dokumentacji i wizualizacji 3D

Z komputerem pod wodę
Techniki dokumentacji i wizualizacji 3D
streszczenie
Klasycznie stosowane metody dokumentacji stanowisk podwodnych nie odbiegają znacznie od
tych, używanych na powierzchni w podobnych celach. Środowisko, w którym pracuje badacz jest
jednak w tym przypadku znacznie bardziej niekorzystne, a wachlarz wymaganych umiejętności i
sprzętu znacznie większy. Techniki dokumentacji stanowisk i znalezisk in situ opierają się w znacznym
stopniu na dokonywaniu poszczególnych pomiarów, w oparciu o siatkę metrową, umieszczoną na
dnie w fizycznej postaci. Na uwagę zasługuje fakt, że zdecydowana większość sprzętu stosowanego
przez badaczy (platformy pływające, kratownice, rysownice) wykonana jest własnoręcznie.
Obecnie coraz częściej stosuję się innowacyjne metody dokumentacji i prezentacji planów
stanowisk. Możliwość korzystania z nowoczesnych zdobyczy techniki – komputerów,
zaawansowanych kombinezonów nurkowych, komór ciśnieniowych, czy urządzeń GPS. Technika,
uczyniła fizycznie dostępnymi dla archeologów podwodnych, stanowiska znajdujące się nawet 100m
pod powierzchnią wody. Ponadto rozwój robotyki sprawił, że możliwe do badania stały się
krajobrazy, zalegające nawet tysiące metrów pod powierzchnią, gdzie żaden człowiek nie przeżyłby.
Jak jednak lokalizować i dokumentować zabytki znajdujące się na takich głębokościach?
W przypadku stanowisk położonych setki czy też nawet tysiące metrów p.p.m. wyzwaniem staje
się już sam pobór danych. Nie możemy na taką głębokość wysłać nurka z aparatem czy deską
kreślarską. Najczęściej używa się w takich przypadkach zdalnie kierowanych pojazdów podwodnych
(ROV), sonarów, a nawet wyposażenia podwodnych okrętów nuklearnych U.S Navy’s. Za ich pomocą
przeprowadzić możemy mapowanie akustyczne oraz pozyskać zdjęcia i filmy o wysokiej
rozdzielczości. Najlepsze rezultaty przynosi oczywiście połączenie tych dwóch metod. Koszt takich
ekspedycji jest bardzo wysoki i liczony w dziesiątkach tysięcy USD za dzień.
Phisical modeling - Modelowanie fizyczne. Naukowcy z University of Southampton stosują
interesującą metodę przewidywania procesów erozji i akumulacji osadów dennych w kontekście
stanowisk archeologicznych. Stworzyli oni w laboratorium kilkumetrową makietę dna morskiego z
zainstalowanym systemem dwukierunkowych pomp. Przebieg eksperymentu wygląda następująco:
1Wykonanie modelu wraku w odpowiedniej, 2. Wykorzystanie danych batymetrycznych stanowiska
do odwzorowania obecnej formy dna wraz z zanurzonym wrakiem, 3. uruchomienie jedno (rzeki) i
dwukierunkowych(morze) procesów fluwialnych za pomocą specjalnych pomp, 4. Pompy tłoczą
wodę, imitując w ten sposób naturalne jej ruchy, a co za tym idzie ruchy osadów dennych, 5.
Symulacja trwa 24 godziny i jest powtarzana kilkukrotnie. W trakcie powtórzeń osiągany wynik jest
bardzo podobny, 6. Całość skanowana jest za pomocą lasera i przenoszona do komputera. Tam
ustalić wzorce procesu erozji i akumulacji osadów dennych, a także to , które części wraku narażone
są na zniszczenie i w jakim stopniu.
Echosondy wielowiązkowe - Nowoczesne modele potrafią wyprowadzać jednocześnie wiele
wiązek sygnału jednocześnie uzyskując odczyt większego obszaru, co skraca znacząco czas pracy i
rozszerza zasięg badanego obszaru. Sonda wysyła sygnał dźwiękowy, który jak wiecie po natrafieniu
na przeszkodę doń wraca, wskazując tym samym odległość do przeszkody. W ten sposób na ekranie
monitora śledzić możemy tworzący się w ten sposób model ukształtowania dna, lub nagrać od razu
film. Uzyskany obraz jest jednak 2wymiarowy. W celu uzyskania obrazu 3D wystarczy przepłynąć
kilkakrotnie nad tym samym obiektem z różnych stron. Możemy tym sposobem monitorować stan
powierzchni dna, wyszukiwać nowych wraków (np. w okolicach miejscowości Banjaard w rejonie
Zelandii) i innych stanowisk archeologicznych. Dodatkowo uzyskana w ten sposób makieta posłużyć
może celom promocyjnym czy popularyzatorskim. Urządzenia tęgiego użyto w trakcie prac mających
na celu zabezpieczenie przed rabunkowymi wkopami wraku statku Hoornsche Hop 2 z miejscowości
Hoorn.
W dalszej części referatu poruszane są przykłady praktycznego zastosowania innych technik
dokumentacyjnych jak : Sonogram w połączeniu z ROV – zdalnie sterowanym pojazd podwodny
wyposażonym dodatkowo w kamerę aparat i własne źródło światła, oraz obrazowanie sejsmiczne
CZĘŚĆ II
Aby otrzymać dokumentację trójwymiarową stanowiska potrzebna jest specjalistyczna aparatura.
Wcześniej wspomniano o echosondach, mapowaniu sejsmicznym itp., kolejna część referatu
przybliży sposób działania trochę mniejszych, ale też sprawnych maszyn. Wykorzystujemy je głównie
naziemnie, ale i z podróżą pod wodę - z niektórymi z nich - nie będzie problemu:
1. FARO: Laser Scanner LS oraz Focus - szybki skaner 3D, służący do wykonywania
szczegółowych pomiarów i dokumentacji;
2. NM200UW Nuclear Underwater Laser Scanner System - nie jest tak rewolucyjny jak
poprzednik, ale sprawdza się dobrze w warunkach wodnych;
3. BlueView’s BV5000-1350 oraz BV5000-2250 - profesjonalne sonary podwodne, które
rejestrują komplet obiektów, struktur i przedmiotów w granicach zasięgu;
4. SLD’s Underwater 3D Laser Imaging Scanner (3DLS) - sprzęt ten jest nowy, więc powinien też
niedługo znaleźć zastosowanie w archeologii;
5. RIEGL VZ-400 - to narzędzie, którym pomiary i skany zostały pobrane w 2010 dla jaskini
Stajnia
6. Nikon K600 to „optyczna współrzędnościowa maszyna pomiarowa umożliwiająca pomiar
elementów małych oraz wielkogabarytowych aż do 17 m3 metodą stykową jak i laserową z
jednego ustawienia”;
7. Desktop 3D Scanner - nowoczesne urządzenie, które w bardzo dokładny sposób potrafi
skanować przedmioty.
Kolejna część referatu uwagę skupimy na podaniu przykładów zastosowania skanerów w świecie
archeologii, ale nie tylko. Wśród nich wyróżnić można: prace Sebastiana Tyszczuka, wystawę
Muzeum Narodowego w Szczecinie, film z badań archeologii miejskiej jako przykład połączenia
fotografii z trójwymiarowym skanem terenu, brama Ishtar z Babilonu, Świątynia Demeter i
rekonstrukcję murus gallicus.
Jednym z nowoczesnych, ale nie takich nowych sposobów dokumentacji stanowisk
archeologicznych, w tym podwodnych jest dokumentacja fotograficzna, która w niesamowicie
realistyczny sposób potrafi oddać cały obraz badanego obiektu. W celu lepszego rozpoznania, na
stanowisku wykonuje się tzw. zdjęcia fotogrametryczne. Czym jest fotogrametria część z Was pewnie
wie, ale dla formalności. Fotogrametria to „technika, którą stosujemy do odtwarzania kształtów,
rozmiarów i wzajemnego położenia obiektów w terenie na podstawie zdjęć fotogrametrycznych
(fotogramów). Zdjęcia wykonujemy np. metodą naziemną - terrofotogrametria. W geodezji
fotogrametria służy jako pomoc przy pomiarach dużych obszarów i odległości.”
W ostatniej części referatu zostaną podane przykładowe programy, dzięki którym możemy
odczytać, a także zmieniać parametry otrzymanych skanów i zdjęć. Pierwsze z nich są to zestawy
narzędzi, w których dostajemy masę gotowych rozwiązań związanych z budownictwem: gotowe
wzory ścian, sklepień, podłóg itd., które w łatwy sposób mogą posłużyć do szybkiej rekonstrukcji
każdego rodzaju stanowisk archeologicznych w tym co ważne dla archeologii stanowisk palafitowych
czy też mostów. Za przykład dobrych programów z tej stajni należy wymienić: ArchiCAD, AutoCAD,
SketchUP. Kolejny typ programów tyczy się wyłącznie grafiki 3D. Można w nich budować,
modelować, tworzyć, kolorować, nakładać tekstury od samego początku, ale co najważniejsze można
w nich odczytać każdego rodzaju zeskanowane, wymierzone siatki całych stanowisk, pojedynczych
obiektów czy też miniaturowych zabytków: 3dsMAX, Blender (model jaskini Stajnia), 3d GIS lub ESRI
ArcGIS 9 (model schroniska 13F w Afryce), Maya.
Arkadiusz Pruchniak
Mateusz Szeremeta