Methoden voor 3D-visualisatie

Na het verzamelen van informatie is de eerste stap om een archeologische vondst te digitaliseren het digitaliseringsproces. Hiervoor zijn meerdere methoden beschikbaar waaronder: 3D-scannen, fotogrammetrie en 3D-modelleren. De keuze uit een van deze methoden hangt af van wat er aan modellen gecreëerd moet worden, welke informatie hiervoor beschikbaar is, of er al een opgraving heeft plaatsgevonden, hoe de data van de opgraving is/wordt gedocumenteerd en de precisie van de gekozen methode. De methode moet ervoor zorgen dat het 3D-model een ‘digitaal’ kopie is van het originele artefact qua bouw en textuur. Het gekozen proces beïnvloedt rechtstreeks de resultaten en het is daarom van belang de juiste methode te kiezen. Hieronder zijn de drie methoden onderzocht en uitgeschreven. Vervolgens worden de resultaten hiervan samengevat.

6.2.1 3D-scannen

3D-scannen is een techniek die gebruikt wordt in veel verschillende vakgebieden. Binnen de archeologie is het gebruik van deze methode de laatste jaren enorm toegenomen. TLS (terrestrische laserscanning) levert zeer accurate driedimensionale digitale modellen van alle soorten archeologische vondsten zoals: gebouwen, (opgravings-)terreinen en artefacten. Daarnaast is het een methode die kosteneffectief is en relatief snel detailgetrouwe gegevens documenteert. Echter worden de termen 3D-model en 3D-scan vaak met elkaar verward en dus verkeerd gebruikt. Driedimensionale TLS is een techniek om de positie en dimensie van objecten in de driedimensionale ruimte te meten. Het is dus mogelijk de bestaande situatie tot in detail te documenteren. Bij een 3D-scan wordt gebruik gemaakt van een laserscanner die door middel van een laserlicht in hoge snelheid veel terugkaatsende metingen per seconde maakt. Al deze punten hebben een x-, y-, en z-waarde. Dit resulteert in een puntenwolk bestaande uit miljoenen meetpunten die samen het ingemeten object vormt. Het is

79 _{Tsiafaki/Michailidou 2015, 41.} 80 _{Tsiafaki/Michailidou 2015, 42-43.}

38

echter niet mogelijk voor de laser om de kleur van het gemeten object te identificeren waardoor het resultaat bestaat uit een kleurloos model. De TLS kan vervolgens gegeorefereerd worden en kan zo traditionele meetinstrumenten vervangen. TLS wordt vaak gecombineerd met andere methodes zoals fotogrammetrie om realistische 3D-modellen te genereren. Echter zou in plaats van fotogrammetrie een textuur als voldoende zijn bij een puntenwolk.81

6.2.2 Fotogrammetrie

Fotogrammetrie is het proces van het verkrijgen van metingen en het extraheren van 3D-informatie uit foto’s. Digitale fotogrammetrie werkt met een serie overlappende afbeeldingen van objecten die vanuit verschillende locaties en hoeken zijn genomen met een digitale camera en laat de computer de overlappende patronen detecteren om een 3D-reconstructie van het gefotografeerde model op te bouwen. Simpel gezegd: het proces omvat het nemen van een reeks foto’s van een bepaald object/gebied vanuit verschillende invalshoeken.82 _{Het resultaat van deze methode is afhankelijk van}

de kwaliteit van de invoer. Dit betekent dat slechte kwaliteit foto’s resulteert in onnauwkeurige resultaten en een 3D-model van even slechte kwaliteit.83 _{Vervolgens worden deze afbeeldingen door}

een softwareprogramma (bv. Agisoft) omgezet naar punten die samen een puntenwolk vormen dit is de basis van het model.84 _{Om uiteindelijk een 3D-model te kunnen creëren moet gebruik gemaakt}

worden van minimaal drie foto’s van hoge kwaliteit met daarop punten waarvan de x-, y-, en z- coördinaten bekend zijn. Dit zijn de ground control points (GCP’s) en zijn nodig om het model te kunnen georefereren. Hiermee kunnen orthofoto’s (luchtfoto’s vanuit verticaal perspectief) worden gemaakt en digitale oppervlaktemodellen.85

Er zijn twee manieren om fotogrammetrie toe te passen: luchtfotogrammetrie en terrestrische fotogrammetrie. De eerste methode, luchtfotogrammetrie, is het maken van opnamen en metingen met drones, ballonnen of vliegtuigen en is een al gevestigde discipline binnen veel vakgebieden. Binnen het werkveld archeologie wordt deze methode minder gebruikt. Redenen hiervoor zijn onder andere de benodigde expertise voor de verwerking van de foto’s en de kosten voor apparatuur. Wat betreft de kosten is er een opkomst van betaalbare software, betere computers en camera’s waardoor luchtfotogrammetrie betaalbaar wordt en zo dus ook beschikbaar voor archeologie. Luchtfotogrammetrie met vliegtuigen is slechts handig als het om grotere gebieden (vele

81 _{Wei et al. 2010, 73-75; Baxter/Jankiewicz/Calfas 2017.} 82 _{Historic England 2017, 4.}

83 _{Historic England 2017, 19.} 84 _{Willemsen/Seubers 2015, 39.} 85 _{Reu et al. 2014, 252.}

Figuur 21 Voorbeeld van de uitkomst van het 3D-scannen. Vanaf links naar rechtst: puntenwolk, de punten verwerkt in een 3D-model, gerenderde afbeelding van het 3D-model.

39

vierkante meters) gaat. Ook kan luchtfotogrammetrie een goede oplossing zijn wanneer er geen egale standplaats is om een laserscanner te plaatsen.86

De tweede methode is de terrestrische fotogrammetrie. Hierbij worden de foto’s en metingen vanaf een vast standpunt gemaakt. Deze techniek kost in het veld veel minder tijd dan de ‘traditionele’ manier van documenteren. De verwerkingstijd op kantoor kost daarentegen wel meer tijd. Deze methode is goed te gebruiken wanneer het gaat om een of meerdere gebouwen of vondsten maar ook voor het vastleggen van de proefsleuven of opgravingsputten. Het is daarbij van belang dat uitstekende details desnoods met de hand worden ingemeten omdat details die niet worden gezien in de foto’s ook niet worden opgenomen in het 3D-model. 87

6.2.3 3D-modelleren

Met 3D-modelleren wordt een model bestaande uit 3D-vormen en/of 2D-lijnen bedoeld. Het model wordt niet, zoals bij fotogrammetrie of 3D-scans, gemaakt van metingen en scans van de bestaande restanten maar op basis van bevindingen en opgravingsresultaten (foto’s, tekeningen, topografische kaarten en gedetailleerde siteplattegronden). De basis van het 3D-model zijn de gedurende de opgraving gemaakte 2D-tekeningen. De kwaliteit van het model hangt volledig af van de hoeveelheid beschikbare informatie die gebruikt wordt bij het 3D-modelleren. Het is daarom belangrijk dat tijdens de opgraving de gevonden bouwelementen (muren, water-, beerputten etc.) en de veldtekeningen goed worden ingemeten en gedocumenteerd.88 _{Voor 3D-modelleren zijn er twee categorieën}

software die gebruikt kunnen worden: Computer Aided Design ofwel CAD wat ‘computerondersteund ontwerpen’ betekent en software die wordt gebruikt door onder andere de game industrie om te modeleren, animeren en renderen.89 _{3D-modelleren is de enige haalbare oplossing die ook kan}

worden gebruikt wanneer het te digitaliseren object niet langer bestaat. Een ander voordeel van deze methode is dat elk detail van het model bewerkbaar is gedurende elk moment van het modelleren. Het is dus mogelijk de parameters van de verschillende elementen aan te passen na het verwerken van het model.90

86 _{Historic England 2017, 53-54.} 87 _{Historic England 2017, 67-77.} 88 _{Neamțu/Comes/Popescu 2016, 69.} 89 _{Neamțu/Popescu/Mateescu 2011, 79.} 90 _{Neamțu/Comes/Popescu 2016, 70.}

40

6.2.4 Deelconclusie

Digitale fotogrammetrie en laserscanning zijn de twee meest voorkomende technieken die worden gebruik voor de gegevensverwerving van digitale erfgoedmodellen. De op beeld gebaseerde techniek heeft een eenvoudige procedure voor het verzamelen van gegevens maar heeft de beperking tot vastleggen van complexere oppervlakken. Het 3D-laserscannen heeft daarentegen geen problemen met de vorm van het oppervlak. Een nadeel van het laserscannen is dan weer dat deze de kleur van het gemeten vlak niet kan identificeren. Het resultaat hiervan is een kleurloze puntenwolk. Daarom zou voor het creëren 3D-modellen een combinatie van de twee methoden een goede oplossing zijn. Dit is echter niet van toepassing bij het te maken 3D-model voor dit onderzoek. De reden hiervoor is dat het geen haalbare oplossing is om elementen te digitaliseren die niet langer beschikbaar zijn. De enige optie om toch een 3D-model te kunnen maken is het gebruik van de methode 3D-modelleren.