Forschung
Forschungsfragen
Fragen zur Stadtentwicklung sowie ihrer Einbindung in das nähere und weitere Umland stehen im Vordergrund der Untersuchungen.
Ansätze und Methoden
UAVs („Drohnen“) in Kombination mit Methoden der Photogrammetrie haben sich als ein Standardwerkzeug der archäologischen Dokumentation etabliert. Multikopter mit guten Kameras werden heutzutage immer sicherer und billiger. Im Gegensatz zu stereobasierten Ansätzen, basieren Einzelkamerasysteme oft auf dem Prinzip "Structure from Motion". In Bezug auf die Software, gibt es zusätzlich zu vielen kommerziellen Produkten auch frei verfügbare Pakete wie VisualSFM und Open Source Produkte wie MicMac, OpenMVG, die vergleichbare Ergebnisse liefern können. Der Umgang mit den kostenlosen Produkten ist jedoch oft eine große Herausforderung. Dies gilt insbesondere für die Anpassung der freien Parameter, die dem Benutzer maximale Freiheit auf der einen Seite bietet, jedoch auf der anderen Seite zu unbefriedigenden Ergebnissen führen kann. Das Archaeocopter-Projekt hat sich mit der Handhabung und Analyse bestehender freier Softwarepakete im Kontext der archäologischen Dokumentation seit 2013 auseinandergesetzt. Neue Softwaremodule und Alternativlösungen sind ebenfalls frei verfügbar und werden ständig weiterentwickelt. Im Rahmen dieses Projekts wurde eine halbautomatische Software namens Archäo3D entwickelt, die zur Optimierung und Kontrolle des gesamten Rekonstruktionsprozesses dient. Die resultierenden 3D-Modelle sind stark von der Qualität und der Korrelation der Eingangsbilder abhängig. Videos und Fotos werden automatisch importiert und verarbeitet. Die Software ist in der Lage, die Verarbeitungsmodule neu zu ordnen oder anzupassen und die Parameter, abhängig von der aktuellen Hardware und der Aufnahmesituation und Komplexität anzupassen. VisualSFM, COLMAP und CMPMVS sind die wichtigsten von Archäo3D verwendeten Werkzeuge. Um ein 3D-Modell zu erstellen, werden zunächst standardisierte Schritte verwendet, um einen Satz von geplanten, hochauflösenden Fotos zu erstellen, die dann fotogrammetrisch zusammengefügt werden. Dies steht im Gegensatz zur Videogrammetrie, die ihren Ursprung in der Robotik zur Lokalisierung und Erkennung in Echtzeit-Systemen hat. Mit dem Jkeyframer haben wir jedoch ein Tool, das zwei Lösungen zulässt:
• Es wird ein minimaler Bildsatz für ein grobes 3D-Modell bereitgestellt, der zeigt, dass die Daten ausreichen, um ein vollständiges 3D-Modell zu berechnen.
• Es wird ein optimaler Bildsatz bereitgestellt, um ein qualitativ hochwertiges 3D-Modell zu erstellen.
Zusätzlich wird eine optimale Lösung für das „Min-Max-Problem“ gesucht. Es hat sich herausgestellt, dass der Videogrammetrie-Ansatz robuster und schneller, flexibler und nicht so fehleranfällig wie der klassische Photogrammetrie-Ansatz ist. Da moderne Kameras die Positionen aufgenommener Fotos speichern, in der Regel mit so genannten Geotags im EXIF-Format, kann die Georeferenzierung automatisch durchgeführt werden. Dies ist mit Videos noch nicht ohne weiteres möglich, was eine zusätzliche manuelle Georeferenzierung erforderlich macht.
Während die vorgestellten Methoden ihre Stärken und Schwächen haben, bewies bereits eine erste Bewertung einfacher Hügelvisualisierungen das hohe Potential der gesammelten Daten. Die vom Webservice DroneDeploy aus den UAV-Bildern abgeleiteten digitalen Höhenmodelle (DEM) erlauben es, selbst schwächste Überreste menschlicher Siedlungsaktivitäten wie erodierte Mauern, Plattformen, Gräben und Felder zu unterscheiden. Die DEMs, die mit DroneDeploy verarbeitet wurden, weisen jedoch auch einige Qualitätsprobleme auf. Auf den DEMs sind viele Artefakte sichtbar, die manchmal die Interpretation erschweren. Experimentelle Tests mit anderen Structure-From-Motion-Algorithmen haben gezeigt, dass mit den im Feld gesammelten Daten bessere Ergebnisse möglich sind. Dies würde die Grundlage für die Anwendung der oben beschriebenen Visualisierungs- und Bildverarbeitungsmethoden verbessern.
Forschungsgeschichte
Die Nomadenreiche Zentralasiens sind besonders interessante Phänomene in der Geschichte der Zivilisation. Trotz der kleinen Bevölkerung und Wirtschaft der eurasischen Steppen hatten sie einen enormen Einfluss auf den Verlauf der Menschheitsgeschichte. Obwohl diese Reiche sich auf die militärische Stärke und Mobilität einer überwiegend nomadischen Bevölkerung stützten, entwickelten sie immer wieder bedeutende städtische Zentren. Seit etwa zwanzig Jahren erforschen das Deutsche Archäologische Institut, die Mongolische Akademie der Wissenschaften und die Nationale Universität von Ulaanbaatar gemeinsam urbane Siedlungen im nomadischen Umfeld, ihre Charakteristika und interkulturellen Einflüsse im mongolischen Orchon-Tal.
Forschungsziele
Es ist unser Ziel, einen umfassenden Korpus hochauflösender Daten der Kulturlandschaft im Bereich von Karabalgasun und Karakorum sowie dem gesamten Orchon-Tal zu erstellen, um eine ganzheitlichere Sicht auf Siedlungen und Landnutzung an den urbanen Standorten des Orchon-Tals zu ermöglichen. Dabei wird versucht, bestehende Visualisierungen zu verbessern und aussagekräftige Bilder von anthropogen beeinflussten Landschaften zu erstellen, welche die positiven Eigenschaften der einzelnen angewandten Technologien erhalten. Auch die Weiterentwicklung von Methoden steht im Fokus des Projektes.
