Die Herkunft neu entdeckter althellenischer Keramik mit Artec Spider II bestimmen

Töpferwaren sind für Archäologen eine wahre Goldgrube – denn gut erhaltene Keramik bietet einen seltenen Einblick in das Leben vergangener Gesellschaften, ihre Kulturen, Traditionen und die Art und Weise, wie sie ihren Status zum Ausdruck brachten. Bei der Analyse solcher Funde spielen oft Stempel und Inschriften eine entscheidende Rolle.

Mit Keramik beschäftigen sich auch Dries Daems und Jitte Waagen zu, zwei „digitale“ Archäologen an der Vrije Universiteit Amsterdam und der Universität Amsterdam, die hellenische Reliefschalen aus Formguss untersuchen. Diese Keramiken, die um 200–100 v. Chr. beliebt waren, weisen charakteristische Muster und Verzierungen auf. Da sie jedoch aus unterschiedlichen Kombinationen bestanden und mit verschiedenen Stempeln hergestellt wurden, ergab sich eine potenziell unendliche Anzahl an Dekorationsmustern – was ihre Identifizierung erheblich erschwert.

Waagen und sein Team vom 4D Research Lab entwickelten daher einen neuen Ansatz. Als in Türkmen-Karahöyük, einer Ausgrabungsstätte in der heutigen Türkei unter der Leitung von James Osborne (Universität Chicago) und Michele Massa (Bilkent-Universität Ankara), neue Fragmente entdeckt wurden, beschlossen sie, traditionelle Methoden aufzugeben und stattdessen die Muster auf der Keramik mittels 3D-Scanning zu analysieren. Dafür nutzten sie unter anderem eine Technik, die normalerweise für die territoriale Kartierung verwendet wird, um festzustellen, ob einzelne Teile zusammenpassen.

Spider II: Perfekt für die Digitalisierung von Artefakten

Archäologische Funde werden traditionell manuell skizziert und mit Messinstrumenten analysiert, doch gewinnen moderne Technologien zunehmend an Bedeutung. Photogrammetrie wird zum Beispiel vermehrt eingesetzt, um aus Fotos und Videos dreidimensionale Modelle von Fundstücken zu erstellen. Allerdings hat auch dieses Verfahren auch Nachteile: Es kann zeitaufwendig sein und die Schaffung optimaler Aufnahmebedingungen kann schwierig sein.

Um diese Probleme zu umgehen, entschied sich Waagen für die Digitalisierung der Fragmente mit Artec Spider II, einem hochauflösenden 3D-Scanner, den er bei Artec Ambassador 4C entdeckt hatte. In seinem neuesten Projekt wollte das Team herausfinden, ob eine Probe mit einem Adlermotiv mit einer anderen, an einem anderen Ort gefundenen übereinstimmte.

Die an der türkischen Ausgrabungsstätte entdeckten hellenistischen Keramikscherben. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Dries Daems, Vrije Universiteit Amsterdam.

Zunächst erwogen die Spezialisten den Einsatz von Artec Micro II mit seiner Genauigkeit von 5 Mikrometern, entschieden sich aber stattdessen für die Flexibilität und die hochauflösende Datenerfassung von Spider II. Dank der Echtzeit-Ergebnisse in Artec Studio wurde sofort klar, dass sie die richtige Wahl getroffen hatten. Das mit Blaulicht betriebene Handgerät erfasste alles von Dellen bis hin zu kleinsten Formteilen mit bemerkenswerter Effizienz.

„Die 3D-Scannen von Artec ermöglichen eine beispiellose Detailgenauigkeit. Natürlich ist auch Photogrammetrie möglich, aber in diesem Zusammenhang deutlich zeitaufwendiger“, erklärte Waagen. „Wir haben einen Workflow für Spider II entwickelt, mit dem wir 18 bis 22 Objekte pro Tag scannen können. Für jemanden, der Keramik manuell bearbeitet, ist das bei unbemalter Keramik relativ wenig. Vergleicht man es jedoch mit anderen Techniken, lassen sich viel feinere Spuren erkennen, bis hin zu Fingerabdrücken auf einzelnen Stücken!“

Innovationen mit GIS-Oberflächenkartierung

Die Daten wurden in Artec Studio erfasst und verarbeitet. Dort konnte mithilfe des Röntgenvisualisierungsmodus der Software eine erste Sichtung erfolgen. Für eine detaillierte Analyse musste das Team jedoch herausfinden, welche Spuren von einem Stempel stammten und welche durch Abnutzung im Laufe der Zeit entstanden waren. Dies war praktisch nur durch Glätten und Anpassen der Modelle möglich.

3D-Modelle der hellenischen Keramikscherben im Artec Studio. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Jitte Waagen, Universität Amsterdam.

Die Positionierung erfolgte in Blender, sodass die Modelle exakt übereinandergelegt und verglichen werden konnten. Anschließend wurden die relativen Abstände zwischen den generierten Punktwolken in Cloud Compare verglichen. Interessanterweise nutzten die Spezialisten diese Daten anschließend, um in Agisoft Metashape ein digitales Oberflächen-Höhenmodell zu erstellen.

Mithilfe eines Geographischen Informationssystems (GIS) wurden die Modelle später wie Landkarten übereinandergelegt, wodurch Höhenunterschiede präzise erfasst werden konnten. Es gab zwar einen geringfügigen Unterschied in der Oberflächenneigung, doch wiesen die beiden Scherben im Allgemeinen das gleiche Muster auf. Kleine Details wie die Federn, der Schnabel und die Krallen des Adlers stimmten in Form, Ausrichtung und Größe exakt überein – ein starker Hinweis darauf, dass die Gussformen dasselbe Motiv enthielten.

Nachdem die Fragmente einander zugeordnet worden sind und damit so gut wie bewiesen ist, dass sie aus derselben hellenischen Werkstatt stammen, arbeitet Waagens Team nun daran, solche Analysen mithilfe von KI zu automatisieren.

„Wir werden die Modelle wahrscheinlich vereinfachen müssen. Die Idee ist jedoch, morphologische Merkmale aus 3D-Modellen zu extrahieren und diese in ein Machine-Learning-Modell einzuspeisen“, fügte Waagen hinzu. „Das Ziel ist ein Modell, das erkennt, wenn man ein anderes Keramikfragment mit demselben Stempel oder derselben Morphologie erfasst, aus welcher Epoche es stammt oder ob es zumindest bestimmte Ähnlichkeiten aufzeigt. Solche Projekte nehmen bereits Fahrt auf. Wir haben die Chance, Pionierarbeit zu leisten und Best Practices im Bereich KI weiterzuentwickeln.“

„Live-Ausgrabungen“ und andere Möglichkeiten

Waagens Forschung konzentriert sich aber nicht nur auf hellenische Keramik, denn er hat auch an zahlreichen anderen archäologischen Projekten mitgearbeitet, bei denen sich die 3D-Scanner von Artec eine bahnbrechende Rolle spielten.

Im Rahmen eines von Michael Blömer von der Universität Münster in der antiken Stadt Doliche geleiteten Projekts wurde Spider II eingesetzt, um ein seltenes römisches Mithräum (einen dem römischen Gott Mithras geweihten Tempel) zu erfassen. Blömers Team konnte die kunstvollen Inschriften an den Wänden digitalisieren – die 3D-Scans erleichtern die Entzifferung solcher Ritzzeichnungen erheblich und helfen, Bedeutungen zu entschlüsseln, die zuvor schlichtweg unergründlich waren.

Ein römisches Mithräum wird mit Artec Spider II 3D-gescannt. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jitte Waagen, Universität Amsterdam.

Bei vielen Arbeiten kann ein speziell für die Ausrichtung angepasster Drehteller eingesetzt werden. Doch nicht immer ist es so unkompliziert: Bei einer weiteren, besonders beeindruckenden Ausgrabung in Tell Kurdu unter der Leitung von Rana Özbal (Koç-Universität) und Fokke Gerritsen (Niederländisches Institut in der Türkei) stieß Waagen auf 8.000 Jahre alte Fußabdrücke, die die türkische Regierung unangetastet sehen wollte. Dank der 3D-Scanner von Artec konnten die Funde direkt vor Ort erfasst und dokumentiert werden, ohne die Funde überhaupt zu berühren zu müssen.

Erwähnenswert ist, dass die Universität Amsterdam ebenfalls über ein vollständig drahtloses Artec Leo verfügt. Laut Waagen eignet sich Leo hervorragend für größere Objekte – und er schätzt auch die Mobilität des Geräts sehr.

Der Scanner ist so schnell und intuitiv, dass Waagen damit sogar „Live-Ausgrabungen“ durchgeführt hat – die Fundstätten wurden dabei unmittelbar nach ihrer Freilegung dokumentiert. Derartige Initiativen zeigen, wie die digitale Archäologie die alte und die neue Welt auf spannendste Weise zusammenführt!

Die Studie fand im Rahmen des Projekts 3D-CERA-ML statt, das sich mit der Integration von 3D-Modellen mit ML-Algorithmen zur Unterstützung der archäologischen Klassifizierung und Interpretation befasst. Das Projekt wird von Dries Daems, Vrije Universiteit Amsterdam, geleitet und in Zusammenarbeit mit dem 4D Research Lab der Universität Amsterdam, das von Jitte Waagen koordiniert wird, durchgeführt.

Mehr über das 3D-CERA-ML-Projekt erfahren Sie hier.