3D-Scanner von Artec überqueren die Anden, um die Geschichte des alten Peru zu erforschen

08/04/2021

Von Matthew McMillion

Inmitten eines sintflutartigen Regengusses, hoch in den Nebelwäldern Perus, fühlte sich der Archäologe und Schullehrer Daniel Fernandez-Davila aus Massachusetts vollkommen lebendig. Er reiste mit zwölf anderen mehr als 30 Kilometer am Tag zu Pferd und trug sein 23 Kilo schweres Equipment, bestehend aus Werkzeugen und Vorräten, auf dem Rücken. Außerdem beförderte die Expedition Bücher und Lehrmaterial für ein weit entferntes Bergdorf.

Sechs einheimische Andenführer begleiteten die Gruppe auf den Wegen, die 1.800 bis 3.900 Meter über dem Meeresspiegel lagen. Hier taucht man alle 90 Minuten mehr oder weniger immer wieder in ein anderes Klima: von kühlen und knackigen 1°C hin zu schwülen 32°C – und das innerhalb einer Stunde.

Der Archäologe Daniel Fernandez-Davila auf dem Weg nach La Morada

Die Expedition von 23 Pferden und Maultieren erreichte ein sonniges Plateau und wurde kurze Zeit später von heftigem Regen durchnässt. Dabei blieben die Beine der Pferde im Schlamm stecken und die vor ihnen liegenden Wege und Straßen wurden weggespült. In diesem Land der Chachapoya ist die Anpassung an sich verändernde Bedingungen eine ständige Notwendigkeit.

Die Chachapoya waren die Ureinwohner des Amazonasgebietes des heutigen Nordperu und als „Wolkenvolk“ bekannt, weil sie in den Nebelwäldern der Anden lebten. Bis heute hinterließen sie aber nur wenige Spuren ihrer geheimnisvollen Kultur.

Bewachsene Felspfade, die sich über Nebelwaldhänge schlängeln, machen die Reise langsam und gefährlich

Was bis heute erhalten geblieben ist, sind die Sarkophage von Carajía: hohe Lehmfiguren, die auf gefährlichen Felsvorsprüngen thronen und in deren Inneren sich jeweils in fötaler Haltung zusammengerollt eine alte Mumie befindet. Nicht zu vergessen die beeindruckende Mumiensammlung aus den Mausoleen des Kondorsees.

Nach der Erfahrung von Fernandez-Davila gibt es viele Arten von Chachapoya-Schätzen. Er hat viele selbst gesehen; andere Artefakte und Objekte kennt er nur aus Gerüchten. Seit 1998 kehrt Fernandez-Davila fast jedes Jahr in die Nebelwälder im Norden Perus zurück.

Ziel: das Dorf La Morada, das erst nach zwei Tagen Wanderung von der Hauptstraße aus erreichbar ist.

Er reist mit bis zu einem Dutzend seiner Studenten und nimmt sie mit auf eine Reise, die ihr Leben verändern wird. In dieser Zeit leisten die Studenten meist wohltätige Arbeit: Unter anderem bringen sie Hunderte von Büchern und Hilfsgütern zu abgelegenen Schulen in bitterarmen Bergdörfern.

Chachapoyanische Kinder im Dorf Atuen hören Fernandez-Davila zu, wie er ein Buch über die alte Geschichte ihres Landes und Volkes liest

Fernandez-Davila führt während seiner Reisen auch wichtige archäologische Arbeiten durch. Dabei versucht er, so viele der verschwindenden Schätze und letzten Spuren der alten Chachapoya wie möglich zu dokumentieren und zu bewahren. Es ist ein Wettlauf gegen die Zeit, beschleunigt durch die Auswirkungen von Regenwassererosion, Graffitis, Vandalismus und Plünderungen.

In den abgelegenen Dörfern an den Berghängen und Gipfeln glauben die Einheimischen, dass sie Segen und Schutz erhalten, wenn sie beim Fund eines heiligen Gegenstandes ein Stück desselben abhacken und mitnehmen.

Doch mit der Zeit konnte Fernandez-Davila das Vertrauen dieser Menschen gewinnen. Sie erzählen ihm oft von Artefakten, auf die sie im Dschungel gestoßen sind, oder von Gegenständen, die sie gefunden und mitgebracht haben. Denn immer mehr dieser bescheidenen Menschen verstehen, dass diese Wahrzeichen ihrer Vorfahren irgendwann unwiederbringlich verloren sein können.

Das Gruppenmitglied und ehemalige Studentin Rachel Lorenc mit einem Chachapoya-Mädchen aus dem Dorf

In der kurzen Zeit schafft man auf der Reise nie alles. Mit den Worten von Fernandez-Davila: „Als Archäologe schmerzt es mich, wenn mir ein einheimischer Bauer von einem weiteren riesigen Turm, einem Mausoleum oder Höhlen mit Malereien erzählt. Dann fragen sie mich: ‚Kommst du zurück?‘ Ich versuche freundlich zu antworten: 'Das werde ich, ich verspreche es, ich versuche es nächstes Jahr...‘ Und nun geht das schon seit 21 Jahren so."

Bei einer seiner Reisen im Jahr 2008 traf Fernandez-Davila auf dem Weg nach La Morada auf einen antiken Monolithen, von dem er vor Jahren in den Arbeiten von Inge Schjellerup gelesen hatte. Schjellerup hatte im Rahmen einer peruanisch-dänischen archäologischen Mission vor Ort erste Forschungen durchgeführt. Sie war die erste an der Stätte von Pukarumi und konnte den prächtigen Stein in den 1980er und frühen 1990er Jahren studieren, dokumentieren und fotografieren.

Der Monolith wurde auch von Keith Muscutt fotografiert und in sein berühmtes Buch „Warriors of the Clouds“ aufgenommen. Penny Berliner bildete 2005 den Stein in Zeichnungen ab.

Als Fernandez-Davila zum ersten Mal vor dem Monolithen stand, konnte er minutenlang den Blick nicht abwenden. Er zeichnete die Einkerbungen mit seinen Fingern auf dem Stein nach, die sich über Spiralen, Vierecke und eine von strahlenden Linien umgebene Kugel wanden. Ihm war klar, dass dies weit über einen seltenen archäologischen Fund hinausging. Dieser Fund könnte sehr wohl ein neues Licht auf eine prägende Epoche Perus werfen.

Es musste eine ikonographische Analyse durchgeführt werden, erst so konnte die Bedeutung der Petroglyphen richtig interpretiert werden. Fernandez-Davila kam ein beunruhigender Gedanke: „Dieser schöne Stein wird nicht überleben. Die sauren Regenfälle werden jedes Jahr stärker und erodieren die Felszeichnungen mehr und mehr. Bald werden sie nicht mehr zu entziffern sein. Ich muss einen Weg finden, sie vollständig zu erhalten!“

Bis dahin war er auf die Möglichkeit beschränkt, Fotos des Monolithen zu machen. Er schwor sich, weiter nach einem besseren Weg zu suchen und dieses einzigartige Monument von unermesslich historischem Wert zu erhalten – nicht nur für die wissenschaftliche Forschung, sondern auch für gegenwärtige und zukünftige Generationen der Chachapoya.

Doch in den folgenden Monaten holte sich der Dschungel die etwa 76 x 300 cm große Steinplatte zurück und im nächsten Jahr konnte Fernandez-Davila sie bei seiner Rückkehr nicht wiederfinden. Denn der Weg in die nahe gelegene Stadt ändert sich je nach Jahreszeit und die umgebende Landschaft wie auch die Flüsse gestalten sich aufgrund der wetterbedingten Veränderungen immer wieder neu.

Zwei einheimische Andenführer und Fernandez-Davila entscheiden über den besten Weg

Fernandez-Davila quälte der Gedanke, dass der riesige Monolith für immer zerstört werden könnte. Wenn auch er für Plünderer zu schwer für den Transport war, konnte er jederzeit von Vandalen, Regenerosionen oder beidem für immer ruiniert werden.

Über die frühen Phasen seiner Suche nach einer Lösung sagt Fernandez-Davila: „Als ich Kollegen von meinen Plänen für dieses Projekt erzählte, fragten mich einige von ihnen, wieso ich nicht die relativ einfache und kostensparende Methode der Photogrammetrie verwende. Anstatt Tage mit Recherchen nach dem besten Scanner zu verschwenden und diesen dann am Ende auch noch zu bezahlen.“

Daraufhin Fernandez-Davila: „Aber es gibt ein riesiges Problem mit der Photogrammetrie: Man muss eine Menge an Fotos von dem Objekt machen und am Ende im Labor das Foto-Puzzle zusammensetzen. Ich muss mich also hinsetzen und alles zusammenfügen und habe keine Garantie für die Vollständigkeit des 3D-Modells.“

„Was mache ich, wenn ich auch nur eine einzige Petroglyphe oder eine entscheidende Oberfläche übersehen habe? Meine Kontakte vor Ort anrufen und ihnen sagen, dass wir noch einmal mit all den Pferden und der Ausrüstung zurück in den Dschungel müssen und weitere 10.000 Dollar für eine verpasste Aufnahme ausgeben? Selbst wenn ich das tue – es gibt keine Garantie dafür, dass Vandalen oder Plünderer in der Zwischenzeit nicht selbst dorthin gelangt sind und die Aufnahme unmöglich gemacht haben.“

Fernandez-Davila etablierte mit seinen laufenden Forschungen und Anfragen an andere Archäologen letztendlich 3D-Scannen als praktikable Lösung. Doch die Auswahl an Scannern auf dem Markt ist ungemein groß und es ist schwer zu sagen, welcher nicht nur den anspruchsvollen Weg überlebt, sondern auch den Monolithen erfolgreich in hochauflösendem Farb-3D erfasst.

Auf nachdrückliche Empfehlungen von Kollegen wandte sich Fernandez-Davila schließlich an den Gold-zertifizierten Artec-Händler Exact Metrology. Bei diesem Unternehmen arbeiten 3D-Scanning-Experten mit jahrelanger Erfahrung auf ihrem jeweiligen Gebiet. Nachdem Fernandez-Davila den Spezialisten von den herausfordernden Bedingungen der bevorstehenden Reise und den Details des Monolithen erzählte, stellten sie ihm die tragbaren 3D-Scanner Artec Eva und Space Spider vor.

Artec Space Spider und Artec Eva

Laut den Spezialisten ist Artec Eva ideal für die Erfassung des Monolithen in lebendigem, hochauflösendem 3D. Space Spider hingegen ist die perfekte Lösung für ultrahochauflösende Scans von komplizierten Abschnitten größerer Objekte sowie komplexen Geometrien kleiner Objekte.

Beide Scanner haben sich seit vielen Jahren in der Archäologie und Paläontologie bewährt und erfassen kostbare Artefakte und Exemplare in nur wenigen Minuten. Die Scans lassen sich in unglaublich präzise 3D-Modelle für die digitale Konservierung und VR verwandeln.

Trotz der einfachen Handhabung bat Fernandez-Davila bei Exact Metrology um einen Freiwilligen. Denn während der Expedition hat er selbst alle Hände voll zu tun und würde das Scannen lieber einem Experten überlassen.

Dafür beschrieb Fernandez-Davila den Ingenieuren des Unternehmens die beschwerliche Reise quer über die Berge bis hin zum Monolithen. Noch bevor er zu Ende erzählt hatte, meldete der Schulungs- und Marketingmanager Jason Kleinhenz sich freiwillig und schlug vor, sich um den gesamten Scan-Vorgang zu kümmern.

Und so flog Fernandez-Davila an einem warmen Augusttag zusammen mit Kleinhenz und einer Gruppe von elf anderen nach Peru und sattelte für die lange und unwegsame Reise zum Monolithen und nach La Morada auf. Kleinhenz trug während der Expedition in die verregneten Ausläufer der Anden einen mit zwei Laptops und beiden 3D-Scannern ausgestatteten Rucksack mit sich. Für eine reibungslose Reise heuerte Fernandez-Davila einheimische Reiseführer an, die ihm und seiner Gruppe den Weg zeigen sollten.

Nick Ciorogan zeigt Dorfbewohnern und ihren Kindern die Magie der modernen Fotografie

Der internationale Filmemacher Nick Ciorogan war Teil der Gruppe und für die detaillierte fotografische Aufzeichnung der Reise sowie des Monolithen selbst zuständig. Ciorogan hatte Daniels Arbeit seit über 10 Jahren aufmerksam verfolgt. Er produzierte auch einen Dokumentarfilm mit dem Titel „My Teacher“, der das Leben einer Gruppe von Schülern und ihres Lehrers Fernandez-Davila auf ihrer gemeinsamen Reise in den abgelegenen Dschungel Nordperus verfolgt. Diese Erfahrung verändert sowohl die Leben der Expeditionsteilnehmer, aber auch die Leben all derer, mit denen sie in Berührung kommen.

Die Zukunft von La Morada: Die Kinder des Ortes platzen bei Ankunft der Besucher vor Aufregung und waren auf die mitgebrachten Bücher gespannt.

Nach tagelanger Überquerung felsiger Bergpfade und einem Marsch durch dichte Vegetation erreichten die Mitglieder der Expedition schließlich den Abschnitt des Dschungels, wo sich der Monolith befinden sollte. Doch selbst die einheimischen Führer konnten ihn nicht finden.

Auf dem Weg von La Morada zum Monolithen entlang eines schmalen Pfades

Erst nach Sichtung von Drohnen-Bildern hoch über dem Blätterdach des Dschungels und dem Abgleich mit Videomaterial der Forscherin Inge Schjellerup Jahre zuvor, konnten sie den massiven Stein lokalisieren. Dieser war mittlerweile vollkommen überwuchert und musste von der Gruppe vorsichtig freigelegt werden. Erst dann gab Fernandez-Davila grünes Licht und Kleinhenz konnte mit dem Scannen des Monolithen beginnen.

Drohnenfoto, überlagert mit Inge Schjellerups Karte von Pukarumi, auf der die genaue Lage des Monolithen (in orange) eingezeichnet ist. Quelle der archäologischen Karte: Schjellerup, I. 2005 Inkas und Spanier in der Konquista de los Chachapoyas. S. 288. IFEA. Lima

Obwohl Fernandez-Davila Vertrauen in die Technologie und in die Scan-Fähigkeiten von Kleinhenz hatte, war die Erfassung des Monolithen ein Test für beide. Die feuchten und nebligen Bedingungen machten es für Artec Eva nicht leicht, die organischen Oberflächen und aufwändigen Petroglyphen präzise zu scannen. Für Fernandez-Davilas waren einige Konditionen unabdinglich: „Keine Veränderung, keine Beschädigung des Steins – und nichts durfte von der Stätte entfernt oder weggenommen werden.“

Und weiter: „Wenn Artec Eva die von uns benötigten Ergebnisse liefern kann, können wir mit dem Scanner jederzeit in den Nebelwald oder an andere entlegene Orte aufbrechen und Steinskulpturen erforschen.“

Einer der einheimischen Reiseführer staunt nicht schlecht, als er dem Monolithen zum ersten Mal begegnet

Kleinhenz setzte vorsichtig seinen Laptop ab, schloss Artec Eva an und begann, die Oberfläche des dunklen, von der Zeit abgenutzten Steins Stück für Stück zu scannen. Jede Seite des Monolithen wurde in hochauflösendem Farb-3D erfasst, während Kleinherz am Laptop mit der Software Artec Studio, Fernandez-Davila und den anderen visuell anzeigte, dass jeder Aspekt der Steinoberfläche mit zwei Millionen Punkten pro Sekunde digitalisiert wurde.

Kein Kontakt erforderlich: Jason Kleinhenz scannt die linke Seite des Monolithen mit Artec Eva

Doch dann öffnete sich der Himmel. Ein einziger Regentropfen steigerte sich bald zu sintflutartigem Regenfall. Noch bevor sich Kleinhenz umdrehen und um Hilfe bitten konnte, sprang ein Mitglied des Teams herbei und schützte Kleinhenz und den Scanner mit einer Plane. Andere kamen dazu und spannten Planen über den Monolithen und verhinderten, dass der Stein nass wurde.

Kurz darauf versagte aufgrund der anhaltenden Regenfällen die Power Bank von Kleinhenz und die Sonnenkollektoren wurden unbrauchbar. Schließlich meldeten sich auch die Akkus des Laptops wegen der bald zur Neige gehenden Ladung. Sie hatten nur noch Minuten Zeit.

Glücklicherweise traten aber keine weiteren Komplikationen auf und in etwa einer Stunde war jeder Zentimeter des gesamten Monolithen gescannt worden, wobei zur Sicherheit sogar noch einige zusätzliche Scans durchgeführt wurden.

Der Monolith von Pukarumi in 3D: Der grüne Render wurde gewählt, um die Petroglyphen leicht unterscheiden zu können.

Kleinhenz speicherte die Scans auf zwei getrennten Festplatten als Backup und übergab dann zur Sicherheit jedes Laufwerk einer jeweils anderen Person. Von dort war es eine zweitägige Reise zurück zum Basislager, wo man sich auf das letzte Kapitel der Expedition vorbereitete.

Zurück in seinem Büro in den USA verarbeitete Kleinhenz mit seinem Team von Exact Metrology die Scans mit Hilfe von Artec Studio zu 3D-Modellen und entfernte überflüssige Daten.

Anschließend richteten sie die verschiedenen Scans aus und exportierten die Dateien in Geomagic Design und Geomagic Wrap.

Die tatsächliche Farbe und Geometrie des Monolithen, wie sie von Artec Eva erfasst wurden

Im Hinblick auf die bevorstehende Verwendung des 3D-Modells merkt Fernandez-Davila an: „Wir werden ein Modell des Monolithen im Maßstab 1 zu 2 für das Museum von Leymebamba in 3D drucken. Dadurch wird dieser unschätzbare Schatz für Einheimische und Touristen gleichermaßen zugänglich. Nun können Forscher und Studenten in Peru oder anderswo die Petroglyphe und Gravuren auf dem Stein über Jahre und sogar Jahrhunderte hinweg untersuchen.“

Während der Expedition, gleich nachdem sie den Monolithen gescannt hatten, stellten sie auch Space Spider die Probe. Fernandez-Davila wollte die Fähigkeit des Handscanners beurteilen, kleinere Artefakte kontaktlos und mit hoher Detailgenauigkeit zu erfassen.

Dafür scannten er und Kleinhenz mehrere Objekte, die ihnen Dorfbewohner gebracht hatten: Darunter waren Keramikscherben, eine Reihe von Steinen, Keulenköpfe und ein großer Steinstößel, der zum Mahlen von Getreide verwendet wurde.

Die Einheimischen schauten mit großen Augen zwischen dem Scanner, dem Artefakt und dem Laptop hin und her, während die Artefakte auf dem Bildschirm in Sekundenschnelle zum Leben erweckt wurden.

Fernandez-Davila und Sydney Lloyd, eine Studentin der Wayland HS, analysieren die Petroglyphen des Monolithen anhand von digitalen und gedruckten Bildern

Nach seiner Rückkehr nach Massachusetts untersuchte Fernandez-Davila das 3D-Modell des Monolithen und entdeckte dabei etwas, das ihm den Atem raubte: Eine bisher undokumentierte Gravur einer gezackten, gefiederten Schlange auf der rechten Seite des Steins. Sie war zu schwach ausgeprägt für das bloße Auge und doch hatte Artec Eva sie in ihrer Gesamtheit erfasst.

Ein ähnliches Bild, wie es nur während der peruanischen Frühgeschichte entstand, wurde auf einem Abschnitt eines Cupisnique-Artefakts an der bedeutenden archäologischen Stätte Chavin entdeckt und per Radiokarbonmethode auf etwa 2000 Jahre zurückdatiert. Das bedeutet, dass die neu entdeckte Petroglyphe höchstwahrscheinlich bereits Jahrhunderte, bevor die Verzierungen auf der linken Seite des Monolithen entstanden, eingraviert worden war.

Der geschnitzte Kopf der gezackten, gefiederten Schlange in der Abbildung von Artec Eva, mit digitaler fotografischer Bestätigung und Zeichnungsanalyse von D. Fernandez-Davila

Weitere vergleichende ikonographische Analysen ergaben, dass die Petroglyphen auf der rechten mittleren Seite des Steins wahrscheinlich zwischen 400 v. Chr. und 200 n. Chr. entstanden, während die auf der linken mittleren Seite um 700 n. Chr. bis 1470 n. Chr. eingraviert wurden.

Fernandez-Davila spricht von einem wichtigen Schritt, um das Vertrauen der Menschen in der Region zu gewinnen: „Wir nahmen einen Gemeindevorsteher aus dem örtlichen Dorf als Augenzeugen mit. So kann er zu seinen Leuten zurückgehen und ihnen aus erster Hand erzählen, wie wir beim umsichtigen Scannen nicht in heilige Bereiche eingedrungen sind. Durch unsere Methode mussten wir die Überreste oder das Artefakt selbst auch nicht berühren.“

Und weiter: „Die Leute sollen die Funktionsweise kennen und dass dieser Scanner wie eine Taschenlampe funktioniert und keinen Schaden anrichtet. So ist unsere Beziehung wesentlich entspannter.“

„Wir lassen sie wissen, dass wir mit diesen Scannern keine Ausgrabungen durchführen, nichts zerstört wird und wir ihnen oder ihrem Land nichts wegnehmen. Der Monolith ist immer noch dort, wo er seit Jahrhunderten steht: direkt neben dem Weg, der nach La Morada führt.“

„Wir machen diese Arbeit für sie und ihre Leute. Immer mehr erkennen das und zeigen uns vermehrt Artefakte und führen uns sogar hinaus zu Denkmälern und Objekten, die sie noch nie Außenstehenden gezeigt haben.“

Artec Eva bei der Aufnahme der linken Seite des Monolithen, der klassische Chachapoya-Petroglyphen zeigt, wie sie auch auf anderen lokalen Artefakten zu sehen sind.

Fernandez-Davila betont, dass bei Artec-Scannern für die Erfassung eines Artefakts ein Versuch ausreicht: „Bei Artec Eva und Space Spider gibt es kein Rätselraten. Ich kann in Echtzeit bei der Erfassung einer Oberfläche eines Artefakts zuschauen. Beim kleinsten Zweifel lässt sich das Problem mit nur einer kurzen Bewegung des Scanners lösen. Mit Artec Studio verarbeite ich dann direkt vor Ort – in meinem Zelt oder wo immer ich möchte – die Scans minutenschnell in unglaublich naturgetreue 3D-Modelle. So einfach ist das.“

Die niedrigen Kosten und die gute Anwendbarkeit der 3D-Drucktechnologie machen die Nachbildung von Artefakten möglich. Auf diese Weise könne die Modelle Schulen und Universitäten zu Zwecken der Lehre und Forschung zur Verfügung gestellt werden. Der außerordentliche Detaillierungsgrad der 3D-Modelle wiederum eignet sie perfekt für VR-Umgebungen oder eingehende Studien von Archäologen und anderen Forschern weltweit.

Die geheimnisvolle und weite smaragdgrüne Landschaft des Nebelwaldes, in der unzählige archäologische Stätten seit Jahrhunderten verborgen liegen.

Für Fernandez-Davila sind die Vorteile der 3D-Scanner von Artec unbestreitbar: „Professionelle Archäologen auf der ganzen Welt sind ständig bestrebt, Vergangenes lebendig anstatt nur nach gutem Glauben zu rekonstruieren. Das ist meine Aufgabe als Archäologe und genau das erlauben mir die Artec-Scanner.“

Auf der 60. Jahrestagung für Andenstudien in Berkeley, Kalifornien, im Januar 2020 hielten Fernandez-Davila und Kleinhenz gemeinsam einen Vortrag, der sich um die Monolithen und die Expedition drehte und den Zuhörern auch eine Live-Vorführungen der Scan-Fähigkeiten von Artec Eva und Space Spider bot.

Kleinhenz kommentiert die zentrale Rolle, die das 3D-Scannen in der Zukunft für die Konservierung von Kulturgütern spielen kann: „Ein gewaltiger nächster Schritt wird die Einrichtung von nationalen 3D-Bibliotheken durch Regierungen auf der ganzen Welt sein – ähnlich wie die US-Kongressbibliothek. Jede einzelne dieser Bibliotheken wird digitale Sammlungen beherbergen und aus Petabytes an gescannten 3D-Daten von unersetzbaren Objekten bestehen.“

Und weiter: „Dadurch sichert man diese unschätzbaren Artefakte für heutige und zukünftige Generationen. Dieser Schritt liegt ganz in unserer Hand und der Fertigstellung sind wir der Menschheit schuldig.“