Artec Spider II로 새로 발견된 헬레니즘 시대 도자기의 기원을 정확히 규명하다

도자기는 고고학자들에게 있어 비유적으로 말해 금광과도 같은 것입니다. 잘 보존된 도자기는 과거 사회의 문화, 전통, 그리고 사회적 지위를 표현했던 방식 등 그들의 삶을 엿볼 수 있는 귀중한 자료를 제공합니다. 이러한 유물을 분석할 때, 도장과 명문은 종종 결정적인 단서가 됩니다.

디지털 고고학자인 암스테르담 자유대학교(Vrije Universiteit Amsterdam)의 Dries Daems 박사와 암스테르담 대학교(University of Amsterdam)의 Jitte Waagen 박사의 경우도 마찬가지입니다. 이들은 헬레니즘 시대의 주형으로 제작된 부조 그릇을 분석하는 연구를 진행해 왔습니다. 기원전 200년에서 100년경에 유행했던 이 도자기들은 독특한 문양이 특징이었습니다. 하지만 이 도자기들은 다양한 도장을 사용하여 만들어졌기 때문에 조합이 제각각이었고, 이로 인해 장식 문양이 무한히 다양하게 나타날 수 있어 식별하기가 상당히 까다로웠습니다.

그래서 Waagen 박사와 그의 4D 연구실 팀은 새로운 접근 방식을 생각해 냈습니다. 시카고 대학교(University of Chicago)의 James Osborne 박사와 앙카라 빌켄트 대학교(Bilkent University Ankara)의 Michele Massa 박사가 이끄는 현대 튀르키예의 발굴 현장인 투르크멘-카라호이우크(Türkmen-Karahöyük에서 새로운 조각들이 발견되자, 그들은 전통적인 방법을 버리고 3D 스캐닝을 통해 문양을 분석하기로 했습니다.

Spider II: 유물 디지털화에 적합

전통적으로 고고학 유물은 수작업으로 스케치하고 측정 도구를 이용해 분석해 왔지만, 현대 기술이 점차 널리 활용되고 있습니다. 사진 측량법은 캡처된 사진과 동영상에서 표본의 3D 모델을 생성하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 하지만 이 방법에도 단점이 있습니다. 시간이 많이 소요될 수 있으며, 완벽하게 캡처할 수 있는 조건을 설정하는 것이 어려울 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Waagen 박사는 Artec 앰배서더 4C가 제공한 초고해상도 3D 스캐너인 Artec Spider II를 사용하여 조각들을 디지털화하기로 했습니다. 최신 프로젝트에서 그의 팀은 독수리가 그려진 표본이 다른 곳에서 발견된 표본과 일치하는지 확인해 보고자 했습니다.

튀르키예 발굴 현장에서 발견된 헬레니즘 시대 도자기 조각들. 이미지 제공: 암스테르담 자유대학교의 Dries Daems

연구팀은 5마이크론 정확도의 Artec Micro II를 사용할까 검토했으나, 유연성과 고정밀 데이터 캡처 기능을 갖춘 Spider II를 선택했습니다. Artec Studio의 실시간 피드백 덕분에, 그들이 올바른 선택을 했다는 것이 바로 입증되었습니다. 청색광 기반의 이 휴대용 스캐너는 찌그러진 부분부터 미세한 성형 디테일에 이르기까지 모든 것을 놀라운 효율성으로 포착해 냈습니다.

Waagen 박사는 “Artec 3D 스캐닝은 정말로 전례 없는 수준의 디테일을 구현해 줍니다 물론 사진 측량법도 사용할 수 있지만, 이런 상황에서는 사진 측량법이 훨씬 더 많은 시간이 소요될 것입니다. 저희는 Spider II를 활용해 하루에 18~22점의 도자기를 스캔할 수 있는 워크플로를 구축했습니다. 수작업으로 도자기를 처리하는 사람 입장에서는 문양이 없는 도자기의 경우 상대적으로 적습니다. 하지만 다른 기법과 비교해 보면, 개별 도자기의 지문 자국까지 훨씬 더 미세한 흔적들을 확인할 수 있습니다!”라고 설명했습니다.

GIS 표면 매핑을 통한 혁신

데이터는 Artec Studio에서 캡처 및 처리되었으며, 이 소프트웨어의 X-Ray 시각화 모드를 사용하여 초기 검사를 수행할 수 있었습니다. 하지만 연구팀은 심층적인 분석을 위해서는 어떤 흔적이 도장 자국인지, 어떤 것이 오랜 시간 동안의 마모로 인해 생긴 자국인지 파악해야 했습니다. 실제로 이는 모델을 “평탄화”하고 “매칭”하는 방식으로만 가능했습니다.

Artec Studio에 구현된 헬레니즘 시대 도자기 조각의 3D 모델. 이미지 제공: 암스테르담 대학교의 Jitte Waagen

위치 정렬은 Blender에서 수행하여 모델들을 정확히 중첩하고 비교할 수 있었으며, 이후 생성된 포인트 클라우드 간의 상대적 거리는 Cloud Compare에서 비교했습니다. 흥미롭게도, 연구팀은 이 데이터를 활용해 Agisoft Metashape에서 “디지털 표면” 고도 모델을 생성했습니다.

이후 지리정보시스템(GIS)을 사용하여 모델들을 마치 지상 지도처럼 중첩시킴으로써, “고도 변화”를 효과적으로 대조할 수 있었습니다. 표면 경사에는 약간의 차이가 있었지만, 두 조각은 전반적으로 동일한 디자인을 가지고 있었습니다. 독수리의 깃털, 부리, 발톱과 같은 미세한 세부 사항들은 모양, 방향, 크기 면에서 정확히 일치했는데, 이는 두 조각의 주형이 동일한 모티프를 가졌음을 강력히 시사합니다.

대조해 본 결과, 이 조각들이 동일한 헬레니즘 시대 공방에서 나온 것임이 거의 확실해졌으며, Waagen 박사는 그의 팀이 현재 AI를 활용해 이러한 분석 과정을 자동화하는 작업을 진행 중이라고 말했습니다.

Waagen 박사는 “아마도 모델들을 단순화해야 할 것입니다. 하지만 핵심은 3D 모델에서 형태학적 특징을 추출해 이를 머신러닝 모델에 입력하는 것입니다. 최종 목표는 동일한 도장이나 형태를 가진 또 다른 도자기를 캡처했을 때, 그것이 어느 시대의 것인지 또는 적어도 어떤 점이 유사한지 알려줄 수 있는 모델을 만드는 것입니다. 이런 유형의 프로젝트는 이미 본격적으로 시작되고 있습니다. 저희에게는 AI 분야의 모범 사례를 개척하고 발전시킬 기회가 있습니다.”라고 덧붙였습니다.

“실시간 발굴” 및 다양한 기회

Waagen 박사의 연구는 헬레니즘 시대 도자기에만 국한되지 않습니다. 그는 Artec 3D 스캐닝 기술이 획기적인 변화를 가져온 수많은 다른 고고학 프로젝트에도 참여했습니다.

놀랍게도, 뮌스터 대학교(Universität Münster)의 Michael Blömer 박사는 고대 도시 돌리케(Doliche)에서 주도한 프로젝트의 일환으로, Spider II를 활용해 희귀한 로마 미트라 신전(Roman Mithraeum, 로마 신 미트라에게 헌정된 신전)을 스캔했습니다. 그의 팀은 벽면에 새겨진 복잡한 문자들을 디지털화할 수 있었으며, 3D 스캔 기술은 이러한 조각된 문자 해독을 지속적으로 돕고 있어, 이전에는 도저히 알아낼 수 없었던 의미를 밝혀내는 데 기여하고 있습니다.

Artec Spider II를 사용하여 3D 스캔 중인 로마 미트라 신전. 이미지 제공: 암스테르담 대학교의 Jitte Waagen

이러한 계획 중 다수에서는 정렬을 쉽게 하기 위해 맞춤 제작된 턴테이블을 사용할 수 있습니다. 하지만 모든 경우가 그렇게 간단한 것은 아닙니다. 코치 대학교(Koç University)의 Rana Özbal 박사와 튀르키예 주재 네덜란드 연구소의 Fokke Gerritsen 박사가 주도한 텔 쿠르두(Tell Kurdu)의 또 다른 놀라운 발굴 작업의 일환으로, Waagen 박사는 튀르키예 정부가 훼손하는 것을 꺼리던 8,000년 전의 발자국을 발견했습니다. Artec 3D 스캐닝 기술을 통해 현장에서 바로 데이터를 캡처할 수 있었고, 따라서 발굴품을 훼손하지 않고도 기록할 수 있었습니다.

암스테르담 대학교에서도 완전 무선 방식의 Artec Leo를 사용하고 있다는 점은 주목할 만합니다. Waagen 박사는 “Leo는 큰 물체를 스캔하는 데 아주 적합합니다. 저는 이 스캐너의 휴대성을 매우 좋아합니다."라고 말했습니다.

실제로 이 스캐너는 매우 빠르고 직관적이어서, Waagen 박사는 이를 이용해 발굴 현장을 실시간으로 기록하기도 했습니다. 즉, 발굴 즉시 그 현장을 바로 기록할 수 있었던 것입니다. 이러한 시도는 디지털 고고학이 과거와 현재의 세계를 가장 흥미로운 방식으로 접목시키고 있음을 보여줍니다!

본 연구는 3D 모델과 머신러닝 알고리즘을 통합하여 고고학적 분류 및 해석을 지원하는 데 중점을 둔 ‘3D-CERA-ML’ 프로젝트의 일환으로 Jitte Waagen 박사가 총괄하는 암스테르담 대학교 4D 연구실과 협력하여 암스테르담 자유대학교의 Dries Daems 박사의 주도로 진행되었습니다.

3D-CERA-ML 프로젝트에 대한 자세한 정보는 여기에서 확인할 수 있습니다.