SENDETERMIN Sa, 26.11.16 | 16:00 Uhr | Das Erste

Virtuelle Schätze für die Ewigkeit

3D-Modelle gefährdeter Kulturgüter | Video verfügbar bis 24.11.2021

Das kulturelle Erbe der Menschheit gerät zunehmend in Gefahr. Vor allem in Krisengebieten sind die Monumente unserer Vorfahren von Zerstörung oder Verfall bedroht. Aber auch in Europa steht der Erhalt geschichtsträchtiger Bauwerke nicht gerade ganz oben auf der Prioritätenliste. Die Gründe hier: der anscheinend unstillbare Hunger der modernen Gesellschaft nach Baugrund und knappe Kassen der Denkmalämter. So sind heute die weitaus meisten archäologischen Projekte in Europa sogenannte "Not-Grabungen" vor geplanten Bauarbeiten. Oft sitzen den Archäologen während ihrer Arbeit die Bagger schon im Nacken. An anderen Stellen setzen vor allem Erosion, dreckige Luft und saurer Regen Ruinen und altem Gemäuer zu.

Digitale Archivierung mit einfachen Mitteln

3D-Modell einer alten Burganlage
Detailliertes 3D-Modell einer alten Burganlage.

Der Archäologe Dr. Benjamin Ducke und der Informatiker Prof. Dr. Marco Block-Berlitz arbeiten seit 2012 an einer Methode, mit der sich Grabungsstellen, Gebäude, ja sogar komplette Stadtviertel schnell und kostengünstig digital archivieren lassen. Bevor sie verfallen, zugeschüttet, abgerissen oder zerbombt werden. Es gibt zwar bereits Systeme, wie die Vermessung mit 3D-Laserscannern, mit denen eine solche digitale Erhaltung möglich ist. Der Haken: Sie sind enorm aufwändig, erfordern viele sperrige Geräte und Spezialisten, die sie bedienen. Das macht die digitale Konservierung sehr teuer – zu teuer für die meisten Regionen dieser Welt.

Das will das Projekt "Archäocopter" ändern. Gemeinsam mit einem kleinen Team entwickelten Dr. Ducke und Prof. Block-Berlitz in den vergangenen Jahren eine Hightech-Lösung für "kleines Geld". Die Bestandteile des neuartigen Archivierungssystems: ein Multikopter, im Volksmund Drohne, (mindestens) eine Videokamera und eine Software, die das Team selbst entwickelt hat und kostenfrei zur Verfügung stellt.

Geteiltes Wissen ist doppeltes Wissen

Ausbildung an der Drohne
Ausbildung an der Drohne.

Das zentrale Anliegen des Archäocopter-Teams: die weitestmögliche Verbreitung der Methode, damit so viele Menschen wie möglich an der digitalen Erhaltung unserer Geschichte mitarbeiten können. Die Baupläne für die Drohne kann sich jeder herunterladen, ebenso die notwendigen Kameraeinstellungen und die benötigte Software - alles kostenlos. Mit ihrem System unterstützen Block-Berlitz und seine Mitstreiter Wissenschaftler auf der ganzen Welt. Ihr Motto: Nehmt uns mit zu eurem Projekt und wir bringen euch bei, wie man unser System benutzt.

Am lernintensivsten ist dabei wohl die Bedienung der Drohne. Doch sobald der Pilot sie beherrscht, geht alles ganz schnell: Kamera einschalten und das Areal, egal ob Grabungsstätte oder Stadtviertel in einem vorher festgelegten Raster abfliegen. Anschließend werden die Videoaufnahmen in einen Computer eingespeist. Die Archäocopter-Software errechnet daraus anhand des Prinzips "Structure from Motion" eine sogenannte Punktwolke und aus der wiederum ein virtuelles 3D-Modell des überflogenen Gebietes. Dieses Prinzip wird übrigens auch in der Filmindustrie eingesetzt, um aus 2D-Filmen 3D zu machen.

Structure from Motion - vom Gehirn abgekupfert

Ein Mann schaut auf zwei Stifte
Menschen sehen automatisch in 3D.

Die Software des Archäocopter-Teams macht prinzipiell das, was unser Gehirn tut, sobald wir unsere Augen öffnen. Jeder kann das mit einem kleinen Versuch selbst nachempfinden: Strecken sie ihren Arm mit ausgestrecktem Daumen vor sich aus. Schließen sie dann das linke Auge und visieren sie mit dem rechten einen festen Punkt hinter dem Daumen an. Wenn Sie nun das linke Auge schließen und das rechte öffnen "springt" der Daumen an eine andere Stelle. Schließt und öffnet man die Augen im Wechsel wird das besonders deutlich. Je näher das Objekt vor dem Auge liegt, umso größer sind diese Sprünge. Das Gehirn berechnet aus diesen Unterschieden die Lage der Objekte vor uns im dreidimensionalen Raum.

Mit einer Kamera funktioniert das genauso. Die Kamera fliegt über das Areal, ändert also ständig ihre Position. Die Fix-Punkte bleiben aber an der gleichen Stelle. Die Software erkennt solche Fixpunkte und kann anhand der Verschiebungen der Punkte zueinander deren Abstand zueinander und deren Lage im Raum berechnen.

Auf zu neuen Ufern - Archäonautik

Tauchroboter unter Wasser
Tauchroboter statt Drohne.

Mexiko, Bulgarien, Usbekistan, Island – das sind nur ein paar der Orte, an denen die Drohnen des Archäocopterteams bereits erfolgreich eingesetzt wurden. Vor knapp zwei Jahren erreichte dann ein Hilferuf das Team, der das Team um Marco Block-Berlitz vor eine neue Herausforderung stellte. Das Kuratorium Pfahlbauten Österreich suchte nach einer Lösung, mit der es sein Weltkulturerbe besser im Auge behalten kann. Das Problem: Dieses Erbe liegt unter Wasser.

Das Projekt Mondsee

 Rekonstruktion einer Mondsee-Siedlung.
Längst untergegangen - Rekonstruktion einer Mondsee-Siedlung.

Vor circa 6.000 Jahren standen an den Ufern der voralpenländischen Seen viele kleinere und größere Siedlungen. Die Menschen der Bronzezeit hatten ihre Häuser wegen der stark schwankenden Wasserstände dort auf Pfählen errichtet. Im Laufe der Zeit verließen die Siedler diese Dörfer wieder, die Wasserspiegel der Seen stiegen dauerhaft an und die Pfahlbauten versanken. Überreste der Pfähle ragen aber noch heute hier und da aus dem Seeboden heraus. Für Archäologen und Historiker sind sie ein wertvolles Forschungsobjekt.

Allerdings drohen diese uralten Hölzer in absehbarer Zeit völlig zu verschwinden: starke Strömungen, Wassersportler und selbst Fische können die Pfahlreste beschädigen. Die Österreicher wünschten sich daher virtuelle 3D-Modelle der noch vorhandenen Strukturen. Einerseits um sie digital im derzeitigen Ist-Zustand zu bewahren, andererseits um ihren realen Verfall mit Hilfe jährlich wiederkehrender Aufnahmen zu dokumentieren.

Ob man nun fliegt oder taucht macht ja eigentlich keinen Unterschied, sagten sich die Mitglieder des Archäocopter-Teams und entwickelten kurzerhand ein Unterwassersystem. Eckbert, so heißt ihr Tauchroboter, erfüllt die gleichen Ansprüche wie die Drohnen des Teams. Erhältlich sind solche "Mini-U-Boote" relativ günstig als Bausatz und sie lassen sich gut mit Kameras und Lampen bestücken.

Licht und Schatten unter Wasser

Unterwasseraufnahme
Unterwasseraufnahmen sind schwieriger zu verarbeiten.

Der Einsatz im Mondsee hat gezeigt, dass die Technik funktioniert. Allerdings gab es auch ein paar Schwierigkeiten, mit denen Block-Berlitz und sein Team nicht gerechnet hatten. Das Sonnenlicht dringt zwar gut durch das klare Wasser des Mondsees, allerdings wird es an der Wasseroberfläche gebrochen und gebündelt. Dadurch entsteht, vor allem bei Wellengang, der sogenannte Kaustikeffekt. Er führt dazu, dass der Seeboden nicht gleichmäßig ausgeleuchtet ist. Das Licht flackert hier und da, an anderen Stellen zeichnen sich große Lichtpunkte am Boden ab und noch dazu behindern Schwebeteilchen die Sicht. Das "verwirrte" anfangs die Umrechnungssoftware.

Trotzdem gelang es dem Team mithilfe von Bildbearbeitungsprogrammen das Videomaterial so zu verbessern, dass die Structure from Motion-Software ausreichend viele Fix-Punkte identifizieren konnte. Auch, wenn es etwas länger gedauert hat: Das 3D-Modell der Überreste der Pfahlbauten-Siedlung entsprach am Ende den Bedürfnissen der österreichischen Unterwasserarchäologen.

Kalter Kabelsalat

Tauchroboter an einem Kabel
Die Kabelverbindung hemmt den Tauchroboter.

Ein weiteres Problem bei der Arbeit unter Wasser ist die Steuerung des Tauchroboters. Da Funkwellen Wasser nicht durchdringen können, muss Eckbert über ein Kabel gesteuert werden. Wind und Wasser zerren an diesem Kabel. Das macht es etwas schwierig, das vorgeplante Raster exakt abzufahren. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich das Datenkabel am Tauchroboter selbst oder, noch schlimmer, sogar an den zu untersuchenden Strukturen verheddert. Noch muss daher ein Teammitglied den Tauchroboter begleiten und im Auge behalten. Kein Spaß im kalten Mondseewasser. Derzeit arbeitet das Archäocopter- beziehungsweise Archäonautic-Team an der Lösung dieses Problems. In Planung ist eine Funk-Boje, die als Relais-Station zwischen Tauchroboter und Uferstation eingesetzt werden soll.

Für Archäologen, Denkmalschützer, Historiker und Kulturwissenschaftler ist das System von Marco Block-Berlitz und seinen Mitarbeitern jetzt schon ein Meilenstein auf dem Weg zur einfachen und kostengünstigen Archivierung von Kulturgütern, egal ob an Land oder unter Wasser.

Autorin: Julia Schwenn (NDR)

Stand: 25.11.2016 14:00 Uhr

Sendetermin

Sa, 26.11.16 | 16:00 Uhr
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