3D Streifenlichtscannen der historischen Hütten von Scott und Shackleton

KO21 ist eine multidisziplinäre Forschungsstudie, die unter anderem den biologisch und nicht-biologisch bedingten Verfall der historischen Hütten der berühmten britischen Antarktisforscher Robert Falcon Scott und Ernest Shackleton auf Ross Island untersucht.

Die in Neuseeland ansässige Firma Geometria, Anbieter von Beratungs- und Forschungsdiensten für Archäologie und Kulturgutschutz, hat seit 2010 eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, bei denen neben anderen 3D Scansystemen auch ein AICON Scanner zur Erzeugung von hochauflösenden Aufnahmen zum Einsatz kam. Die Ergebnisse unterstützen Wissenschaftler unterschiedlichster Disziplinen langfristig bei der Auswertung und Modellierung ihrer Daten.

Zielsetzung und Messobjekt

Im Januar 2011 machten sich Mitglieder der Firma Geometria und der Universität Waikato (ebenfalls Neuseeland) auf den Weg nach Ross Island (Antarktis), um dort mit Hilfe von Streifenlicht- und Laserscannern ein umfassendes Projekt zur dreidimensionalen Erfassung von Scotts Hütten am Hut Point und am Cape Evans sowie Shackletons Hütte am Cape Royds durchzuführen. Die Holzhütten, in England vorfabriziert und während dieser heroischen Ära zur Erforschung der Antarktis vor Ort aufgestellt, symbolisieren eines der großen Zeitalter voll menschlichen Bemühens und Durchhaltevermögens. Die gewonnenen Scandaten werden nicht nur für Untersuchungen unterschiedlichster Fachrichtungen einen nützlichen Beitrag leisten, sondern auch als Basis zur Entwicklung interpretativer Modelle für ein breiteres Publikum dienen.

Obgleich die Holzunterkünfte als denkwürdige Zeitzeugen dieser berühmten Britischen Antarktisexpedition Terra Nova (1910-1913) über ein Jahrhundert lang in einer der rauesten und ungastlichsten Umgebungen der Welt jeglicher Art von Wind und Wetter ausgesetzt waren, sind sie doch in erstaunlich gutem Zustand. Seit sie vor etwa 100 Jahren aufgegeben wurden, waren die Hütten aufgrund ihrer Abgeschiedenheit keinen größeren menschlichen Einflüssen ausgesetzt, abgesehen von vereinzelten jüngeren wissenschaftlichen Untersuchungen im Hinblick auf Verfall sowie Maßnahmen zur Erhaltung der Gebäude und ihrer Inhalte. Die kulturhistorische Relevanz dieser Fundorte gepaart mit ihrer geographischen Unzugänglichkeit erfordert nicht nur ihre digitale Repräsentation und Modellierung, sondern auch aus der Ferne realisierbare Analysen und Interpretationen für eingehende wissenschaftliche Studien.

Messsystem und Aufbau

Der AICON SmartScan mit seiner zuverlässigen Leistung und der Generierung hochpräziser Daten wurde für dieses herausfordernde 3D Scanprojekt und seinen rauen antarktischen Bedingungen gewählt.  Er besteht aus einer Projektionseinheit in der Mitte der Scannerbasis, die mit dem Funktionsprinzip der Miniaturisierten Projektionstechnik in hochfrequenten Abständen eine hohe Anzahl von Streifenlichtmustern auf das Messobjekt projiziert. An den Endstücken der Scannerbasis befinden sich zwei hochauflösende Farbdigitalkameras (je 5 Megapixel), die jeden einzelnen Projektionspunkt des auf der Objektoberfläche generierten Lichtmusters aufnehmen. Anschließend führt ein spezieller Algorithmus eine Triangulationsberechnung durch, um die exakte Position jedes Punkts auf dem Streifenlichtmuster zu ermitteln – wobei für jede Scanaufnahme bis zu Millionen von Punkte verarbeitet werden.

Arbeitsablauf

Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen sowie stetig zunehmender Besucherzahlen bedürfen sowohl die Strukturen der Hütten als auch deren Inhalte gründlicher wissenschaftlicher Untersuchungen und der Archivierung und Modellierung zu interpretativen Zwecken. Angesichts des beschränkten Zeitrahmens von nur 12 Feldtagen ist die zeitintensive 3D Erfassung eines so umfangreichen Messobjekts eine besondere Herausforderung. Dennoch gelangen den Expeditionsmitgliedern zahlreiche externe Aufnahmen sowie der Innenräume der Hütten. Die hochauflösenden Farbkameras des AICON SmartScan nehmen nicht nur alle Objekte mit äußerst hoher Genauigkeit und Detailtreue auf, sie erfassen auch die Original-Objektfarben. 

Aufgrund der störenden Einflüsse durch das Umgebungslicht stellte das Scannen außerhalb der Hütten die größte Herausforderung dar: Im antarktischen Sommer mit 24 Stunden Tageslicht kommt das Licht aus allen Richtungen; darüber hinaus wird es durch Schnee reflektiert. Alle Scanaufgaben der äußeren Hütten-Oberflächen mussten daher unter behelfsmäßig zusammengefügtem Lichtschutz durchgeführt werden. Bei zukünftigen Scanprojekten in der Antarktis wird das Team mit faltbaren Lichtabdeckungen arbeiten. 

Der Scanner wurde bei sehr kalten Temperaturen von -2° C bis -12° C eingesetzt, was jedoch keinerlei Auswirkungen auf das System selbst oder die Qualität der Scandaten zeigte: Der solide arbeitende AICON SmartScan ist somit der ideale Partner für Digitalisierungen in rauer und anspruchsvoller Umgebung!

Ergebnis

Der AICON Scanner ermöglicht hochpräzise, authentische Aufnahmen des aktuellen Zustands der externen Hüttenstrukturen wie auch ihrer Inneneinrichtungen. Die für dieses Projekt erzeugten digitalen Daten sind ein wichtiger Teil für fortlaufende Erhaltungsplanung und -umsetzung für diese bemerkenswerten Stätten. Zudem dienen sie als Grundlage zur wissenschaftlichen und bildungsrelevanten Interpretation der Polarforscher-Hütten; die Verbreitung der 3D Daten ermöglicht einem weiten, dezentralen Anwenderkreis individuelle Analysen und Interpretationen. Archäologen, Kulturgutschützer, Restauratoren von Architekturstätten und Mikrobiologen sind gleichermaßen interessiert an Analyse und Auslegung unterschiedlichster Aspekte sowohl der kulturerblichen Bedeutung als auch der geschichtlichen Entwicklung dieser Fundstätten.

Der AICON SmartScan hat sich hierzu als das perfekte System zur 3D Digitalisierung in diesem anspruchsvollen Umfeld erwiesen. Bei angemessenem Schutz von Umgebungslicht liefert der Scanner konstant hochqualitative 3D Daten in hoher Auflösung und Detailtreue — und dies selbst bei starken Temperaturschwankungen oder extremen Minusgraden. 

„Durch den Einsatz des AICON SmartScan war es uns möglich, die Projektzielsetzungen für unsere Feldeinsatz-Saison 2011 anforderungsgemäß zu erfüllen. Wir bezeugen daher nur zu gerne die Leistungsfähigkeit dieser Ausrüstung, Scandaten in der von unseren Projektpartnern geforderten hohen Auflösung zu erfassen. Noch wichtiger zu bemerken sind die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit, die der AICON SmartScan in den rauen Umgebungsbedingungen der Antarktis unter Beweis gestellt hat — gerade dort, wo Systemausfälle an der Tagesordnung sind.” (Russell Gibb, Geometria Ltd.) 

Wir bedanken uns bei den Mitarbeitern von der Firma Geometria für die freundliche Bereitstellung des Informations- und Bildmaterials zur Erstellung dieses Anwenderberichts.

Literatur

• Antarctic Heritage Trust, Conservation Report: Shackleton’s Hut.
• British Antarctic Expedition 1907-1909, Christchurch, 2003
• Antarctic Heritage Trust, Conservation Plan:
• Discovery Hut, Hut Point, Christchurch, 2004
• Scott’s Hut, Cape Evans, Christchurch, 2004