Scannen für das amerikanisch-mongolische "Deer Stone Projekt"

Weite Entfernungen, extreme Temperaturunterschiede und abenteuerliche Transportbedingungen – das „Deer Stone-Projekt“ des Smithsonian Museum Conservation Institute (Washington, USA) in Zusammenarbeit mit mongolischen Wissenschaftlern stellt außergewöhnliche Anforderungen an Mensch und Technik. Die verzierten Steinmonolithe in der Provinz Hovsgol Aimag (Nordmongolei), datiert auf das erste bis zweite Jahrtausend vor Christus, werden mit hochpräziser AICON 3D Scantechnik dokumentiert.

Zielsetzung und Messobjekt

Eine Forschungsreise im Sommer 2007 setzte sich zum Ziel, die Steinmonolithe aus der Bronzezeit in allen Details dreidimensional zu erfassen. Die Datenerhebung dieser sogenannten „Hirschsteine“ sollte zum allgemeinen Verständnis und zur Konservierung dieser geschichtlich bedeutenden Monumente beitragen. Bis dahin waren sie nur ansatzweise dokumentiert. Der kontinuierliche Zerfall der Steine durch Einflüsse von Mensch und Umwelt machte diese Maßnahmen erforderlich.

Mit berührungsloser dreidimensionaler Erfassung lassen sich direkt vor Ort präzise, hochauflösende Messdaten für exakte 3D Abbilder der Objekte gewinnen. In Verbindung mit anderen Formen der Dokumentation dienen diese digitalen Daten zu Forschungs- und Bildungszwecken, zur Archivierung sowie zur Herstellung von Replikaten.

Messsystem und Aufbau

Für alle Scanaufnahmen kam ein Vorgängermodell des AICON SmartScan zum Einsatz. Dieses System ist speziell für die hohen Ansprüche bei der 3D Datenerfassung von Kunstgegenständen und Kulturgütern konzipiert. Es erzeugt nicht nur hochauflösende, präzise 3D Modelle, sondern ermöglicht auch die Erfassung und Darstellung der Oberflächentextur in Echtfarbe. Verwendung findet dieser 3D Scanner unter anderem in der Archäologie und bei der Aufnahme von historischen Monumenten. 

Der AICON SmartScan besteht aus einer auf einem Stativ montierten Basis mit Projektor und Farbbildkamera (1.384 x 1.036 Pixel), einer Kalibrierplatte und einem Steuergerät. Die Kameraobjektive des Systems sind austauschbar, wodurch sich verschiedene Messfelder einstellen lassen. Für die Messungen in der Nordmongolei wurden Einzelaufnahmen mit einem Messfeld von 675 mm genutzt. In Verbindung mit einem Laptop und einem Stromgenerator bewährte sich das Scansystem selbst unter außergewöhnlichen Bedingungen.

Arbeitsablauf

Abhängig von den Wetterbedingungen sowie von den Arbeiten der Archäologen fanden die 3D Aufnahmen der Deer Stones bei Tag und Nacht statt. Ein Streifenprojektions-Scanner reagiert äußerst sensibel auf Umgebungslicht; um qualitativ hochwertige Scanergebnisse am Tag zu gewährleisten, wurden die Deer Stones und der 3D Scanner mit einem Zelt abgeschirmt. Daneben hat sich das Scannen bei Nacht als effektive Arbeitsweise erwiesen, da hier ideale Lichtbedingungen vorherrschen. 

Nach der vollständigen Erfassung wurden die Einzelscans eines Deer Stone zueinander ausgerichtet, was ausschließlich anhand der 3D Geometrie des Objekts und ohne zusätzliche Passmarken durchgeführt wird. Anschließend wurden die Einzelaufnahmen der Punktewolke zusammengeführt und in eine PLY-Datei konvertiert, in der sich Farbinformation, Oberflächennormalen und Texturkoordinaten mit den 3D Daten abspeichern lassen. Nach Verschmelzung der Einzelaufnahmen wurden die Löcher gefüllt und der nachbearbeitete Datensatz erneut in einer PLY-Datei abgespeichert, die in andere Software-Anwendungen exportierbar ist.

Ergebnis

Innerhalb von drei Wochen wurden fünfzehn der 3.000 Jahre alten Deer Stones vollständig und in hoher Auflösung aufgenommen. Die Größe der Steine variierte zwischen 0,5 und 3 Metern. Die Messungen wurden zu unterschiedlichen Tageszeiten sowie bei teilweise extremen Temperaturunterschieden (0 - 50° C) durchgeführt. Trotz 2.000 Kilometer abenteuerlichen Transports durch schwieriges Gelände hat sich der AICON Scanner als ausgesprochen zuverlässig arbeitender 3D Scanner für hochauflösende Messergebnisse auch unter anspruchsvollsten Bedingungen erwiesen. Selbst der feine Staub, der täglich über die mongolische Steppe wehte, konnte der Genauigkeit und Qualität der 3D Scans nichts anhaben. 

Durch die Digitalisierung dieser historisch bedeutungsvollen Monumente liefert das „Deer Stone-Projekt“ einen wertvollen Beitrag für die dauerhafte digitale Konservierung der Monolithe. Die 3D Daten der Deer Stones eröffnen Wissenschaftlern die Möglichkeit, die Gravierungen und feinen Strukturen in den Steinen detailliert zu untersuchen und zu dokumentieren. Auch lassen sich so die Steine verschiedener Fundorte besser miteinander vergleichen. Zudem wurden aus den generierten 3D Daten Deer Stone-Replikate angefertigt, die im Smithsonian Nationalpark für Zoologie in Washington zu sehen sind. 

 
Wir bedanken uns bei dem gesamten Team des amerikanisch-mongolischen „Deer Stone Projekts“ für die wunderbare Zusammenarbeit sowie bei unserem Vertriebspartner Accurex Dimensional Measurement Inc. für die großartige Organisation und Koordinierung, die wesentlich zum Projekterfolg beigetragen haben.