Virtuális tér: a hely, ahol megidézhető a múlt
avagy drón alapú 3D modellezés a régészetben

Napjainkban a régészetet is elérte a digitális forradalom és ennek következtében a dokumentálás, értelmezés és bemutatás során a korábban szentháromságnak tartott papír-ceruza-fénykép eszköztárat egyre gyorsuló ütemben egészítik ki és váltják fel a modern technológiák. Ezen új eszközök közül is kiemelendő a drónok használata, amelyek az utóbbi években a mindennapjaink részévé váltak és egyre szélesebb körben terjed alkalmazásuk. A drónnal készült adatok feldolgozása a régészetben és az örökségvédelemben segíti a feltárások térképezését, átláthatóságát és ezzel az összefüggések gyorsabb és szélesebb körű levonását, a jelenségek kibontási fázisainak rögzítését és megőrzését. A feltárás lezárultával akár az irodában ülve is korábban nem tapasztalt pontosságú adatokkal folytatható a lelőhely feldolgozása és értelmezése. Emellett nem elhanyagolható előnye a pilóta nélküli légijárműveknek (továbbiakban UAV), hogy viszonylag gyorsan nagy terület térképezhető fel velük, ezzel pedig lehetőségünk nyílik arra is, hogy rendkívül költséghatékony eszközökkel elemezzük a lelőhely tágabb környezetét, esetleg új régészeti objektumokat fedezzünk fel. Továbbá a drónfelvételek alapján olyan háromdimenziós tájmodell alkotható, ami a múzeumi kiállításokhoz is felhasználható.

Az átlagembertől távol áll a régészeti munka mibenléte és általában a filmekben látott kalandos jelenetekkel párhuzamosítják a feltárások eseményeit. Ahol közvetlenül találkozhatnak az érdeklődök a szakma eredményeivel, azok a múzeumok. A mai kor kihívásaival azonban sajnos csak igen csekély számú intézmény tud lépést tartani. Az utóbbi egy-két évtizedben rendkívül megnőtt az emberek igénye és érdeklődése az ismeretek látványosabb bemutatására. A hétköznapi élet minden terén olyan mennyiségben zúdul ránk a modern technológia látvány- és inger özöne, hogy ezt már a múzeumok sem hagyhatják figyelmen kívül. Egyre kevesebb ember igényeit elégíti ki, ha végtelennek tűnő termeken keresztül véget nem érő vitrinsorokban látja kiállítva a tárgyak tömkelegét, sokszor ugyanabban a formában, ahogy azt 30 éve elhelyezték ott, ugyanazzal a megsárgult papírra felrótt pársoros leírással, magyarázattal. Ez a felismerés kényszerítette ki, hogy egyre több interaktív tartalom jelenjen meg a kiállításokon, ami közvetlenebb kapcsolatot jelent a bemutatott tárggyal és történettel. A múzeumok először hagyományos módszerek alkalmazásával igyekezetek ráhangolódni a megváltozott elvárásokra, látogatóbarát attitűdöt kialakítva lehetőséget teremtettek a polifonikus értelmezéseknek és törekedtek a közönség bevonására. A szabadtéri múzeumok néhány sajátos módszere több évtizedes múltra tekint vissza és igen hatásosnak bizonyult abban, hogy a látogatók passzív szemlélőből a programok és kiállítások cselekvő személyeivé váljanak. Ezek a megoldások gyakran a múzeumok falain kívül tették tapinthatóvá a múltat: pl. hagyományőrzők bemutatóival (lásd Szigetvár, Visegrád), kézműves foglalkozásokon (pl.: Szentendrei Szabadtéri Néprajzi Múzeum), korhű ruhákba történő beöltözési lehetőséggel (Siklósi vár), korabeli használati eszközök és fegyverek kipróbálása által (Visegrádi fellegvár). Napjainkban a fentieken túlmenően méltányolható látogatói igény a modernebb eszközök széles tárházának felvonultatása: videók, animációk, játékok, élethű rekonstrukciók, valamint a virtuális (VR) és a kiterjesztett valóság (IR) formájában.

Jó példa a modern digitális technológia múzeumi alkalmazására a Šibenikben (Horvátország) található világörökségi helyszín, a Szent Miklós erőd bemutatása. Itt egy teljesen üres erődöt járhatunk be egymagunk egy tablettel, s a megfelelő pontokon egy egyszerű QR kódot beolvasva animált karakterek mesélik el az adott helyiség funkcióját, az egykor ott szolgáló katonák életét és feladatait. A helyszín bejárása közben arra is van lehetőségünk, hogy az okoseszközön az erőd egykori funkciójához kapcsolódó játékot játszunk. Ezzel az egyszerű megoldással élettel telik meg az amúgy elég rossz állapotban lévő és bármiféle kiállított tárgytól mentes erőd.

A VR és az IR technológia még ennél is többre képes! Általuk a látogató belehelyezkedhet az éppen bemutatásra kerülő történetbe és környezetbe, felfedezheti az akár több millió évvel korábban létező egykori természeti tájat, kezébe foghatja az amúgy vitrinbe zárt leletet, egyszóval valódi kapcsolatot teremt azzal a közeggel, amit be szeretnénk mutatni neki. A kulturális örökség bemutatásának eme innovatív változatát jelölte meg célként az Európai Unió Interreg Duna Transznacionális Programjának keretein belül életre hívott „Duna menti Virtuális Régészeti Tájak” projekt. A tíz ország huszonhárom intézményével zajló nemzetközi együttműködés 10 régészeti és történeti táj virtuális bemutatását tervezi. A Magyar Nemzeti Múzeum két különleges, a nagyközönség által is látogatható régészeti helyszínnel gazdagítja a programot, a balácai római villagazdasággal és a vértesszőlősi előemberteleppel. A következőkben azt mutatom be, hogy a balácai villagazdaság drón alapú felmérése hogyan tudja segíteni ezt a technológiai megoldást.

A Római Birodalom alatt virágzó balácai villagazdaság (Kr.u. 1-4. század) rekonstrukciójához a központi épületegyüttest és szűk környezetét lefedő háromdimenziós alapállományra van szükség. Ennek elkészítéséhez a leghatékonyabb eszköz egy drón volt. A felmérést és az adatok feldolgozását a Magyar Nemzeti Múzeum Régészeti Örökségvédelmi Igazgatóságának Geodéziai és Térinformatikai csoportja végezte Matrice 600 eszközzel. Leegyszerűsítve és összefoglalva a munkafolyamatot, a drónnal végigfényképeztük a bemutatóhely területét, majd a képeket feldolgozva hoztuk létre a háromdimenziós modellt. A pontos és részletgazdag felméréshez, ami nélkülözhetetlen az élethű látogatói élmény létrehozásához, a drón repülési útvonalát és a fényképezés ütemezését pontosan meg kellett tervezni. Az általunk használt drónokhoz kifejlesztett útvonaltervező szoftvert használva ezért első lépésként meghatároztuk a felmérendő terület határvonalait, valamint, megterveztük a repülési útvonalat úgy, hogy az elkészülő fotók között hosszanti és keresztirányban is legalább 70%-os átfedés legyen. Ez utóbbira a képek későbbi 3D feldolgozása miatt van szükség, amiről később fogok szót ejteni. A terület nagysága, az általunk használt kamera látószöge, a drón repülési magassága és a fényképek átfedésének százaléka megadja, hogy a drónnak milyen útvonalat kell bejárnia a felvételezés során (1. ábra).

1. ábra: A felmérendő terület, a repülési magasság, a kamera paraméterei és a képek közötti átfedés megadásával generált repülési terv.

A repülés során még egy lépésre van szükségünk: referencia, vagy másnéven illesztőpontokat kell elhelyeznünk a felmérendő területen, majd ezeket nagypontosságú helymeghatározó eszközzel, úgynevezett RTK GPS-el bemérve megkapjuk azok centiméter pontosságú pozícióját (2. ábra). Ezek segítségével tudjuk majd az elkészült 3D modellt a valós térben, valós méretében elhelyezni a feldolgozás során, hiszen ezek olyan, a fényképeken jól látható pontok, amelyeknek segítségével georeferálni (a fotók térképi vetületi rendszerhez való illesztése) tudjuk az elkészült állományt a bemért koordináták segítségével.

2. ábra: Az általunk használt egyik illesztőpont a villagazdaság melletti füves területen kitűzve, rajta az azonosításhoz szükséges számmal.

Maga a repülés két fázisból állt Balácán: a fent leírt megtervezett útvonalat lerepülte a drón a felszínre merőleges kameraállással, majd ezután döntött, a felszínnel körülbelül 45 fokot bezáró pozícionálással. Ez utóbbi beállításra azért volt szükség, hogy a felülnézetből a fák, tetők és egyéb tereptárgyak által takart területekről is legyen információnk.

A repülés során 441 darab fénykép készült a villagazdaság magterületéről. Ezt követően a felvételek fotogrammetriai feldolgozása során a kétdimenziós képekből összeállt a 3D modell. A folyamat a „structure from motion” elvre épül, aminek lényege az azonos pontok automatizált felismerése és térbeli pozíciójának meghatározása. Ez utóbbi lépést azt teszi lehetővé, hogy a különböző fotókon ugyanazon pont eltérő szögből és távolságból látszik, s ezen értékek segítségével meghatározható a térben elfoglalt helye. Vagyis nagyon leegyszerűsítve, a számítógépes program az ember térlátásához hasonlóan működik.

Miután a szoftver meghatározta az összes azonosítható pontot, és a segítségükkel összeilleszti a képeket, létrehoz belőlük egy háromdimenziós „ritka pontfelhőt” (3. ábra).

3. ábra: A drón felvételekből generált ritka pontfelhő.

 

Következő lépésként szükséges ennek a még erősen hézagos adathalmaznak a kitöltése úgynevezett „sűrű pontfelhő” generálásával. Ekkor az összeillesztett képekből a szoftver meghatározza a lehető legtöbb pont térbeli pozícióját. Ez után már minden adott a háromdimenziós modell létrehozásához! Jól érzékelteti a létrejövő adatmennyiséget, hogy Baláca esetében a sűrű pontfelhő több mint 153 millió pontból áll. A modell létrehozásakor az átlagolás elvét követő algoritmus teljesen kitölti a pontok közti hézagokat (interpolációval). Az így létrejött modellre textúrát is húzhatunk a fényképfelvételek pixelértéke alapján, így pedig egy közel teljesen élethetű, forgatható, nagyítható, a további felhasználás céljának megfelelően manipulálható 3D modellt kapunk eredményül (4. ábra).

4. ábra: Virtuális 3D modell a balácai római villagazdaság központi épületegyütteséről.

Fontos, hogy az elkészült modellt - a már korábban említett módon – behelyezzük a megfelelő földrajzi pozícióba és ezzel a valós méreteit is pontosítsuk a lefotózott és bemért illesztőpontok segítségével. Az ilyen módon létrehozott háromdimenziós pontfelhő, illetve modell már kiinduló alapja lehet egy virtuális valóság (VR) környezetnek. Az elkészült VR tartalom remélhetőleg már a közeljövőben színesíteni fogja a Balácán található bemutatóhely és ezen keresztül pedig a Duna-régió turisztikai vonzerejét.

Írta: Látos Tamás, Magyar Nemzeti Múzeum, Régészeti Örökségvédelmi Igazgatóság