[論文レビュー] Ceramics Fragments Digitization by Photogrammetry, Reconstructions and Applications

Jean-Baptiste Barreau, Théophane Nicolas+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2014

3D Surveying and Cultural Heritage参考文献 5被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、2つのフランスの発掘現場の陶器破片をデジタル化するための低コストでアクセス可能な写真測量ワークフローを提示している。この手法により、元の陶器の形状を3次元再構築できる。安価な機器とオープンソースツールを用いることで、計測分析や展示用3次元印刷が可能となり、財政的投資を最小限に抑えつつ、3次元技術を考古学分野に実用的に統合することを示している。

ABSTRACT

This paper presents an application of photogrammetry on ceramic fragments from two excavation sites located north-west of France. The restitution by photogrammetry of these different fragments allowed reconstructions of the potteries in their original state or at least to get to as close as possible. We used the 3D reconstructions to compute some metrics and to generate a presentation support by using a 3D printer. This work is based on affordable tools and illustrates how 3D technologies can be quite easily integrated in archaeology process with limited financial resources. 1. INTRODUCTION Today, photogrammetry and 3D modelling are an integral part of the methods used in archeology and heritage management. They provide answers to scientific needs in the fields of conservation, preservation, restoration and mediation of architectural, archaeological and cultural heritage [2] [6] [7] [9]. Photogrammetry on ceramic fragments was one of the first applications contemporary of the development of this technique applied in the archaeological community [3]. More recently and due to its democratization, it was applied more generally to artifacts [5]. Finally joined today by the rise of 3D printing [8] [10], it can restore fragmented artifacts [1] [12]. These examples target one or several particular objects and use different types of equipment that can be expensive. These aspects can put off uninitiated archaeologists. So it would be appropriate to see if these techniques could be generalized to a whole class of geometrically simple and common artifacts, such as ceramics. From these observations, associated to ceramics specialists with fragments of broken ceramics, we aimed at arranging different tools and methods, including photogrammetry, to explore opportunities for a cheap and attainable reconstruction methodology and its possible applications. Our first objective was to establish a protocol for scanning fragments with photogrammetry, and for reconstruction of original ceramics. We used the digital reconstitutions of the ceramics we got following our process to calculate some metrics and to design and 3D print a display for the remaining fragments of one pottery.

研究の動機と目的

• 考古学的文脈において、写真測量を用いた低コストでアクセス可能な陶器破片のデジタル化手法の開発。
• 3次元モデリング技術を用いて、破片からの完全な陶器形状の再構築。
• 再構築されたアーティファクトの計測計算と物理的3次元印刷を可能にし、博物館的・教育的応用を支援。
• 高額な財政的・技術的障壁がなくとも、3次元技術を日常的な考古学的ワークフローに統合する可能性の検証。
• 一般的で幾何的に単純なアーティファクト（例：陶器）の3次元文書化を可能にし、保存・啓発・研究を支援。

提案手法

• 標準的なデジタル一眼レフカメラと最小限の照明設定を用いて、写真測量を陶器破片に適用した。
• 各破片の表面を完全にカバーするよう、複数の重複する写真をさまざまな角度から撮影した。
• 構造からモーション（SfM）アルゴリズムを用いて、画像シーケンスから高密度な3次元点群とテクスチャ付きメッシュを生成した。
• 個々の破片の3次元モデルを手動で整列させ、メッシュ編集ツールを用いて仮想的に再構成し、完全な陶器形状を再構築した。
• 再構築された3次元モデルから体積、表面積、縁径などの計測値を抽出した。
• 再構築されたデジタル形状に基づき、3次元印刷された展示用モデルを製作した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 安価な機器を用いて、写真測量が破片からの完全な陶器容器の再構築に効果的に応用可能かどうか。
• RQ2 写真測量による3次元再構築から得られる計測値が、考古学的文脈において信頼性を持って抽出可能かどうか。
• RQ3 再構築された陶器の3次元印刷モデルが、考古学的啓発や教育にどのように貢献できるか。
• RQ4 限られた財政的・技術的リソースのもとで、写真測量を日常的な考古学的文書化に統合する可能性はどの程度か。
• RQ5 オープンソースで低コストのツールが、考古学的文書化と分析に十分な正確性を達成できるか。

主な発見

• 写真測量に基づくワークフローは、高視覚的・幾何的忠実度を維持したまま、破片からの完全な陶器形状の再構築に成功した。
• 3次元再構築から得られた計測値は一貫性があり、考古学的文脈における比較分析に適していた。
• 再構築されたデジタル形状に基づき、3次元印刷された展示用モデルが成功裏に製作され、この手法の実用的有用性が裏付けられた。
• 全プロセスは安価でアクセス可能なツールを用いて実装され、考古学的プロジェクトにおける日常的利用のスケーラビリティが示された。
• この手法は、専用または高価な機器を必要とせず、一般的で幾何的に単純なアーティファクト（例：陶器）の文書化と啓発に効果的であった。
• 写真測量、計測分析、3次元印刷の統合により、文書化、研究、一般向け啓発のための包括的で一貫したパイプラインが構築された。