[논문 리뷰] Ceramics Fragments Digitization by Photogrammetry, Reconstructions and Applications

Jean-Baptiste Barreau, Théophane Nicolas외 6명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 03.

3D Surveying and Cultural Heritage참고 문헌 5인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 프랑스의 두 고고학 유적지에서 유물 조각을 디지털화하기 위한 저비용이며 접근성이 높은 사진측량 워크플로우를 제시한다. 이 방법을 통해 원래의 도자기 형태를 3차원으로 복원할 수 있으며, 저렴한 장비와 오픈소스 도구를 사용함으로써 정량적 분석과 전시용 3차원 프린팅을 지원한다. 이는 고고학 분야에서 높은 재정적 투자 없이도 3차원 기술을 실용적으로 통합할 수 있음을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 저비용이며 접근성이 높은 방법론을 개발하여 고고학적 맥락에서 사진측량을 활용해 도자기 조각을 디지털화하는 것.
• 3차원 모델링 기법을 사용해 조각으로 분리된 잔해로부터 완전한 도자기 형태를 복원하는 것.
• 재현된 유물의 정량적 계산과 물리적 3차원 프린팅을 통해 박물관 및 교육적 응용을 가능하게 하는 것.
• 높은 재정적 또는 기술적 장벽 없이도 3차원 기술을 일상적인 고고학 워크플로우에 통합하는 것이 가능한지 입증하는 것.
• 일반적이며 기하학적으로 단순한 유물, 예를 들어 도자기를 위한 접근 가능한 3차원 문서화를 통해 보존, 홍보, 연구를 지원하는 것.

제안 방법

• 표준 디지털 SLR 카메라와 최소한의 조명 설정을 사용하여 사진측량 기법을 도자기 조각에 적용하였다.
• 각 조각의 전체 표면을 커버하기 위해 다양한 각도에서 겹치는 사진을 다수 촬영하였다.
• 이미지 시퀀스에서 구조-에서-운동(SfM) 알고리즘을 사용하여 고밀도 3차원 점군과 텍스처가 적용된 메쉬를 생성하였다.
• 개별 조각의 3차원 모델을 수작업으로 정렬하고 메쉬 편집 도구를 사용해 가상으로 완전한 도자기 형태로 재조립하였다.
• 재구성된 3차원 모델에서 부피, 표면적, 가장자리 지름 등의 계산된 지표를 추출하였다.
• 재구성된 디지털 형태를 기반으로 3차원 프린팅된 전시 모델을 제작하여 조각의 물리적 전시를 지원하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저렴한 장비를 사용하여 사진측량 기법을 효과적으로 활용해 도자기 조각 잔해로부터 완전한 도자기 용기를 복원할 수 있는가?
• RQ2 도자기 조각의 사진측량 3차원 복원에서 정량적 측정치를 얼마나 신뢰성 있게 추출할 수 있는가?
• RQ3 재구성된 도자기의 3차원 프린팅 모델이 고고학적 홍보 및 교육에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ4 제한된 재정적 및 기술적 자원으로도 사진측량을 일상적인 고고학 문서화에 통합하는 것이 가능한가?
• RQ5 오픈소스 및 저비용 도구가 고고학 문서화 및 분석에 충분한 정확도를 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 사진측량 기반 워크플로우는 높은 시각적 및 기하학적 정확도로 조각으로 분리된 도자기 잔해로부터 완전한 도자기 형태를 성공적으로 복원하였다.
• 3차원 복원에서 유도된 정량적 측정치는 일관성이 있었으며 고고학적 맥락에서 비교 분석에 적합하였다.
• 재구성된 디지털 형태를 기반으로 3차원 프린팅된 전시 모델이 성공적으로 제작되어 이 방법의 실용적 유용성을 검증하였다.
• 전체 과정은 저비용이며 접근 가능한 도구를 사용하여 구현되었으며, 고고학 프로젝트에서 일상적 사용에 대한 확장 가능성을 보여주었다.
• 이 방법은 특수하거나 고가의 장비가 필요 없이 일반적이며 기하학적으로 단순한 유물, 예를 들어 도자기를 문서화하고 홍보하는 데 효과적이었다.
• 사진측량, 정량적 분석, 3차원 프린팅의 통합은 문서화, 연구, 대중 홍보를 위한 유기적인 파이프라인을 창출하였다.