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Documentation of Rotationally Symmetric Archaeological Finds by 3D Shape Estimation

Mara, Hubert

English Title: Documentation of Rotationally Symmetric Archaeological Finds by 3D Shape Estimation

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Abstract

Zehntausende Scherben von Keramiken werden auf archäologischen Ausgrabungen gefunden. Diese Tonscherben müssen für abschließende wissenschaftliche Untersuchungen dokumentiert werden. Grundlage dieser Dokumentation ist bis heute die händische Zeichnung der Profillinie, welche einen vertikalen Schnitt durch die Scherbe entlang der Rotationsachse, auch Symetrieachse genannt, beschreibt.

Die Handzeichnungen der Profillinie und die dafür benötigte Rotationsachse werden von Archäologen unter zur Hilfenahme verschiedenster Werkzeuge, wie zum Beispiel dem Profilkamm, flexiblem Bleidraht oder Kreisschablonen erstellt. Diese traditionelle Methode der Dokumentation ist allerdings sehr zeitaufwendig und fehleranfällig. Daher wurde der Profilograph entwickelt, der mit manuellem, mechanischem Abtasten der Scherben die Profillinie zur Weiterverarbeitung an einen Computer übermittelt.

Da auch der Profilograph auf Grund der manuellen Arbeitsschritte keine schnellere Dokumentation ermöglicht, wurde ein automatisches System zur Aufnahme von Scherben und zur automatisierten Berechnung der Profillinie entwickelt. Die Erfassung wird mittels Lichtschnittverfahren (strukturiertes Licht) durchgeführt. Aus den Aufnahmen wird ein 3D-Modell erstellt, aus dem die Rotationsachse und somit die Profillinie von Scherben berechnet wird.

Durch ständige Experimente, Zusammenarbeit mit Archäologen und dem Vergleich mit traditionellen Methoden, wurde das automatische System weiterentwickelt. Diese Arbeit stellt eine neue Methode zur Bestimmung der Rotationsachse, basierend auf den traditionellen Methoden der Archäologen vor, welche eine genauere Berechnung der Profillinie ermöglicht. Weiters werden auch methodische Experimente zur Analyse der Geometrie von Keramiken gezeigt, welche Rückschlüsse auf antike Fertigungstechniken ermöglichen.

Das vorgestellte System wurde auf künstlichen und realen Daten getestet. Für die Experimente mit realen Daten wurde das System mittels Funden der archäologischen Ausgrabung in Tel Dor in Israel getestet und mit den traditionellen Handzeichnungen und dem Profilographen verglichen. Die Ergebnisse im Bezug auf dokumentierten Scherben pro Stunde und zur Präzision der verschiedenen Verfahren werden in diesem Dokument gezeigt. Abschließend werden künftige Erweiterungen vorgestellt.

Translation of abstract (English)

Tens of thousands of fragments of ceramics (called sherds for short) are found at every archaeological excavation site and have to be documented for further archaeological research. The traditional documentation is based on the profile line, which is the intersection of the sherd along the axis of symmetry in the direction of the rotational axis.

Traditionally this is done by experts by manually drawing the profile line, using different tools like a Profilkamm (profile comb), flexible wires, circle- templates, etc. to estimate the axis of rotation and the profile line. The traditional drawing is error prone and time consuming, therefore a semiautomatic method using a Profilograph was introduced to increase accuracy. Since the measurement is still manually, the time for drawing was not decreased.

We propose a fully automatic system for the estimation of the rotational axis and the profile line. For data-acquisition we are using acquisition methods based on the principle of structured light, which have also been compared in respect to accuracy and performance to traditional methods of documentation. Based on continuous experiments and comparisons we show a new method for estimation of the rotational axis and the profile line, which is inspired by traditional archaeological methods.

The methods shown in this thesis were tested on synthetic and real data. The experiments with real data were done at the archaeological excavation in Tel Dor in Israel. The results for estimation of the profile line and the comparison between the manual drawings, the Profilograph and the 3D- acquisition by structured light are shown in this thesis. Furthermore methodological experiments of geometrical surface analysis are shown, which demonstrate the possibility of estimation of ancient manufacturing techniques of ceramics. Finally an outlook towards detection of lines and analysis of painted ceramics is given.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Sablatnig, Prof. Dr. Robert
Publisher: Technische Universität Wien
Place of Publication: Wien
Date of thesis defense: 14. February 2006
Date Deposited: 02. Nov 2012 07:14
Date: 14. February 2006
Faculties / Institutes: Philosophische Fakultät > Institut für Ur. -u. Frühgeschichte und Vorderasiast. Archäologie
The Faculty of Mathematics and Computer Science > Department of Computer Science
Subjects: 004 Data processing Computer science
620 Engineering and allied operations
730 Plastic arts Sculpture
740 Drawing and decorative arts
930 History of ancient world
Controlled Keywords: Maschinelles Sehen, 3D-Scanner, Archäologie, Keramikherstellung, Achse <Mathematik>
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