Virtuell utgrävning
FOTOGRAMMETRI. På Åland tog arkeologerna ny teknik till hjälp för att dokumentera utgrävningen av en hallgård från yngre järnåldern. 3D-modeller blir ett allt viktigare redskap i fält. Projektledaren Kristin Ilves berättar om metoden.
Hallgården i Kvarnbo, norr om den medeltida Saltviks kyrka på Åland, är en fyndplats som har förändrat synen på ön. Det man trodde vara en satellit till Mellansverige har visat sig vara en plats i egen rätt. De varierade fynden från yngre järnålder pekar på långväga kontakter i öst, väst och syd. Det är dessutom den första hallgård som har påträffats i Finland.
Lämningen, som identifierades genom ett infrarött flygfoto taget på 1970-talet, är en överplöjd boplats. När man ska gräva ut en så komplicerad plats måste man vara oerhört försiktig. Därför valde vi att primärt använda digital fotogrammetri som dokumentationsmetod.
Bilder är centralt inom arkeologin; ritningar och fotografier är en viktig del av varje arkeologiskt projekt. En metod som snabbt fått en given plats i dagens arkeologi är fotogrammetrin. Metoden innebär att utgrävningsplatsen eller föremålet fotograferas från flera olika håll. Stillbilderna sätts sedan ihop till en tredimensionell bild i ett datorprogram. 3D-modellen kan förstoras, vändas och vridas i alla led och således användas för arkeologiska analyser, än så länge mest av små objekt. Den är också ett viktigt redskap för att visualisera resultaten och ger möjlighet att gå tillbaka till tidigare bortgrävda skikt av fornlämningen.
Kvarnbo hade studerats med flera olika fältmetoder – yt-och metalldetektorkartering, georadarmätning och provrutgrävning – innan en större sammanhängande yta banades av med hjälp av en maskin som försiktigt grävde undan matjorden ner till underliggande, ej plogpåverkad mark. Undersökningen gjordes sommaren 2016.
Den yta som hade öppnats uppgick till drygt 1 050 kvadratmeter. Inom den fanns – utöver plogspår och historiska diken – flera hundra indikationer på arkeologiska anläggningar: stolphål, gropar, mörkfärgningar och härdar. Men i stället för att mäta in indikationerna var för sig, som är den konventionella metoden i fält, förbereddes undersökningsområdet i Kvarnbo för en fotogrammetrisk dokumentation.
Första steget var att rensa hela undersökningsområdet manuellt och placera ut referenspunkter. Vi mätte noggrant in nio referenspunkter runt ytan som skulle fotograferas och ytterligare 200 jämnt utspridda inom ytan. Tack vare referenspunkterna kan 3D-modellerna kopplas till en digital karta. Med bilder som är geografiskt koordinerade kan arkeologer också göra fotografiska planer över utgrävningsområden och deras skiktföljder, den så kallade stratigrafin. Det är också möjligt att hämta mätningar direkt från 3D-modellen och importera data till andra datorprogram.
Nästa steg blev att flygfotografera området med drönare som tog 119 högupplösta fotografier. Syftet var först och främst att skapa en fotografisk översiktsplan som underlag inför undersökningarna av anläggningarna. Drönarbilderna bearbetades redan samma dag, och en 3D-modell skapades. Vi arkeologer är dock uppfostrade med att ha tvådimensionella planritningar i fält för att på dem kunna rita in det vi ser. Programmet för 3D-modellen möjliggör även tvådimensionell digitalisering av insamlade data. På en utskrift kunde sedan alla indikationer på anläggningar markeras för hand.
Den heltäckande 3D-modellen, som hade skapats utifrån drönarbilderna, kompletterades sedan med mindre modeller genererade utifrån bilder tagna på marken. Den
”3D-modellen kan förstoras, vändas och vridas i alla led”
avbanade ytan fotograferades i tolv delområden. Det togs omkring 300 stillbilder av varje delområde med generöst överlapp mellan områdena. Detta gav tolv modeller som koordinerades utifrån fasta referenspunkter utspridda i schaktet. Dessa modeller fungerar separat eller kan slås ihop till en. De kan också läggas som lager på den större 3D-modellen.
Därmed hade vi dokumenterat schaktet två gånger. Det var egentligen inte nödvändigt, men att skapa 3D-modeller över undersökningsområdet även från stillbilderna tagna på marken fungerade som en extra garanti för hög kvalitet på underlaget. Upplösningen är så hög att man kan se ett sandkorn och det är viktigt att det går att orientera sig på översiktsplanen. Man kunde också komplettera den redan skapade planmodellen allt eftersom det kom fram nya indikationer på anläggningar när området rensades och undersöktes noggrannare. Vädret utgör en av de största utmaningarna vid digital dokumentation av stora utgrävningsområden. Vi hade tur när vi dokumenterade undersökningsområdet i Kvarnbo, vilket i det här fallet innebar att det mestadels var mulet, men inte regn. Soligt eller mycket regnigt väder är väsentligt sämre när ett större utgrävningsområde ska dokumenteras som inte lätt kan skyddas, till exempel med tält. Direkt solljus ger ofta väldigt skarpa skuggor som kan bli problematiska när man strävar efter hög detaljnivå och i princip jobbar med att dokumentera färgskillnader i jorden. Och medan lite fukt i jorden är bra för att man ska kunna se dessa färgskillnader, förvandlar kraftigt regn de framrensade ytorna till en enda sörja.
Alla anläggningar och indikationer på anläggningar i Kvarnbo undersöktes och dokumenterades i 3D. Det finns många praktiska fördelar med fotogrammetrin.
Traditionellt ritas profilen av varje anläggning av för hand och först i ett senare skede digitaliseras ritningen. I Kvarnbo behövde de undersökta anläggningarna inte fotograferas en och en, utan gruppvis inom samma schaktområde. I och med detta behövde vi inte mäta in nya referenspunkter för varje anläggning, utan kunde sätta modellerna över anläggningsprofilerna i skala utifrån de redan befintliga och inmätta referenspunkterna inom ytan. Minst tre referenspunkter bedömdes vara tillräckligt, och det fungerade bra. Rent praktiskt innebar den gruppvisa dokumentationen att de närliggande anläggningarna i en och samma del av schaktet undersöktes samtidigt. Inte minst var detta viktigt för att de framtagna och rensade anläggningsprofilerna inte skulle behöva stå allt för länge innan de dokumenterades.
Att hålla ytorna rena för dokumentation är en av de viktigaste grundprinciperna vid utgrävningsarbete, oavsett dokumentationsmetod. Men jämfört med konventionella utgrävningar fokuserade vi i Kvarnbo extra mycket på att rensa och underhålla ytorna, eftersom det är avgöran- de vid fotograferingen för 3D-modeller med sin mycket hög detaljnivå. Alla modellerna togs fram i låg upplösning redan samma dag som fotograferingen gjordes, oftast ute i fält och innan undersökningen av anläggningen eventuellt fortsatte, för att säkerställa att ingenting hade gått fel eller förlorats vid den digitala dokumentationen. Men det är viktigt att poängtera att samtliga undersökta anläggningar också beskrevs i text.
Att komplettera den digitala dokumentationen med beskrivningar kan med fördel göras på en vanlig 2D-utskrift av modellen. Där kan man tydliggöra komplicerade och
tvetydiga lagerföljder, som till en del enbart går att skilja utifrån jordkonsistensen, eller markera olika element eller material i konstruktionen. Även om detta tillvägagångssätt tangerar den traditionella dokumentationsmetoden att rita för hand, ger trots allt 3D-modellen en möjlighet att återvända till och utforska fältsituationen som den verkligen var under utgrävningen.
Under undersökningarna i Kvarnbo gjordes en successiv digital dokumentation av utgrävningarna av flera större anläggningar, främst stenfodrade stolphål. En sådan strategi kan ytterligare förbättra chanserna att fånga in detaljer av det arkeologiska materialet och att återuppleva utgrävningsprocessen. Men det är också fördelaktigt eftersom det å ena sidan visualiserar, å andra sidan gör det möjligt att granska tolkningsresonemang.
När man jobbar med väldigt svaga spår av mänsklig aktivitet i det förflutna är det lätt att börja se det man vill se. Den digitala dokumentationen gör tolkningsprocessen mer genomskinlig och öppnar för eventuella omtolkningar. Det var ett av de viktigaste skälen till att metoden valdes för Kvarnboundersökningarna.
Vid nästan varje arkeologiskt fältprojekt står man inför frågan hur man ska uppnå en så noggrann dokumentation som möjligt inom den oftast begränsade tiden i fält. Hur mycket tid kan man investera i att dokumentera varje enskild anläggning? Frågan blir inte lättare av det faktum att fältdokumentationen många gånger är det enda som blir kvar efter arkeologiska utgrävningar, som oundvikligen är destruktiva. Det går inte att återbesöka de undersökta lämningarna. Om man använder fotogrammetrisk dokumentation vid utgrävningarna försvinner det problemet.
Metoden har många andra fördelar; den är enkel, relativt billig och snabb. I kombination med noggranna resultat som ger en precis digital bild av verkligheten är den ett effektivt sätt att dokumentera en utgrävning. En stor fördel är möjligheten att återvända till den tredimensionellt återskapade utgrävningen efter fältarbetet utan att de tolkningar finns med som oundvikligen uppstår i den traditionella fältdokumentationen med handritning och inmätning.
”Det går inte att besöka undersökta lämningar. Men nu försvinner det problemet.”