Genom 3D-modeller kan vraket Gribshunden utanför Ronneby studeras i detalj. Modellerna kan analyseras och jämföras med andra arkeologiska fynd i databaser. Bild: Darklab

3D fördjupar arkeologin

Snart kan arkeologiska lämningar hittas med AI och fynd analyseras i detalj redan i fält. F&F:s Mats Karlsson har besökt Darklab vid Lunds universitet.

Iförd VR-glasögon och med handen kring en stor joystick vandrar Giacomo Landeschi omkring i en färgglad romersk villa i Pompeji, full av konst målad på väggarna. Han spelar inte dataspel, även om hårdvaran är densamma.

Experimentet på Digitala arkeologiska laboratoriet, Darklab, vid Lunds universitet fick global uppmärksamhet våren 2022. Det var ett av de första försöken att mäta och analysera var en virtuell besökare fäste sin uppmärksamhet i en forntida byggnad som rekonstruerats digitalt.

Det forskarna vill undersöka med hjälp av 3D-modeller var hur bildspråket i den antika villan användes för att föra fram budskap som avspeglade husägarens identitet: rikedom och makt.

Giacomo Landeschi är docent vid Darklab.
Bild: Lunds universitet

– Metoden vi tog fram kan föras över till andra sammanhang, till exempel för att analysera en medeltida kyrkas sociala dimensioner, säger Giacomo Landeschi, som är docent vid Darklab.

Doktoranden Danilo Marco var också med och skrev studien, som genomfördes i samarbete med universitetets Humanistlaboratorium.

3D-Modeller av byggnader i virtuell verklighet, VR, är en av många tekniker som Darklab utvecklar för att bättre kunna tolka hur de uppfattades på sin tid.

VR-rundvandringen i den antika villan i Pompeji visade hur rummen upplevdes, bland annat att en del målningar krävde att man gick nära dem eller syntes bara delvis och skulle locka besökare att gå åt det hållet. Det fanns även erotiska motiv som bara syntes under visst dagsljus.

Kombinerar VR med 3D

I det här sättet att utvinna ny arkeologisk kunskap kombineras VR-tekniken, där du kan vandra omkring i en digital 3D-miljö, med eye tracking, som är ett sätt att följa ögonrörelser som används inom bland annat hjärnforskning och psykologi.

Planen är att även kunna utveckla teknik för att träda in i en byggnad virtuellt samtidigt som dess lämningar grävs ut på fältet.

På ytan liknar 3D-modellerna de som kan beskådas på storbildsskärmar i museer, på interaktiva hemsidor eller i virtual reality. Men Darklab skräddarsyr 3D-teknik för att inte bara se, utan även analysera, arkeologiska fynd.

Bild: Johan Jarnestad

Utgrävning bevaras i 3D

Grunden är 3D-modeller av allt från småföremål som smycken till byggnader som huset i Pompeji eller exempelvis Lunds domkyrka. Labbet bygger modeller av skeppsvrak eller hela grävplatser, som kan vridas och vändas, zoomas och belysas.

När 3D-modellerna kombineras med bilder och filmer av lämningar, geografisk information, analysresultat, rapporter och länkar till databaser med bilder eller 3D-modeller av fynd, formas nya arkeologiska verktyg. I dag görs den mesta analysen först efter det att utgrävningarna avslutats och grävytorna åter täckts med jord.

Se mer i utgrävningarna

– Våra modeller ska ge forskare möjlighet att studera och tolka platser och enskilda fynd i detalj, redan vid utgrävningen. Vi vill kunna identifiera arkeologisk information som vi inte uppfattar med dagens teknik. Då kommer vi också att kunna ställa nya forskningsfrågor, säger Darklabs chef, docent Nicoló Dell’Unto.

Nicoló Dell’Unto är docent och chef på Darklab.
Bild: Lunds universitet

För inte länge sedan dokumenterades grävytor med blyertsskisser på millimeterpapper. Bilder togs med kamera och positioner mättes in med analoga lantmätarinstrument. På ett årtionde har de flesta verktyg digitaliserats – och utvecklingen rusar vidare i hög fart.

3D-tekniken kommer även att göra analys­arbetet efter grävningar enklare. När grävytor och fynd skannats in kan man med 3D-modellerna gå tillbaka in i utgrävningen, långt efter det att gräv­ytan fyllts igen, förklarar Paola Derudas, doktorand i ett projekt där man tar fram sätt att sammanställa tvärvetenskapliga data från utgrävningar.

– Även om du inte kan känna på föremålen kan du se färgerna. Modellerna gör det möjligt för forskarna att ställa nya frågor om fyndens ursprung, form och funktion, säger hon.

Faktum är att hela utgrävningsprocessen återskapas. Ett av Darklabs projekt rör Västra Vång, en järnåldersmiljö i Blekinge. Där samlade forskarna tre grävsäsonger i en modell. Det gjorde det möjligt att se sådant som inte noterades på plats – exempelvis hur fynd som hittades olika år låg i förhållande till varandra.

Visades i realtid

Senaste säsongen var första gången som forskarna byggde en 3D-modell av en hel grävyta och delade den på nätet i realtid under en grävning. Andra forskare kunde alltså omedelbart ta del av och arbeta med materialet i 3D.

Domenica Dininno och Luisa Ammirati fotograferar föremål från en utgrävning för att bygga avancerade 3D-modeller av dem.
Bild: Mats Karlsson

– Det är ett helt nytt sätt att dokumentera en grävning. Vi skapar en interaktiv grävrapport med webblänkar till föremål, texter och annat material i andra samlingar. På 20 minuter tog vi bilder av grävytan, och sedan gjorde vi modellerna med en bärbar dator. Vid dagens slut hade vi samlat alla data och byggt modeller som visas i format som är lätta att komma åt via surfplattor och mobiltelefoner, säger Paola Derudas.

Material från en utgrävning kan även kopplas till data från andra forskningsfält, där exempelvis kemister och geologer bidrar med analyser. Det tvärvetenskapliga arbetssätt som växt fram inom arkeologin under 2000-talet kan på så sätt vidareutvecklas när data och analyser enkelt nås digitalt via ett gemensamt format.

Undersöker vrak

Under vattnet är 3D-tekniken än mer värdefull. Att undersöka vrak eller stenåldersbyar på bottnen nedanför den nuvarande strandlinjen kräver god sikt. Men när marinarkeologer börjar gräva – genom att suga upp bottenslam med stora ”dammsugare” – grumlas sikten av dy. Därför tar de först högupplösta foton som sätts ihop till 3D-bilder med så kallad fotogrammetri.

En utgrävning där Darklab vidareutvecklar tekniken är vid vraket Gribshunden, den danske kung Hans skepp som sjönk 1495 utanför Ronneby i Blekinge.

Tidigare gjorde arkeologer 2D-mosaiker av foton, eftersom datorkraften inte räckte till för att visa dem i 3D. Det har blivit möjligt först de senaste åren, berättar projektledaren Brendan Foley.

– Vi går nu några steg längre, där vi kan göra exakta mätningar i modellerna. Vi gör modeller av alla föremål för att kunna foga in dem på sina rätta platser och rekonstruera skeppet som det såg ut. Vi har också 3D-printat föremål för att bygga en ”lego­modell” av skeppet.

3D-skanning kan även användas för att analysera föremål som skulle gå sönder vid hantering. Exempelvis hittades en klump ömtåliga silvermynt som bara kunde identifieras med skanning.

Med 3D-teknik kan arkeologer också söka lämningar med hjälp av laserinmätning från drönare. Så kallad lidarteknik liknar radar men bygger på laserljus och används redan av lantmäteriet för att från flygplan se markstrukturer som döljs av skog.

– Med lantmäteriets mätningar får bilderna en upplösning på 4 pixlar per kvadratmeter i bästa fall. Strukturer på under en meter kan inte urskiljas. Med vår drönare fick vi en upplösning på 4,4 pixlar per kvadratcentimeter! berättar Nicoló Dell’Unto om vårens försök, det första i sitt slag.

Planen är att analysera drönarbilder med maskin­inlärning, där ett AI-system lär sig känna igen markformationer som kan tyda på fornlämningar.

F&F Evenemang:

En kväll om livet efter digitaliseringen

En tankeväckande och lärorik kväll med teknikhistorikern Nina Wormbs, sociologen Malin Åkerström, filosofen Hans Ruin och litteraturvetaren Jesper Olsson. 25 januari på Playhouse Teater i Stockholm.

Läs mer och boka

– Det är inte möjligt för människor att undersöka stora ytor, utan där behöver vi i dag algoritmer som matas med resultat från manuella analyser. Vi väljer ut bilder som är lovande, går ut i skogen och anger för algoritmen om bilderna visade lämningar eller ej.

Mikroskanning av fynd

Nästa steg är att tränga in i fyndens minsta beståndsdelar. Ett forskningsspår som fortfarande är i sin linda är att mikroskanna föremål med så kallat synkrotronljus i anläggningen MAX IV, som byggs vid Lunds universitet. I den koncentreras ljus extremt mycket och fungerar som högeffektiv röntgen.

På så sätt kan man framställa 3D-bilder ner på molekylnivå. Forskare vid Darklab har testat tekniken på svenska fynd, men i en liknande anläggning i Italien. Där går det att se finstruktur i ben, metall eller keramik som ger nya insikter i hur föremål tillverkats. Man kan se kemiska beståndsdelar som matrester i kärl och små färgpigment på föremål.

Skiktröntgen, som används inom vården för att söka exempelvis tumörer, kommer sannolikt att bli ett annat sätt att gå på djupet med fynd, när allt fler digitala, högupplösta och tredimensionella analysverktyg ställs till arkeologernas förfogande.

Men dit är det längre väg att gå. Det är ett stort steg som nu tas – att direkt i fält kunna samla all den information som genereras i en arkeologisk grävning och analysera den på plats eller jämföra med fynd som gjorts tidigare. Ju fler slutsatser arkeologerna kan dra i fält, desto mer kan de få ut av den alltför ofta korta grävtiden.

3D-modeller arkeologernas nya grundmaterial

Det gäller att vara stadig på handen, förklarar forskaren Domenica Dininno, som är ansvarig för skanning i ett projekt där föremål ur arkeologiska samlingar överförs till 3D-modeller.

Med något som liknar ett strykjärn skannar hon ett vikingatida dräktspänne, en fibula, lagt på en roterbar platta. Med 4–5 skanningar i olika vinklar med blått ljus får hon delar som fogas ihop till en enhet med hjälp av referenspunkter som linjeras med varandra.

– En modell av en stenåldersyxa kan byggas på ett par timmar, men metallföremål är svårare på grund av reflektioner. De kräver fler skanningar och mycket efterbearbetning. Svårast är små tunna välvda föremål, som den här fibulan, säger hon.

Resultatet blir en modell i ett virtuellt nät, liknande stommen av hönsnät för en figur i papier maché. Nätet förses med en yta precis som hönsnätet kläs med papper doppat i lim.

Domenica Dininno skannar föremål som sedan ska överföras till 3D-modeller.
Bild: Mats Karlsson

Modellerna kan betraktas med eller utan färger och fintextur, vilket kan hjälpa forskare att se olika strukturer. Föremål kan vridas fritt och belysas med olika ljus, och man kan skära tvärsnitt och zooma in.

3D-grafiken är ett resultat av skanning kombinerad med fotogrammetri, där lämningar fotograferas med vanlig kamera och fogas ihop till 3D-bilder som kan vridas fritt och studeras. Men de har tidigare inte länkats digitalt till andra samlingar, vilket görs med Darklabs system.

Systemet gör det möjligt att skapa egna virtuella samlingar som kan delas med forskare världen över. Genom att koppla 3D-bilderna till mätdata, geografiska data och analyser kan de jämföras med 3D-bilder var som helst, en funktion vars värde blev mycket påtagligt av pandemin.

Med de nya 3D-metoderna kan modeller i olika storleksordningar tas fram. Det är allt från föremål på några centimeter till en hel grävplats ovan eller under vattnet, till och med hela byggnader som ett hus i Pompeji eller Lunds domkyrka. För de största skalorna används fortfarande fotogrammetri som grund, medan mindre enbart skannas.

En annan beståndsdel är geografiska informationssystem, GIS, som använts sedan 1990-talet för att koppla fynd till geografiska positioner. Men att jämföra fynd från flera platser med varandra är svårt då de ofta måste sökas i olika databaser.

Just nu byggs en infrastruktur i SweDigArch, som leds av Uppsala universitet. Projektets mål är att skapa ett gemensamt format där arkeo­logiska föremål i olika samlingar och resultat av analyser kan nås av forskare och intresserad allmänhet via ett digitalt kartotek över lämningar, grävplatser, föremål, mätdata och analyser. Via de länkade databaserna finns materialet bara några knapptryck bort.

Prenumerera på Forskning & Framsteg!

10 nummer om året och dagliga nyheter på webben med vetenskapligt grundad kunskap.

Beställ idag

Upptäck F&F:s arkiv!

Se alla utgåvor