Leitung

Prof. Dr. Johanna Fabricius, Institut für Klassische Archäologie der Freien Universität Berlin

 

Verantwortliche Koordination des Projektteils

Prof. Hans-Christian Hege, Abteilungsleiter Visualisierung und Datenanalyse ZIB

Prof. Dipl.-Ing. Dominik Lengyel, Lehrstuhl für Darstellungslehre der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus

 

Kooperationen

Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB). Prof. Hans-Christian Hege (Abteilungsleiter Visualisierung und Datenanalyse), Mitarbeiter: Dr. Steffen Prohaska,  Dipl.-Inf. Malte Clasen, Dipl.-Inf. Olufemi Rosanwo (†), Dipl.-Inf. Marco Klindt.

Lehrstuhl für Darstellungslehre der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus. Prof. Dipl.-Ing. Dominik Lengyel, Dipl.-Ing. Catherine Toulouse.

Lenné3D GmbH. Dipl.-Ing. Philip Paar (Geschäftsführer bis 2009), Dipl.-Ing. Jochen Mülder (Geschäftsführer seit 2010), Dipl.-Biol. Agnes Kirchoff (Botanikerin).

  

Forschungsstand

In der computergrafischen Forschung wurden in den letzten beiden Jahrzehnten Techniken zur virtuellen architektonischen, städtebaulichen und landschaftlichen Rekonstruktion entwickelt. Kern dieser Techniken bilden Verfahren zur Modellierung und Repräsentation von komplexen geometrischen Szenen (inklusive der optischen Eigenschaften darin auftretender Materialien) sowie zur schnellen Berechnung von realitätsnahen Bildern. Die Szenen können in Echtzeit dargestellt werden, so dass Betrachter sich interaktiv durch diese bewegen können, wodurch die virtuellen Räume erlebbar werden. Die Technologie lässt sich auch nutzen, um Skulpturen im rekonstruierten antiken Kontext darzustellen – sofern über deren Aufstellungsort und Kontext ausreichend detaillierte Informationen vorliegen. 

Während die Altertumswissenschaften traditionell eher abstrahierende Darstellungen von Terrain und Architektur nutzen, die ihre ästhetische Wirkung vor allem aus dem Zusammenspiel von räumlicher Form, Oberflächentextur und Beleuchtung beziehen, entwickelte sich in jüngerer Zeit teilweise ein gegenläufiger Trend: Darstellungen, die eine integralere Sicht der Raumwahrnehmung ermöglichen rücken in das wissenschaftliche Interesse. Neben den genannten raumbildenden Faktoren versucht man unter anderem, Geofaktoren wie Boden, Vegetation und Klima zu berücksichtigen. Die Interessen von Wissenschaftlern treffen hier mit denen von Museumspädagogen und Museumsbesuchern zusammen: Auch diese wünschen oft realitätsnähere Darstellungen, die neben der abstrahierenden Architektur z.B. auch die Vegetation einschließen oder die das Stadt- und Landschaftsbild unter realistischen, aus meteorologischen Bedingungen resultierenden Lichtverhältnissen zeigen.

Eine Berücksichtigung dieser integralen Art der Raumwahrnehmung ist auch das Ziel der modernen Städte- und Landschaftsplanung, die versucht, ökonomischen, ökologischen und ästhetischen Anforderungen zugleich Rechnung zu tragen. Die Ästhetik ergibt sich hier nicht nur aus der Stadt- und Gebäudearchitektur sondern auch aus der Vegetation im Zusammenspiel mit realistischen Lichtverhältnissen. Entsprechende computergrafische Werkzeuge für die Landschafts- und Stadtplanung wurden im letzten Jahrzehnt in der informatischen Forschung entwickelt. Der Transfer in praktische Anwendungen findet derzeit statt. 

Eine besondere Herausforderung besteht in einer ästhetisch ansprechenden und inhaltlich eindeutigen Visualisierung von Wissenslücken („Unschärfen“) bei der computergrafischen Rekonstruktion weitgehend verloren gegangener architektonischer Monumente. Besonders intensiv hat sich der Lehrstuhl für Darstellungslehre der BTU Cottbus den theoretischen Fragen der visuellen Vermittlung von Hypothesen gewidmet, wobei hier vor allem auf die Gestaltungsmittel der geometrischen Abstraktion mit Hilfe von Architekturmodellen zurückgegriffen wird, die sich ihn ihrer Graustufen-Ästhetik an Gipsmodellen orientieren. Laien können so anhand des Detaillierungsgrades des Architekturmodells erkennen, welche Erkenntnisse auf gesicherten archäologischen Befunden fußen und wo diese von wissenschaftlichen Hypothesen abzusetzen sind.

 

Ziele

Ziel dieses Projektteils war es, moderne computergrafische Techniken zur städtebaulichen, landschaftlichen und architektonischen Rekonstruktion sowie zu deren interaktiven Darstellung für die Archäologie nutzbar zu machen – insbesondere für die Vermittlung von archäologischen und kulturgeschichtlichen Zusammenhängen in Museen. Dazu wurden Forschungs- und Entwicklungsverträge zwischen der FU und dem Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB) sowie der BTU Cottbus abgeschlossen.

Konkretes Ziel war die Rekontextualisierung der pergamenischen Skulpturen im städtischen Raum unter Einbeziehung ihres architektonischen und naturräumlichen Umfelds. Dabei sollte nicht nur die Architektur der Stadt, sondern ein Teil der umgebenden Landschaft einschließlich der antiken Flora gezeigt werden. Hauptziel sollte eine verständlichere Darstellung komplexer kulturgeschichtlicher Zusammenhänge sein.

Auf Basis geographischer, städtebaulicher, architektonischer und vegetationskundlicher Rekonstruktionen des Burgbergs von Pergamon und der umliegenden Landschaft sollte ein computergrafisches Modell erstellt werden. Die architektonische und geographisch-städtebauliche Rekonstruktion wurde vom Lehrstuhl für Darstellungslehre der TU Cottbus (unter Leitung von Prof. Dipl.-Ing. Dominik Lengyel) und der Abteilung Istanbul des DAI (Eric Laufer und Verena Stappmanns, unter Leitung von Prof. Dr. Felix Pirson) in Kooperation mit Geodäten der TU Karlsruhe (unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ulrike Klein) auf Basis von Archivmaterialien und neuesten vermessungskundlichen Ergebnissen durchgeführt.

Auch die vegetationskundlichen Rekonstruktionen sollten auf archäologisch gesicherter Grundlage realisiert werden. Dazu wurden von der Abteilung Istanbul des DAI in Elaia, der Hafenstadt des antiken Pergamon, Grabungen durchgeführt und in Zusammenarbeit mit einer Archäobotanikerin (Dr. rer. nat. Maria Knipping, Univ. Hohenheim) Ergebnisse aus Pollenanalysen zur Verfügung gestellt. Aus diesen Informationen und anderen archäologischen Hinweisen, wie Pflanzgruben, verkohlten Samen und Früchten oder Ackerfurchen, sollte die Flora in und um Elaia und damit im Umland Pergamons für die Blütezeit Elaias während der letzten vier vorchristlichen Jahrhunderte rekonstruiert werden. Darauf aufbauend sollte die Firma Lenné3D GmbH (ein Spin-Off des ZIB und Nutzer der Software Biosphere3D) einen ausgewählten Satz von Arten diverser Einzelpflanzen geometrisch modellieren und mit Hilfe einer Botanikerin (Dipl. Biol. Agnes Kirchoff, FU Berlin, Botanischer Garten und Botanisches Museum) realistische räumliche Vegetationsverteilungen erstellen. 

Aufgabe des ZIB war es, alle diese Informationen, d.h. Terrain, Bebauung, Architektur sowie die aus sehr vielen Pflanzenmodellen bestehende Vegetationsverteilungen in ein computergrafisches Modell zu integrieren und Möglichkeiten zu schaffen, dieses interaktiv zu rendern. Das Rendering-System sollte auf Biosphere3D aufbauen, einer Public-Domain-Software, die am ZIB für die moderne Landschaftsplanung entwickelt wurde. Der vom Projekt finanzierte Mitarbeiter des ZIB (anfangs: Dipl.-Inf. Olufemi Rosanwo, nach dessen frühzeitigen Tod: Dipl.-Inf. Marco Klindt) sollte die notwendigen spezifischen Weiterentwicklungen in Biosphere3D (neue Datenformate, neue Interaktionstechniken, Museumstauglichkeit) durchführen. In einem begleitenden, vom ZIB zu 100% finanzierten Projekt sollte ein Informatiker (Dipl.-Inf. Malte Clasen) die Rendering-Technologie gezielt weiterentwickeln, um die (insbesondere durch die Berücksichtigung von Vegetation) geometrisch hochkomplexen Szenen in Echtzeit zu rendern.

 

Ergebnisse

Die Software Biosphere3D zur interaktiven Darstellung von Terrain, Vegetation und Architektur wurde weiterentwickelt: unter anderem wurden Module zum Einlesen von Dreiecksnetzen (in denen das Terrain repräsentiert ist) und NURBS-Modellen im Rhino3D-Format (in denen die rekonstruierten Gebäude gegeben sind) entwickelt, beides inklusive Echtzeit-Vorschau. Weiterhin wurden Mechanismen für einen reibungslosen Austausch von Geometriedaten zwischen ZIB und BTU Cottbus etabliert. 

Die kulturpolitische Situation in der Türkei und die Tatsache, dass die Pergamongrabung 2010 keine Grabungserlaubnis erhalten hatte, erzwangen eine wesentliche Umorientierung hinsichtlich der vegetationskundlichen Rekonstruktion der Landschaft um Pergamon. Aktuelle Forschungen, zu denen auch die Erhebung archäobotanischer Daten in Elaia gehörte, konnten aus diesem Grund nicht Gegenstand der Ausstellung sein. Es wurde daher entschieden, dass sich die Ausstellung auf eine Darstellung der Grabungen unter Leitung der Berliner Museen (1878 bis 1886) und die Forschungen, die vor allem in Berlin an den damals erworbenen Funden betrieben wurden, konzentriert. Den Ergebnissen des „Berliner Skulpturennetzwerks“ sollte in diesem Zusammenhang selbstverständlich höchste Priorität zukommen. Ohne die Daten aus Elaia konnte jedoch keine wissenschaftlich abgesicherte Landschaftsrekonstruktion durchgeführt werden. Diese wurde durch eine interaktive iPad-Anwendung ("iCon.text") ersetzt, welche Museumsbesuchern ausgewählte Skulpturen (Exponate der großen Pergamonausstellung) in ihrem räumlichen Kontext zeigt.

  

„iCon.text“ – Plattform zur interaktiven Präsentation

Für die große Pergamonausstellung „Pergamon – Panorama der antiken Metropole“ wurde das interaktive System „iCon.text“ am ZIB entwickelt. Als Plattform wurde wegen der erwiesenen Robustheit und der hochentwickelten verfügbaren Interaktionstechniken das iPad von Apple gewählt.

Die Anwendung präsentiert Kontexte über verschiedene, sich ergänzende und interaktiv explorierbare Ansichten. Als zentrale Metapher wurde die Postkarte gewählt, um eine selbsterklärende Nutzung zu ermöglichen. Die Zuordnung der Inhalte erfolgt über eine Abbildung des Exponates auf der Vorderseite der „Postkarte“. Die Einordnung in den antiken architektonischen Zusammenhang und die Fundumstände werden auf mehreren Rückseiten in Kombination von Text und Bild (aktuelle und historische Fotos der Exponate und Fundsituationen, Skizzen, Tagebucheinträge sowie hypothesenbasierte Darstellungen aus einem neuen Rekonstruktionsmodell) präsentiert

Der Zugriff auf die „Postkarten“ erfolgt über sechs verschiedene Ansichten, von denen drei den direkten Zugriff auf die Exponate ermöglichen und die restlichen eine Verortung über Kontexte bieten. Der erste Zugang stellt die Karten als Fotostapel in einer spielerischen Umgebung dar, in der die Karten nach ihrem physischen Vorbild mit bis zu zehn Fingern gleichzeitig hin- und hergeschoben werden können. Diese Ansicht stellt die Anfangskonfiguration dar und bietet Besuchern einen intuitiven Einstieg. Die zweite Ansicht präsentiert alle Karten in einem übersichtlichen Gitter, das mit Fingergesten als Ganzes verschiebbar und in der Größe veränderbar ist. Die dritte Ansicht ordnet die Karten in kontextuelle Kategorien ein, entsprechend der Zugehörigkeit des Exponats zu architektonischen Baukomplexen.

Die erste der kontextuellen Verortungsansichten präsentiert dem Besucher eine computergrafisch erstellte Übersicht des oberen pergamenischen Burgberges und erlaubt es auf einer zweiten Ebene, die Exponate in der Rekonstruktion wiederzufinden. Die zweite der Ansichten zeigt die Exponate an ihrem Standort in der Ausstellung (Grundriss des Pergamonmuseums) und ermöglicht den Zugriff über den heutigen Raum. Die letzte Ansicht zeigt ein um 360 Grad drehbares Bild des Panoramas von Y. Asisi, in dem die Ausstellungsstücke direkt lokalisiert sind. Der Benutzer kann von seinem Standpunkt aus in eine Fotografie überblenden, die den Zustand des Burgberges im heutigen Bergama darstellt und die Grundlage zur Erstellung des Panoramabildes bildete. Dies ermöglicht es, auf intuitiv erfahrbare und ästhetisch ansprechende Weise die große Leistung der Archäologie hinsichtlich der Rekonstruktion antiker Kontexte nachzuvollziehen.

Auf die Rückseiten der „Postkarten“ wurden zu den Einzelstücken vielfältige Zusatzinformationen ergänzt, so zum Beispiel Aufzeichnungen aus den Tagebüchern der Ausgräber zur Fundsituation, alte und neue Pläne, Fotografien vom heutigen Erscheinungsbild der Ausgrabungsstätte, die Landschaftsrekonstruktionen von Lenné3D mit typisch mediterraner Vegetation (Ölbäume, Weinstöcke, Pinien etc.) am Abhang nördlich des Theaters und am Horizont, Ansichten aus der von der BTU Cottbus gestalteten 3D-Rekonstruktion von Pergamon, die auch die Kontextualisierung von Statuen visualisieren sowie 3D-Scans von ausgewählten Statuen, die interaktiv bewegt werden können.

Alle Texte der Anwendung wurden in die englische Sprache übersetzt, so dass die Anwendung durchgängig zweisprachig ist. Das Design wurde in enger Abstimmung mit den Kooperationspartnern, dem Team der für die Ausstellungsgestaltung zuständigen asisi GmbH und einem externen Screendesigner (Jens Gerstenecker) entwickelt, damit es sich in die gestalterische Ästhetik der Ausstellung einfügt. 

Der Mehrwert einer derartigen interaktiven Anwendung im musealen Ausstellungsraum wurde durch Aufzeichnen von Benutzerereignissen in der Anwendung selbst, durch Benutzerbeobachtungen und durch Befragungen von Benutzern quantitativ und qualitativ evaluiert. Die Anwendung wurde von mindestens einem Achtel der Besucher benutzt. Die durchschnittliche Nutzungsdauer betrug etwa sieben Minuten; die Mehrzahl der Besucher benutzte die Anwendung in Gruppen von zwei oder mehr Personen. Die durchgeführten Benutzerbefragungen ergaben, dass 90% der Befragten die Anwendung als eine sinnvolle Erweiterung der Ausstellung betrachteten. Obwohl etwa 40% der Befragten keinerlei vorherige iPad- oder Tablet-Erfahrung hatten, gaben 99% an, sie sei leicht oder sehr leicht zu benutzen. Es zeigte sich ferner, dass die meisten Besucherinnen und Besucher die Panoramaansicht als Einstieg wählten, gefolgt vom „Kartenstapel“. Durch Aufzeichnungen der Benutzungsereignisse auf dem berührungsempfindlichen Screen des iPad konnte schließlich auch durch sog. Tap-Maps die Verständlichkeit der Menüführung und Vorlieben der Benutzer für bestimmte Themen, Bilder oder Motive evaluiert werden.

Da die Besucher der Pergamonausstellung das Konzept der Bedienungsoberfläche und den Zugriff auf die Kontexte der Exponate sehr gut angenommen hatten, wurde die Plattform derart modifiziert, dass Inhalte und Navigationsansichten ohne Programmieraufwand für andere Ausstellungen angepasst werden können. Auch die grafische Gestaltung kann den Vorgaben eines Kurators oder zukünftigen Ausstellungsgestalters folgend sehr frei angepasst werden.

Mit der am ZIB entwickelten interaktiven Darstellungsplattform „iCon.text“ wurde ein innovatives Medium entwickelt, das dem interessierten Laien auf intuitiv-spielerische und ästhetisch ansprechende Weise neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu den antiken Skulpturen aus Pergamon vermittelt und die wissenschaftliche Arbeitsweise von Archäologinnen und Archäologen nachvollziehbar macht.

 

Filmerstellung: 3D-Modell von Pergamon

Die 3D-Visualisierung der Architektur von Pergamon wurde durch den Lehrstuhl für Darstellungslehre (Prof. Dominik Lengyel und Catherine Toulouse) der BTU Cottbus erstellt und durch den Exzellenzcluster TOPOI größtenteils finanziert. Das Berliner Skulpturennetzwerk beteiligte sich durch die Finanzierung der zwei wissenschaftlichen Hilfskraftstellen am DAI Istanbul (Projektteil D1). Die Animation mit den Perspektiven aus dem 3D-Modell wurden mit dem kommerziellen Programm Rhinoceros erstellt und mit dem kommerziellen Programm Maxwell Render gerendert. 

Aus dem FuE-Vertrag mit dem Lehrstuhl Darstellungslehre der Universität Cottbus (BTU) über die Entwicklung einer Darstellungsmethode für die Integration von Skulpturen in den Kontext antiker Architektur sind 24 pergamenische Skulpturen dreidimensional erfasst und virtuell in der vom DAI Istanbul und der BTU Cottbus rekonstruierten Architektur rekontextualisiert worden. Dazu wurde der Structured-Light-3D-Scanner (Modell PT-M) mit der Software QTSculptor von Polymetric benutzt, der sich sowohl für die schnelle Erfassung von großen als auch für das detaillierte Scannen von kleinen Objekten eignet. Durch die Dreidimensionalität der virtuellen Skulpturen konnten Beleuchtung und Blickwinkel nach den Hypothesen der Rekontextualisierung definiert und evaluiert werden, so dass auf diese Weise eine wissenschaftliche visuelle Auseinandersetzung mit der Rekontextualisierung möglich wurde. Exemplarisch wurden Skulpturen darüber hinaus virtuell in ihre ursprünglichen Bestandteile zerlegt sowie im Rahmen von „iCon.text“ interaktiv dargestellt.

 

Publikationen (Auswahl)

Clasen, Malte – Prohaska, Steffen, Image-Error-Based Level of Detail for Landscape Visualization, in: Koch, Reinhard – Kolb, Andreas – Rezk-Salama, Christof (Hrsg.), Proceedings of the 15th Vision, Modelling, and Visualization Workshop Siegen (Goslar 2010) 267–274.

Clasen, Malte – Paar, Philip – Prohaska, Steffen, Level of Detail for Trees Using Clustered Ellipsoids, ZIB Report 11-41, 2011, ISSN 1438-0064 urn:nbn:de:0297-zib-14251.

Klindt, Marco – Baum, Daniel – Prohaska, Steffen – Hege, Hans-Christian, iCon.text – a customizable iPad app for kiosk applications in museum exhibitions, in: Proceedings EVA-Conference Berlin Elektronische Medien & Kunst, Kultur, Historie, (Berlin 2012) 150–155.

M. Klindt – D. Baum – S. Prohaska – H.-C. Hege. Conveying Archaeological Contexts to Museum Visitors: Case Study Pergamon Exhibition, in: Short Paper Proc. 13th International Symposium on Virtual Reality Archaeology and Cultural Heritage – VAST 2012, Brighton UK (Brighton 2012) 25–28.

Klindt, Marco – Baum, Daniel – Prohaska, Steffen – Hege, Hans-Christian, iCon.text – a customizable iPad app for kiosk applications in museum exhibitions, ZIB-Report 13-07, 2013, ISSN 1438-0064, urn:nbn:de:0297-zib-17731.

Lengyel, Dominik – Toulouse, Catherine, Ein Stadtmodell von Pergamon. Unschärfe als Methode für Darstellung und Rekonstruktion antiker Architektur, in: Petersen, Lars – von den Hoff, Ralf (Hrsg.), Skulpturen in Pergamon. Gymnasion, Heiligtum, Palast. Ausstellungskatalog Freiburg i.Br. (Bönen/Westf.: Kettler 2011) 23–26. 

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Teilprojekte des Berliner Skulpturennetzwerks

Projektteil A: Erschließung der griechischen, etruskischen und römischen Skulpturen in der Antikensammlung der Staatlichen Museen zu Berlin (Koordination: SMB)

Projektteil B: Erschließung der Gipsabgüsse in der Abguss-Sammlung Antiker Plastik der Freien Universität Berlin, der Antikensammlung der Staatlichen Museen zu Berlin und dem Winckelmann-Institut der Humboldt-Universität zu Berlin in Zusammenarbeit mit der Gipsformerei der Staatlichen Museen zu Berlin (Koordination: FU)

Projektteil C: Entwicklung eines semantischen Kontextbrowsers (Koordination: FU)

Projektteil D: Entwicklung neuer Präsentationskonzepte – wissenschaftliche 3D-Visualisierung von Pergamon

Projektteil D1: Forschungen zur Kontextualisierung der Statuen aus Pergamon, zur Rekonstruktion der Architektur von Pergamon und der Landschaft des pergamenischen Umlands (Koordination: SMB)

Projektteil D2: Entwicklung der wissenschaftlichen 3D-Visualisierung von Pergamon (Koordination: FU

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