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Tecnologia geospaziale per gli scavi e il digital twin di Pompei

In questo articolo viene illustrato come le tecnologie geospaziali hanno permesso di migliorare i lavori e la documentazione degli scavi sul sito e la realizzazione di un digital twin di Pompei.

Per tutti gli archeologi l’antica città di Pompei nell’Italia meridionale, situata a meno di sei miglia a sud del Vesuvio, il famigerato vulcano che distrusse la città nel 79 d.C., ha suscitato molto interesse nel corso dei secoli. Tuttavia, alcune aree del sito Patrimonio mondiale dell’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’educazione, la scienza e la cultura (UNESCO) rimangono poco studiate e persino in gran parte inesplorate.

Attualmente, un team di ricercatori, guidato dal Dr. Allison Emmerson della Tulane University, sta esplorando l’Insula 14, un isolato nella parte sud-orientale della città che potrebbe rivelare nuove informazioni sulla prima esistenza di Pompei, su come la città si è sviluppata nel tempo, sulla sua economia e infrastrutture e sulla vita dei residenti.

Il progetto, chiamato Pompei I.14, include una serie di iniziative sui digital data che utilizza la tecnologia geospaziale per raccogliere, organizzare, analizzare, visualizzare e condividere in modo più efficiente e accurato i dati che vengono portati alla luce nel sito.

Le tecnologie di ArcGIS Survey123, ArcGIS Pro, ArcGIS Dashboards e web scene in ArcGIS Online stanno lavorando insieme per migliorare il processo decisionale quotidiano sul campo e diffondere i risultati del progetto più rapidamente che mai in formati accattivanti e di appeal per gli utenti ed i tecnici.

Questo modello 3D in scala e georeferenziato dell’Insula 14 è servito come riferimento spaziale per tutti i successivi modelli 3D realizzati dello scavo (figura sotto).

digital twin Pompei modello in scala

 

Digital twin Pompei: strumenti che trascendono i metodi tradizionali

La maggior parte degli archeologi ha familiarità con i vantaggi dell’utilizzo della tecnologia geospaziale per il proprio lavoro. La ricerca archeologica genera montagne di dati spaziali, metrici e osservativi che diventano ingombranti mentre gli archeologi cercano di dare un senso a tutto ciò. L’utilizzo del GIS per assistere nella raccolta, gestione e analisi dei dati può migliorare la pratica archeologica e rivelare modelli che facilitano una comprensione più profonda di come le persone vivevano nelle società passate e delle complessità della cultura umana.

L’obiettivo del team delle iniziative sui dati digitali, che è entrato a far parte di I.14 nell’ottobre 2021, era implementare un flusso di lavoro di raccolta dati ‘paperless‘ che collegasse facilmente dati descrittivi, fotografie e schizzi registrati in loco ai modelli 3D dettagliati e altamente accurati che il team stava progettando di produrre dell’area di studio. Esaminando diverse soluzioni software, è diventato chiaro che la tecnologia Esri forniva uno sportello unico per tutte le app che sarebbero state necessarie per il progetto.

I moduli ArcGIS Survey123 potrebbero essere utilizzati per registrare i dati in loco e implementare flussi di lavoro ‘paperless’. Tali dati potrebbero essere collegati a dashboard realizzati con ArcGIS Dashboards per tenere traccia dei progressi e favorire la collaborazione durante lo scavo.ArcGIS Pro eccelle nella gestione, analisi e visualizzazione di dati 2D e 3D.

Tutte e tre le soluzioni si collegano facilmente ad ArcGIS Online, dove il team delle iniziative sui dati digitali ha creato una scena web che consente ai partecipanti al progetto di rivisitare virtualmente il sito di scavo (per rivedere le fasi precedenti dello scavo, ad esempio) utilizzando strumenti digitali che trascendono i tradizionali metodi archeologici.

Il progetto Pompei I.14 prevede lo scavo di un blocco nella parte sud-orientale della città antica.

nuovi scavi a Pompei

Un processo paperless favorisce la flessibilità

In vista degli scavi dell’estate 2022 di I.14 a Pompei, i membri del team delle iniziative sui dati digitali hanno utilizzato Survey123 per progettare moduli di immissione dei dati digitali per vari aspetti del progetto. I moduli personalizzati funzionerebbero sui tablet Apple iPad Pro e i ricercatori li userebbero per registrare dati su unità stratigrafiche, strati discreti o caratteristiche nel suolo che si sviluppano attraverso processi naturali o attività umana; ciascuno dei manufatti trovati in essi, comprese piante antiche e ceramiche; e le caratteristiche architettoniche dell’Insula 14.

Il modulo unità stratigrafiche è stato il modulo principale utilizzato durante lo scavo perché il numero assegnato a ciascuna unità stratigrafica è diventato l’identificativo univoco a cui sono stati collegati altri dati. Ogni volta che veniva scavata una unità stratigrafica, i ricercatori completavano un modulo corrispondente che includeva tutti i dati raccolti per quella unità stratigrafica, come le proprietà del suolo, le descrizioni fisiche e le interpretazioni sul campo; dati metrici, che andavano dalle misure di elevazione ai conteggi dei frammenti ceramici rinvenuti; foto di scavi e disegni sul campo.

Anche altri moduli, come il modulo Finds per i manufatti e il modulo Pottery per le ceramiche, creavano record collegati a ciascuna unità stratigrafica utilizzando il numero unità stratigrafica. Ciò ha consentito al team di consultare non solo i dati raccolti in ciascuna unità stratigrafica, ma anche i dati relativi agli artefatti recuperati.

Durante lo scavo, i supervisori dello scavo hanno ricevuto tablet iPad Pro e penne stilo Apple Pencil per registrare i dati nelle loro aree archeologiche. L’app Survey123 è stata caricata sugli iPad e i moduli del progetto resi accessibili tramite l’app. Una volta che i supervisori hanno iniziato a scavare una unità stratigrafica, hanno aperto un nuovo modulo unità stratigrafica in Survey123 e hanno iniziato a registrare i propri dati. Hanno scattato foto delle loro unità stratigrafica utilizzando la fotocamera dell’iPad e creato schizzi di campi digitali in scala in un’altra app chiamata Concepts. Questi sono stati salvati come allegati nel modulo Survey123. Al termine di una unità stratigrafica, i supervisori dello scavo hanno salvato i propri moduli localmente sugli iPad e quindi, quando hanno avuto accesso al Wi-Fi o a una rete cellulare, li hanno inviati all’archiviazione cloud tramite ArcGIS Online. Poiché Survey123 raccoglie i dati sulla posizione, è stato facile collegare spazialmente i dati 3D alle note sul campo, alle immagini e agli schizzi dei ricercatori.

I ricercatori hanno utilizzato una dashboard interattiva per tenere traccia dei progressi durante lo scavo (foto sotto).dashboard per scavi Pompei

 

Il team delle iniziative sui dati digitali ha anche utilizzato Dashboards per creare una dashboard interattiva che i ricercatori di Pompei hanno utilizzato per tenere traccia dei progressi dello scavo. Prendendo i dati forniti dai moduli Survey123, la dashboard mostrava una mappa dello scavo, suddivideva i vari tipi di unità stratigrafica, conteggiava e descriveva tutti i reperti trovati e mostrava le foto delle unità stratigrafiche e dei reperti archeologici. La dashboard ha consentito ai ricercatori di controllare i propri dati mentre erano ancora sul campo, il che ha migliorato la qualità dei dati e ha aiutato a prendere le decisioni quotidiane necessarie per far procedere uno scavo senza intoppi.

Vedere lo scavo in un modo completamente nuovo

Un’altra responsabilità del team per le iniziative sui dati digitali era quella di documentare lo scavo I.14 in 3D. Il team si è affidato alla fotogrammetria Structure-from-motion (SfM) per fare questo, che dettaglia la generazione di modelli 3D da immagini 2D, come una serie di fotografie digitali. Questa tecnica può essere utilizzata per documentare lo spazio 3D con elevata precisione e sta guadagnando popolarità nei workflows archeologici.

Prima dello scavo, i membri del team hanno creato un modello 3D in scala e georeferenziato di Insula 14 che sarebbe servito come base a cui sarebbero stati allineati tutti i successivi modelli 3D. Il team ha posizionato con cura e in modo uniforme i punti di allineamento – piccoli punti di vernice rosa altamente visibile – in tutti gli spazi interni in cui avrebbe avuto luogo lo scavo. Barre di scala calibrate con obiettivi codificati sono state inoltre collocate in tutto il sito per fungere da punti di controllo interni.

Una volta posizionati tutti i punti di allineamento, il team ha scattato foto dell’insula utilizzando sia la fotografia terrestre che quella aerea. I punti di controllo a terra (Ground Control Poins – GCP) sono stati registrati utilizzando una stazione totale e ricevitori GPS cinematici in tempo reale (Real-Time Kinematics – RTK) ad alta precisione con una precisione di circa 2 centimetri. I GCP sono stati utilizzati per georeferenziare il modello di base finale.

I modelli 3D fotorealistici delle aree scavate sono stati collegati spazialmente a ciascuna unità stratigrafica (SU). (Foto sotto).

modello 3d fotorealistico Pompei

All’inizio dello scavo, ai responsabili delle tre squadre che stavano lavorando contemporaneamente in sette aree archeologiche dell’Insula 14 è stato detto di identificare i momenti che richiedevano la documentazione 3D. Un membro del team per le iniziative sui dati digitali avrebbe quindi fotografato lo scavo in quella fase, assicurandosi che tutti i punti di allineamento disponibili fossero catturati nelle immagini per facilitare l’allineamento con il modello di base.

Pochi istanti dopo, il team avrebbe elaborato le immagini nel laboratorio sul campo utilizzando un flusso di lavoro Structure-from-motion (SfM) standard in Agisoft Metashape Professional per creare un digital twin dello scavo in quel momento. Alla fine, ogni scavo che ha avuto luogo nell’Insula 14 ha avuto una serie di modelli corrispondenti che hanno mostrato la progressione dello scavo nel tempo. E i modelli contenevano le informazioni geospaziali, morfologiche e visive per ogni unità stratigrafica.

Quando i modelli 3D fotorealistici di ogni area scavata erano pronti, il team delle iniziative sui dati digitali li ha importati in ArcGIS Pro in una scena locale. I dati che i ricercatori hanno registrato utilizzando Survey123 sono stati quindi collegati spazialmente a ciascuna unità stratigrafica, come documentato nel modello 3D. Ciò è stato ottenuto utilizzando lo strumento “Move to” in ArcGIS Pro per riposizionare i punti associati a ciascun record alle coordinate x, y e z di ciascuna posizione unità stratigrafica. Infine, tutto questo è stato trasferito in una scena web interattiva in ArcGIS Online.

Nella scena web (che i ricercatori intendono rendere pubblicamente disponibile una volta pubblicate le loro scoperte), gli spettatori possono esplorare virtualmente il sito di scavo utilizzando strumenti che misurano e sezionano i modelli 3D. Ciò consente loro di vedere tutti i dati e le note raccolte sul campo ed esplorare le relazioni stratigrafiche in un modo completamente nuovo.

Una scena web in ArcGIS Online ha permesso agli archeologi di rivisitare le fasi precedenti dello scavo. (Foto sotto).

web scene 3d Pompei digital twin

I vantaggi dell’efficienza e della precisione

Sebbene i metodi tradizionali di documentazione archeologica siano ancora utili, i ricercatori di I.14 hanno sperimentato una miriade di vantaggi facendo affidamento sulla tecnologia geospaziale a Pompei.

Con Survey123 che consente agli archeologi di digitalizzare istantaneamente le loro note sul campo e altri documenti, il team ha risparmiato le ore normalmente necessarie per digitalizzare i dati. Questo workflow privo di supporti cartacei ha inoltre consentito a tutti coloro che lavoravano al progetto di condividere ampiamente la propria documentazione, con un team distribuito in diversi stati e paesi, e ha ridotto la perdita di dati che in genere deriva da errori di digitalizzazione, cattiva calligrafia e note accidentalmente scartate o danneggiate.

La possibilità di utilizzare una dashboard per monitorare lo scavo quasi in tempo reale ha anche migliorato il processo decisionale sul campo e ha mantenuto le cose in efficienza.

La disponibilità rapida di tutta la documentazione, comprese foto e disegni, in modelli 3D digital twin Pompei in scala e in una scena Web di ArcGIS Online ha consentito ai ricercatori di diffondere i risultati del progetto a tutti, dagli studenti e dagli utenti GIS non esperti, alle parti interessate del progetto e al pubblico. Questi record facilmente accessibili hanno anche iniziato a facilitare discussioni utili sui metodi di documentazione culturale digitale e 3D in archeologia.

Il progetto I.14 ha chiarito che l’utilizzo di metodi basati su GIS per la documentazione sul campo in archeologia è fattibile e vantaggioso. Il team non vede l’ora di affinare i suoi processi e le sue tecniche nei futuri scavi nel sito.

Articolo Originale di Dr. Alex Elvis Badillo e Dr. Stephen P. Aldrich

Il dr. Alex Elvis Badillo è assistente professore di antropologia presso il Dipartimento di Terra e Sistemi Ambientali alla Indiana State University. È un archeologo antropologo e uno specialista nell’applicazione delle nuove tecnologie alla pratica archeologica.

Il dr. Stephen P. Aldrich è professore di geografia presso il Dipartimento di sistemi terrestri e ambientali dell’Indiana State University. Il suo lavoro sul GIS e sul telerilevamento si concentra sulla comprensione della relazione tra gli esseri umani e l’ambiente, specialmente quando si tratta di driver del cambiamento del paesaggio.

(Fonte: esri.com)

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