Seit dem Frühjahr 2013 setzt das Landesamt für Denkmalpflege im Regierungspräsidium Stuttgart neben verschiedenen terrestrischen Scanverfahren zwei neue Techniken zur dreidimensionalen Dokumentation von Bau-, Kunst- und Bodendenkmalen ein:
1. Das Structure From Motion-Verfahren (SFM) zur 3D-Dokumentation von Funden und Befunden auf Basis konventioneller Digitalfotografie und
2. die Low Altitude Aerial Photography (LAAP) mittels eines Unmanned Aerial Vehicle (UAV) zur Dokumentation von Ausgrabungsflächen und topographischen Situationen.
In Verbindung mit bereits bestehenden 3D-Vermessungsdaten beispielsweise aus LiDAR-Geländescans wird durch die Kombination von SFM mit der LAAP eine nahezu lückenlose 3D-Dokumentation vom Einzelfund über komplexe Befundsituationen und gesamten Grabungsschnitten bis hin zur topographischen Gesamtsituation ermöglicht. Die Ergebnisse bieten sowohl hinsichtlich der Qualität, als auch in Blick auf Hardware-, Software- und Personaleinsatz gegenüber den bisherigen Verfahren ein enormes Potenzial für alle Formen der Darstellung und Auswertung.
Anhand der ausgewählter Fallbeispiele, wie z. B. der 3D-Dokumentation der Ausgrabungssituation auf dem Gipfelplateau der Limburg bei Weilheim unter Teck, Kr. Esslingen, einem sich über das Albvorland erhebenden Vulkanschlot mit Resten der gleichnamigen mittelalterlichen Burg, werden die eingesetzten Techniken und die erzielten Ergebnisse vorgestellt. Das Potenzial der Verfahren zur 3D-Dokumentation wird genauso erläutert, wie auch dabei auftretende Probleme und Grenzen der Verfahren.
Zum Einsatz kam das Multirotorsystem der Firma HiSystems des Typs OktoXL mit Funkstrecke zur Livebildübertragung sowie GPS-Navigationsunterstützung, mit einer handelsüblichen Kompaktkamera des Typs CANON G12 mit 10 Megapixeln Auflösung. Zur Berechnung der 3D-Rohdaten wurden die beiden SFM-Anwendungen VisualSFM (ChangChang Wu) und PhotoScan (Agisoft) verwendet und auf ihre etwaigen Vor- und Nachteile hin überprüft.
Bei der Weiterverarbeitung (Georeferenzierung, Oberflächenvermaschung, DOM, Orthofotomosaike, Kartierung, Rendering, Animationen) der 3D-Rohdaten wurde teils auf die Möglichkeiten von PhotoScan und VisualSFM, teils aber auch auf weitere Anwendungen, wie MeshLab, Blender, Global Mapper und ArcGIS zurückgegriffen.
Komplexität prähistorischer Gesellschaften erkennen können. Künftig gilt es die Methoden und Modelle zu systematisieren und durch die gezielte Kombination die wesentlichen Facetten komplexer Strukturen abzubilden.

Computergestützte Methoden der digitalen Archäologie ermöglichen seit den letzten Jahren mit steigenden Rechnerleistungen eine automatisierte Verarbeitung und Auswertung von Grabungsdaten im großen Umfang. Grundvoraussetzung hierfür ist jedoch, dass diese auch digital vorliegen bzw. erhoben werden. Seit dem Beginn der Nutzung von digitalen Theodoliten Ende der 80er, Anfang der 90er Jahre findet die Digitalisierung der während der Grabung freigelegten Informationen bereits vor Ort statt, was mittlerweile Standard der Grabungsdokumentation ist. Die so erhaltenen Datensätze dienen als Quelle für die EDV-basierte Weiterverarbeitung mit Applikationen wie CAD, GIS, Bildbearbeitung etc.
Ältere Grabungsdokumentationen dagegen, wie sie zahlreich in den Archiven der archäologischen Institutionen vorliegen, konservieren eine große Menge forschungsrelevanter Daten in analoger Papierform und sind somit nicht direkt für digitale Anwendungen nutzbar. Wenn überhaupt analoge Daten von Altgrabungen im Rahmen einer Retrodigitalisierung den Weg in ein digitales Archiv finden, dann meist nur in Form von einfachen Scans. Eine Extraktion der im Rahmen der zeichnerischen Dokumentation aufgenommenen Daten, wie Nivellementpunkte, Befundgrenzen und Befunde oder auch verwaltungstechnische Informationen des Dokumentenkopfs, findet jedoch meist nicht statt.
An diesem Punkt setzt das im Rahmen meiner Magisterarbeit entwickelte Projekt “Pantora” an. Die Grundidee war, ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, das auf nahezu intuitive Weise innerhalb kurzer Zeit erlaubt, aus Scans der Grabungszeichnungen, die auf Millimeterpapier vorliegen, ein dreidimensionales, digitales Modell zu erstellen. Hierzu sind pro Planum- oder Profilzeichnung lediglich nur zwei bekannte, eindeutig räumlich verortbare Passpunkte eines lokalen Koordinatensystems der Grabung ausreichend. Des Weiteren sollen die dabei aufgenommenen Informationen extrahiert und für die Weiterverarbeitung durch verschiedene Softwarelösungen in offen spezifischen und interoperablen Dateiformaten bereit gestellt werden können.
Bisher wurde die in C++ geschriebene Software in den Status eines “proof of concept” gebracht, was einem Prototyp entspricht, der zuerst die Herangehensweise verdeutlicht. Den Ausgangspunkt der Arbeit sind unbearbeitete Scans der Grabungszeichnungen in Form von Bilddateien (TIF, JPG, etc.). Importiert in “Pantora” lassen sich die Zeichnungen ausschneiden und mit den benötigten Passpunkten versehen. Die virtuelle Darstellung des Modells wird durch ein OpenGL Framework realisiert. Neben rudimentärer Funktionen zur Verbesserung der Darstellung, wie das Abschneiden irrelevanter Bereiche, bietet der Zeichnungseditor die Möglichkeit, Befundgrenzen nachzuzeichnen, die im SVG-Vektorgrafikformat zusätzlich zur eigentlichen Bilddatei gespeichert werden, was einen bedeutenden Informationsgewinn darstellt. Über die angegebenen Passpunkte lassen sich die Vektorinformationen im dreidimensionalen Raum verankern bzw. referenzieren.
Perspektiven der künftigen Entwicklung des Programms “Pantora” sind das Zusammenfassen von Befundgrenzen (auf einzelnen Zeichenblättern) zu zusammenhängenden Befunden sowie die Generierung dieser digitalen Informationen in DXF- und/oder X3D-Dateien, um so die Weiternutzung in CAD- oder GIS-Programmen zu ermöglichen. Im weiteren Verlauf künftiger Entwicklungen sollte ergänzend dazu auch die softwaretechnische Umsetzung der Extraktion von weiteren auf den Zeichnungen verfügbaren Informationen zielgerichtet angegangen werden.

Castle3D (Computer aided system for labeling archeological excavations in 3D) ist ein System, das es Archäologen ermöglicht, fortlaufend Ausgrabungen mit einem 3D-Scanner zu überwachen und zu erfassen. Bei archäologischen Arbeiten werden horizontale und vertikale Schnitte durch den Boden angefertigt und fortlaufend Befunde aufgenommen. Castle3D automatisiert die Dokumentation, so dass aufwändige Arbeiten auf Millimeterpapier vermieden werden. Stattdessen werden mit einem 3D-Laserscanner kontinuierlich die freigelegten Schichten und Objekte präzise und dreidimensional erfasst. Die anfallenden Daten werden noch vor Ort ausgewertet. Dazu ist es notwendig, die Semantik der Ausgrabung vollständig zu erfassen, d.h. Befunde müssen in den Daten (teil-)automatisch markiert und Interpretationen mit Hilfe von Bezeichnungen, Beziehungen und Kontextinformationen ergänzt werden. Durch eine clevere Kombination von Methoden aus den Bereichen terrestrisches Laserscanning und Photogrammetrie, sowie Verfahren der 3D-Bildverarbeitung und künstlichen Intelligenz beschleunigt unser System die notwendigen Arbeiten vor Ort erheblich, was in der gewerblichen Archäologie zu Kostenersparnissen bei steigender Qualität führt. Die vor-Ort-Digitalisierung erlaubt außerdem die schnellere Nachbearbeitung der gewonnenen Daten.
Hintergrund: Die bis in die späten 1990er Jahre übliche und bewährte Form der Dokumentation archäologischer Befunde war die maßstäbliche und meist in einem lokalen Netz verortete händische Zeichnung auf Millimeterpapier, die im Nachhinein mit Nivellements versehen, koloriert und über Befundnummern mit einem ausführlichen Katalog in Verbindung stand. Fotografien ergänzten die zeichnerische Dokumentationder Befunde. Jede während der Ausgrabung sich ergebende Änderung wurde auf diese Weise akribisch erfasst. Ziel war, die Befunde im Nachhinein – nach Beendigung der Ausgrabung während der Auswertung – so genau wie möglich dreidimensional beschreiben zu können, um ihre zeitliche Abfolge und funktionale Zuordnung zu rekonstruieren. Daraus lassen sich Erkenntnisse über frühere kulturelle, religiöse, handwerkliche, soziale oder alltägliche Lebensprozesse sowohl kleinräumlich als auch überregional gewinnen.
In den letzten 10 Jahren fanden verstärkt technische Hilfsmittel Einsatz, um einerseits eine höhere Genauigkeit zu erzielen und andererseits den Prozess der Dokumentation vor dem Hintergrund wirtschaftlicher Zwänge erheblich zu beschleunigen. Dabei entstanden große Datenmengen, die u.U. in der nachfolgenden Phase nicht mehr prozessiert werden konnten. Aufgrund dieses automatischen Prozesses – unabhängig vom wertenden Urteil des Archäologen oder sogar ohne dessen Beteiligung – kam es in Einzelfällen während der Auswertung zu der Erkenntnis, dass Einzelbereiche der Ausgrabung fehlten, Teile der dokumentierten Befunde unvollständig waren oder ein Zugriff auf die Daten technisch nicht möglich war.
Seit einigen Jahren werden 3D-Laserscanner in der Archäologie eingesetzt. Dabei werden von ausgewählten Ausgrabungsstätten 3D-Scans gemacht, die jedoch oft nur als Schnappschuss bzw. als as-built Dokumentation und Referenz dienen. Der kontinuierlicher Einsatz von 3D-Scannern gibt es bisher nicht, da die anfallenden Datenmengen zu groß sind, beispielsweise erfasst der Z+F IMAGER 5010 bis zu 1.016 Millionen, der Faro Focus3D bis zu 976.000 und ein Riegl VZ-400 bis zu 125.000 3D-Punkte. Ein typischer 3D-Scan hat demnach etwa die Größe von einem halben GigaByte. Werden nun fortlaufend, d.h. mit jeder neuen Ausgrabungsschicht, 3D-Scans angefertigt, entsteht eine unvorstellbar große Datenmenge. Daher ist die erste wissenschaftlich/technische Herausforderung, diese Daten effizient zu speichern. Des Weiteren erscheint es unmöglich, die gewonnenen Daten nachträglich aufzubereiten, um Schlüsse daraus zu ziehen. Mit der Software Castle3D erforschen wir, in wie weit die Daten vor Ort ausgewertet werden können. Die größte wissenschaftliche Herausforderung besteht jedoch im Erzeugen semantischer Beschreibungen. Mit Castle3D lassen sich diese Beschreibungen vor Ort hinzufügen und automatisch in die Datenbank Adiuvabit übernehmen. Mit Hilfe der erzeugten Semantik sind wir in der Lage, automatisch Zusammenhänge herzustellen. Die Konsistenz der Beschriftungen lässt sich ebenfalls automatisch prüfen.

Im Rahmen baugeschichtlich-archäologischer Forschungsprojekte werden unter Beteiligung unterschiedlicher Fachdisziplinen zumeist große Datenmengen produziert und zusammengetragen. In den Altertumswissenschaften fehlen bisher jedoch adäquate Lösungen für eine einheitliche und projektunabhängige Dokumentation, Bereitstellung und Archivierung digitaler Forschungsdaten, so dass häufig fach-, projekt- oder institutionsspezifische Dokumentationssysteme individuell erstellt und eingesetzt werden. Trotz inhaltlicher Überschneidungen lassen sich diese Lösungen oftmals nicht auf andere Projekte übertragen. Dies führt einerseits dazu, dass in neuen Forschungsprojekten regelmäßig ein hoher Aufwand für die Bereitstellung entsprechender Werkzeuge eingeplant werden muss. Andererseits erschwert die Vielzahl projektspezifischer Lösungen den Austausch und die langfristige Bereitstellung digitaler Forschungsdaten.
In einem von der DFG geförderten Forschungsprojekt unter Beteiligung des Deutschen Archäologischen Instituts, der BTU Cottbus und der Fakultät Geoinformation der HTW Dresden wird derzeit ein web-basiertes Dokumentationssystem entwickelt, das sich leicht an die Bedürfnisse unterschiedlicher Projekte mit ihren individuellen wissenschaftlichen Konzepten, Methoden und Fragestellungen anpassen lässt. Kern des Systems ist ein generisches Datenmodell, mit dem eine breite Palette von Themen und Methoden der archäologischen Arbeit abgebildet werden kann. Durch die Bereitstellung einer abgestimmten Menge initialer Themen und Attribute soll eine übergreifende Analyse von Forschungsdaten möglich sein. Die Entwicklung erweiterter Such- und Retrieval-Funktionen soll die Verarbeitung und Handhabung von großen heterogenen Datensätzen erheblich vereinfachen. Um einen hohen Grad an Interoperabilität mit bestehenden externen Daten, Systemen und Anwendungen zu erreichen, werden standardisierte Schnittstellen eingebunden. Die Analyse räumlicher Daten erfolgt durch die Integration von web-basierten GIS-Funktionen. Als Erweiterung dazu werden angepasste Funktionen zur Speicherung, Verarbeitung und Bereitstellung von 3D-Geodaten entwickelt.
Da Ausgrabungen (und in begrenztem Umfang auch Prospektionsmaßnahmen) die originale Überlieferungssituation zerstören und daher nicht wiederholt werden können, ist das System als zentrale Komponente in einem Arbeitsprozess zu verstehen, der eine umfassende und langfristige Dokumentation von Primärdaten sicherstellt. OpenInfRA soll über die Infrastruktur des DAI bzw. eines Kompetenzzentrums als virtuelle Forschungsumgebung interessierten Forschern frei zur Verfügung gestellt werden. Erfahrungen und Wünsche von Nutzern sowie projektspezifische Erweiterungen und Korrekturen sollen in das System zurückfließen, um dieses sukzessive inhaltlich auszubauen und zu verbessern. Gleichzeitig sollen Infrastrukturen geschaffen werden, die einen langfristigen Betrieb und eine stetige Weiterentwicklung und Anpassung des Systems sicherstellen.

Die genaue Erfassung, Dokumentation und Auswertung von organischen Materialien auf archäologischen Objekten liegt erst seit wenigen Jahrzehnten im Blickfeld von Restauratoren und Archäologen. Durch Korrosionsprozesse erhalten gebliebene pflanzliche und tierische Fasern, Textilien, Leder, Horn, Holz, Knochen etc. können vielfältige Informationen zu Trachtgebrauch und Handwerk liefern. Durch eine schnelle Fundbergung in gipsummantelten Blöcken und das anschließende Lagern der Funde in einer Tiefgefrierzelle ist die Organik in vielen Fällen noch in einem guten Zustand. Oft haben sich bis in den mikroskopischen Bereich Stratigrafien und Schichtverläufe erhalten. Diese Befunde müssen schnell und nachvollziehbar dokumentiert werden, da ab der Öffnung der weitere Abbau der Organik beginnt und sie auch durch die Entnahme der Objekte nicht immer erhalten werden kann. Wurde bis vor kurzem die Dokumentation der unterschiedlichen Materialien und Befunde noch zeichnerisch, beispielsweise durch Einmessen mit Fixpunkten oder durch Abfahren der Konturen mit Laserstift durchgeführt, so werden seit einigen Jahren digitale Fotografien am Rechner bearbeitet. Die Auswertung der Fundmassen, die bei Ausgrabungen anfallen, ist generell sehr zeitintensiv und eine vergleichende archäologische Bearbeitung von organischen Befunden oft schwierig, da die Dokumentation nicht standardisiert ist. Um die Kartierung wirtschaftlicher und wissenschaftlich vergleichbarer zu gestalten, wurde am Landesamt für Denkmalpflege Tübingen in Kooperation mit der fokus GmbH Leipzig eine Standardvorlage für Kartierungen von organischen Resten für das Programm metigo® MAP entwickelt. Verschiedene Materialien, Erhaltungszustände und Befunde werden mit Farbflächen unterschiedlicher Intensität, Schraffuren und Linien gekennzeichnet. Diese Vorlage kann bei jedem neuen Objekt geladen und gleich verwendet werden; ohne großen Aufwand ist es möglich, Legenden zu erstellen sowie Fotos maßstabsgerecht zu skalieren und zu entzerren. Dies erlaubt eine schnelle, vergleichbare und effiziente Dokumentation, welche auch durch zukünftige Bearbeiter ohne große Einarbeitung und Abweichung angewendet werden kann. Zudem vereinfachen maßstabsgerechte Fotos und Kartierungen die Skalierung bei Veröffentlichungen. Beispielhaft dargestellt wird die Kartierung mit metigo® MAP anhand des Gräberfeldes von Ulm-Böfingen. Dabei handelt es sich um einen alamannischen Reihengräberfriedhof mit rund 60 Bestattungen, die größtenteils gestört sind; dennoch ist der Erhaltungszustand organischer Materialien besonders gut.

Ende des neunzehnten Jahrhunderts bereist der Orientalist Julius Euting mehrmals den Vorderen Orient, um sich der Erforschung und Aufzeichnung vorislamischer Denkmäler und Inschriften zu widmen. In seinen Tagebüchern finden sich zahllose Beschreibungen, Skizzen, Aquarelle und Karten der von ihm besuchten Orte und Monumente. Sämtliche handschriftlichen Aufzeichnungen Eutings befinden sich in der Tübinger Universitätsbibliothek und wurden anlässlich seines einhundertsten Todestages 2013 digitalisiert und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt.
Ziel des hier skizzierten Projektes des Tübinger eScience-Centers ist es, sämtliche Quellen und Objekte über einen gemeinsamen Einstieg digital erfahrbar zu machen und somit einen Beitrag zur Forschungsgeschichte der Archäologie zu leisten.
Als technische Basis dient das an der Universität von Virginia entwickelte „Neatline“, welches ein komplexes Content-Management-System zur Verwaltung und Anzeige von Texten, Karten und Bildern aus geisteswissenschaftlichen Kontexten darstellt. Dem Nutzer ist es so möglich, parallel zum handschriftlichen und zum transkribierten Text, den Weg Eutings auf der Karte zu visualisieren. Als Kartenmaterial stehen neben den herkömmlichen Kartendiensten wie Google-Maps auch historisches Kartenmaterial sowie die georeferenzierten Karten aus den Tagebüchern zur Verfügung. So lassen sich neben der Reiseroute auch die topographischen Veränderungen der letzten 150 Jahre anschaulich aufzeigen.
Sowohl mit Text als auch mit den räumlichen Informationen sind die Zeichnungen der von Euting beschriebenen archäologischen Monumente und Inschriften verbunden. Diese werden durch aktuelle Fotografien und Literaturangaben ergänzt.
Neben dem Zugang über Texte und Karten lässt sich die Reiseroute Eutings datumsgenau über einen Zeitstrahl verfolgen. Somit stehen drei unterschiedliche Zugriffsmöglichkeiten auf die Tagebücher des Orientalisten zur Verfügung.
Das Projekt zeigt exemplarisch, dass komplexe Webumgebungen eine ausgezeichnete Möglichkeit darstellen, Wissen und Informationen aus unterschiedlichsten Quellen und Fachdisziplinen von der Archäologie bis zur Geographie ohne Medienbrüche zusammenzuführen und zu visualisieren.

Die Vermittlung archäologischer Forschungsergebnisse insbesondere an Laien stellt spezielle Anforderungen an das eingesetzte Medium. Die Abbildung diachroner Prozesse erfordert spezielle Techniken und Methoden, um die stark divergierenden Maßstäbe auf regionaler und urbaner Ebene sowie in den einzelnen Grabungsschnitten darzustellen. Durch den vermehrten Einsatz geographischer Informationssysteme auf archäologischen (Feld)-Projekten und die gleichzeitig verbesserte Verfügbarkeit von (freien) Geodaten bieten sich zugleich auch ganz neue Möglichkeiten für die Visualisierung archäologischer Zusammenhänge.
Das als virtueller Globus konzipierte Google Earth hat sich im Laufe der letzten Jahren von einem „Atlasersatz“ zu einem „poor-man‘s GIS“ entwickelt. Es stellt seinen Nutzern die wesentlichen Vektor-Datentypen wie Punkte, Linien und Polygone zur Verfügung und ermöglicht zugleich die Integration von Rasterdaten als sogenannte „Bild-Overlays“. Zwar kann es mit keiner analytischen Funktionalität aufwarten, jedoch ermöglicht es gerade durch die Einbeziehung der hochauflösenden Satellitenbilddaten eine gute visuelle Interpretation und eignet sich damit hervorragend auch zur archäologischen Wissensvermittlung. So lassen sich auch heterogene Datenquellen und -dichten abbilden. Die Implementierung einer „timeline“ direkt in Google Earth erlaubt es, verschiedene Stadien der Entwicklung von Landschaften, Stätten oder sogar einzelnen Gebäuden darzustellen.
Im Gegensatz zu anderen Medien, die meist eine lineare Handlungs- und damit Erzählstruktur bedingen, lädt Google Earth den Nutzer zum eigenen „virtuellen Bereisen“, Erkunden und Entdecken geradezu ein. Dadurch eignet es sich zwar zum einen für Anwender mit unterschiedlichen Informationsbedürfnissen und -erwartungen, stellt aber zugleich auch hohe Anforderungen an die Autoren der angebotenen Inhalte, die ein solches Herumstöbern der Nutzer antizipieren müssen.
Anhand des Fallbeispiels des Ebenen Kilikiens befasst sich eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe der Universität Bern mit den Herausforderungen und dem Nutzen von virtuellen Globen als Visualisierungstool für archäologische Landschaften. Die Universität Bern betreibt in dieser Region seit 2005 in Zusammenarbeit mit der Istanbul Üniversitesi und der Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Surveys (Magarsos, Uzunoğlan Tepesi) und Grabungsprojekte (Sirkeli Höyük). Somit besteht eine dichte Datenbasis für einzelne Schlüsselorte aus verschiedenen Epochen dieser antiken Kulturlandschaft, welche in einen weiträumigen Kontext integriert werden muss, um ein Verständnis der historischen Prozesse innerhalb dieser Siedlungskammer zu ermöglichen. Dieses Ziel wird durch die integrative Nutzung verschiedener Informationsquellen erreicht: So stehen auf regionaler Ebene Pläne und Karten sowie Placemark-Sammlungen für verschiedene Epochen zur Verfügung, die jeweils mit weiterführenden Informationen zu den einzelnen Stätten verknüpft sind. Für Orte mit Forschungsprojekten der Universität Bern sind darüber hinaus weitere Informationsboxen mit Photographien, begleitenden Texten und Literaturhinweisen abrufbar. Außerdem wurden Detailpläne der Siedlungen, aber auch Ausschnitte historischer CORONA-Satellitenbilder der Keyhole-Mission sowie ergänzende 3D-Modelle ausgewählter Gebäude integriert.
Der Beitrag zeigt exemplarisch den Nutzen, aber auch die Perspektiven und Grenzen von Google Earth als Visualisierungstool archäologischer Landschaften auf. Er diskutiert dabei eingehend die verschiedenen Fragen der Präsentation diachroner Zustände und vermittelt den Zuhörern einen Eindruck der Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten zur Präsentation eigener Projektergebnisse.

Das Ziel des Heidelberger Akademien Projektes The Role of Culture in Early Expansions of Humans (ROCEEH) ist es, die Expansionswege der frühen Hominiden aus Afrika in einen räumlichen, kulturellen und biologischen Kontext zu untersuchen.
Das ROCEEH Projekt verwaltet dazu vielfältige Daten und Parameter, u.a. aus den Bereichen Geologie, Geomorphologie, Paläontologie, Paläoanthropologie und Archäologie. Die Daten liegen als Tabellen, Texte, Bilder, Vektor- und Rasterdateien vor. Um diese Menge an unterschiedlichen Formaten in einem System unterzubringen, wurde daher unter dem Namen “ROCEEH Out-of-Africa Database”, kurz ROAD ein geo-relationales Informationssystem entwickelt und implementiert.
Ein besonderer Schwerpunkt von ROAD ist die räumliche Darstellung von unterschiedlichen archäologischen und paläontologischen Informationen im geographischen Kontext. ROAD ermöglicht die Speicherung räumlichen Daten, deren Verarbeitung und Visualisierung. Darüber hinaus bietet ROAD Forschern einen einfachen Einstieg in die komplexe Datenstruktur an. Weiterhin basiert ROAD auf Open-Source Standards um möglichst kompatibel zu anderen Systemen zu sein und um deren Schnittstellen nutzen zu können.
Für die räumlichen Analysen und Visualisierung von ROAD-Daten wurde PostGIS 2.0 installiert. Die Browser-basierte Plattform des OpenLayers bietet dabei den vollen Zugriff auf ROAD. Es können statische, wie auch interaktive Karten, Zeitreihen und reine Graphiken visualisiert werden. Die Nutzer werden bei der Navigation durch die diversen Inhalte mit Hilfe von kleinen Texten mittels einer anschaulichen Darstellung intuitiv und interaktiv unterstützt, zusätzlich können sie jederzeit auf weitergehende Hilfe in Form des ROAD Wikis zurückgreifen.
Die Möglichkeit. Daten in einfachen, intuitiven Arbeitsschritten zu analysieren und die Analyseergebnisse anschließend zu visualisieren, erhöht die Akzeptanz eines Datenbanksystems und trägt zu einer weitreichenden Nutzung unterschiedlicher Anwender bei.

In den meisten Fällen verbleiben archäologische Fundstücke und Objekte im Herkunftsland. Daher erfahren 3D-Modelle archäologische Fundstücke und Objekte durch die Analyse und Visualisierung in effizienten web-basierten Datenbanken eine zunehmende Bedeutung. Da die typischen 3D-Aufnahmetechnologien für archäologische Fundstücke und Objekte wie z.B. terrestrisches Laserscanning oder Streifenprojektionssysteme noch sehr teuer, oft unhandlich, umständlich bzw. unflexibel und meistens mit Expertenwissen verbunden sind, stellen kamera-basierte Systeme heute eine kostengünstige, einfache und flexible Alternative dar. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie mithilfe von digitalen Bilddaten und frei verfügbarer bzw. kostengünstiger Software oder Webservices die Geometrie und Textur archäologischer Fundstücke automatisch generiert werden kann. Ein Vergleich von so erstellten virtuellen Objekten mit Referenzdaten von Streifenprojektionssystemen für unterschiedliche Fallbeispiele aus Äthiopien und Katar demonstriert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieses Ansatzes.

In dieser Arbeit wird gezeigt, wie mithilfe der OpenSource-Software „Blender“ eine virtuelle 3D-Rekonstruktion als Interpretation einer Ausgrabung erstellt werden kann. Die Rekonstruktion wird anhand einer Darstellung von drei Kirchen an einem Standort in Schinna (Niedersachsen) aus jeweils unterschiedlichen Perioden (13., 15. und 16. Jahrhundert) illustriert, die in einem Projekt am ArchäoBioCenter der Ludwig Maximilians Universität München (bei der IT-Gruppe der Tierärztlichen Fakultät) umgesetzt wurde. Ein digitales Video dieser Rekonstruktion war 2013 ein wesentlicher Bestandteil einer Ausstellung im Ägyptischen Museum in der Residenz in München (“Vom kleinen Teil zum großen Ganzen”). In dieser Ausstellung wurde die transdisziplinäre Arbeit junger Wissenschaftler des ArchäoBioCenters der Ludwig Maximilians Universität in München gezeigt. Die 3D-Rekonstruktion steht dabei exemplarisch für eine Zusammenarbeit der Archäologie mit der Informatik.
In diesem Vortrag beleuchten wir diese Kooperation zwischen Informatik und Archäologie. Wir zeigen beispielhaft potenzielle Probleme und den Nutzen dieser Zusammenarbeit auf, indem wir den Weg von der Grabung zur virtuellen 3D-Rekonstruktion skizzieren und erklären, welche der ursprünglichen Projektziele erreicht bzw. nicht umgesetzt werden konnten.
Die verschiedenen Arbeitsschritte werden erläutert, beginnend mit der Diskussion des Storyboards, gefolgt von der Erstellung von Texturen aufgrund von Scans einzelner Fundstücke sowie der Digitalisierung der geologischen Informationen. Darüber hinaus werden die Entscheidungen über die Wahl der architektonischen Strukturen und die Techniken zur digitalen Modellierung, Rendering und Videoaufbereitung präsentiert.
Ein wesentliches Projektziel war es, dass diese spezifische Arbeit in Schinna ein breites Publikum einer öffentlichen Ausstellung anspricht und dabei einen Eindruck vermittelt, wie die einzelnen Bauwerke zu der jeweiligen Zeit ausgesehen haben können, jeweils basierend auf realen archäologischen Daten. Es zeigte sich, dass die im Projekt eingesetzte OpenSource-Software gut geeignet ist, um verschiedensten wissenschaftlichen Fragestellungen an eine solche Rekonstruktion nachzugehen. Die Software erfüllt insbesondere die Anforderungen, die in der London Charta für computerbasierte Visualisierung des kulturellen Erbes festgelegt sind. Online-Demo unter: http://www2.vetmed.uni-muenchen.de/schinna/

In der Ökologie wurde die Analyse von Vergesellschaftungstabellen in den letzten Dekaden gleich mehrfach in bemerkenswerter Weise verbessert (z. B. Borcard et al. 2011). Neben vielen anderen für die Archäologie relevanten Methoden (z. B. kanonische Ordinationen; diess.) ist hier besonders das Konzept der Indikator-Arten-Analyse (abgekürzt IAA) hervorzuheben (Legendre 2013).
Die IAA beantwortet die Frage: “Gibt es einen Typen, anhand dessen Vorkommen allein man bereits die Gruppenzugehörigkeit des zugehörigen Inventars erkennt?”
Als Datengrundlage dienen Vergesellschaftungstabellen mit Anzahl- oder Präsenz-Absenz-Informationen, wie sie in der Archäologie geläufig sind: die Zeilen beschreiben die Zusammensetzung von Inventaren (Fällen) und in den Spalten werden die Anzahlen oder das Vorhandensein von Merkmalsausprägungen (Typen) für den jeweiligen Fall vermerkt. Neben dieser multivariaten Information benötigt die IAA noch ein nominales Merkmal zur Gruppierung der Fälle, also eine zusätzliche Spalte, die die Gruppenzugehörigkeit jedes Inventars ausweist.
Die archäologische Anwendung der IAA könnte man auch Indikator-Typen-Analyse nennen. Sie berechnet für jeden Typen den Indikatorkennwert im Bereich 0 bis 1 (“Wurzel aus (INDVAL)“) und überprüft ihn mittels Permutationsteste auf Signifikanz (zur Berechnung: De Caceres/Legendre 2009). Die Höhe des Wertes ist ein Maß dafür, wie gut das Auftreten des Typs die Gruppenzugehörigkeit eines Inventars prognostiziert.
Das verwandte Maß Phi-Koeffizient erlaubt es (ibid.), bei einem Typ dessen bevorzugtes Auftreten oder beachtenswerte Fehlen (“vermiedenes Auftreten”) zu messen – bezogen auf eine Gleichverteilung über die Inventare. Der Phi-Koeffizient ist also ein verwandtes Maß für die Beziehung zwischen Typen und Gruppen von Inventaren.
Erweiterungen der IAA erlauben die Untersuchung des kombinierten Auftretens von Typen quasi als “kombinierter” Indikator für die Gruppenzugehörigkeit eines Falles (De Caceres et al. 2012) sowie die Suche nach Indikatoren für Obergruppen (= zusammengefasste Fallgruppen; De Caceres et al. 2010).
Das Konzept des Indikators ist in der Archäologie als “Leitfund” altbekannt, wird aber i. d. R. nur als Anzeiger für chronologische Gruppenzugehörigkeit verwendet. Mit der IAA liegt erstmals eine eigenständige quantitative Methodik zu seiner Bestimmung vor, die zugleich die Erweiterung des Konzeptes auf jede sinnvolle Gruppierung der Fälle erlaubt. So eröffnen sich vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise die Auffindung von Indikator-Typen für bestimmte Gruppen/Arten von Siedlungen oder Bestattungen.
Die IAA wird m.W. in der deutschsprachigen Archäologie bisher nicht verwendet. Der Vortrag erläutert Grundlagen, Anwendung und Problematik der Indikator- und Präferenz-Kennwerte anhand von Beispieldatensätzen aus der prähistorischen Archäologie. Sämtliche Berechnungen dazu erfolgten mit dem Paket indicspecies (De Caceres/Jansen 2013) für die statistische Programmieroberfläche R (R Core Team 2013).
Literatur:
D. Borcard/Fr. Gillet/P. Legendre, Numerical Ecology with R (New York 2011).
M. De Caceres/Fl. Jansen, indicspecies: Studying the statistical relationship betweenspecies and groups of sites. R package version 1.6.7 (14-01-2013). [http://CRAN.R-project.org/package=indicspecies]
M. De Caceres/P. Legendre, Associations between species and groups of sites: Indices and statistical inference. Ecology 90, 2009, 3566–3574.
M. De Caceres/P. Legendre/M. Moretti, Improving indicator species analysis by combining groups of sites. Oikos 119, 2010, 1674–1684.
M. De Caceres/P. Legendre/S. Wiser/L. Brotons, Using species combinations in indicator value analyses. Methods in Ecology and Evolution 3, 2012, 973–982.
P. Legendre, Indicator Species: Computation. In: S. Levin (ed.), Encyclopedia of Biodiversity Vol. 4 ([ohne Ort] 2nd ed. 2013), 264-268.
R Core Team, R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria (version 2.15.3.: 01-03-2013). [http://www.R-project.org].

Das Ziel der hier vorgestellten Arbeit ist der qualitative Vergleich der Bestattungssitten im frühdynastischen Südmesopotamien und im frühdynastischen Ägypten am Übergang vom 4. zum 3. Jt. v. Chr., und zwar in Bezug auf die Bedeutung der Darstellung sozialer Stratifizierung. Neben augenfälligen Gemeinsamkeiten der beiden betrachteten Regionen gibt es jedoch auch einige Unterschiede, erwähnenswert sind hier der Unterschied Stadtstaat-Flächenstaat und die unterschiedliche Wertschätzung des Bestattungskultes. Als Materialgrundlage dienten die beiden zeitgleichen Gräberfelder von Ur, Südmesopotamien, und Tarkhan, Mittelägypten, die jeweils in ihrer Region die größten bekannten Gräberfelder ihrer Zeit darstellen. Beide wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhundert ausgegraben und publiziert; darüber hinaus war teilweise ein Rückgriff auf die Originaldokumentation möglich. Für beide Gräberfelder wurde mithilfe von Korrespondenzanalyse und Seriation zunächst eine neue Relativchronologie entwickelt; danach erfolgte eine Untersuchung der einzelnen Phasen in Hinblick auf sich wandelnde Bestattungssitten und soziale Stratifizierung; dafür wurden wiederum Korrespondenzanalyse und Lorenzkurve genutzt.
Die frühdynastischen Bestattungssitten in Mesopotamien und Ägypten unterscheiden sich demnach in mehrfacher Hinsicht erheblich. Besonders augenfällig ist die größere Ungleichverteilung in Tarkhan bezüglich aller betrachteten Attribute. Für den stark stratifizierten Friedhof von Tarkhan konnte sogar eine “Sozialseriation” erstellt werden. Die soziale Stratifizierung kommt demnach in Tarkhan viel stärker im Bestattungskontext zum Ausdruck als in Ur. Aus anderen Kontexten wissen wir jedoch, dass die mesopotamische Gesellschaft des endenden 4. und beginnenden 3. Jahrtausends weniger stratifiziert war als die Ägyptens. Vielmehr bezieht sich die funeräre Symbolwelt in den beiden Gesellschaften in verschiedener Weise auf die tatsächlichen sozialen Strukturen. Auf der einen Seite treten gesellschaftliche Unterschiede eher in den Hintergrund, auf der anderen Seite werden sie hervorgehoben. Die beobachteten Unterschiede in den Frühdynastisch I-zeitlichen Bestattungssitten in Südmesopotamien und Ägypten lassen sich durch Unterschiede der Gesellschaften in Stadtstaat und Flächenstaat und die zumindest zum Teil damit verbundenen unterschiedlichen Jenseitsvorstellungen als konstrastierende bzw. bestätigende Sinnwelten erklären.

Die räumliche Verteilung und das zeitliche Muster, sowie die Identifizierung von Produktionszentren und die Rekonstruktion von Handelsnetzen der Töpfer, sind zentrale Fragen aktueller archäologischer Forschungen zur ‚Samian Ware‘.
Die Studien basieren auf einem Datensatz einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern [1]. Er umfasst detaillierte Daten zu Töpfern, Keramik-Fragmenten und deren Fundorten [2]. Zudem sind Informationen zu Befunden, Töpfermatrizen, Gefäßformen, Produktionsstätten, Formschüsselherstellern und Angaben zur absoluten zeitlichen Datierung erfasst. Der Datensatz ist damit außerordentlich gut geeignet, aktuelle Technologien interoperabler Datenhaltung, insbesondere das Konzept der Linked Open Data (LOD) und der semantischen Modellierung archäologischer Informationen, exemplarisch zu verdeutlichen [3].
Eines der Prinzipien der Linked Open Data ist die Bereitstellung der Daten als Ressource. Diese ist sowohl menschenlesbar, steht jedoch auch zur computertechnische Verarbeitung zur Verfügung. Ein Gefäßfragment und dessen Fundort wären beispielsweise mit einem Browser im World Wide Web unter einer HTTP-Adresse frei abrufbar. Ein weiterer Informationsgewinn entsteht durch die Nutzung kontrollierter Vokabulare, nicht nur für die Beschreibung der Ressourcen, sondern auch für deren Beziehungen untereinander. In einer Reihe von Wissenschaftsfeldern werden diese Konzepte erfolgreich eingesetzt, so dass mit diesen Konzepten erstmals eine Technologie zur Verfügung steht, welche eine direkte Verknüpfung heterogener Informationen aus unterschiedlichen archäologischen Datenbanken gewährleistet.
Der Vortrag führt in die Migration der Daten sowie die Möglichkeiten und die Problematik der Modellierung der Attribute und Beziehungen mit Hilfe bestehender LOD-Konzepte und kontrollierter Vokabularien ein und zeigt eigene Ansätze zur Lösung auf. Insbesondere wird die Verlinkung zu anderen bereits bestehenden Projekten diskutiert. So bietet das Pleiades-Projekt [4] eine Plattform, die geographische Elemente z.B. in Texten mit existierenden Ressourcen verbindet. Die Fund- und Produktionsstätten sind mit den Pleiades Places verknüpft, wodurch eine Vielzahl weiterer archäologischer und historischer Informationen über das Pelagios Projekt [5] eingebunden sind.
Zudem wird das Potential der Verlinkung und Abfrage von heterogenen Informationen zwischen Töpfern, Fragmenten und Orten und deren relativ-chronologische Beziehungen über LOD mit einer webbasierten Schnittstelle aufgezeigt. Die Komplexität des Netzes sich bedingender Datierungen der Funde ist im Datenmodell direkt abgebildet. Entsprechend schnell reagiert das System auf Modifikationen und erlaubt so eine Echtzeitvisualisierung der Simulation von Änderungen in diesen Bezügen.
Die Ergebnisse zeigen, dass Forschung im Bereich der römischen Keramik vom Konzept der Linked Open Data profitiert. Vielversprechende Perspektiven entstehen durch die Verknüpfung mit weiteren Ressourcen wie Matrizen, Formschlüsseln und Münzen.
Die technologische Basis ist eine PostgreSQL/PostGIS Datenbank als Kommunikationsplattform für JAVA Servlets und dem GeoServer, der OGC konforme Webdienste (WMS/WFS) anbietet. Die Daten werden in einer Schnittstelle maschinenlesbar und REST-konform zur Verfügung gestellt, die mit Hilfe von JAVA und den Frameworks Jersey, JAX-B und Hibernate Spatial, sowie dem GeoServer verarbeitet werden. Die beschriebenen Strukturen erlauben somit eine webbasierte Kartenansicht auf dem Client mit der JavaScript Bibliothek Leaflet unter Einbeziehung der Abhängigkeiten zwischen Töpfern, Fragmenten und Fundorten. Darüber hinaus ergibt eine ontologische Modellierung der semantischen Bezüge Potentiale für die Extraktion des in den Daten implizit vorhandenen Wissens.
Der Vortrag ist das Ergebnis einer Masterarbeit an der Fachhochschule Mainz und wird die Ergebnisse kritisch reflektieren und damit einen Einstieg in diese neue Technologie erleichtern.
[1] Mees, A. (2011): Die Verbreitung von Terra Sigillata aus den Manufakturen von Arezzo, Pisa, Lyon, und La Graufesenque: Die Transformation der italischen Sigillata-Herstellung in Gallien 1. Auflage, Verlag des Römisch-Germanischen Zentralmuseums, 2011.
[2] http://www.rgzm.de/samian
[3] Isaksen, L. (2011) Archaeology and the Semantic Web. University of Southampton, School of Electronics and Computer Science, Doctoral Thesis, 2011.
[4] http://pleiades.stoa.org
[5] http://pelagios-project.blogspot.de

Auf 6600m² wurden in den Jahren 1957-1958,1961, 1963-1964 bei systematischen Ausgrabungen unter Leitung von A. Bantelmann auf der Warft „Elisenhof“ am Nordufer der Eider ländliche Siedlungsreste entdeckt, die von der zweiten Hälfte des 8.Jh.n.Chr. bis ins Mittelalter datieren. Die durch Aufsiedelung konservierten Siedlungshorizonte mit sehr guter Holzerhaltung im Untergrund machten Elisenhof zu einem der bedeutendsten Siedlungsplätze dieser Zeitstellung.
Die Auswertung der sehr umfangreichen und detaillierten analogen Grabungsdokumentation war aufwändig, unter anderem weil eine moderne Straße den Fundplatz durchtrennte und beiderseits der Straße zwei unterschiedliche lokale Messsysteme verwendet wurden.
„Die Flächenpläne und Profildarstellungen wurden im Maßstab 1:20 angefertigt, nur in Ausnahmefällen, wenn Befunde von kleinster Ausdehnung festgehalten werden sollten, wurde der Maßstab 1:10 gewählt. Schon beim Maßstab 1:20 konnten wichtige Einzelheiten, wie z. B. Form und Stärke der Pfostenreste in Häusern in wünschenswerter Genauigkeit festgehalten werden. Insgesamt wurden 146 Flächenpläne unterschiedlicher Größe im Maßstab 1:20 und 54 sonstige Zeichnungen angefertigt, hinzu kommen 124 Profile, überwiegend im Maßstab 1:20.“ (Bantelmann 1975,38)
Bantelmann entwickelte ein analoges GIS, um die Informationen aus den bis zu 2,50m langen Plänen besser auswerten zu können: Er erstellte Aufsichtscollagen für die Grabungsareale aufgrund von Fotos, die die im Maßstab 1:20 vorliegenden Grabungspläne auf 1:100 verkleinerten. Diese Aufsichtscollagen dienten dann als Vorlagen für die Übersichtszeichnungen.
„Die Praxis hat gezeigt, dass bei einer Bearbeitung derart großer Pläne die Übersichtlichkeit leidet. Um eine brauchbare Unterlage für die Auswertungsarbeiten zu bekommen, wurden Pläne und Profilzeichnungen fotografisch auf den Maßstab 1:100 verkleinert. Verbindlich für die Beurteilung von Einzelheiten bleiben aber in jedem Falle die Originale im Maßstab 1:20“. (Bantelmann 1975,39)
Mittlerweile ist der größte Teil dieser Grabungsdokumentation in ein digitales GIS integriert und die Daten in ein geografisches Koordinatensystem überführt. Besonders die 3D-Visualisierung der Funde und Befunde aus den Flächenplänen in Kombination mit den aufgerichteten Profilen erleichtert das Verständnis für die komplizierten Siedlungsstrukturen. Der Prähistoriker A. Bantelmann (* 8. Januar 1911 in Hamburg; † 18. September 1999) wäre von den heutigen Möglichkeiten sicherlich begeistert. Ein Vergleich seiner Zeichnungen mit den Daten aus dem GIS zeigt aber, wie genau schon damals gearbeitet wurde. Es dauerte nur unglaublich lange und viele für das Verständnis dieses Fundplatzes wichtige Details konnten nicht berücksichtigt werden. Nachdem alle Daten in einem digitalen GIS zusammengeführt sind, ist es nun schnell und einfach möglich, Untersuchungsergebnisse zu den einzelnen Fundgruppen zu kombinieren.

Der Ostafrikanische Grabenbruch wird als Migrationskorridor der frühen Hominiden angesehen, da er das südliche Afrika mit möglichen Wanderrouten ‘out of Africa’ verbindet. Das Einzugsgebiet des Lake Manyara (954 m Seespiegel) im östlichen Teil des Grabens ist Teil mehrerer archäologischen und paläolandschaftlichen Untersuchungen. Nahe des Dorfes Makuyuni befinden sich zwei Fundstellen, in denen Knochenreste von Hominiden gefunden wurden (0,63 und 0,75 Ma alt), weiterhin gibt es eine Vielzahl weiterer Fundplätze mit Wirbeltierfossilien und Faustkeilen aus unterschiedlichen Epochen.
Das Becken des Manyarasees ist ein Halbgraben mit einer 200 bis 600 m hohen Riftschulter im Westen und einer nach Westen einfallenden Ebene im östlich Bereich. Seesedimente, Manyara Beds genannt, werden ca. 30 km östlich und ca. 100 m über dem heutigen Seespiegel aufgefunden. Diese Sedimente belegen eindeutig die Ausdehnung eines Paläo-Manyarasees. Einige Autoren nehmen an, dass der Natronsee und der Magadisee mit dem Manyarasee zu einem früheren Zeitpunkt einen einzigen riesigen Paläosee gebildet haben könnten. Die Manyara Beds werden in einen unteren und oberen Bereich eingeteilt. Der Untere besteht aus alten Seeablagerungen (hellgrau gefärbt; bestehend aus verfestigten Ton- und Schluffsteinen, Diatomeen, Mergeln und Tuffen) welche zwischen 1,03 und 0,633 Ma gebildet wurden. Der obere Bereich setzt sich aus fluvialen und terrestrischen Gesteinen, bis zu 13 m hoch, zusammen (rötlich braun gefärbt; bestehend aus Siltsteinen, Tonsteinen, Konglomeraten und Brekzien), welche von 0,633 bis 0,44 (0,27) Ma abgelagert wurden. Die Trennschicht zwischen diesen Ablagerungen ist meist deutlich durch eine Tephraschicht gekennzeichnet.
Im Westen und Nordwesten des heutigen Sees befinden sich alte Uferlinien, welche jeweils durch einen Strandwall mit dazugehörigen Stromatolithen gekennzeichnet sind. Diese alten Uferlinien verlaufen parallel zum heutigen Ufer und stellen die paläoklimatisch bedingten Fluktuationen der Seestände dar. Casanova und Hillaire-Marcel (1992) unterschieden und datierten drei Generationen von spätpleistozänen und holozänen Stromatolithen bis zu 20 m über dem heutigen Niveau, die exakten Koordinaten und Verläufe dieser alten Uferlinien wurden jedoch nicht publiziert.
Mit Hilfe von RADAR Satellitendaten konnten weitere Paläouferlinien detektiert werden. Dazu wurden ALSO PALSAR (HH/HV) und TerraSAR-X StripMap (HH) Szenen prozessiert. Während sich die Paläouferlinien in den optischen Daten kaum abgezeichnet haben, wurden sie in diesen Szenen aufgrund ihrer Form und Oberflächenbeschaffenheit mit einer großen Rückstreuung abgebildet. Ein Canny Edge Filter wurde mit einem Pythonskript angewandt, um die linearen Terrassen abzuleiten. Diese linearen Gebilde wurden bis zu 20 km östlich des heutigen Uferbereichs abgezeichnet. Im Gelände wurde an diesen linearen Rücken Stromatolithen gefunden; sie spiegeln einen flachen Wasserstand zu einem früheren Zeitpunkt wieder. Die so erhaltenen Informationen über ehemalige Uferlinien erlauben ein besseres Verständnis der dortigen Paläolandschaft.