Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

3D Erfassung und Aufbereitung von historischen Holzbohlen aus der Grabung 2013 am Karlsgraben

In diesem Projekt werden historische Nassholzbohlen und hölzerne Befestigungsmaterialien des Karlsgraben mithilfe von hochpräziser und flächenhaft arbeitender 3D-Messtechnik geometrisch erfasst. Dies dient zum einen der reinen Dokumentation und zum anderen sollen gewisse Werkzeugspuren an der Holzoberfläche digital kenntlich gemacht werden.
Motivation und Ziele: 

Es handelt sich um Holzbohlen der Grabung 2013 am Karlsgraben, die durch das BLfD dendroarchäologisch bearbeitet wurden und aktuell im Auftrag des BLfD in den Restaurierungswerkstätten von Herr Muskalla (Saulheim) konserviert und dementsprechend dort gelagert werden. Die 3D-Digitalisierungen sind Arbeiten im Rahmen des Forschungsprojektes "Fossa Carolina: Bindeglied der Hafennetzwerke an Rhein und Donau. Studien zur Überwindung der Europäischen Hauptwasserscheide im Mittelalter" im Schwerpunktprogramm 1630 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Mitantragstellerin Dr. Stefanie Berg-Hobohm). Die Nachbereitung und Auswertung der Daten im Rahmen des genannten Projektes erfolgt in Kooperation mit Dr. Lukas Werther der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Der Karlsgraben ist das bedeutendste und ambitionierteste Infrastrukturprojekt des frühen Mittelalters in Zentraleuropa: Karl der Große wollte im Jahr 793 einen durchgehenden Schifffahrtsweg zwischen Rhein und Donau schaffen. Der etwa drei Kilometer lange Kanal ist eines der größten Bodendenkmäler Süddeutschlands. Ein internationales Grabungsteam unter Leitung von Dr. Lukas Werther dokumentierte bei der Grabung zahlreiche Bauhölzer, darunter mächtige Eichenbohlen und Flechtwerkmatten zur Stabilisierung der Kanalböschungen. Dank des hohen Grundwasserstandes und der Überdeckung mit Sedimenten unmittelbar nach dem Bau, sind die mittelalterlichen Holzkonstruktionen konserviert und in außergewöhnlich gutem Zustand erhalten geblieben. (Quelle Dr. Werther)

Aktivitäten: 

Die Aufnahme der Nassholzobjekte erfolgt durch das i3mainz mit einem 3D-Scanner aus der industriellen Messtechnik (GOM ATOS III Triple Scan Streifenlichtprojektionsscanner), wobei ein Messvolumen gewählt wurde, in dem eine 3D Punktauflösung auf der Holzoberfläche von 0,25 mm erreicht wird. Diese 3D-Auflösung kann durch verschiedene Faktoren, wie Reflektion oder Oberflächenbeschaffenheit (bspw. sehr dunkle Oberfläche) des Objektes beeinflusst werden. Die dreidimensionale Erfassung der Nassholzobjekte erfolgt vor der Konservierung, weshalb die zuvor genannten Einflussfaktoren bezogen auf Auflösung und Datenqualität eine Rolle spielen. Um die einzelnen Nassholzbohlen komplett erfassen zu können, müssen die Objekte sowohl von der oberen als auch der unteren Seite gescannt werden. Das Verknüpfen beider Seiten erfolgt über Signalisierungen, die nach Absprache mit dem Restaurator an den seitlichen Bereichen des jeweiligen Messobjektes angebracht wurden. Die 2016 begonnen Messtätigkeiten sind in 2017 weitergeführt und abgeschlossen wurden.

Ergebnisse: 

In zwei Messkampagnen sind 24 Nassholzobjekte, die im Zuge der dendro-archäologischen Untersuchung in mehrere Teile (insg. 45) zerlegt wurden, aus den Restaurierungswerkstätten in Saulheim mit dem oben genannten Messverfahren erfolgreich erfasst worden. Virtuell wurden diese insgesamt 45 Bruchstücke wieder zu 24 Gesamtobjekten zusammengesetzt. Nach der vollständigen Erfassung und Erzeugung geschlossener 3D-Modelle erfolgte eine Umrechnung der Daten in ein sogenanntes Höhenmodell (DEM), um sie für gängige GIS Anwendungen nutzbar zu machen. In der genutzten GIS-Software (QGIS & GVSig) stehen unterschiedliche Werkzeuge zur Visualisierung für diese Art von Daten (Rasterdaten) zur Verfügung, wobei Darstellungen in Form von Kantenseparation, Höhenlinien, Neigungsvisualisierung und Reliefschattierungen zu nennen sind. Des Weiteren liegen die 3D-Daten in Standardaustauschformaten (Bsp. PLY, STL) vor, die in dieser Form mit unterschiedlichen Software Paketen verwendbar sind oder als Grundlage für einen physischen 3D-Druck dienen können. Für eine flexiblere Herangehensweise zur Bereitstellung und Analyse der 3D-Daten wurde eine web-basierte Applikation entwickelt, die ohne eine weitere Installation spezieller Software auskommt. Ziel ist es die großen und somit speicher- bzw. rechenintensive 3D-Daten mit Hilfe eines Web-Servers zur Verfügung zu stellen, wobei die 3D-Daten clientseitig mittels eines in der Webseite integrierten 3D-Viewers betrachtet und analysiert werden können. Erste Überlegungen für eine Ausweitung der Bereitstellung in dieser Form für alle Ergebnisdaten bestehen bereits und bedürfen einer Anschlussfinanzierung.

Eckdaten

Zeitraum:     18.10.2016 - 01.06.2017
Beteiligte Personen:
  • – Dr. Stefanie Berg-Hobohm (BLfD)
  • – Dr. Lukas Werther (Universität Jena)
Kooperation:
  • – Bayerisches Landesamt fĂĽr Denkmalpflege (BLfD)
  • – Friedrich-Schiller-Universität Jena - Bereich fĂĽr ur- und frĂĽhgeschichtliche Archäologie
Titelbild:
  • Darstellung des Karlsgraben-Baus in der Chronik des Lorenz Fries (16. Jahrhundert). Grafik nach http://franconica.uni-wuerzburg.de/ub/fries/pages/fries/101.html.
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