Ψηφιακή 3D μοντελοποίηση και ανασυναρμολόγηση θραυσμάτων κεραμικών αγγείων με χρήση τοπικών γεωδαιτικών συντεταγμένων και την μέθοδο Διατομής Πάχους

Abstract

This doctoral dissertation explores ancient ceramic art as a conduit for conveying cultural information and emphasizes the role of modern technologies in supporting the digital reassembly of fragmented ancient pottery. Pottery, with its narrative illustrations, serves as an irreplaceable source of insight into the lifestyles, beliefs and social structures of ancient civilizations. Although such artifacts are typically unearthed in a fragmented state, often reduced to small pieces, known as sherds, their collection and digital reconstruction can yield valuable knowledge and corroborate archaeological interpretations. The core objective of this dissertation is to present, in depth, the Thickness Profile method, an innovative digital reassembly technique based on analyzing internal thickness variations across ceramic fragments. This algorithmic process is further enhanced by the integration of geodetic distance measurements. The method is experimentally demonstrated using a large, faithful ceramic replica of an ancient Greek amphora, which was constructed, marked, decorated, digitized and then deliberately fragmented in a controlled laboratory setting to meet the rigorous demands of the experimental procedure. The dissertation provides a detailed account of the digitization process, the creation of 3D models by photogrammetry, the creation of thickness profiles and the validation of digital accuracy. It also explores the application of algorithms to identify matching fragments, assessing the precision and reliability of the software’s output. The study concludes with key findings on the effectiveness of the Thickness Profile method and its potential for broader application in the reassembly of adjoining ceramic fragments of particular archaeological significance thereby contributing meaningfully to archaeological documentation and the preservation of Cultural Heritage.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, εξετάζει την αρχαία κεραμική τέχνη ως βασικού φορέα πολιτιστικής πληροφορίας, αναδεικνύοντας τη σημασία της αξιοποίησης των σύγχρονων ψηφιακών τεχνολογιών για την υποστήριξη του έργου της ανασυναρμολόγησης κατακερματισμένων αρχαίων αγγείων. Τα κεραμικά αγγεία, με τις αφηγηματικές τους εικονογραφήσεις, αποτελούν αναντικατάστατες πηγές πληροφόρησης για την κατανόηση του τρόπου ζωής, των αντιλήψεων και των κοινωνικών δομών των αρχαίων πολιτισμών. Παρότι τα αγγεία εντοπίζονται συνήθως κατακερματισμένα σε πολλά μικρά σπαράγματα, που ονομάζονται όστρακα, η συλλογή και η ανασυναρμολόγηση τους μπορεί να αποδώσει σημαντικά συμπεράσματα και να τεκμηριώσει ουσιαστικά την αρχαιολογική ανασκαφή. Ο βασικός στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι η εκτεταμένη παρουσίαση της μεθόδου Thickness Profile, μίας νέας καινοτόμου ψηφιακής τεχνικής ανασυναρμολόγησης, η οποία βασίζεται στην ανάλυση μεταβολών πάχους οι οποίες παρατηρούνται στο εσωτερικό των θραυσμάτων των αγγείων. Η αλγοριθμική διαδικασία που ακολουθείται συμπληρώνεται με πρακτικές συλλογής και επεξεργασίας μετρητικών δεδομένων γεωδαιτικών αποστάσεων. Η μέθοδος επιδεικνύεται πειραματικά επάνω σε ένα μεγάλο πιστό κεραμικό αντίγραφο αμφορέα της αρχαίας ελληνικής κεραμικής τέχνης, το οποίο κατασκευάστηκε, σημάνθηκε, διακοσμήθηκε, ψηφιοποιήθηκε και στην συνέχεια κατακερματίστηκε εργαστηριακά για τις σύνθετες ανάγκες της πειραματικής διαδικασίας. Η διδακτορική διατριβή αναδεικνύει και τεκμηριώνει την υψηλή σημασία της επιστήμης της Πληροφορικής με την υιοθέτηση των καταλλήλων -κατά περίπτωση- ψηφιακών τεχνολογιών. Παρουσιάζονται προηγμένες μεθοδολογίες από τους τομείς της μηχανικής και της πληροφορικής, οι οποίες εντάσσονται στα επιστημονικά πεδία της υπολογιστικής όρασης, της απεικόνισης γραφικών πραγματικού χρόνου, της τρισδιάστατης μοντελοποίησης μικρών αντικειμένων, καθώς και της τεχνολογίας λογισμικού. Μέσα από την συστηματική εφαρμογή της μεθόδου, αποτυπώνονται αναλυτικά, οι διαδικασίες ψηφιοποίησης, η δημιουργία των τρισδιάστατων μοντέλων με φωτογραμμετρία, η μεθοδολογία εξαγωγής των μετρήσεων πάχους, η αξιολόγηση της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων ψηφιοποίησης και η εφαρμογή αλγορίθμων για τον εντοπισμό οστράκων που ταιριάζουν. Επιπλέον, εκτιμάται η ακρίβεια και η ευστοχία των τεχνικών εκτιμήσεων που παράγονται από το λογισμικό που κατασκευάστηκε και χρησιμοποιείται ειδικά, για την επεξεργασία των μετρητικών δεδομένων. Η διατριβή ολοκληρώνεται με την διατύπωση ουσιωδών συμπερασμάτων σχετικά με την αποδοτικότητα της μεθόδου Thickness Profile και τις προοπτικές αξιοποίησης της σε περιπτώσεις συνανηκόντων οστράκων, ειδικού αρχαιολογικού ενδιαφέροντος, συμβάλλοντας ουσιαστικά στην αρχαιολογική τεκμηρίωση και την διατήρηση της πολιτιστικής μας κληρονομιάς.