Material und Methoden
Eine ausführlichere Erklärung zu der Herkunft und Weiterverarbeitung der genutzten Daten
Eine ausführlichere Erklärung zu der Herkunft und Weiterverarbeitung der genutzten Daten
Die Düwelsteene wurden im Zusammengenhang mit der Digitalisierung der Megalithgräber Westfalens im Megalithik Projekt der Altertumskommission des LWL mit Hilfe von Image-based Modeling als 3D Modell digitalisiert.
Image-based Modeling ermöglicht die dreidimensionale Darstellung von Objekten
aus vielen zweidimensionalen Bildern. Ein historischer Vorläufer dieses Ansatzes
ist die Stereoskopie, die seit 1838 räumliches Sehen in 2D-Bildern ermöglicht.
Hierbei werden zwei leicht unterschiedliche Bilder eines Objekts aus leicht
versetzten Perspektiven verwendet, um die räumliche Wahrnehmung zu simulieren.
Die Fotogrammetrie, insbesondere die 3D-Fotogrammetrie, baut auf dieser
Stereoskopie auf. Sie verwendet jedoch nicht nur zwei Bilder, sondern viele, um
präzise dreidimensionale Modelle zu erstellen. Durch die Kombination vieler
Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven entstehen dichte Messpunktwolken, die
ein detailliertes 3D-Modell eines Objekts oder einer Landschaft ermöglichen.
In der Archäologie hat die 3D-Fotogrammetrie ebenfalls Anwendung gefunden.
Ein populärer Begriff für diesen Prozess ist
"Structure from Motion" (SfM). Dies ist ein Ansatz in der Computer Vision, bei
dem die 3D-Struktur einer Szene und die Kamerapositionen aus einer Bildsequenz
rekonstruiert werden, die aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen wurde.
Der Schlüsselaspekt von SfM ist die Bewegung: Es wird die relative Bewegung
zwischen den Kamerapositionen genutzt, um Tiefeninformationen über die Szene zu
extrahieren (Nyimbili et al. 2016).
Zusammenfassend kann man sagen, dass Structure from Motion eine spezifische
Technik innerhalb des breiteren Feldes des Image-based Modeling ist. Während SfM
sich auf die Wiederherstellung von 3D-Strukturen aus der Bewegung konzentriert,
befasst sich IbM allgemeiner mit der Erstellung von 3D-Modellen aus Bildern,
wobei SfM einer von vielen möglichen Ansätzen ist (Doneaus et al. 2011).
Das 3D-Modell der Düwelsteene wurde erstellt, indem Fotos des megalithischen
Grabes aus jeder
möglichen Richtung und jedem Winkel aufgenommen wurden. Diese Fotografien wurden
zudem fotogrammetrisch entzerrt, um jegliche geometrische Verzerrung auf den
Bildern zu korrigieren (Klinke 2018). Für die Fotos der Düwelsteene wurde eine
Nikon-Digitalspiegelreflexkamera verwendet.
Da es sich um ein großes archäologisches Monument handelt und das Grab in einer
hohen Qualität digitalisiert werden sollte,
wurden nicht nur viele Bilder von dem Grab an sich gemacht, sondern es wurde
jeder einzelne Stein aus allen möglichen Positionen aufgenommen.
Somit wurden von dem Grab und von jedem einzelnen Megalithen
hunderte
von Bildern aufgenommen, wobei darauf geachtet wurde, dass die Bilder sich
überlappen. Dies ist notwendig, da aus diesen überlappenden Teilen der
Fotografien, die nebeneinander aufgenommen wurden, die Bilder zusammengeführt
werden
können und charakteristische Strukturen erkannt werden, was zu einer
pixelgenauen Struktur führt.
Structure from Motion bei der Digitalisierung der Großen Sloopsteene (LWL-Altertumskommission für Westfalen/Klinke)
Die Fotogrammetrie-Software, in diesem Fall Agisoft Metashape, ermöglicht es,
Aufnahmepositionen und Objektstrukturen durch die Analyse optischer
Verschiebungen, wie beispielsweise von Kanten, Frakturflächen oder Risslinien,
anhand der verglichenen, eingefügten Fotografien zu bestimmen. Nach der
Verarbeitung visualisieren sich die initialen Berechnungsergebnisse in Form
einer rudimentären Punktwolke, technisch als "Sparse Cloud" bezeichnet.
Ein weiterführender algorithmischer Schritt transformiert diese Sparse Cloud in
eine dichtere Punktwolke, die "Dense Cloud". Während dieser Berechnung werden
alle Einzelbilder einer Tiefenfilterung unterzogen, um zusätzliche Messpunkte
zwischen den bestehenden der Sparse Cloud einzufügen. Dies basiert nicht
lediglich auf einer einfachen Interpolation, sondern beinhaltet die
Berücksichtigung von Reliefveränderungen zwischen den Messpunkten der Sparse
Cloud, um eine gesteigerte Genauigkeit zu gewährleisten. Die resultierenden
Dense Clouds reflektieren den aktuellen Stand maximaler Vermessungsgenauigkeit
und sind vergleichbar mit den Datenresultaten terrestrischer Laserscanner. Ein
Vorteil hierbei ist, dass jeder Messpunkt in der Dense Cloud bereits über einen
Farbwert verfügt, im Gegensatz zu Laserscans, die eine zusätzliche
Farbinformation durch ergänzende Fotografien benötigen.
Im anschließenden Prozessschritt werden die fotogrammetrisch ermittelten
Messpunkte trianguliert. Bei dieser Prozedur werden stets drei Messpunkte
miteinander verbunden, wodurch Dreiecksflächen generiert werden. Üblicherweise
werden hierbei die räumlich am nächsten zueinander liegenden Punkte verwendet,
um optimale Genauigkeit sicherzustellen. Die resultierenden Dreiecksflächen sind
für weitere Triangulationen modifizierbar, was primär dazu dient, Lücken in den
Punktwolken zu schließen. Diese Triangulationsprozedur resultiert in einem
sogenannten "Mesh"-Modell mit dem visuellen Charakter eines dreidimensionalen
Drahtnetzmodells.
In einem finalen Rechenschritt wird eine Textur, ähnlich einer Überzugshaut,
über das Mesh-Modell appliziert. Dies verleiht dem 3D-Modell sein
fotorealistisches Erscheinungsbild. Die zugrundeliegende Textur stammt aus den
fotogrammetrisch korrigierten Einzelfotografien des initialen
Verarbeitungsschrittes. Im Gegensatz zu reinen Formdaten, die ausschließlich die
Morphologie und das Relief repräsentieren, integriert diese Textur zusätzliche
visuelle Informationen wie Farbnuancen, Lichtreflexe und Schattenverläufe, die
während der Dokumentationsphase festgehalten wurden.
3D Mesh der Düwelsteene
Der Arbeitsablauf zur Digitalisierung des megalithischen Grabes wurde von
der Altertumskommission für Westfalen bei allen bisher digitalisierten
megalithischen Gräbern, wie beispielsweise den Großen Sloopsteene,
angewendet. Jede Einheit (ein einzelner Megalith oder eine kleine Gruppe von
Megalithen,
die direkt nebeneinander liegen) wird fotografiert. Diese einzelnen
Einheiten
werden dann separat in die Computersoftware Agisoft Metashape eingegeben,
und in
eine grobe 3D-Punktwolke umgewandelt.
Nachdem eine Einheit digitalisiert und in eine grobe Punktwolke umgewandelt
wurde, wird die nächste Einheit (der nächste benachbarte Megalith) der
Software hinzugefügt. Mit jedem hinzugefügten Megalithen wird das gesamte
megalithische Grab nach und nach in eine Punktwolke umgewandelt (Klinke
2021).
Nachdem die komplette grobe Punktwolke erstellt wurde, wird Metashape
verwendet, um eine dichte
Punktwolke zu berechnen und zu erstellen, die dann in ein 3D-Gitternetz mit
einer
hinzugefügten fotorealistischen Textur umgewandelt wird.
Die Punktwolke der Düwelsteene
besteht aus über 378 Millionen Messpunkten. Mit diesem hochwertigen und
hochauflösenden 3D-Modell werden die Düwelsteene in einer Qualität
digitalisiert, die bei der Denkmalpflege helfen und jegliche Bewegung oder
minimale Zerstörung des megalithischen Grabes in der Zukunft
veranschaulichen kann, da es präzise durch bildbasiertes Modellieren
gemessen wurde.
Neben Beschreibungen und Zeichnungen in archäologischen Veröffentlichungen, dienten für die Rekonstruktion der Düwelsteene vor allem ähnliche Megalithgräber in Westfalen und auch in den Niederlanden.
Die Großen Sloopsteene, im Kreis Steinfurt in der Nähe von Lotte-Wersen
gelegen, sind eines der am besten erhaltenen Megalithgräber Westfalens.
Dieses Großsteingrab wurde im Gegensatz zu den Düwelsteenen und anderen
Großsteingräbern in Westfalen nicht restauriert.
Daher liegen einige der Megalithen noch in situ. Allerdings gab es bei den
Großen Sloopsteenen auch Eingriffe durch den Menschen, so Besipielsweise
eine Graböffnung im Jahr 1807.
Die Großen Sloopsteene und auch die Rekonstruktion dieses Megalithgrabes
(Klinke 2021) dienten als eines der Beispiele für dei Rekonstruktion der
Düwelsteene.
Eine weitere Grundlage für die Rekonstruktion der Düwelsteene um 3000 v.
Chr. waren die Megalithgräber der Trichterbecherkultur in der
niederländischen Region Drenthe.
Diese Gräber wurden schon 1660 durch Johan Picardt erwähnt und wurden
teilweise seit dem 19. Jahrhundert schon restauriert. Viele dieser
Restaurierungen wurden durch Albert Egges van Giffen nach gründlichen aber
auch gut dokumentierten Ausgrabungen durchgeführt.
Die Dokumente der Asugrabungen, aber auch Fotografien der Megalithgräber in
Drenthe vor ihrer Restaurierung dienten als Beispiel für die Rekonstruktion
der Düwelsteene.
Vor allem da dieses Grab ähnlich wie die Megalithgräber in der Region
Drenthe auch Anfang des 20. Jahrhunderts restauriert und somit verändert
wurde.
Die Informationen zu den Megalithgräbern in der Region Drenthe sind alle auf
der Webseite hunebeddeninfo gesammelt
dort sind zu jedem einzelnen Grab Infornationen, 3D Modelle sowie die
Fotografien und Grundrisse von Albert Egges van Giffen zu finden.
Zusammen mit Mitarbeitern aus dem Megalith-Projekt der Altertumskommission für Westfalen wurde jeder Megalith der Düwelsteene nach Größe, Volumen und Platzierung klassifiziert. Die Kategorien waren Deckstein, Orthostat (Stützstein) und Keilstein. Andere Kategorien wären Umfassungsstein und Bodenmaterial aus dem inneren des Grabes, aber diese Bausteine von megalithischen Gräbern wurden bei den Düwelsteene nicht gefunden oder konnten nicht mit Sicherheit identifiziert werden. Jedem Megalith wurde durch den Digitalisierungsprozess eine Nummer zugewiesen und die Nummerierung folgte dem Megalithgrabe im Uhrzeigersinn. Mit diesen festgelegten Nummern konnte jeder einzelne Megalith individuell ausgewählt und klassifiziert werden, sowohl basierend auf seinen eigenen besonderen Merkmalen als auch darauf, wie seine Platzierung die Gesamtstruktur des megalithischen Grabes beeinflusste.
Nummerierung der Megalithen
Um das Volumen und anschließend das Gewicht der Megalithen zu berechnen, wurde die 3D-Modellierungssoftware Blender mit dem add-on 3D-Print Toolbox verwendet. Jeder Stein wurde als separates Objekt ausgewählt und das Volumen wurde in Blender durch das add-on berechnet. Nach der Volumenberechnung wurde das Gewicht jedes Megalithen ermittelt. Das Gewicht von Granit hängt von seiner Dichte ab. Die zur Berechnung des Gewichts verwendete Formel war das Volumen in Kubikmeter (m3) multipliziert mit 2700 kg, da Granit etwa 2,7 Tonnen pro Kubikmeter wiegt. Fast alle Megalithen der Düwelsteene sind nur teilweise sichtbar und aus diesem Grund konnten nur diese partiellen 3D-Modelle zur Berechnung von Volumen und Gewicht herangezogen werden.
Klassifizierung der Megalithen der Düwelsteene
Um die digitale Rekonstruktion der Düwelsteene um 3000 v. Chr. zu erstellen, wurde die vorherige Rekonstruktion von vor 1932 verwendet, da die Anordnung der Megalithen eine bessere Vorlage dafür bietet, wie das megalithische Grab gebaut worden sein könnte, als die aktuelle Grabstruktur. Viele der Megalithen schienen auf den Fotos aus dem Citizen-Science-Projekt noch in situ zu sein und mussten nur aufgerichtet oder leicht gedreht werden, um eine einigermaßen gleichmäßige Kammerwand zu bilden. Die Orthostaten der Düwelsteene wurden verschoben und passend zum Stil der megalithischen Gräber angeordnet, die in der Nähe gefunden wurden oder ähnlich gebaut wurden. Eine gängige Struktur von megalithischen Gräbern, die zur Trichterbecherkultur gehören, insbesondere zur Westgruppe, besteht aus zwei Orthostaten auf gegenüberliegenden Seiten, wobei der flache Teil des Megalithen einander zugewandt ist. Auf diese beiden Seitensteine wurde ein Deckstein gelegt, der zusammen ein Joch bildet (Bakker 2010). Ähnlich wie beim Großen Sloopsteene wurde jeder der Stützsteine der Düwelsteene platziert, um eine gleichmäßige Kammer des Grabes zu bilden, ohne die Position oder Drehung jedes Megalithen stark zu verändern. Dies führte zu zwei parallelen Reihen von Orthostaten mit jeweils zwei Endsteinen an jedem Ende der Kammer im Südwesten und Nordosten.
Abstrakt rekonstruierte Megalithen
Um eine Rekonstruktion zu erstellen, wie die Düwelsteene um 3000 v. Chr. gebaut und ausgesehen haben könnten, mussten fehlende Steine hinzugefügt werden. Diese Steinersatzteile wurden absichtlich abstrakt gestaltet, um die verschiedenen Teile der megalithischen Grabrekonstruktion sichtbar zu machen: a) die Megalithen, die heute noch existieren und b) die Steine, die für die Rekonstruktion hinzugefügt wurden. Ein grundlegender Orthostat wurde in der 3D-Modellierungssoftware Blender modelliert, mit einer flachen Innenseite, einer konvexen Außenseite und einer insgesamt ovalen Form des Ersatzsteins. Aus dieser Grundform des Orthostaten wurde der Deckstein ähnlich modelliert, er unterscheidet sich nur in der Größe. Weitere modellierte Ersatzsteine waren die Megalithen, die die äußere Grenze bildeten, die Keilsteine und die Steine, die die Zwickelwand zwischen den Orthostaten und den Einfassungssteinen bildeten. Die Megalithen, die die äußere Grenze bildeten, wurden nach den Orthostaten modelliert, aber in der Größe reduziert. Die anderen Ersatzsteine waren abstrakte Versionen von flachen Steinen, die dann modelliert wurden, um eine Zwickelwand zu bilden. Diese verschiedenen Steinformen bilden die Grundstruktur eines Ganggrabes (Ickerodt 2020).
Mit allen Bausteinen für die Rekonstruktion der Düwelsteene um 3000 v. Chr. modelliert, war der erste Schritt, die Decksteine auf die gerichteten Orthostaten zu setzen. Da alle drei Decksteine, die heute noch existieren, von ihren Stützsteinen gerutscht sind, musste die wahrscheinlichste Positionierung gefunden werden. Da diese Megalithen nur virtuelle Modelle sind, konnte getestet werden, in welcher Position und auf welchen Orthostaten die Decksteine am wahrscheinlichsten platziert wurden. Nachdem alle Megalithen, die heute noch sichtbar sind, in der Rekonstruktion positioniert waren, wurden die als Ersatz modellierten Steine hinzugefügt. Zuerst wurden die fehlenden unteren Teile der Orthostaten in der Rekonstruktion platziert, dann das Fundament der Orthostaten, das aus kleineren Steinfragmenten bestand, die dazu dienten, die Orthostaten durch Verkeilen der kleineren Steinfragmente darunter zu fixieren. Eine Schicht flacher Steinfragmente wurde verlegt, um den Boden des megalithischen Grabes zu bilden. Zwischen den Stützseitensteinen wurde die Zwickelmauer hinzugefügt. Schließlich wurden die fehlenden Decksteine auf das rekonstruierte Grab gesetzt. Die Gesamtstruktur der rekonstruierten Düwelsteene basierte auf der Architektur ähnlicher megalithischer Gräber wie dem Großen Sloopsteene (Klinke 2021) oder den megalithischen Strukturen in den Niederlanden.
Im Rekonstruktionsmodell wurden auch die äußere Grenze, bestehend aus kleineren Ersatzmegalithen, und die Zwickelmauern hinzugefügt. Die Platzierung war problematisch, da es keine Anhaltspunkte für eine äußere Steinbegrenzung gibt, die die Struktur des Hügels über dem Grab definierte. Obwohl es keine Quellen für einen Hügel gibt, der die Düwelsteene bedeckt, ist es wahrscheinlich, dass das Grab ähnlich dem Großen Sloopsteene und dem megalithischen Grab von Rheine64, das noch von einem Hügel bedeckt gefunden wurde, abgedeckt war. Mit diesen Vergleichen im Hinterkopf wurde die Rekonstruktion der Düwelsteene mit einem den Grab bedeckenden Hügel modelliert. Mit der Entscheidung, einen Hügel hinzuzufügen, mussten die Steilheit und die Abmessungen des Hügels definiert werden. Im idealisierten Plan der Düwelsteene von 1932 sind Steine eingezeichnet, die den äußeren Megalithenring anzeigen könnten.
Bei der Modellierung dieser Grenze wurde deutlich, dass der Radius, den diese gezeichneten Steine zeigten, fast ein Kreis war und zu weit von den langen Seiten des megalithischen Grabes entfernt lag. Die meisten der verglichenen megalithischen Strukturen hatten höchstens zwei Paare von Jochen, die den Eingang des Grabes bildeten. Mit dem Radius der äußeren Grenze, den der gezeichnete Plan zeigte, wäre der Eingang zu den Düwelsteene übermäßig lang gewesen. Die meisten megalithischen Strukturen der Westgruppe in der Trichterbecherkultur hatten eine ovale Grenze, die an den längeren Teilen der Grabstruktur etwas flach war. Das Rekonstruktionsmodell des Hügels wurde reduziert, um den verglichenen megalithischen Gräbern zu ähneln. Der Hügel des rekonstruierten Modells wurde mit dem Rutschwinkel für Sand im Hinterkopf erstellt. Die Bodenzusammensetzung des Gebiets, in dem die Düwelsteene gefunden werden, ist erheblich sandig, daher wurde der Rutschwinkel für den Hügel als 30° Grad definiert (Klinke 2021). Mit diesen Definitionen wurde ein Hügel auf dem megalithischen Grab modelliert, wobei die äußeren Megalithen und die Zwickelmauerung als Grenze des Hügels fungierten.
Begrenzung des rekonstruierten Grabhügels