3D-teknik på Norrbottens museum

Under 2019 och 2020 har avdelningen för Kulturmiljö på Norrbottens museum drivit ett pilotprojekt inom 3D-teknik. Syftet har varit att utvärdera 3D-tekniken inom vårt dagliga arbete. Kan man ersätta traditionell dokumentation av exempelvis en arkeologisk undersökning med 3D-modeller? Eller ska man enbart se modellerna som ett komplement till vår vanliga dokumentation i form av beskrivningar, fotografier, ritningar och inmätningar? På vilket sätt skulle 3D-modeller kunna användas inom museets publika verksamhet? Detta är frågor vi ställt oss inom projektet. Projektet drivs av undertecknad och bebyggelseantikvarie Marcus Bengtsson.

För min del tog allt sin början under våren 2018 när museets fotograf Daryoush Tahmasebi och jag fick möjligheten att åka ner till en workshop om fotogrammetri och 3D-modellering på Glimmingehus i Skåne. Riksantikvarieämbetet höll i workshopen och under två dagar blev vi undervisade i hur man gjorde 3D-modeller av föremål, interiörer och exteriörer.  Vi fick fotografera föremål och interiörer av de vackra rummen i Glimmingehus samt provflyga med drönare på borggården. Vi fick också en introduktion till olika 3D-program.

Glimmingehus i Skåne, april 2018. Foto: Jannica Grimbe © Norrbottens museum

Utrustning

Väl tillbaka till Luleå började vi titta på vad som krävdes för att skapa modeller. Det var nu vi skulle omsätta allt vi lärt oss nere i Skåne i praktiken. Vi behövde kameror som kunde ställas in utifrån bländarvärde och exponeringsvärde. Kameror som dessutom kunde kopplas upp mot wifi och styras via appar på plattor eller telefoner.

Vi använder bland annat Fujis digitalkamera X-T20, för fotogrammetriserier. Denna kamera tar både bra bilder, är relativt lätt och har wifi-uppkoppling. Foto: Jannica Grimbe © Norrbottens museum.

Vi behövde fotostänger med lång räckvidd.

 Ett långt och behändigt fotostativ underlättar 3D-fotandet. Detta stativet når drygt 5 m över marken. Foto: Jannica Grimbe © Norrbottens museum

Vi behövde avancerade datorer, s.k. teknikerdatorer med grafikkort som påminde om speldatorers grafikkort för att kunna använda oss av marknadens 3D-program. Dessutom behövdes tid och tålamod då 3D-programmet vi valde att använda inte hade några manualer utan endast körde undervisning via YouTube-kanaler. En bonus för vårt 3D-arbete är också att vi haft möjligheten att få köpa in och använda en drönare. På så sätt kommer landskapsmodeller bli enklare att konstruera eftersom man kan komma mycket högre upp än med fotostänger.

Tillvägagångssätt

Själva fotograferingen av undersökningsytan/föremålet är egentligen en kreativ fotografs mardröm. Man måste ha ett långt skärpedjup (liten bländare/högt f-tal) så att så mycket som möjligt i bilden är skarpt. Man måste fotografera en serie med bilder som har 50-60 % överlappning, det vill säga man måste jobba metodiskt och systematiskt….en viktig egenskap för en arkeolog men ack så tråkigt för den kreative. Som tröst för den kreativa fotografen kan man försöka tänka på helheten. Även om det blir enformig, detaljfokuserad fotografering för stunden så kommer modellen blir bra om man tar många, överlappande och skarpa bilder.

Efter att fotograferingen är klar ska bilderna sorteras och redigeras i Photoshop. Oskarpa bilder och dubbletter sorteras bort medan återstående bilder finjusteras avseende bland annat vitbalans, ljusstyrka, skärpa och kontrast. Bilderna laddas sedan upp i ett 3D-program.

3D-program

Vi har valt att arbeta i ett program som heter Reality Capture. 3D-programmen kräver i regel datorer med stor kapacitet (stort minne och avancerat grafikkort likt speldatorers). När bilderna laddats upp i 3D-programmet letar programmet efter lika pixlar mellan de olika bilderna. På så sätt sorterar programmet in bilderna på rätt plats i modellen. Därför är det viktigt att bilderna har 50-60 % överlappning.

Sketchfab.com

är en plattform för 3D-modeller där man kan publicera, dela, ladda ner och köpa 3D-modeller online. Norrbottens museum har publicerat både arkeologiska undersökningsytor, föremål och lämningar på sketchfab.com. I ett blogginlägg från juni 2019 skrev jag om användningen av 3D-tekniken inom kulturmiljövården generellt. Detta blogginlägget kan du läsa här: https://kulturmiljonorrbotten.com/?s=3d&submit=S%C3%B6k

Resultat 

I ovan nämnda blogginlägg skrev jag att vi skulle publicera modeller på sketchfab.com. Nu har vi hunnit med att publicera modeller av såväl en arkeologisk undersökningsyta (av begravningsplats L1991:490 i Silbojokk),

Modell av undersökningsytan i Silbojokk. Bilden hämtad från Sketchfab.com

arkeologiska föremål som en oval spännbuckla i förgylld brons från Korsträsk i Arjeplogs kommun,

Modell av spännbuckla från Korsträsk. Bilden är hämtad från Sketchfab.com

ett mer än 2000 år gammalt tuggummi från Kalix kommun,

Modell av ett drygt 2000 år gammalt tuggummi. Bilden är hämtad från Sketchfab.com

smidesslagg från Sangis ,Kalix kommun

Modell av smidesslagg från Sangis. Bilden är hämtad från Sketchfab.com

och järnframställningsugnen från det arkeologiska försöket i Vivungi (Kiruna kommun)

Modell av nytillverkad blästerugn i Vivungi. Bilden är hämtad från Sketchfab.com

samt arkeologiska fornlämningar som stensättningar från Ligga; L1994:1195 ,Jokkmokks kommun

Modell av stensättning med ID L1994:1195 i Ligga. Bilden är hämtad från Sketchfab.com

och från Jävre; L1994:5245 ,Piteå kommun

Modell av stensättning med ID L1994:5245, i Jävre. Bilden är hämtad från Sketchfab.com

samt en härd vid Björkliden; L1993:6459 ,Piteå kommun.

För att se modellerna kan du klicka här: https://sketchfab.com/Norrbottensmuseum

Vad sker framöver?

Under pilotprojektet har vi använt 3D-tekniken som ett komplement till traditionella dokumentationstekniker inom våra uppdrag. I en skadedokumentation av graven i Ligga gjordes en 3D-modell av graven varvid referenspunkter utspridda över gravens yta mättes in för att modellen skulle kunna georefereras. En modell av stensättningen och dess omgivning är också användbar vid planering av eventuellt erosionsskydd, se blogginlägg: https://kulturmiljonorrbotten.com/2020/08/28/rodockragravar-i-norrbotten/

Vår förhoppning med pilotprojektet är att kunna integrera 3D-tekniken mer i vårt dagliga arbete samt använda den publikt. Först måste vi utvärdera vad tekniken ger oss i förhållande till nedlagd arbetstid och inköpt utrustning. I nuläget finns inga krav från vare sig länsstyrelsen i Norrbotten eller RAÄ om dokumentation av förundersökningar/undersökningar eller föremål påträffade i samband med undersökningar i 3D-teknik. Om tekniken inte rent ekonomiskt kan försvaras inom uppdragsarkeologin kommer den i alla fall vara en tillgång inför föreläsningar/föredrag och inom utställningar där såväl digitala som fysiska modeller kan skapas och användas inom förmedlingen.

Alla våra erfarenheter med arbetet med 3D-tekniken kommer Marcus och jag att samla i en rapport som ska färdigställas under våren 2021. I denna kommer vi också att utvärdera 3D-programen vi jobbat i, användbarheten av tekniken och inom vilka områden vi kan komma att implementera tekniken på museet framöver. Framöver kommer min kollega Marcus Bengtsson berätta mer om sitt arbete inom pilotprojektet

Följ oss på sketchfab.com/Norrbottensmuseum

Vid tangentbordet denna fredag… Jannica Grimbe, arkeolog

3D-teknik inom kulturmiljövården

3D-tekniken har länge använts inom spelindustrin. På senare år har man också insett fördelar med tekniken inom andra områden, till exempel inom mäklarbranschen där man kan skapa virtuella visningar på nätet, eller inom läkarvetenskapen där man kan höja precisionen vid operationen med hjälp av 3D-teknik. Inom museivärlden kan 3D-tekniken användas inom flera områden. Här ska vi titta närmre på några av dessa.

Användningsområden
Inom kulturmiljövården kan vi använda 3D-tekniken för att skapa modeller av utgrävningsytor, lämningar ovan mark och föremål. Byggnadsantikvarier kan vara intresserade av att få veta vilket hustakens skick är i. Det är då på många sätt säkrare och smidigare att fotografera svåråtkomliga exteriörer med t ex drönare än att klättra upp på hustaken, i synnerhet om man inte känner sig säker på takens hållbarhet.

Arkeologi
Fornlämningar ovan mark

DSC_0340_red_Arkeologstigen_Jävre

Figur 1. Gravröse vid Arkeologstigen, Jävre, Norrbottens län. Foto: Frida Palmbo © Norrbottens museum.

Att skapa en 3D-modell av ett fornminne ovan mark är ett bra sätt att dokumentera fornminnets storlek, tillstånd och omgivande vegetation. Detta är ett bra komplement till beskrivningar i skrift, tvådimensionella bilder och inmätningar med gps. Speciellt användbar är tekniken för fornlämningar som ligger utsatta i terrängen; såsom välbesökta sevärdheter eller fornlämningar i naturområden där maskiner och fordon används ofta och intensivt.

Utgrävningsytor
Det blir mer och mer vanligt att dokumentera utgrävningsytor med hjälp av 3D-teknik. Framför allt är detta en fördel vid stenåldersgrävningar när man gräver sig nedåt lager för lager. En modell över en utgrävd yta ger fördelen att man efteråt, vid datorn, kan skala av lager för lager och i vissa fall omvärdera tidigare tolkningar. Också vid anläggningsgrävningar av konstruktioner, som till exempel järnframställningsugnar, är metoden användbar ur forskningssynpunkt men också förmedlingssynpunkt då man exakt kan återge hur lämningen sett ut från olika vinklar in situ.

Silbojokk_Sketchfab

Figur 2. Lodfoto av en utgrävningsyta i Silbojokk, Arjeplogs kommun. En 3D-modell av samma utgrävningsyta finns att se på https://sketchfab.com/Norrbottensmuseum

Byggnadsantikvariskt arbete
Interiörer
Interiörer är svåra att förmedla på ett tillfredsställande sätt tvådimensionellt. Det går i och för sig att använda sig av objektiv med liten brännvidd, så kallade vidvinkelobjektiv, men ofta blir bilder tagna med sådana objektiv förvrängda och måste behandlas i ett bildbehandlingsprogram för att de ska se verklighetstrogna ut. En 3D-modell av en interiör är ett bra alternativ till en tvådimensionell bild. Betraktaren kan då vid datorn ”vända sig om” och se hela interiören och få den tredimensionella känslan som man aldrig får när man tittar på vanliga bilder. Tekniken kan användas för digitala utställningar på museers hemsidor och kan på så sätt nå ut till fler människor och kanske också väcka intresse för att besöka museet i fråga, fysiskt.

Exteriörer
För byggnadsantikvaren är det en stor fördel att kunna använda sig av drönare i jobbet för att kunna dokumentera och värdera detaljer på byggnader som kan vara svåråtkomliga. Är byggnaden av sämre skick kan det också vara en säkerhetsrisk att ta sig upp på exempelvis tak. Då är drönare och exteriörfotografering ett ovärderligt hjälpmedel.

B+157_Fiskebod_ Laxholmen

Figur 3. Fiskebodar på Laxholmen, Bodens kommun. Foto: Gustaf Holmström © Norrbottens museum.

Fotografering av föremål
En del föremål i museernas samlingar är ömtåliga och måste hanteras varsamt. Det kan därför vara en stor fördel att fotografera av sådana och använda 3D-modellen vid förmedling istället för det aktuella föremålet. En sådan modell är dessutom lätt att dela med sig digitalt så att man i vissa fall inte behöver sända föremålen mellan museer för utställningsverksamhet eller institutioner för forskning.

2001_297_Nyckel_rostig_kompr

Figur 4. Ömtåliga föremål kan förmedlas genom 3D-teknik. Här visas en nyckel som påträffades vid grävningar vid Gammelstads kyrka 1969-70. Foto: Daryoush Tahmasebi © Norrbottens museum.

Publikt arbete
Att förmedla historia och kunskap med VR (Virtual reality) är en förmedlingsform som blir allt mer populär på museer. Denna innebär att man förser besökare med headsets med hörlurar och bildskärmar och på så sätt försöker levandegöra miljöer med film, ljud och bild i 3D-format.
3D-tekniken är också användbar för att skapa modeller för besökare med nedsatt syn. Här kan fysiska föremål och modeller vara ett bra komplement till audiell information som förmedling.
Flera museer har idag digitala utställningar på sina hemsidor. Detta kan röra sig om 3D-modeller av interiörer från museets lokaler eller modeller av enskilda föremål. Längst ned i detta blogginlägg finns några länkar till hemsidor som är värda att besöka.

Fotogrammetri – hur gör man?
För att skapa en 3D-modell genom fotogrammetri behöver man en bra kamera med stort antal megapixlar och vid exteriörfotografering/landskapsfotografering – en drönare. En serie med bilder tas på önskad yta/interiör/exteriör/föremål, behandlas i bildredigeringsprogram och laddas därefter upp i ett 3D-program. För att installera ett 3D-program på datorn måste denna har hög kapacitet och stort minne. För att skapa en modell jobbar sedan programmet med att känna igen gemensamma utsnitt på bilderna. Därför måste bilderna i bildserien överlappa varandra, helst med 50 % eller mer. Att ta fotogrammetriserier är tidskrävande men ju mer noggrann man är desto bättre blir slutresultatet, det vill säga 3D-modellen.

sketchfab.com
sketchfab.com är en plattform för 3D-modeller där man kan publicera, dela, ladda ner och köpa 3D-modeller online. Norrbottens museum har ett konto som man kan följa. Här kommer vi att ladda ner 3D-modeller från utredningar och utgrävningar samt föremål från museets samlingar.

Följ oss på sketchfab.com/Norrbottensmuseum

Nedan kan du se hur en tand ser ut i en 3D-modell. För att förstora och förminska tanden skrollar man med muspekaren. För att vända på tanden trycker man ned vänsterdelen av muspekaren. För att flytta tanden sidledes håller man vänster- och högerdelen på muspekaren intryckta samtidigt. För att se tanden i 3D klickar du på länken nedan så kommer ett pdf-dokument att öppnas. Välj att lite på dokumentet samt klicka på det lilla röda frågetecknet längst upp i vänstra hörnet.

Tand i 3D

Tand till blogg

Tand som kan ses i 3D genom att klicka på länken Tand i 3D ovan.

För den intresserade kan följande länkar ge inspiration till hur 3D-tekniken används idag inom museivärlden:

Fotogrammetri för Nybörjare
Gustav Vasas hjälm
Tavelgalleriet i Hallwylska museet
Iconem

Vid tangentbordet:
Jannica Grimbe