Progetto:
Telerilevamento e Realtà Virtuale: il paesaggio archeologico di Aksum

Keyworlds: telerilevamento, ricognizioni
di superficie, analisi di carte storiche e di tradizioni culturali, costruzione della prima cartografia locale, ricostruzione in 3D del paesaggio archeologico ad alta risoluzione grafica; software proprietario di realtà virtuale in OpenGL; visualizzazione immersiva, realtà incrementata.

Starting date: 2001

Institutions: CNR-ITABC; Università di Boston; Istituto Universitario Orientale di Napoli; CINECA; Università di Padova

Team: direzione archeologica della missione: K. Bard (Boston Univ.), R.Fattovich (IUO); coordinamento progetto di realtà virtuale: M. Forte(CNR-ITABC); Elaborazioni GIS, GPS e telerilevamento: B. Trabassi, M. Forte; Modelli 3D: C. Perlingieri, R.Perlingeri (IUO); Modellazione virtuale del paesaggio e comportamenti tridimensionali: S.J.Kay (CNR-ITABC), E. Pietroni, C.Rufa (Aracnet)

Supported by: CNR Agenzia2000, ELUMENS, TERREX, TESS-COM

Web ref.: www.mlib.cnr.it/itabc
Mail ref.: maurizio.forte@itabc.cnr.it

IL PROGETTO.
L'obiettivo del progetto è la ricostruzione del paesaggio e del contesto archeologico di Aksum in Etiopia attraverso applicazioni GIS e di telerilevamento, finalizzando la visualizzazione dei risultati ad un sistema di Realtà Virtuale di tipo Desktop (DVR).Aksum (14°8'N. 38°43'E) è stata la capitale di un regno potente che dominò il Mar Rosso meridionale nel I millennio d.C. Attualmente è una delle più importanti aree archeologiche in Etiopia ed è inclusa nella 'Lista del Patrimonio Mondiale' dell'UNESCO. L'indagine di Aksum e del suo territorio è particolarmente importante per comprendere il processo di formazione dello stato in Etiopia e nell'Africa nord-orientale e per ricostruire il processo di degrado ambientale sull'altopiano del Tigri.

LE ATTIVITA'
Attraverso la combinazione di più attività (telerilevamento, fotointerpretazione, ricognizioni di superficie, prospezioni geomorfologiche, analisi di carte storiche e tradizioni orali e scritte, dati paleoambientali) sono state identificate alcune centinaia di possibili strutture rettilinee e circolari, per lo più antiche. Grazie alla classificazione multispettrale da satellite si sono ottenute una serie di mappe tematiche: classificazione della geomorfologia, dell'uso del suolo, delle aree umide, della vegetazione, delle tipologie di terreno associate ai siti archeologici principali. Si è giunti prima alla costruzione di una cartografia locale, (quasi inesistente ad una scala accettabile), poi ad una proposta interpretativa e ricostruttiva del paesaggio virtuale.

I RISULTATI
I sistemi DeskTop Virtual Reality e la percezione del paesaggio
Mindscape (Mind-mente, landscape-paesaggio) definisce la possibilità di leggere il paesaggio
attraverso rappresentazioni cognitive, cioè vedere il paesaggio attraverso la mente: ecco che lo spazio diventa luogo, racconto, mito, narrazione, simbolo, emozione; ecco che dal caos arriviamo a leggere un paesaggio culturale.
Pur riconoscendo la grande importanza delle tecniche di analisi e simulazione spaziale riteniamo che il migliore ambiente di sviluppo percettivo-cognitivo per la rappresentazione e classificazione del paesaggio siano i sistemi di realtà virtuale. Le tecnologie di realtà virtuale sono infatti le uniche a permettere una vera e propria integrazione di processi psico-percettivi ad alto livello di alfabetizzazione, con straordinarie ricadute dal punto di vista psico-cognitivo.
La realtà virtuale può quindi costituire la “mappa” del territorio ovvero la cartografia digitale del paesaggio storico e archeologico. La facoltà di analizzare così in dettaglio dati archeologici georeferenziati offre grandi potenzialità di ricerca, anche nella direzione cruciale della conoscenza dello spazio antico: la ricostruzione del paesaggio attraverso mappe mentali.
E cioè: come si viveva, si vedeva, si immaginava lo spazio, il paesaggio in antico?

Visualizzazione 3D del DEM
(Digital Elevation Model), creato con
la stazione totale laser (area degli scavi)

Navigazione in tempo reale all'interno del modello
tridimensionale del paesaggio archeologico di Aksum.

La costruzione del modello generale
è stata effettuata con Terravista.
La visualizzazione del modello e l'interazione sono
sviluppati con software proprietario
che utilizza le librerie VTree (CG2) in ambiente OpenGL

Nello spazio tridimensionale sono state identificate aree
destinate ad attività differenziate, (aree di abitazione,
area sacra, pascoli, ecc), evidenziate da
suoni tridimensionali spazializzati nell'ambiente che
variano spostandosi da un'are all'altra del territorio.

Esplorazione dall'alto del modello tridimensionale del paesaggio archeologico di Aksum

THE PROJECT
Final and fundamental goal of the Aksum project is the reconstruction of the archaeological landscape on the basis of ethno-anthropological, paleoenvironmental, GIS, remote sensing and spatial data. So the main key words could be: spatial, virtual, remote sensed and ecological approach.In one word we could call this work a cyber cultural landscape's reconstruction. The amount of archaeological data regarding Aksum is relevant, because of the several investigations undertaken in the past and in the last years.Starting from 2000, activity of the project has been strongly increased by the collaboration of CNR-ITABC of Rome; in particular new directions of research were addressed towards GIS and remote sensing applications, digital topographic survey and DGPS applications.A short overview of the geomorphological features of Aksum comprehends: 1) Beta Giyorgis and Mai Qoho hills and the plain of Abba Liqanos. 2) a peripheral zone, related to theNorthern and Southern plain of Aksum. 3) A boundary zone, comprehending the hills surrounding the plain of Aksum.The whole project includes systematic researches and excavations in multidisciplinary fields such as paleo botany, archaeozoology, etnoarchaeology, ethnography, anthropology, geology, geomorphology, palinology, finally GIS, remote sensing and virtual reality .

THE ACTIVITIES
Remote sensing and digital reconstruction.
In the case of Aksum the problem of the lack of any cartographical base was really strong. Therefore the contribute of remote sensing was addressed either to integrate the previous data either to constitute a new georeferenced base for a digital spatial processing.In short, remote sensing applications have been finalised to the following aims:
- Georeference and rectification of '60 aerial photos
- Stretching and contrast enhancements of the panchromatic data.
- Digital filtering for the areas of interest.
- Creation of photomosaics including aerial photos and satellite imagery
- Multilayered overlay of the raster data in order to compare colours, components and geoarchaeological features
- Multispectral supervised and unsupervised classifications for the interpretation of soils, vegetation and association of sites and terrain
- Data fusion between panchromatic images (aerial photos) and multispectral satellite images
- DGPS survey (differential GPS) in the SO of Beta Gyorgis Hill for the creation of a centimetric DEM
.- Texture mapping of all the satellite raster data (before and after multispectral classification) and aerial photos over the DEMs
- Integration of all the spatial data in a GIS (Arcview 3.2)
- Virtual reconstruction of the archaeological landscape with OpenGl graphic libraries.
According to these premises a methodological sequence of the Aksum project was started with the following approaches:
a) Analogic (autoptic analysis and identification of archaeological features on aerial photos and cartography) .
b) Digital-analogic (on rectified and georeferenced aerial photos).
c) Digital-spectral (image processing with remote sensing software, unsupervised and supervised multispectral classifications).
d) Digital-virtual of the observed landscape (three dimensional reconstruction of the territory with DTMs created by cartographic contour lines).
e) Analogic (survey, fieldwork, archaeological excavations).
f) Digital-DGPS (acquisition of topographic data in real time with DGPS; exploration and topographic survey with geo-archaeological sampling of soils and anthropologicalclassification of the territory).
g) Virtual (after the fieldwork and data acquisition on the basis of remote sensing and cultural interpretations, one starts the virtual reconstruction of the archaeological landscape interacting in real time with all the spatial data and 3D digital libraries).

RESULTS
A Desktop Virtual Reality System.
VR properties of visualization can increase quality and level of the interpretation's process thanks to the inclusive and stereoscopic way of interaction in real time. The aim of the first stage of the Aksum digital project was to develop a methodology and system to be implemented for the creation of virtual landscapes based upon data collected by the entire project. An aim of the project was to experiment and develop the viewers perception of alandscape, best achieved through enhancing immersion within a virtual reconstruction. Therefore, thanks to scientific collaboration with the CINECA Institute (Bologna, Italy), virtual models were developed in Terra Vista and Multigen Creator to be viewed using the Virtual Theatre facilities of the institute. However, prior to viewing in this form of medium, modifications are necessary to the models and further, the opportunity is given to add atmospheric, temporal and sound effects. These effects were achieved through the use of MultiGen Paradigms Vega software, which was also used to add the stereographic effect thus allowing projection through three Barco Projectors and the viewers to be able to have a fuller sense of immersion through wearing stereoscopic glasses.In this project we have tested also another solution: the VisionStation, an hemispheric display system useful for a semi-immersive visualisation, connecting the display with a PC or a workstation. The visualisation is made by combining software API and lens, creating spherical images and projecting pixels equally through the hemispherical screen surface.

Paesaggio ricostruito, le stele nell'area sacra

La visualizzazione del modello con la Vision Station
della Elumens.

Grazie alla collaborazione con la società americana
Elumens, è stato possibile visualizzare
il paesaggio archeologico attraverso un sistema
immersivo stereoscopico a forma di cupola,
sufficientemente piccolo da essere facilmente
trasportabile, ma anche sufficientemente grande
da ospitare più di un utente. La visualizzazione di
un paesaggio archeologico mediante sistemi di realtà
virtuale offre nuove risposte alla ricerca scientifica e,
grazie a un diverso impatto percettivo e cognitivo,
pone anche nuove domande per l’archeologia spaziale.

Vai al filmato della navigazione nel Paesaggio di Aksum
con la Vision Station
(riprese effettuate in occasione dell'esposizione
alla mostra di MondoGIS, presso il Pal. dei Congressi
a Roma, nel 2002).

Alcune sperimentazione sono state condotte
anche con Vega Prime

Il progetto ha avuto notevoli riscontri internazionali
(fra cui il workshop bilaterale Italia-USA
co-organizzato dal CNR, dalla NASA e
dall'Università di Boston).
L'applicazione di realtà virtuale con la ricostruzione
del paesaggio archeologico di Aksum è stata
selezionata per essere presentata ed esibita alla
conferenza e mostra nazionale
di MondoGis (22-24 Maggio 2002,
Palazzo dei Congressi, EUR, Roma).

BIBLIOGRAFIA - REFERENCES (on Aksum and VR)

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