Versunkene Landschaft


Livia Enderli MA





Darstellungen von dreidimensionalen Landschaftsvermessungsdaten und ihr Einfluss auf die archäologische Hypothesenbildung

An schwer zugänglichen Orten liefern dreidimensionale Landschaftsvermessungsdaten die einzige visuell zusammenhängende Datenquelle für den archäologischen Erkenntnisprozess. Inwiefern beeinflussen deren Darstellungsformen und -Arten die archäologische Hypothesenbildung? Eine forschende Suche nach Antworten anhand der sogenannten „Bodensee-Hügeli“.


Gestalterisches Mentorat
Joe Rohrer
und Niklaus Heeb


Kooperationspartner
Amt für Archäologie des Kantons Thurgau
archaeologie.tg.ch

Seit knapp einem Jahrzehnt werden in der Archäologie Methoden der dreidimensionalen Landschaftsvemessung angewendet. Sie dienen einerseits der Dokumentation von Fundstätten und erlauben andererseits Rückschlüsse auf deren frühere Bedeutung. Auffällige Strukturen in den 3D-Datensätzen werden vertieft analysiert und stellen oft die einzige Wissensquelle einer neuentdeckten archäologischen Befundsituation dar. Wie solche Vermessungsdaten in der Archäologie dargestellt und vermittelt werden müssen, um einen akkuraten wissenschaftlichen Prozess zu gewährleisten und den Erkenntnisgewinn zu fördern, wird in dieser Masterarbeit anhand von 3D-Modellen der sogenannten „Bodensee-Hügeli“, einem archäologischen Mysterium unter Wasser, untersucht.




Ausgangslage





Geologinnen der Landesanstalt für Natur und Umwelt Baden-Württemberg (D) vermessen den Bodensee mit hochpräzisen dreidimensionalen Landschaftsvermessungsverfahren.

Dabei entdecken sie in der Flachwasserzone auf der Schweizer Uferseite, regelmässig angeordnete Steinformationen, von denen sie ausgehen, dass sie keinen geologischen Ursprung haben.

Die Geologinnen wenden sich mit Bildern der Landschaftsvermessungsdaten an die zuständigen Archäologinnen.



























© Anselmetti, F., Institut für Geologie


© Wessels, T., LUBW


© Anselmetti, F., Institut für Geologie


© Wessels, T., LUBW 





Mit Hilfe der Bildanalysen und einigen Bodeninterventionen formulieren die Archäologinnen eine erste Hypothese: Die „Hügeli“ verlaufen in regelmässigen Abständen, parallel zum heutigen Ufer. Die Hügelkette markiert vermutlich einen früheren Uferverlauf. Errichtet wurden sie möglicherweise zu kultischen Zwecken (bsp. Begräbnisplattform) um ca. 3500 v. Chr.. Der Begriff „Bodensee-Hügeli“ definiert das prähistorische Phänomen von nun an.




Was kann ich als Designerin zur wissenschaftlichen Forschung beitragen?
Ich glaube, dass in den dreidimensionalen Daten der Landschaftsvermessung noch viel ungenutztes Wissenspotenzial liegt, welches unter Umständen zu weiteren Erkenntnissen  in der archäologischen Fragestellung führen könnte.

Ich suchte in dieser Masterarbeit nach einer optimalen Visualisierungsform dreidimensionaler Terraindaten für die archäologische Analyse und nach einer geeigneten Vermittlungsform für den transdisziplinären Diskurs.



Projektübersicht
Diese Informationsgrafik zeigt den gesamten Ablauf und meine Design-Interventionen bishin zum Erkenntnisgewinn am Forschungsprozess rund um die „Bodensee-Hügeli“ auf.





Kommunuikationsplattform

Ich erstellte eine interaktive Kommunikationsplattform als Ort für den interdisziplinären Austausch und als Option,  schriftliches Feedback zu meinen visuellen Experimenten mit den dreidimensionalen Datensätzen zu erhalten.






Visualisierungs-Experimente

Bestehende Darstellungskonvention:
Vertikale Überhöhung




© Anselmetti, F., Institut für Geologie  (2018)

Eine häufige Konvention bei der Visualisierung von dreidimensionalen Terraindaten ist die vertikale Überhöhung. Nachfolgende Bildexperimente sollen dazu beitragen die realen Grössenverhältnisse korrekt zu vermitteln und zeigen den Datensatz nicht-überhöht.


Durch die Simulation eines potenziellen Seespiegels und der Abbildung einer bekannten Referenzgrösse (Mensch) in dieser perspektivischen Aufsicht, sollen die realen Grössenverhältnisse der Befundsituation vermittelt werden.

Der Seespiegel wurde bei diesen Visualisierungen auf das für den Bodensee berechnete, absolute Minimum gesetz.

Diese detailliertere Ansicht eines nicht-überhöhten „Hügelis“ zeigt mit der Simulation des Seespiegels auf minimalem Tiefststand, dass sich die Menschen beim Erbauen im oder auf dem Wasser aufgehalten haben mussten.


Die berechnete Seespiegelhöhe für den Zeitraum in dem die „Hügeli“ mutmasslich errichtet wurden, liegt jedoch sogar zwei Meter höher. Dementsprechen lägen alle „Hügeli“ unter Wasser und befänden sich mehrere Dutzend Meter vom Ufer entfernt.



Durch eine Kamerafahrt und das Hinein- und Herauszoomen im Zusammenhang mit einer bekannten Referenzgrösse  kann ein Gefühl für die realen Ausmasse der gesamten Hügelkette vermittelt werden. Die bunten Lnien markieren zwei potenzielle Seespiegelhöhen.




Zitat aus der Kommunikationsplattform:
Archäologe: „Sehr spannend! Die unüberhöhten Darstellungen zeigen klar, wie flach das ganze war, nix Kegel oder Hügeli, sondern Fladen...“



Bestehende Darstellungskonvention:
Höhenfarbspektrum
© Wessels, T., LUBW (2018)

Einer weiteren Konvention nach, verläuft ein Farbspektrum von einem Blau oder Grün für tiefer liegende Punkte über ein Gelb und Orange nach einem Rot für die höchst gelegenen Punkte. Ich zweifelte an der Sinnhaftigkeit dieser Farbgebung und untersuchte wie Darstellungen mit einem anderen Farbspektrum auf die analysierenden Archäologinnen wirken.


Dank einer präzisen Farbabstufung im Meter-Bereich konnte ich gut aufzeigen, dass sich nicht alle „Hügeli“ in der Kette auf der selben Höhe befinden. Auf dieser Übersichtsdarstellung habe ich die stark abweichenden Stellen mit einer farbigen Linie markiert.

Ich stellte durch die Kommentare auf der Kommunikationsplattform jedoch fest, dass die Farbgebung mit einem dunklen Blau für höhere Lagen (hier also das Land) für Verwirrung sorgte. Ich untersuchte nachfolgend also eine noch abstraktere Farbgebung und eine sich an der Natur orientierenden Einfärbung.


Ich hielt die tiefen Stellen bewusst weiterhin blau (für Wasser). Alles was sich heute an Land befindet, fasste ich diesmal in einem einheitlichen grau, um es deutlich vom Wasser abzuheben. Alle Punkte im 3D-Modell, die sich auf der Höhe des minimalen Wasserspiegels der je für den Bodensee berechnet wurde befinden, färbte ich rot ein. 


Ich wollte herausfinden, ob perspektivische Ansichten mit Höhenfarbspektrum einen Mehrwert gegenüber den konventionellen Darstellungen aus der Vogelperspektive bieten. Um auf gewisse Auffälligkeiten aufmerksam machen zu können, brauchte es jedoch eine zusätzliche Informationsebene durch Symbole und Schrift.


Schliesslich wechselte ich also wieder in die Vogelperspektive und ergänzte mit grafischen Elementen und Schrift für eine bessere Orientierung innerhalb der Hügelkette. In einzelnen Abschnitten können feine Höhenunterschiede besser beobachtet werden als in der Perspektive. 


Für die Farbgebung des Höhenfarbspektrums orientierte ich mich diesmal an einer Natur- orientierten Einfärbung. Tiefe Stellen sind Blau (Wasser), höher gelegene sind Beige (für Sand / Lehm). Die bunten Linien markieren jeweils alle Punkte auf der Höhe des minimalen Wasserspiegels (rot) oder des Wasserspiegels aus der vermuteten Zeit aus der die “Hügeli” stammen (Violett).




Zitat aus der Kommunikationsplattform:
Archäologe: „Die Feststellung von Dir ist ziemlich wichtig - damit wären die höheren Hügeli bei einem höheren Wasserstand entstanden, die tieferen bei einem tieferen und das Ganze wäre in einer chronologischen Abfolge.“



Simulation
Die Simulation unterschiedlicher Seespiegelhöhen schien ein wichtiger Faktor im archäologischen Erkenntnisprozess zu sein. Ich wollte den Archäologinnen die Möglichkeit geben selber im 3D-Raum zu navigieren, um sich ein Verständnis für die realen Grössenverhältnisse zu bilden und sich einen Überblick über die Höhenlage der Hügelkette zu verschaffen.








Zitat aus der Kommunikationsplattform:
Archäologie Taucher: „Super Werkzeug! Macht es eindrücklich möglich, alle Szenarien darzustellen. Sehr hilfreich, um überhaupt eine Vorstellung zu bekommen.“



Bestehende Darstellungskonvention:
Vertikale Lichtquelle

In Geo-Informations Programmen (sogenannten GIS) werden dreidimensionale Datensätze standardmässig aus der Vogelperspektive ins Landeskoordinatensystem eingebunden präsentiert. Die Standard-Lichtquelle ist dabei stets vertikal, leicht von oben links, über dem Datensatz platziert.
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Beim Experimentieren mit einer Lichtquelle stellte ich fest, dass bei einer starken Streiflichtsituation neue, bzw. weitere Strukturen sichtbar werden. Bei einigen davon könnte es sich möglicherweise um bisher unentdeckte „Hügeli“ handeln.
Ich markierte die neu aufgetauchten Strukturen farblich und bezeichnete zwei „Hügeli“ mit der ihr zugewiesenen Hügelnummer für eine bessere Orientierung im Gelände.



Zitat aus der Kommunikationsplattform:
Archäologe: „Hmm, man müsste im Herbst diese Stellen mal antauchen. Ob man oder frau was sieht? Jedenfalls bemerkenswert.“



Bestehende Darstellungskonvention:
Überhöhte Schnittdarstellung

© Anselmetti, F. , Institut für Geologie  (2018)

Schnittdarstellungen werden typischerweise vertikal überhöht dargestellt. Das macht durchaus Sinn, da man so, weite Distanzen in einem einzigen Bild darstellen kann. Bei nicht überhöhten Darstellungen muss man sich auf kürzere Streckenabschnitte konzentrieren, weil sonst schwache Geländeneigungen kaum mehr wahrnehmbar wären.

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Beim nicht-überhöhten Datensatz sind die einzelnen „Hügeli“ bloss als sanfte Wölbung und kaum mehr wahrnehmbar. In Zusammenhang mit einem simulierten Seespiegel und einem Menschen als Referenzgrösse, offenbaren sie doch einiges and Erkenntnis. 






Einfärbung der unterschiedlichen
Neigungswinkel
Ich stellte fest, dass es möglich war nicht nur die vertikale Höhe mit einem Farbspektrum einzufärben, sondern auch die unterschiedlichen Terrain-Neigungswinkel. Ich bemerkte, dass sich so die einzelnen „Hügeli“ optisch sehr gut von dem flachen Geländestreifen abhoben auf dem sie sich befinden.



Durch das zusätzliche Setting mit einer spezifischen Streiflichtsituation, treten die einzelnen „Hügeli“ und auffälligen Strukturen noch besser hervor.


Standard-Lichtsituation: Eine vertikale Lichtquelle


Eine einzige Streiflichtquelle


Eine Belichtung mit mehreren Streiflichtquellen lässt die Strukturen am besten zur Geltung kommen.

Dieses Bild zeigt die Situation mit einer standardisierten, vertikalen Lichtquelle.



Hier wurde die Belichtung mit mehreren Streiflichtquellen gewählt. Dieses Setting von Einfärbung und Lichtsituation verwendete ich unter anderem für die Erstellung der Endprodukte die ich auf die Webseite hochlud.


Mustererkennung
Diese Art von Darstellung eignete sich sehr gut um die Positionen der einzelnen „Hügeli“ zueinander darzustellen, da sie sich so sehr gut vom restlichen Terrain abheben. Ich nutzte also so erstellte Bildserien und zeichnete mit grafischen Elementen Muster und Wiederholungen ein, die ich in der Formation der „Hügeli“ zu erkennen glaubte. 





Bestehende Darstellungskonvention:
Übersichten in Landkartenansicht


© Amt für Archäologie Thurgau (2018)

Übersichtssituationen einer archäologischen Fundstelle werden oftmals grafisch, relativ rudimentär in klassische Landkarten eingezeichnet. Neben dem Verwenden der 3D-Daten für eine Übersichtssituation, versuchte ich unter anderem, die Bilder mit der Neigungswinkel-Einfärbung zu verwenden. Somit können auch die unterschiedlichen Grössen der „Hügeli“ und ihre differenzierten Positionen zueinander, auf den ersten Blick wahrgenommen werden.



Als Erstes durchbrach ich die Darstellungskonvention, in dem ich als Grundlage keine klassischen Landkartenansichten verwendete, sondern ein dreidimensionales Modell aus Landschaftsvermessungsdaten. Als Zweites versuchte ich die Situation einmal „gesüdet“ darzustellen, um die Nähe zu den Alpen in den Fokus zu rücken. Als Drittes wollte ich ausprobieren, ob eine perspektivische Darstellung einer Übersichtssituation, einen Mehrwert bieten würde.


Die Nähe zu den Alpen faszinierte mich und der Fakt, dass sie nur von der deutschen Uferseite her so gut zu sehen sind und somit direkt hinter den „Hügeli“ am Horizont auftauchen würden, ebenfalls. Ich simulierte also die Sicht eines Menschen, der sich auf einer Anhöhe in der Nähe von Unteruhldigen (D) befinden würde. Dieser Aspekt würde dem Wort „Übersicht“ noch einmal eine ganz neue Bedeutung verleihen.




Bei dieser Abbildung hielt ich mich an die Konventionen der klassischen Landkartendarstellung: Das Bild ist genordet und befindet sich im Landeskoordinatensystem, welches zur Orientierung und bei der Grössenwahrnehmung hilft. Als Grundlage bediente ich mich dem Einstellungssetting mit der Einfärbung von Terrain-Neigungswinkel und der Lichtsituation aus spezifischen Streiflichtquellen. Einzelne „Hügeli“ sind mit ihrer jeweiligen Nummer beschriftet, daneben stehen die Durchmesser der jeweiligen „Hügeli“.



Zitat aus der Kommunikationsplattform:
Archäologie Taucher: „Die Identifikation der einzelnen Hügel mit den entsprechenden Nummern ist gut möglich trotz dem Zahlenwirrwarr, dies dank der feinen Nadellinien. Weil sie so unscheinbar sind bleibt auch die eigentliche Karte mit den Hügeln übersichtlich.“




Ich blieb für weitere Übersichtsdarstellungen bei der Variante, die sich am ehesten an die klassischen Landkartendarstellungen anlehnt. Auf einzelnen Abschnitten sind einzelne „Hügeli“ und ihre Position zueinander am besten wahrnehmbar.


Um der Situation eine zusätzliche Tiefe zu verleihen, die in der Vogelperspektive sonst gänzlich verloren geht, hielt ich das Gelände nach der Seehalde, welches deutlich Tiefer liegt und dem Seegrund entspricht, etwas transparent und überzog es mit einem leichten Nebel.



Aktion “Fondation Octopus”

Vermessung eines “Hügelis” mit Structure From Motion
(SFM)


Da die Sicht unter Wasser sehr trüb ist und man kaum mehr als zwei Meter weit sieht, war es bisher auch noch keinem Taucher möglich, ein ganzes „Hügeli“ visuell zu erfassen. Die Fächerecholotdaten vermögen einzelne „Hügeli“ leider bloss als sanfte Wölbung darzustellen und können keinen Aufschluss über die präzise Morphologie eines einzelnen „Hügelis“ geben.

Structure From Motion ist eine Technik, die auf Fotografie basiert und es ermöglicht, präzise 3D-Modelle von Befundsituationen zu erstellen. Unter Wasser ist die Technik jedoch nicht ganz trivial, da sich jedes Gewässer anders verhält und es noch keine wirklich etablierte „Best-Practice“ gibt.

Es gelang mir für die Vermessungs mittels SFM eine  Kooperation mit der Westschweizer Stiftung „Fondation Octopus“ auf die Beine zu stellen. Die Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, wissenschaftliche Forschungsprojekte im Bereich der Unterwasser-Archäologie und Meeresbiologie zu fördern. Sie verfügen über eine ausserordentliche Expertise im Bereich unter Wasser SFM und einen grossen Erfahrungsschatz.

octopusfoundation.org


Am Tag der Vermessung lag so viel Schnee auf den Strassen und in der Hafeneinfahrt wie seit Jahrzehnten nicht mehr. Das ganze Tauchequipment musste zu Fuss über den verschneiten Steg in das Boot gebracht werden.



         Einblick in die SFM-Aufnahme an Bord.


Die Drohnenaufnahme zeigt den starken Algenbewuchs eines „Hügelis“ aus der Luft. (© Fondation Octopus, 2021)


Diese Fotografie wurde für den Versuch des Errechnens eines 3D-Modells verwendet. Sie zeigt den monochromen Algenteppich der sich über das „Hügeli“ gelegt hat.  (© Fondation Octopus, 2021)





Der Algenteppich war zu monochrom. Das Programm konnte sich bloss in einer Ecke an den Vermessungslinien orientieren. Von dieser Ecke konnte es einige Fotos kombinieren und ein kleines 3D-Modell davon berechnen. Leider gelang es mit dieser Aktion also nicht, ein zusammenhängendes 3D-Modell eines gesamten „Hügelis“ zu erstellen. Aber immerhin: Ein Versuch war es Wert und für eine weitere Aktion sind wir nun bestens vorbereitet! (© Fondation Octopus, 2021)





Zitat aus der Kommunikationsplattform:
Archäologie Taucher: „ Ein Hügeli von den Algen zu befreien, wäre ein nicht allzu gewaltiger Aufwand, den es sich lohnt, wenn man danach ein komplettes Modell eines Hügels generieren kann.“





Infografik
Ablauf einer Aufnahme mittels SFM unter Wasser


Für das erfolgreiche Gelingen einer Vermessung mittels SFM unter Wasser müssen einige Dinge beachtet werden. Bevor man sich an das Fotografieren machen kann, braucht es unter Wasser einige Vorbereitungen. Hauptsächlich muss ein Konstrukt zur Orientierung unter Wasser aufgebaut werden. Es braucht für die Aufnahme mindestens drei Taucher, die den genauen Ablauf unter Wasser kennen und aufeinander eingespielt sind.

Als der Leiter der Stiftung mir und meinem Arbeitskollegen den Vorgang unter Wasser erklärte, zeichnete er eine Skizze. Diese inspirierte mich dazu, meinen Beitrag zu leisten. Ich erstellte eine Infografik, die später nicht nur dazu dienen soll, dass wir unseren weiteren Teamkolleginnen die Technik beibringen können, sondern sie soll auch der Fondation Octopus eine Hilfestellung bieten, wenn sie weiteren Tauchern ihre Technik erklären müssen.



Der Stiftungsleiter erklärt den Vermessungsvorgang unter Wasser. Zur Verdeutlichung und Veranschaulichung zeichnet er diese Skizze dazu.



Einblicke in den gestalterischen Entstehungsprozess der Infografik.




Fertige Infografik zur Erklärung der SFM-Aufnahme unter Wasser.




Zitate beteiligter Wissenschaftlerinnen
zu meiner Arbeit:





Archäologie Taucher: „Realitätsnahes „Erlebnis“; weniger abstrakt als andere Darstellungsweisen; klare Darlegung eines Sachverhaltes (man versteht es besser); Aufdecken neuer, bisher nicht beobachteter (oder nicht beobachtbarer) Sachverhalte..“


Geologe: „Ich habe durch die nicht-überhöhten, mit Mensch als Massstab versehenen Figuren am meisten neue Erkenntnisse erhalten. Diese hätte ich ohne diese Plattform nicht gekriegt...“


Archäologe: „Die Stärke liegt in der Darstellung von Fakten, also der Visualisierung anstelle der Rekonstruktion. Für die Hügeli, die eigentlich „Fladen“ sind, bedeutet dies eine Entstressung des Stonehenge Mythos...“

Archäologe: „Klarer Erkenntnisgewinn, gute Visualisierung...“


Geologe: „Das Wichtigste und Spektakulärste für mich waren die 1:1 Darstellungen in echter Grösse mit Massstab (Person) daneben. Das war sozusagen ein Augenöffner... Bravo!“


Archäologin: „Praktikable Lösung, da derartig grosse Datensätze online zur Begutachtung und zur Arbeit bereit stehen.“






Diese Übersichtssituation aus Fächerecholotdaten zeigt einen grossen Ausschnitt des Bodensees. Durch die Belichtung mit mehreren Streiflichtquellen werden die topografischen Begebenheiten deutlich sichtbar: Wasserströmungen formen den Untergrund, Hafenbecken treten hervor und Erosionslinien werden erkennbar.