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Lineamenti per una Informatica Archeologica ovvero vivere e convivere con lArcheologia Digitale Andrea DAndrea Centro Interdipartimentale di Servizi di.

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Presentazione sul tema: "Lineamenti per una Informatica Archeologica ovvero vivere e convivere con lArcheologia Digitale Andrea DAndrea Centro Interdipartimentale di Servizi di."— Transcript della presentazione:

1 Lineamenti per una Informatica Archeologica ovvero vivere e convivere con lArcheologia Digitale Andrea DAndrea Centro Interdipartimentale di Servizi di Archeologia Università degli Studi di Napoli LOrientale ROMA 1 Dicembre 2011

2 Curiosità Dicembre 2011

3 Curiosità Dicembre 2011

4 Curiosità...

5 - 1 Dicembre 2011 Curiosità...

6 - 1 Dicembre 2011 Curiosità...

7 M.O.H. Carver, Digging for data: archaeological approaches to data definition, acquisition and analysis, in R. Francovich, D. Manacorda (a cura di), Lo scavo archeologico: dalla diagnosi all'edizione. III Ciclo di Lezioni sulla Ricerca applicata in Archeologia, Firenze, 1990, pp Dicembre 2011 Il Progetto Archeologico

8 - 1 Dicembre 2011 Campi di Applicazione Il rilievo digitale Topografia Stazione Totale e GPS Rilievo di dettaglio Stazione Totale, tecniche laserscanning e fotogrammetria Ricostruzione 3D Modellazione e rendering

9 Il rilievo archeologico con la scheda e la fotografia è parte di un processo conoscitivo finalizzato alla rappresentazione e descrizione di un oggetto archeologico Il rilievo rappresenta una forma di conoscenza che presuppone la capacità di vedere. Questa capacità si esercita attraverso un processo di misurazione basato sulla geometria descrittiva. Il Rilievo digitale - 1 Dicembre 2011

10 Il rilievo archeologico si distingue da qualsiasi altro tipo di rilievo per due motivi: 1.Presuppone la conoscenza approfondita delle caratteristiche degli oggetti da rappresentare 2.E un documento scientifico e come tale rappresenta la realtà attraverso linterpretazione grafica secondo regole e criteri codificati Lapplicazione di un metodo standardizzato di rilievo rende possibile la comparazione tra le evidenze. Il Rilievo digitale - 1 Dicembre 2011

11 Il rilievo archeologico non è una semplice riproduzione/illustrazione della realtà e delle forme delloggetto archeologico, ma un metodo per: Introduzione DOCUMENTARE CONOSCERE COMPARARE - 1 Dicembre 2011

12 I metodi di rilievo a.Rilievo diretto. Gli strumenti Dallalto, si vedono: 1.perpendiculum (filo a piombo) 2.circinus (compasso) 3.libella (archipendolo o livella) 4.norma o regula (squadra) 5.pes (piede) - 1 Dicembre 2011

13 I metodi di rilievo b.Rilievo indiretto. Con la definizione di rilievo indiretto si intende che le misurazioni vengono effettuate con strumenti ottici. Le coordinate dei punti rilevati sono ottenuti mediante calcoli trigonometrici realizzati dagli strumenti. Per queste caratteristiche parliamo di rilievo strumentale - 1 Dicembre 2011

14 La computer grafica 3D è un ramo della grafica computerizzata che si basa sull'elaborazione di modelli virtuali in 3D da parte di un computer. Essa viene utilizzata insieme alla animazione nella realizzazione di immagini visuali per cinema o videogiochi, ingegneria, usi o scientifici. Ogni sistema 3D deve fornire due elementi: rappresentazioni matematiche 1.un metodo di descrizione del sistema 3D stesso ("scena"), composto di rappresentazioni matematiche di oggetti tridimensionali immagine 2.un meccanismo di produzione di un'immagine dalla scena ("renderer) Computer Grafica 3D - 1 Dicembre 2011

15 La rappresentazione matematica delloggetto 3D può essere ottenuta in molteplici modi: Sistemi image-based Sistemi image-based Fotogrammetria Coppie stereoscopiche Fotomodellazione Sistemi di acquisizione numerici Sistemi di acquisizione numerici Stazione totale GPS Laserscanner Laserscanner Computer Grafica 3D - 1 Dicembre 2011

16 Il Laser Scanner Il laser scanner 3D è uno strumento che fornisce le coordinate spaziali (x, y, z) di una nuvola di punti appartenenti all'oggetto rilevato. Sono dispositivi che emettono e ricevono un impulso elettromagnetico (il laser). Il raggio laser viene deflesso mediante un meccanismo di specchi rotanti ed oscillanti che con il variare dell'angolo azimutale e zenitale, illumina il terreno in punti contigui. - 1 Dicembre 2011

17 AXUM – Mausoleo AXUM Parco archeologico degli obelischi MAUSOLEO - 1 Dicembre 2011

18 Il modello 3D - 1 Dicembre 2011

19 Foto-ortopiano texturizzato - 1 Dicembre 2011

20 Piante e Sezioni - 1 Dicembre 2011

21

22 YEHA - Il Grande Tempio - 1 Dicembre 2011

23 YEHA - Il Grande Tempio - 1 Dicembre 2011

24 YEHA - Il Grande Tempio - 1 Dicembre 2011

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26 Wadi Gawasis dal Dicembre 2011

27 Wadi Gawasis - 1 Dicembre 2011

28 Wadi Gawasis - 1 Dicembre 2011

29 Il rilievo archeologico digitale Image-based modeling Lultima frontiera in campo di tecniche di rilievo indiretto è caratterizzata dalluso di immagini contigue non calibrate. Diversamente dalla fotogrammetria (stereoscopica o monoscopica) queste tecniche di computer graphics consentono di restituire nuvole di punti da un set di immagini acquisite con normali camere fotografiche Gli algoritmi shape/structure from motion si basano sul calcolo delle ombre degli oggetti da riprese in movimento, generalmente con brevi movimenti rotatori intorno alloggetto. Il software genera una nuvola di punta priva di riferimenti spaziali. Con lausilio della stazione totale è possibile ri-scalare la nuvola e ottenere un modello geometrico - 1 Dicembre 2011

30 Il rilievo archeologico digitale Image-based modeling - 1 Dicembre 2011

31 Il rilievo archeologico digitale Image-based modeling. Possibile esplosione 3D della stratigrafia - 1 Dicembre 2011

32 Il rilievo archeologico digitale Comparazione tra rilievi eseguiti con laserscanner e image based-modeling - 1 Dicembre 2011

33 Il rilievo archeologico digitale - 1 Dicembre 2011 Il modello 3D navigabile

34 Abu Gorab – Tempio solare - 1 Dicembre 2011

35 49nuvole di punti 5caposaldi topografici di una poligonale chiusa 122punti topografici per lallineamento delle scansioni 200foto per le textures 3 Gb di dati 4 gg di lavoro sul campo Post-processing in corso - 1 Dicembre 2011 Abu Gorab – Tempio solare

36 - 1 Dicembre 2011 Abu Gorab – Tempio solare

37 - 1 Dicembre 2011 Abu Gorab – Tempio solare

38 - 1 Dicembre 2011 Abu Gorab – Tempio solare

39 - 1 Dicembre 2011 Abu Gorab – Tempio solare

40 Conclusioni VANTAGGI e SVANTAGGI del rilievo digitale Ogni tecnica fornisce uno specifico output e soprattutto è legata ad un preciso campo di applicazione. La stazione totale può essere utilmente impiegata per il rilievo archeologico di dettaglio e risulta indispensabile per la correzione della fotogrammetria per lallineamento delle scansioni del laserscanner e per la mosaicature delle immagini non calibrate Il laserscanner è costoso, veloce in fase di acquisizione, ma richiede una elevata competenza nella fase di restituzione delle nuvole dei punti e nella vestizione (texture) del modello La fotogrammetria è veloce, economica e spesso si applica per la restituzione di larghe porzione di territorio. La fase di restituzione è meno lunga di quella con laserscanner. Non è utilizzabile in ambienti con poca luce - 1 Dicembre 2011

41 Limpiego di tecnologie laserscanning e di fotomodellazione ha cambiato il modo di acquisire e restituire il dato grafico rendendo anche indipendente la creazione e restituzione di sezioni e piante. Mentre il rilievo diretto e quello indiretto con la stazione totale e il GPS prevedono direttamente sul terreno lesercizio una capacità di vedere e leggere/intepretare loggetto, le tecniche di laserscanner e fotogrammetria rimandano alla fase di laboratorio lestrazione delle informazioni spaziali necessarie alla documentazione delloggetto. Conclusioni - 1 Dicembre 2011

42 Campi di Applicazione La registrazione dei dati Banche dati multimediali Gestione, Catalogazione Sistemi per la gestione dello scavo Statistica, Analisi Spaziale, Ricostruzione Paesaggio

43 Il futuro è nellintegrazione Nel futuro dovranno essere progettati sistemi in grado di integrare la mole di dati digitali che lo scavo e le ricerche sul campo producono: pensiamo allarcheologia preventiva e alla carte del potenziale archeologico Come operare per lintegrazione? Innanzitutto verifica della qualità del dato. Ma a ben vedere cè un problema/errore nella raccolta e nella sistemazione dei dati. - 1 Dicembre 2011

44 Lerrore è sempre in agguato - 1 Dicembre 2011 C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp Errori nella Classificazione Errori di Misurazione Conseguenti Errori di conteggio

45 Lerrore è sempre in agguato - 1 Dicembre 2011 C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp Errori di Misurazione Ad una classe di studenti è stato chiesto di misurare un campione di 35 schegge di ascia. Agli studenti non sono state fornite spiegazioni formali sulla definizione di lunghezza e larghezza

46 Lerrore è sempre in agguato - 1 Dicembre 2011 C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp

47 Lerrore è sempre in agguato - 1 Dicembre 2011 C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp Errori nella Classificazione 3 metodi di classificazione: 1.Descrizioni in testo libero; 2.Descrizione con caselle esplicative prestabilite; 3.Come 2, ma con ausilio di immagini, esempi, fotografie Lo studio venne elaborato da 23 organizzazioni museali inglesi su sei gruppi di oggetti composti da 5 frammenti.

48 Lerrore è sempre in agguato - 1 Dicembre 2011 C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp

49 Conclusioni - 1 Dicembre 2011 Gli archeologi non sono consapevoli del potenziale errore nei loro dati e nelle confusioni che tali errori possono generare Dovremmo prestazione attenzione a: 1.prevenire gli errori 1.Lista di termini, dizionari regionali e riduzione del valore quantitativo dei calcoli; 2.scoprirli in seguito 1.Adoperare non solo tabelle, ma anche i grafici per scroprire evenutali errori nei dati; 3.convivere con gli errori 1.Come ridurre gli effetti degli errori? Con tecniche di analisi statistica non parametrica che sono indipendenti dai modelli.

50 Conclusioni - 1 Dicembre 2011

51 51 Molto spesso nellattività pratica degli archeologi queste incertezze o assunti dai contorni sfumati diventano inevitabilmente delle verità, ma in numerose circostanze esse si trasformano in punti interrogativi che, mentre possono essere facilmente gestiti in un tradizionale testo cartaceo che confida nella capacità umana del lettore di comprendere i differenti significati, non possono essere adeguatamente processate in modo informatico. - 1 Dicembre 2011 La qualità del dato impreciso

52 La crescente proliferazione di sistemi ed applicazioni informatiche per la gestione, il trattamento e lanalisi dei dati archeologici solleva alcuni problemi. In primo luogo quello della: – Affidabilità e Accuratezza dei dati in funzione di un futuro riuso In molti casi, infatti, gli archeologi non possono avere controllo sul livello di codifica dei dati - 1 Dicembre 2011 La qualità del dato impreciso

53 53 Non cè una chiara distinzione tra dati diretti e dati derivati; Lavorando con i dati derivati in base alluso della aritmetica ordinaria (somme, addizioni, percentuali) si può anche cadere in erronee valutazione che hanno lapparenza di verità Lutente deve quindi avere degli strumenti per conoscere la qualità dei dati (diretti ed indiretti) che sta adoperando - 1 Dicembre 2011 La qualità del dato impreciso

54 Concetti sfumati Sito: Estensione Ceramica: Classificazione/Tipologia basata su rapporti dimensionali Datazione: Intervalli cronologici Necropoli: Genere/Sesso/Età - 1 Dicembre 2011

55 55 Sito: aveva una estensione di allincirca 50 Ha Ceramica: loggetto x si distingue da y che è di dimensioni ridotte Datazione: si data probabilmente dal.....al…… Necropoli: quasi certamente un maschio adulto Concetti sfumati - 1 Dicembre 2011

56 Concetti sfumati Sito: 50 Ha 55 o 45 Ha Ceramica: tipo 1 da 27mm : tipo 2 fino a 26 tipo 1 fino a 27mm (coppa/coppetta) La datazione: 250 a.C. 260 o 240 a.C. Necropoli: 40 anni 30 anni 40 anni - 1 Dicembre 2011

57 57 Concetti sfumati Survey: Indice di visibilità: valore compreso in una scala predeterminata Paleoantropologia: analisi osteologiche Archeozoologia: analisi sui resti faunistici Istogrammi: il materiale non id. - 1 Dicembre 2011

58 58 Nel passaggio dallincertezza narrativa alla tabella/applicazione non rimane alcuna traccia del procedimento logico/deduttivo/ipotetico che larcheologo (giustamente) ha utilizzato per assegnare un valore ad una specifica classe. Un nuovo approccio metodologico – basato sulla esplicita definizione della soggettività - è necessario per non falsare ipotesi ricostruttive e consentire ad altri ricercatori di valutare pienamente e correttamente la modalità di costruzione/elaborazione dei grafici/tabelle/DB/ GIS etc… - 1 Dicembre 2011 Concetti sfumati

59 59 Ma come può essere gestita a livello di elaborazione informatica questa incertezza senza dover necessariamente perdere il punto di vista problematico e incerto del ricercatore? In altri termini, come può trasformarsi una visione riflessiva della metodologia in un valore positivo, piuttosto che in una presa di coscienza inadeguata circa limpossibilità di ricostruire il processo logico? - 1 Dicembre 2011 Concetti sfumati

60 Un nuovo approccio La logica Fuzzy - 1 Dicembre 2011 Concetti sfumati

61 Il metodo fuzzy nasce da alcuni paradossi - Da quante monete è composto un mucchio? Se ne togliamo una, resta un mucchio? E quando, continuando a toglierne, cessa di essere tale? -Dove finisce la pianura e inizia la montagna? Per trattare questi e altri casi simili, negli anni 60 è stata creata la logica fuzzy (Zadeh 1965, ecc.) che sostituisce alla tradizionale logica binaria aristotelica Vero-Falso una logica basata su un continuum di stati di verità minore (valore 0) o maggiore (valore 1). - La logica fuzzy: principi di base - 1 Dicembre 2011

62 62 Approccio soggettivo non arbitrario. Il Fuzzy set costituisce un approccio matematico che incorpora nella descrizione dellinformazione lincertezza. Non si tratta una diversa teoria della probabilità, ma delle definizione di un grado di appartenenza (affidabilità) ad un insieme basato su regole empiriche determinate dallosservatore. La logica fuzzy: principi di base - 1 Dicembre 2011

63 Fonte Serritella 1995 Sono evidenziati I dati più problematici. Si notino inoltre le discordanze fra le due determinazioni delletà - 1 Dicembre 2011 Necropoli di Pontecagnano

64 Variabile Nominale fuzzy Variabile di tipo nominale: variabile che può assumere una serie di valori (tipi) alternativi, non numerici, ad esempio: – Maschio, Femmina – Tipologie ceramiche Logica aristotelica: può appartenere a uno solo dei tipi, oppure a un tipo incerto Logica fuzzy: può appartenere a più tipi. Per ognuno si assegna un valore numerico che indica il grado di appartenenza fra 0 e 1 Esempio: TipoMF Grado0,80,2 - 1 Dicembre 2011

65 Quantità fuzzy Esempio: età di un defunto, basata su dati antropologici 1 Intervallo in cui si ritiene compresa letà Intervalli in cui potrebbe essere compresa letà Si può stabilire che letà è compresa fra 15 e 20 anni; tuttavia non si esclude che possa essere anche fra 12 e 15, oppure fra 20 e 23, sia pure con un minore grado di affidabilità. - 1 Dicembre 2011

66 Applicazioni archeologiche del formalismo fuzzy Fin dal 1989 applicazioni in campo archeologico Tecniche di statistica multivariata e classificazione Cronologia di siti Intelligenza artificiale GIS: modelli predittivi e analisi di intervisibilità Tipologia Archeometria - Archeozoologia - 1 Dicembre 2011

67 Necropoli di Pontecagnano Circa 100 aree cimiteriali, con più di 8000 tombe databili tra la prima Età del Ferro (IX sec a.C.) e il periodo Ellenizzante (inizio III sec a.C.) Il campione:164 tombe (3 multiple) ellenistiche appartenti a diverse aree funerarie Campione edito da Serritella [1995] Dati antropologici pubblicati Analisi fuzzy da ultimo in (DAndrea 2006) - 1 Dicembre 2011

68 Coefficienti fuzzy In questo caso pochi coefficienti di A&N sono minori di -1 e +1 Quando il coefficiente di A&N per M è massimo, quello per F deve essere minimo, e viceversa Fra -1 e +1 il coefficiente fuzzy varia linearmente Coeff. A&N kMF (–2, –1)01 (–1, +1)0.5k –0.5k (+1, +2)10 Indefinito0.5 Ad esempio, se k=0,6 risulta: M = 0.8, F = 0.2 MF - 1 Dicembre 2011

69 Età xCoefficiente Fuzzy < x < x – 3 20 x < x < 45 –0.2x x 0 Il coefficiente delletà è stato calcolato con una coda corrispondente al 25% dellintervallo stimato; ai dati ottenuti con le analisi osteologiche è stato assegnato 1, mentre alle code sono stati attribuiti valori compresi tra 0 ed 1. Coefficienti fuzzy - 1 Dicembre 2011

70 AttributeTypeDescription GENDER_OSTTEXTGender assignment (osteological analysis) GENDER_ARCHTEXTGender assignment (archaeological analysis) F_GENDERF_LABELFuzzy gender AGETEXTAge (archaeological analysis) YEARS_OSTTEXTAge (osteological analysis) F_AGEF_VALUEFuzzy age CHRONOLOGYTEXTChronological interval F_CHRONOLOGYF_VALUE Fuzzy chronology GOODSBOOLGrave-goods, true = present BODY_POSITIONTEXTBody position, pre-defined set of options RITETEXTInhumation or cremation Attributi per la tabella tomba - 1 Dicembre 2011

71 QBE: (F_AGE ~ 40 years old) > Dicembre 2011

72 Risultato della Query - 1 Dicembre 2011

73 Visualizzazione geografica La mappa rappresenta tombe con una grado di similarità (in rosso) o e > 0 (grigio). - 1 Dicembre 2011

74 Risultati ProprietàMaschiFemmineIndeterminatiRatio M/F Maisto-Boccia47.4%42.1%10.5%1.13 Rossomando75.0%25.0% 0.0%3.00 Tascone-Di Dato63.1%31.6% 5.3%2.00 Totale58.7%34.8% 6.5%1.69 Percentuali relative al Genere (ricavate da Serritella 1995) ProprietàMaschiFemmineRatio M/F Maisto-Boccia53.1%46.9%1.13 Rossomando70.4%29.6%2.38 Tascone-Di Dato57.6%42.4%1.36 Totale57.2%42.8%1.34 Percentuali relative al genere ottenute con lapproccio fuzzy. - 1 Dicembre 2011

75 Tipologia Campione di 50 strumenti proveniente dal sito del Bronzo Medio di Beer Resimim (Israele) Confronto fra tipologia tradizionale e fuzzy mediante assegnazione di un coefficiente fuzzy di appartenenza a ciascuno dei tipi e conteggio ponderato con tale coefficiente Hermon, Niccolucci, Alhaique, Iovino, Leonini, Archaeological Typologies – an Archaeological Fuzzy Reality, in CAA2003, BAR2004, pp Dicembre 2011

76 Tracce duso Strumenti litici dalla caverna di Corruggi (SR) Interpretazione tradizionale: attività generica raschiare prevalente, materiale lavorato pianta (arbusti/canna) Interpretazione fuzzy: anche altre attività esistenti in modo significativo, materiale prevalente osso Hermon, Niccolucci, Alhaique, Iovino, Leonini, Archaeological Typologies – an Archaeological Fuzzy Reality, in CAA2003, BAR2004, pp Dicembre 2011

77 Ceramica Sito protostorico di SantIlario dEnza (RE) Tipologia ceramica tradizionale su un campione di 420 frammenti basata su parametri geometrici Hermon, Niccolucci, Alhaique, Iovino, Leonini, Archaeological Typologies – an Archaeological Fuzzy Reality, in CAA2003, BAR2004, pp Dicembre 2011

78 Resti di animali Sito di Brega (VC) Analisi resti ovini/caprini; determinazione età (usura denti) Interpretazione tradizionale: animali utilizzati prevalentemente come fonte di lana e latte Intepretazione fuzzy: animali usati anche come fonte di carne (maggiore presenza di giovani) - 1 Dicembre 2011

79 Prospettive di sviluppo Sono oggi affidabili i database? Non sempre. La fuzzy logic potrebbe apportare un significativo miglioramento alla gestione dei dati Può lutente verificare la qualità dei dati? Attualmente, no. Con la fuzzy logic cè una maggiore trasparenza dei dati. Come possiamo gestire i concetti archeologici che hanno poca compatibilità con lalgebra tradizionale? La fuzzy logic potrebbe essere uno strumento valido - 1 Dicembre 2011

80 Prospettive di sviluppo La logica fuzzy ci ricorda che nel nostro processo di interpretazione dei fatti archeologici, compiamo costantemente e continuamente delle scelte, ma di queste decisioni e valutazioni non rimane spesso alcuna traccia nei procedimenti tradizionali di indagine. Con il tempo si perdono la memoria e i segni della proiezione delle nostre ipotesi sui dati. Il computer può condizionare negativamente questo processo interpretativo perché costituisce un mezzo freddo che non conserva traccia della incertezza. - 1 Dicembre 2011

81 Prospettive di sviluppo Non deve preoccupare la soggettività dellapproccio scelto e se la strutturazione delle informazioni è theory-laden; limportante è che di tale scelta non-neutrale resti traccia nei discorsi. Ecco perché lapproccio fuzzy può aiutare a rendere manifesti tali percorsi, perché chiarisce che le conoscenze acquisite influenzano i risultati finali. - 1 Dicembre 2011

82 Alcuni paradossi Linformatica è stata adoperata per aumentare precisione, attendibilità e scientificità del dato archeologico a discapito di una riflessione sulla reale natura del dato come fonte non neutrale. LArcheologia accumula dati e assistiamo ad una crescita esponenziale di informazioni e quindi di sistemi informativi destinati a gestire questa immensa e incontrollabile mole di dati. E particolarmente sentito il problema della scheda, dei dati digital-born e delle risorse non convenzionali (grey-literature). - 1 Dicembre 2011


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