ROMA 1 Dicembre 2011 Lineamenti per una Informatica Archeologica ovvero vivere e convivere con l’Archeologia Digitale Andrea D’Andrea Centro Interdipartimentale.

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1 ROMA 1 Dicembre 2011 Lineamenti per una Informatica Archeologica ovvero vivere e convivere con l’Archeologia Digitale Andrea D’Andrea Centro Interdipartimentale di Servizi di Archeologia Università degli Studi di Napoli “L’Orientale”

2 Curiosità... - 1 Dicembre 2011

3 Curiosità... - 1 Dicembre 2011

4 Curiosità... - 1 Dicembre 2011

5 Curiosità... - 1 Dicembre 2011

6 Curiosità... - 1 Dicembre 2011

7 Il Progetto Archeologico
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 - 1 Dicembre 2011

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

9 Il Rilievo digitale 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. - 1 Dicembre 2011

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

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

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

13 I metodi di rilievo 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 Computer Grafica 3D 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: un metodo di descrizione del sistema 3D stesso ("scena"), composto di rappresentazioni matematiche di oggetti tridimensionali un meccanismo di produzione di un'immagine dalla scena ("renderer“) - 1 Dicembre 2011

15 Computer Grafica 3D Sistemi image-based
La rappresentazione matematica dell’oggetto 3D può essere ottenuta in molteplici modi: Sistemi image-based Fotogrammetria Coppie stereoscopiche Fotomodellazione Sistemi di acquisizione numerici Stazione totale GPS Laserscanner - 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 - 2009 AXUM Parco archeologico degli obelischi
- 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 dandrea@unior.it - 1 Dicembre 2011

22 YEHA - Il Grande Tempio - 1 Dicembre 2011

23 YEHA - Il Grande Tempio - 1 Dicembre 2011

24 YEHA - Il Grande Tempio - 1 Dicembre 2011

25

26 Wadi Gawasis dal 2008 - 1 Dicembre 2011

27 Wadi Gawasis - 1 Dicembre 2011

28 Wadi Gawasis - 1 Dicembre 2011

29 Il rilievo archeologico digitale
Image-based modeling L’ultima frontiera in campo di tecniche di rilievo indiretto è caratterizzata dall’uso 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 all’oggetto. Il software genera una nuvola di punta priva di riferimenti spaziali. Con l’ausilio 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
Il modello 3D navigabile - 1 Dicembre 2011

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

36 Abu Gorab – Tempio solare
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37 Abu Gorab – Tempio solare
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38 Abu Gorab – Tempio solare
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39 Abu Gorab – Tempio solare
- 1 Dicembre 2011

40 VANTAGGI e SVANTAGGI del rilievo digitale
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 l’allineamento 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 Conclusioni L’impiego 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 l’esercizio una capacità di vedere e leggere/intepretare l’oggetto, le tecniche di laserscanner e fotogrammetria rimandano alla fase di laboratorio l’estrazione delle informazioni spaziali necessarie alla documentazione dell’oggetto. - 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 - 1 Dicembre 2011

43 Il futuro è nell’integrazione
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 all’archeologia preventiva e alla carte del potenziale archeologico Come operare per l’integrazione? Innanzitutto verifica della qualità del dato. Ma a ben vedere c’è un problema/errore nella raccolta e nella sistemazione dei dati. - 1 Dicembre 2011

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

45 L’errore è sempre in agguato
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 Errori di Misurazione C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp - 1 Dicembre 2011

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

47 L’errore è sempre in agguato
Errori nella Classificazione 3 metodi di classificazione: Descrizioni in testo libero; Descrizione con caselle esplicative prestabilite; 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. C. Orton, Fit for purpose? Archaeological data in the 21st century. Archeologia e Calcolatori, 2010, 21, pp - 1 Dicembre 2011

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

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

50 Conclusioni - 1 Dicembre 2011

51 La qualità del dato impreciso
Molto spesso nell’attività 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

52 La qualità del dato impreciso
La crescente proliferazione di sistemi ed applicazioni informatiche per la gestione, il trattamento e l’analisi 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

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

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

55 Concetti sfumati Sito: aveva una estensione di all’incirca 50 Ha
Ceramica: l’oggetto x si distingue da y che è di dimensioni ridotte Datazione: si data probabilmente dal.....al…… Necropoli: quasi certamente un maschio adulto - 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 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 Concetti sfumati Nel passaggio dall’incertezza narrativa alla tabella/applicazione non rimane alcuna traccia del procedimento logico/deduttivo/ipotetico che l’archeologo (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

59 Concetti sfumati 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 l’impossibilità di ricostruire il processo logico? - 1 Dicembre 2011

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

61 La logica fuzzy: principi di base
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). - 1 Dicembre 2011

62 La logica fuzzy: principi di base
Approccio soggettivo non arbitrario. Il Fuzzy set costituisce un approccio matematico che incorpora nella descrizione dell’informazione l’incertezza. 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 dall’osservatore. - 1 Dicembre 2011

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

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: Tipo M F Grado 0,8 0,2 - 1 Dicembre 2011

65 Quantità fuzzy Esempio: età di un defunto, basata su dati antropologici Si può stabilire che l’età 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. Intervallo in cui si ritiene compresa l’età 1 12 15 20 22 Intervalli in cui potrebbe essere compresa l’età - 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 (D’Andrea 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 M F Coeff. A&N k M F (–2, –1) 1 (–1, +1) 0.5k + 0.5 –0.5k + 0.5 (+1, +2) Indefinito 0.5 Ad esempio, se k=0,6 risulta: M = 0.8, F = 0.2 - 1 Dicembre 2011

69 Coefficienti fuzzy Il coefficiente dell’età è stato calcolato con una coda corrispondente al 25% dell’intervallo stimato; ai dati ottenuti con le analisi osteologiche è stato assegnato 1, mentre alle code sono stati attribuiti valori compresi tra 0 ed 1. Età x Coefficiente Fuzzy < 15 15  x < 20 0.2x – 3 20  x < 40 1 40  x < 45 –0.2x + 9 45  x - 1 Dicembre 2011

70 Attributi per la tabella tomba
Attribute Type Description GENDER_OST TEXT Gender assignment (osteological analysis) GENDER_ARCH TEXT Gender assignment (archaeological analysis) F_GENDER F_LABEL Fuzzy gender AGE TEXT Age (archaeological analysis) YEARS_OST TEXT Age (osteological analysis) F_AGE F_VALUE Fuzzy age CHRONOLOGY TEXT Chronological interval F_CHRONOLOGY F_VALUE Fuzzy chronology GOODS BOOL Grave-goods, true = present BODY_POSITION TEXT Body position, pre-defined set of options RITE TEXT Inhumation or cremation - 1 Dicembre 2011

71 QBE: (F_AGE ~ “40 years old”) > 0
1 - 1 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 Proprietà Maschi Femmine Indeterminati Ratio M/F
Maisto-Boccia 47.4% 42.1% 10.5% 1.13 Rossomando 75.0% 25.0% 0.0% 3.00 Tascone-Di Dato 63.1% 31.6% 5.3% 2.00 Totale 58.7% 34.8% 6.5% 1.69 Percentuali relative al Genere (ricavate da Serritella 1995) Proprietà Maschi Femmine Ratio M/F Maisto-Boccia 53.1% 46.9% 1.13 Rossomando 70.4% 29.6% 2.38 Tascone-Di Dato 57.6% 42.4% 1.36 Totale 57.2% 42.8% 1.34 Percentuali relative al genere ottenute con l’approccio 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 - 1 Dicembre 2011

76 Tracce d’uso 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 - 1 Dicembre 2011

77 Ceramica Sito protostorico di Sant’Ilario d’Enza (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 - 1 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 l’utente verificare la qualità dei dati? Attualmente, no. Con la fuzzy logic c’è una maggiore trasparenza dei dati. Come possiamo gestire i concetti archeologici che hanno poca compatibilità con l’algebra 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 dell’approccio scelto e se la strutturazione delle informazioni è theory-laden; l’importante è che di tale scelta non-neutrale resti traccia nei discorsi. Ecco perché l’approccio fuzzy può aiutare a rendere manifesti tali percorsi, perché chiarisce che le conoscenze acquisite influenzano i risultati finali. - 1 Dicembre 2011

82 Alcuni paradossi L’informatica 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. L’Archeologia 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