In Mesopotamien entstand mit dem Reich der Sumerer eine der frühesten Hochkulturen der Menschheit. Eines der Zentren des Sumererreichs war die Stadt Uruk. In dieser Metropole am Ufer des Euphrat lebten schon um 3500 vor Christus mehr als 50.000 Menschen. Sie umfasste neben Wohngebäuden, Werkstätten und Palästen auch mehrere große Tempel. “Die archäologischen Überreste Uruks bedecken heute eine Fläche von mehr als fünf Quadratkilometern und bergen die materiellen Zeugnisse einer der ersten Städte der Welt in sich”, erklärt Max Haibt vom Deutschen Archäologischen Institut.
Digitaler Zwilling: Mehr als nur ein 3D-Modell
Umso wichtiger ist es, diese einzigartigen, heute zum UNESCO-Welterbe gehörenden Relikte möglichst intakt zu bewahren und zerstörungsfrei zu erforschen. Um dies zu ermöglichen und gleichzeitig den Zustand der Ruinen überwachen zu könne, haben Haibt und sein Team erstmals einen digitalen Zwilling Uruks erstellt. “Ein solcher digitaler Zwilling unterscheidet sich von einem bloß geometrischen Digitalmodell, weil er neben dem 3D-Modell auch Echtzeitdaten von Sensoren umfasst”, erklärt Haibt. Diese VR-Version Uruks ermöglicht damit die virtuelle, hochaufgelöste Erkundung und Erforschung der Ruinen von Uruk und ihrer Umgebung und erleichtert auch die Planung von Ausgrabungen und Probennahmen.
Doch für den digitalen Zwilling von Uruk musste das Team einige technische Herausforderungen meistern. Um das Ruinenfeld hochaufgelöst und georeferenziert zu kartieren, nutzten die Archäologen um Haidt eine ferngesteuerte Langstreckendrohne, die über eine Reichweite von mehr als 100 Kilometern verfügt und ein Kilogramm Nutzlast tragen kann. Sechs Tage lang überflog sie Uruk in einem engen Suchraster und erstellte dabei gut 32.000 Luftbilder von Uruk und Umgebung. Jede Aufnahme wurde mit einem präzisen Geotag versehen und mit 3D-Photogrammetrie-Software zu einem einzigen georeferenzierten Modell zusammengefügt. Basis dieses 3D-Modells bildeten 9,3 Milliarden Netzpolygone und 1.024 Texturlagen.
Erst durch Gaming-Technologie möglich
Das Problem jedoch: “Selbst fortgeschrittene Grafiksoftware wie Blender oder 3DsMax kann typischerweise maximal 15 Millionen Polygone laden und rendern”, erklärt Haibt. Für statische 3D-Modelle ließe sich dies durch abschnittweises Rendern umgehen, doch der digitale Zwilling muss in Echtzeit gerendert werden. Die Lösung fand das Team in modernster Gaming-Technologie. Die in eine Gaming-Engine integrierte Nanite-Technologie ermöglicht es, die Polygone für das Rendern zu virtuellen Clustern zusammenzufassen und den umfangreichen Datensatz dadurch in Echtzeit zu streamen und zu visualisieren.
Das Ergebnis ist ein virtuelles Abbild, das die Ruinen von Uruk und seine Umgebung auf einer Fläche von 40 Quadratkilometern und mit 8k-Auflösung zeigt. “Die räumliche Auflösung des ersten Prototyps liegt mit 27 Zentimetern und einer Texturauflösung von rund drei Zentimetern zwar noch unter den Zielvorgaben. Dennoch ist die Qualität schon ausreichend hoch, um das Modell als allgemeinen Kontext für die Integration weiterer räumlicher Daten zu verwenden”, sagt Haibt. Der virtuelle Flug über Uruk macht damit erstmals sichtbar, was und wo in einem Jahrhundert der archäologischen Forschungen in der mesopotamischen Stadt ausgegraben, untersucht und freigelegt wurde.
