CAD v archeológii I. – úvod do problematiky

November 2nd, 2009 § 0

Toto je článok (resp. skôr séria článkov), ktorými mal pravdepodobne blog dobo/cadzone začínať. Vzhľadom na pomerne živelný spôsob, s akým som začal postovať články, je najvyšší čas trochu zabrzdiť a poskytnúť ucelenejší rozklad situácie. Seriál CAD a archeológia začína, meine Herrschaften…

This item should be the real beginning of dobo/cadzone. I’ve started a little bit unrestrained so there is more than time to get a more compact analysis. CAD and archaeology – here we go…

Cieľom nasledovných príspevkov je vyjasniť si postoj vo vzťahu CAD a archeológia, prebrať možnosti computer aided drafting v terénnej praxi a ambiciózne sa pokúsiť o náčrt dokumentačného štandardu pre aplikáciu CAD v archeológii. Veľmi rád privítam akékoľvek reakcie v komentároch. Konkrétne nasadenie CADu budem demonštrovať na Autodeskových aplikáciách – jednak z dôvodu praktického (máme ich na pracovisku zakúpené), druhak z pomyselného mechu Autodesk – Solidworks – Catia – Microstation je to práve Autodesk, ktorý nakročil tým smerom, ktorý je rapídne využiteľný v archeologickej terénnej praxi (profesné nadstavby, o ktorých bude podrobne referované).

CAD a GIS – vyjasnenie demarkačnej čiary

Vo vývoji computer archaeology je možné postrehnúť dva základné medzníky – jeden súvisiaci so snahou po formalizovanom spracovaní veľkého množstva dát (štatistické prístupy) a druhý s revolučnou technológiou GIS, ktorá vtrhla do archeológie na konci 80. rokov a udomácnila sa v tokoch 90. tych (citácie). Na prelome tisícročia je už GIS štandardným inštrumentáriom “bádateľa” .>) a zdá sa, že zametal cestu práve CADu, v zmysle technickom, nie na báze spoločnej filozofie. Zatiaľčo GIS má tendenciu byť nástrojom analytickým, ocitol sa v čiastočnej závislosti na CADoch z dôvodu rýdzo technického – väčšina datových podkladov (kataster, správa majetku) bola doménou CADu. V samotnej českej a slovenskej geodézii si všetci môžu obliecť tričká s nápisom “mám Microstation, teda som”.
V priebehu poslednej dekády sa v terénnej archeológii ustálil názor, že na zber a primárne spracovanie podkladov je praktickejšie využiť CAD, na oborovú analýzu a postprocessing dát GIS. V CADoch sa jedná o riešenia Microstation a AutoCAD, GISy prekonali cestu ad GRASS GIS a Idrisi až k “veľkému bratovi” pod hlavičkou ESRI. Základná téza, že CADy sú praktické a rýchle pri kreslení, a GISy sú analytické, stále platí, aj keď posledné roky dochádzy k masívnej integrácii funkcionality – CADy nakročili do mapových a analytických aplikácií (napr. u Autodesku sú to Map, Civil, Topobase a MapGuide), základné kreslenie a editácia v ArcGIS prestáva pripomínať trhanie zubov1. Zdá sa, že v priebehu najbližších rokov už nabude mať zmysel nakupovať CAD/GIS/BIM softvér podľa funkcionality, ale na základe “vernosti značke”. Zbližovanie CAD – GIS sa výrazne prejavilo i v otázke technickej – kompatibilnosti formátov, ktorá spôsobovala pomerne ťažkú hlavu ešte pred 5 rokmi – bezstratové prevody dát medzi .DXF a .SHP a pod.

Korene

CADy sa podľa tradície zrodili v elektrotechnickom a strojárskom priemysle. To je však len čiastočne pravda. Tieto obory výrazne urýchlili automatizáciu tvorby výkresov, ovšem myslím, že ten projekt toho “pravého CADu” bol vyvolaný myšlienkou “modelu” (čo je, ako si ukážeme, významný rozdiel oproti výkresu), po ktorom je vyžadovaná iná kvalita, než po “čiarach a šrafách” na inžinierskom výkrese. Prvé volania po plnohodnotnom modelovaní telies pochádzajú z oboru plastov (vstrekovacie formy). Ináč, zrod samotného Autodesku je typická american story o úspechu nadaných mladých chlapcov s pár doláčmi v tatkovej garáži, odštartoval to nenápadný kalifornský rodák John Walker (to aby ste vedeli, čo sa chlastá v autodeskovej komunite).
Tak či onak, od prvých autodeskových riešení spred 25 rokov sa zmenilo úplne všetko, kompjútre výkonovo vzrástli stonásobne a dnešné technické obory už dávno v CADoch nekreslia, lež modelujú procesy.

V porovnaní s technickými obormi (napr. strojárina) je vzťah archeológie ku CADom iný (ťažší):

  1. Technické obory (strojárstvo, architektúra, priemyselný design a návrh, geodézia, BIM) majú naprosto jasne definované štandardy a postupy kresebnej dokumentácie a prechod medzi “pauzákmi” a PC bol viac-menej len formálny. Tento fakt vyplýva z dlhodobej tradície a medzinárodných štandardov.
  2. Technické kreslenie je v drtivej väčšine prípadov práca s geometrickými primitívmi a ich vzájomnou kombináciou. To v archeológii neplatí. Najčastejšie dokumentovanou entitou je archeologická štruktúra (“vrstva”, “val”, “hradisko”, “niva rieky”) nepravidelnej geometrie.

Pohyblivé obrázky

Najprv si vyjasníme vzťah medzi archeológiou a obrázkami, ktorý je skrznaskrz pozitívny, ako ukazuje motto rozsiahleho príspevku L. Gála na serveri terraverita.cz. Nebudem sa zaoberať posadlosťou 3D a animácie, ktorá do oboru posledné roky vtrhla, ozrejmíme si problém na rozdiele medzi rastrovou a vektorovou grafikou.
Rastrová grafika (v našom prípade hlavne fotka) je zatiaľ najvernejšou grafickou reprezentáciou nálezovej situácie. Obmedzená len technickými možnosťami (napr. rozlíšenie snímača fotoaparátu a pamäťovými nárokmi spracovania) hodnoverne zobrazuje reálny výzor a pozíciu dokumentovanej entity. Medzi ďalšie obrovské výhody patrí jej rýchlosť (nízkonákladovosť) a dostupnosť. Nevýhoda fotografie spočíva v kompletnej absencii jej interpretačného rozmeru s jadne definovanými rozhraniami entít (obr. 1)
Vektorová grafika (v ponímaní tohto príspevku CADové entity) je interpretovaným grafickým vyjadrením terénnych entít s určitou mierou abstrakcie (obr. 2, 3). Vo vulgárnom pojmosloví terénnej praxe zhruba zodpovedá “kresleniu na milimetrák” – prevodu reality na body, línie a polygony.

Na rastrovom snímku je realisticky zachytená projekcia nálezovej situácie (obr.1). Bez interpretačného rozkľúčovania je však nemožné pracovať so stratigrafickými jednotkami. Pri doplnlnení o interpretačnú kresbu je možné hovoriť o dokumentačnej dokonalosti (“reálne a zároveň interpretované zobrazenie”, obr.2), ktorá je redukovateľná len na vektorovú prezentáciu (určitá miera abstrakcie, obr.3).

V súvislosti s vektorizáciou výzkumnej dokumentácie a v kontrapunkte s rastrovou grafikou teraz vypichneme dve veci – problém abstrakcie (resp. úroveň detailu) a vektor ako objekt.

Kauza valounková dlažba, neb` problém abstrakcie

Vektorizovaním konkrétnej terénnej situácie (platí pre prípad kreslenia z rastrového podkladu) sa kreslič skôr či neskôr stretne s problémom úrovne detailu nálezovej situácie. Pokiaľ v spomínaných technických oboroch je táto záležitosť zväčša problém merítka, resp. “zoomu” na vykresľovaný objekt, v našom prípade to neplatí.

Obr 4 – 6. Archeologická entita – konštrukcia (múr). Je možné je vizualizovať ako jednoduchú linku (najvyššia úroveň abstrakcie, obr.4), polygon (okrem smeru vektoru a pozície je k dispozícii napr. jeho hrúbka, obr.5) resp ako polygon s textúrou muriva (+ infomácia o jeho skladbe, obr.6). Príklad rôznych druhov abstrakcie vektorizovanej reality.

Nie je pochopiteľne možné apriori stanoviť obecnú hĺbku detailu pre archeologickú dokumentačnú prax. Dôležité je uvedomiť si, že táto kategória existuje a mala by byť pre projekt (aka “výskum”) definovaná a v rámci projektu štandardne dodržovaná.

A keď sa to preženie…

… tak to môže dopadnúť i takto – na obr.7 (hore) je vektorizovaná dlažba, na obr.8 (dole) len technická šrafa s popiskou. Hoci kompletná vektorizácia vyjadruje svojou texturou skladbu celej štruktúry dlažby, jej vektorizácia trvala cca 4 hod. pracovného času. Je na pováženie, či sa jedná o adekvátne náklady a či nie lepšie v takomto prípade skôr použiť abstaktný symbol (šrafu).

Všetko je vlastne databáza, neb` vektor ako objekt

Veľmi dôležitým faktom vektorizovaných entít je ich “objektovosť” – pokiaľ rastrový obrázok je vždy 1 objekt bez ohľadu na to, koľko archeologických fenoménov zachytáva (editačnými subentitami sú teda pixely), pre kreslenie v CADe je bezpodmienečne nutné dodržať zásadu dekompozície na samostatne funkčné objekty (napr. “stratigrafické jednotky”, alebo “polygony výzkumu” apod.). Ak prijmeme zásadu atomizácie terénnej reality do množín podľa určitého kľúča, CADové entity by mali zodpovedať jedincom týchto množín (editačnými subentitami sú teda vertexy línií a polygonov).
Nie som vývojárom a už vôbec nie vývojárom Autodesku .>), pod pokličku proprietárneho softvéru nie je možné nahliadnuť. Logike veci však zodpovedá nasledovný model – aplikačné jadro vytvára inštancie preddefinovaných tried objektov (nie len kreslených, samozrejme), pomocou knižníc na ne aplikuje ten a ten proces (metódu) a stará sa o odpovedajúci output na grafickú kartu. V takomto prípade by CADový softvér nebol ničím iným, len kresliacou objektovou databázou. Z čoho plynú dve veci:

  • je dobré udržiavať kreslenie na úrovni 1 archeologická entita = 1modelová entita
  • vzhľadom na to, že databázu je možné vždy prepojiť na inú databázu (odvážne tvrdenie), je možné modelové entity spájať s inými informáciami (napr. v externých databázach)

V nasledovnej časti si nadefinujeme topologické pravidlá pre vykresľovanie archeologických terénnych entít a vyberieme najvhodnejší softvér pre ich kreslenie.

  1. 1 jedna zo základných rozlišovacích vlastností ovšem asi zostane zachovaná na veky vekúce – a tou je prístup k 3D. Zatiaľčo u CADov je vykresľovací engine natívny 3D, t.j. koordinátny systém vždy disponuje osami x, y, z, v GISoch je natívne 2D a výška je suplovaná atribútom. []

otagované / tagged: ,

§ Hoď komentár

kde som? / where am i?

práve čítaš CAD v archeológii I. – úvod do problematiky v ďobo-CADzone, true men don't kill coyotes and use AutoCAD….

meta