Monday, 18 May 2009

Αρχαιολογικά παζλ

Πιστεύετε ότι ένα παζλ με 1.000 κομμάτια που απεικονίζει την πλατεία του Αγίου Μάρκου στη Βενετία δεν αποτελεί αξιόλογη πρόκληση; Τότε φανταστείτε ότι προσπαθείτε να το συναρμολογήσετε αγνοώντας παντελώς τι αναπαριστά ή ενώ λείπουν μερικά κομμάτια ή αν τα κομμάτια προέρχονται στην πραγματικότητα από διαφορετικά παζλ. Φανταστείτε επιπλέον ότι τα κομμάτια είναι τρισδιάστατα και έχουν ηλικία 4.000 ετών.
Αυτή την κατάσταση αντιμετωπίζουν οι αρχαιολόγοι όταν ανακαλύπτουν σκορπισμένα υπολείμματα αγγείων, κυλίκων και άλλων σκευών. Η συναρμολόγηση θραυσμάτων μπορεί ενδεχομένως να προσφέρει πολύτιμα στοιχεία για τον υπό εξέταση πολιτισμό, η διαδικασία όμως διαρκεί μήνες.

Πρόσφατα ωστόσο, ο ειδικός στην υπολογιστική όραση Andrew R. Willis, του Πανεπιστημίου Brown, δημιούργησε ένα πρόγραμμα ικανό να συναρμολογεί σε λιγότερο από 2 ώρες ένα αγγείο αποτελούμενο από 13 θραύσματα χρησιμοποιώντας μόνο 10 από αυτά. Οι ερευνητές επινοούν μεθόδους για να συναρμολογούν δισδιάστατα παζλ και να συγκρίνουν δεδομένα από τρισδιάστατα αντικείμενα σχεδόν 20 χρόνια τώρα, όμως ο Willis είναι ένας από τους πρώτους που συνδύασε τις εξελίξεις στο συνταίριασμα κομματιών και τη δημιουργία μοντέλων με σκοπό τη συναρμολόγηση αρχαίων αγγείων. Ξεκίνησε την εργασία του χάρις στη Martha Joukowski, μια αρχαιολόγο από το Brown, η οποία του πρότεινε την ιδέα.

Κατά την ανακατασκευή ενός κεραμικού, οι αρχαιολόγοι ταξινομούν πρώτα τα θραύσματα βάσει του χρώματος, της καμπυλότητας, του πάχους και των ορατών σχεδίων του. Στη συνέχεια, «τα συνταιριάζουν με την αφή, προσπαθώντας να διαπιστώσουν ποιο θραύσμα θηλυκώνει απόλυτα με ποιο άλλο» εξηγεί η Joyce White, αρχαιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Πενσιλβανίας.

Για τους μηχανικούς, «η συναρμολόγηση των θραυσμάτων ενός κεραμικού απαιτεί στην ουσία την επίλυση ενός τρομερά πολύπλοκου προβλήματος συνδυαστικής ανάλυσης, το οποίο συνίσταται στη σύγκριση όλων των κομματιών» εξηγεί ο Willis. «Είναι δύσκολο επειδή τα κομμάτια μπορεί να ταιριάζουν σε πολλά τμήματα κατά μήκος μιας άκρης τους.» Το τέχνασμα έγκειται στο να βάλουμε τον υπολογιστή να «δει» τα κομμάτια και να εξαγάγει «οπτικά» συμπεράσματα, όπως θα έκανε και ένας άνθρωπος. Για να το επιτύχουν αυτό, ο Willis και ο David B. Cooper, επίσης του Brown, δημιούργησαν έναν αλγόριθμο που μεταφράζει συγκεκριμένα οπτικά σημεία σύγκρισης σε υπολογίσιμες μαθηματικές διαφορές.

Το πρόγραμμα λειτουργεί βάσει τρισδιάστατων εικόνων σάρωσης των κεραμικών θραυσμάτων. Η ανασυναρμολόγηση ενός σκεύους συνίσταται στη βαθμολόγηση διάφορων ομαδοποιήσεων των θραυσμάτων βάσει τού πόσο καλά ταιριάζουν μεταξύ τους ―δηλαδή, βάσει της συναρμογής των άκρων τους και της «γεωμετρικής συνέπειας» της συνολικής επιφάνειας. «Η προκύπτουσα επιφάνεια, την οποία δημιουργείς συνταιριάζοντας δύο κομμάτια, θα πρέπει να μοιάζει με κάτι που δημιουργήθηκε στον τροχό του κεραμοποιού» επισημαίνει ο Willis. Δημιουργώντας έναν συνεχή κατάλογο με αυτές τις βαθμολογίες, ενώ παράλληλα δοκιμάζονται και νέες διαμορφώσεις, το πρόγραμμα παράγει ένα σύνολο κομματιών με τη μεγαλύτερη πιθανότητα να μοιάζουν με το αληθινό αντικείμενο. Η πρόσφατη πρόοδος στην υπολογιστική ισχύ κατέστησε τη βαθμολόγηση και σύγκριση μια αρκετά γρήγορη διαδικασία, όμως η ανακατασκευή παραμένει χρονοβόρα, διότι σχεδόν πάντοτε λείπουν κομμάτια.

Στο μέλλον, οι Willis και Cooper ευελπιστούν να καταπιαστούν με μεγαλύτερη ποικιλία αντικειμένων. «Ως τελικό στόχο έχουμε να μπορούμε να ανακατασκευάζουμε ολόκληρους αρχαιολογικούς χώρους ―αγάλματα, κιονόκρανα κ.λπ.― βασιζόμενοι αποκλειστικά σε μετρήσεις από αυτούς» δηλώνει ο Cooper.

Παρότι η εν λόγω ερευνητική εργασία συνιστά εντυπωσιακή πρόοδο στις ανακατασκευές, παραμένουν πολλοί γρίφοι που μόνο οι ίδιοι οι επιστήμονες μπορούν να επιλύσουν. «Η πεμπτουσία της αρχαιολογίας είναι η μελέτη του γενικότερου πλαισίου» εξηγεί ο Willis. «Δεν υπάρχουν μαγικές λύσεις. Ενώ θεωρητικά ο υπολογιστής είναι πολύ χρήσιμος, μερικές φορές απλώς σε βοηθά να χρησιμοποιήσεις το δικό σου μυαλό καλύτερα.»

Scientific American

No comments: