A Survey of Geometric Analysis in Cultural Heritage

We present a review of recent techniques for performing geometric analysis in cultural heritage (CH) applications. The survey is aimed at researchers in the areas of computer graphics, computer vision and CH computing, as well as to scholars and practitioners in the CH field. The problems considered include shape perception enhancement, restoration and preservation support, monitoring over time, object interpretation and collection analysis. All of these problems typically rely on an understanding of the structure of the shapes in question at both a local and global level. In this survey, we discuss the different problem forms and review the main solution methods, aided by classification criteria based on the geometric scale at which the analysis is performed and the cardinality of the relationships among object parts exploited during the analysis. We finalize the report by discussing open problems and future perspectives

3D INTERPRETATION AND FUSION OF MULTIDISCIPLINARY DATA FOR HERITAGE SCIENCE: A REVIEW

Activities related to the protection of tangible heritage require extensive multidisciplinary documentation. The various raw data that occur have been oftentimes been processed, visualized and evaluated separately leading to aggregations of unassociated information of varying data types. In the direction of adopting complete approaches towards more effective decision making, the interpretation and fusion of these data in three dimensions, inserting topological information is deemed necessary. The present study addresses the achieved level of three-dimensional interpretation and fusion with geometric models of data originating from different fields, by providing an extensive review of the relevant literature. Additionally, it briefly discusses perspectives on techniques that could potentially be integrated with point clouds or models

Seal Rotation Device – an Automated System for documenting Cylinder Seals

Cylinder seals are complex artifacts used in many early administrative systems especially in the Near East and Egypt. They are also linked to religious practices and concepts of identity. Several classical methods can be applied to document these objects, like photography, drawing and molding in plaster or plasticine. In addition to more recent methods like structured light scanning, we present an alternative method for 3D data acquisition. By combining existing technologies in a particular way, seals can be documented fast, cost efficiently and safe from a conservation viewpoint. This method developed at the Interdisciplinary Center for Scientific Computing (IWR) at Heidelberg University is a two-step procedure: first several series of images are obtained with a digital reflex camera in an automated way. The seal is mounted between two soft silicone buffers. An Arduino-based control unit rotates the seal using a stepper motor and triggers the camera. In the second step a 3D reconstruction of the seal is computed with the photogrammetric structure-from-motion approach. We will show first results acquired with this method both at the Petrie Museum of Egyptian Archaeology and the British Museum in London

Multi-Scale Integral Invariants for Robust Character Extraction from Irregular Polygon Mesh Data

Hunderttausende von antiken Dokumenten in Keilschrift befinden sich in Museen, und täglich werden weitere bei archäologischen Grabungen gefunden. Die Auswertung dieser Dokumente ist wesentlich für das Verständnis der Herkunft von Kultur, Gesetzgebung und Religion. Die Keilschrift ist eine Handschrift und wurde in den Jahrtausenden vor Christi Geburt im gesamten alten Orient benutzt. Der Name leitet sich von den keilförmigen Eindrücken eines Schreibgriffels in den weichen Beschreibstoff Ton ab. Das Anfertigen von Handzeichnungen und Transkriptionen dieser Tontafeln ist eine langwierige Aufgabe und verlangt nach Unterstützung mittels automatisierter rechnergestützter Verfahren. Das Ziel dieser Arbeit ist die präzise Extraktion von Schriftzeichen mit variablen Formen in 3D. Die für die Merkmalsextraktion aus 2D-Mannigfaltigkeiten in 3D entscheidenden Schritte sind Kantenerkennung und Segmentierung. Robuste Techniken in der Signalverarbeitung und dem Shape Matching benutzen hierfür Integralinvarianten in 2D. In aktuellen Arbeiten werden die Integralinvarianten grob geschätzt, um wenige prägnante Merkmale zu finden, mit denen sich zerbrochene 3D-Objekte zusammensetzen lassen. Mit dem Ziel der exakten Bestimmung der 3D-Formen von Zeichen, wurde die aus der Bildverarbeitung und Mustererkennung bekannte Verarbeitungskette an 3D-Modelle angepasst. Diese Modelle bestehen aus Millionen von Messpunkten, die mit optischen 3D-Scannern aufgenommen werden. Die Punkte approximieren Mannigfaltigkeiten durch ein irreguläres Dreiecksnetz. Verschiedene Typen von integralinvarianten Filtern in mehreren Skalen führen zu verschiedenen hochdimensionalen Merkmalsräumen. Faltungen und kombinierte Metriken werden auf die Merkmalsräume angewandt, um Zusammenhangskomponenten zu bestimmen. Diese Komponenten stellen die Zeichen genauer als die Messauflösung dar. Parallel zum Design der Algorithmen werden die Eigenschaften der verschiedenen Integralinvarianten analysiert. Die Interpretation der Filterergebnisse sind von großem Nutzen zur Bestimmung von robusten Krümmungsmaßen und zur Segmentierung. Die Extraktion von Keilschriftzeichen wird mit einer Voronoi basierten Berechnung von minimalen normalisierbaren Vektordarstellungen vervollständigt. Diese Darstellung ist eine wichtige Grundlage für die Paläographie. Weitere Abstraktion und Normalisierung der Darstellung führt zur Zeichenerkennung. Die Einbettung der Algorithmen in das neu entworfene mehrschichtige GigaMesh Software Framework erlaubt eine Vielzahl von Anwendungen. Die Algorithmen nutzen den Speicher effektiv und die Verarbeitungskette ist parallelisiert. Die konfigurierbare Verarbeitungskette hat nur einen relevanten Parameter, nämlich die maximale Größe der zu erwartenden Merkmale. Die vorgestellten Verfahren wurden an Hunderten von Keilschrifttafeln, so wie weiteren realen und synthetischen Objekten getestet.Repräsentative Ergebnisse sowie Aufwands- und Genauigkeitsabschätzung der Algorithmen werden gezeigt. Ein Ausblick auf künftige Erweiterungen und Integralinvarianten in höheren Dimensionen gegeben