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Introduction

work in progress with IMF-CSIC (Barcelona, Spain)

Use-wear analysis focuses on microscopic traces (sub-millimetre) traces made on surfaces with dimensions of a few centimetres (for example, a stone tool).

ConFocal 3D model of use-wear on a lithic tool, by J. Ibañez

Traces on surfaces are also common at larger scales. For example, rock-art is commonly defined as the action of carvings made by incisions, peckings (creating hollow structures) or paintings (creating a new physical layer) on rock panels.At this level the traces are centimetric, to be seen, and the support is generally of the order of a meter. We can also considerated that the landscape shaped by settlements with houses, ditches and roads, bears the stigma of human societies.

3D view of the Sidbury Hill archaeological site with the R package rayshader

All these instrumental practices inform us on cultural choices. At some point, it could be interesting to link the \(\mu\)m scale of use-wear, with the cm scale of a stone tool, this tool with the m scale of rock panel, and the rock panel with the site where it lies.

Each of these scales has specific survey methods and tools to investigate: ConFocal, photogrammetry, LiDAR (to name but a few). But all of these methods are based on surface texture (ISO 25178) for the traces, and surface form for the surface: methods for the study are scale-invariant. Nowadays, a 3D survey at each one of these scale is not the main challenging part, but the 3D integration of these surveys, with the precise location of traces on surfaces, is the key.

On each 3D acquisition, the drawing of an region of interest makes it possible to locate the traces on the surface and to link 3D model of the surface (larger scale) with the 3D model of the traces (smaller scale).

Use-wear analysis

Regions of Interest

The Region of Interest (ROI) drawing is a 3D surface drawn directly on the object in a 3D software (e.g. Blender). It commonly represents the minimum bound rectangle (MBR) of the traces. Because of its geometrical simplicity, it can be saved in .ply format (it could also be saved in .nxz format, v. framework 3DHOP).

Drawing the ROI (green) as a 3D surface on the 3D model (grey) in Blender

Change of Scale

Both the support and the ROI are saved in .ply format. The object is transformed into .nxz with the Nexus application. These models are then integrated into the 3DHOP framework and stored in the fork of the GitHub repository zoometh/3DHOP.

Workflow for web publishing a 3D model

Below we present a screenshot of a 3D model of an experimental tool with the ROI (left, in blue) locating (roughly) the traces of use. This ROI can be activated or deactivated with the 3DHOP

function. When the ROI is clicked, it can open a new HTML page with the 3D model at the lower scale

3D model integrated in the 3DHOP framework

This model can be found in the 3DHOP framework at this URL:

https://zoometh.github.io/3DHOP/minimal/lithic_tool.html

One of the main difficulties in integrating 3D models at different scales is to be able to position the different acquisition windows with great precision.

Scales

Multiscalar 3D approach
echelle mesures instrument
macro cm Laser
meso mm HIROX
micro \(\mu\)m ConFocal

Macro (M)

Partial or complete acquisition of the object with a laser, photogrammetry, RTI, etc.

3D acquisition with the smart SCAN 3D Breuckman structured light laser (M. Mozota, IMF-CSIC)

meso (m)

Acquisition with HIROX (IMF-CSIC).

Micro (\(\mu\))

Acquisition with the ConFocal Sensofar PLu neox (IMF-CSIC). The ConFocal is a 3D optical microscopy solution that produces image stacks of very small depth of field (~ 400 nm) called ‘optical sections’.

3D acquisition with the ConFocal SensoSCAN (H. Halarashi, IMF-CSIC)

A portion of the active surface of the peeble is acquired with the ConFocal. The result of the acquisition is a 2.5D surface of 768 x 516 pixels (2.55 x 1.91 mm).

ConFocal acquisition settings and ROI
optique profondeur nb plans studied surface
x5 3504 \(\mu\)m 293 768 x 516 px (2.55 x 1.91 mm)

This surface can be exported in .plu (proprietary) or .dat (plain text) format. The .dat format contains the coordinates of the points (vertices) in x, y, z columns and three more columns. To convert this .dat file extension into 3D it can be directly renamed to .xyz, or clean-up (remove unused columns) and recast with this R script

Topographical analyses

Micro-topography

The Plotly package allows you to create WebGL-based interactive graphics via the open source JavaScript library plotly.js.

Analyses

The package geodiv offers several methods for calculating the xyz surface, including

abbrev descr val
Sq Root mean square height 774.314668580939
Sa Average roughness 677.931581281186
Sku Kurtosis -0.887441931375849
Ssk Skewness 0.628806914576612
… … …

Iconographie ancienne

french

L’étude systèmes iconographiques anciens a beaucoup à gagner à développer et intégrer une approche mutliscalaire, allant du site aux signes, en passant par les supports. En effet, c’est conventionnellement à ces échelles que ces corpus sont étudiés.

Nous présentons ci-dessous, un essai de FAIRisation des données 3D liées aux graphies anciennes (art rupestre, hiéroglyphes). Ici, nous prenons ces deux (2) sites en exemple:

 

Pour chacun de ces sites, le logo signale l’existence d’un modèle 3D

Mont Bego

La région du mont Bégo (Alpes-Maritimes, France) est surtout connue pour son art rupestre avec un nombre impressionnant de roches gravées, mais le site est aussi l’un des premiers de montagne à être occupé au début du Néolithique (ca. -5300 BC)

Données

Actuellement, les données sont stockées dans une base de données Postgres 13 locale. Ici, nous sélectionnons quelques champs - y compris les coordonnées géographiques - et les exportons dans un fichier .csv stocké dans le dépôt GitHub.

Certaines roches gravées ont été modélisées en 3D par photogrammétrie (logiciel commercial Metashape Photoscan) au format 3D (.obj ou .ply). Une application commerciale comme Sketchfab permet de mettre un modèle 3D en ligne et d’intégrer un conteneur <iframe> vers ce modèle. Comme ici:

Dans le domaine du libre, ces modèles une fois transformés sont manipulés avec le framework 3DHOP et stockés dans le fork du dépôt GitHub zoometh/3DHOP. Dans le code chunk ci-dessous, nous lisons le contenu du dossier ‘minimal’ pour obtenir les noms de ces modèles (stockés en tant que fichiers .nxz dans le dossier ‘models’).

roches.all <- read.csv("data/roches_all.csv")
req <- GET(url.html)
stop_for_status(req)
filelist <- unlist(lapply(content(req)$tree, "[", "path"), use.names = F)
D3.models <- grep("minimal/.*html$", filelist, value = TRUE)
D3.models <- gsub("minimal/", "", D3.models)
D3.models <- sort(gsub(".html$", "", D3.models))
nm.models <- roches.all[roches.all$idroche %in% D3.models, "nom"]
l.nm.models <- paste0(paste0("*", nm.models, "* (", D3.models,")"))
nb.models <- length(D3.models)

Actuellement, il existe 10 modèles 3D: Looped Skin Rock (), Roche de l’archer (), Roche de l’anthropomorphe aux bras en zigzag (4_3_16D), Stèle du Chef de Tribu (7_1_8), Roche du Sorcier (8_2_34), Looped Skin Rock (fibule), Roche de l’archer (KIU2610), Roche de l’anthropomorphe aux bras en zigzag (KIU2613), Stèle du Chef de Tribu (lithic_tool), Roche du Sorcier (lithic_tool_cf)

Cartographie

Nous lions les URL des roches gravées modélisées en 3D par jointure sur leur identifiant (e.g., 7_1_8) dans la table des roches – pour les ouvrir directement à partir de la carte Leaflet –, et nous attribuons à ces roches une icône personnalisée (icône ‘3DHOP’)

 

Certains de ces modèles 3D ont des annotations, comme la Roche de l’homme aux bras en zigzag, ou la Stèle du Chef de Tribu

Karnak

En Haute-Egypte, le complexe cultuel de Karnak (temples, pylos, chapelles, etc.) se développe au cours du Nouvel Empire, corrélativement au culte d’Amon. Le site est étudié depuis près de 150 ans par une équipe d’égyptologues français. La documentation de ces monuments en 3D, et l’interopérabilité de ces modèles 3D, peut permettre de mieux comprendre l’évolution des hiéroglyphes dans le temps (paléographie)

Données

Le jeu de données correspond à un fichier .csv (locus.csv) conservé sur GitHub

locus <- read.csv("www/locus.csv", sep = ";", row.names = NULL)
kable(locus, "html", escape = FALSE,
      caption = "Données Karnak") %>%
  kable_styling(bootstrap_options = c("hover", "condensed"), font_size=12)
Données Karnak
KIU nom couleur D3 X Y credit3D
1027 Chapelle de Sésostris Ier white NA 32.65720 25.72034
1192 Chapelle d’Hatshepsut red NA 32.65768 25.72043
2610 Chapelle de Philippe Arrhidée green KIU2610 32.65867 25.71810 SirCharlesWilson - Sketchfab

Les liens entre ces données et leurs identifiants KIU (Karnak Identifiant Unique) – qui sont égalment des URL– sont générés par concatenation

url.sith <- "http://sith.huma-num.fr/karnak/"
locus$url <- paste0('<a href=', shQuote(paste0(url.sith, locus$KIU)),
                    "\ target=\"_blank\"",">", paste0("KIU",locus$KIU), "</a>")

Le (très beau) modèle 3D de KIU2610, nous est fourni par Sketchfab

Ce modèle est ouvert dans Blender et une nouvelle géométrie (un mesh) sur une partie de sa surface pour signaler un panneau (KIU2613). Ce panneau est donc un sous-ensemble de KIU2160

Cartographie

Ces données sont comparées avec les modèles 3D existant dans le repository GitHub zoometh/3DHOP

Technical epilog

This Rmarkdown (R + Markdown) document proposes an approach to open source web3D solutions for multi-scalar management, analysis, visualisation and navigation in 3D models. The source data is stored in two GitHub repositories:

  • zoometh/3DHOP where the 3D data is stored. This is a fork of 3DHOP (see below) and a LAMP software stack (Linux, Apache, MySQL, PHP/Perl/Python)
  • zoometh/rockart which gathers the rest of the data (the Rmarkdown document itself, the images, etc.), and where the analysis are proceeded

3DHOP framework

The 3DHOP (3D Heritage Online Presenter) framework is – in short – a structure of JavaScript/HTML pages based on WebGL (Web Graphics Library). On the GitHub repository zoometh/3DHOP, an HTML structure supports a .nxz or .ply 3D models. The .nxz format is suitable for web3D and 3D streaming.

3DHOP repository on GitHub

It is the same team, ISTI-CNR, that developed 3DHOP and Meshlab. These two tools are therefore intended to work together.