Laboratorium źródeł
Laboratorium źródeł
Laboratorium źródeł jest jednym z pięciu laboratoriów tworzących infrastrukturę Dariah.lab. Odpowiada za infrastrukturę, standardy i metodologię wstępnych etapów przetwarzania danych, tj. pozyskiwaniu wysokiej jakości cyfrowych reprezentacji różnorodnych obiektów, ich opisaniu oraz składowaniu i udostępnianiu. Digitalizacji i dokumentacji podlegają obiekty będące przedmiotem badań w trzech kluczowych dla projektu obszarach cyfrowej humanistyki i nauk o sztuce, tj. geoarcheologii, danych o kulturze i muzykologii.
Bezinwazyjna archeologia
W procesie digitalizacji i dokumentacji obiektów archeologicznych ważna jest możliwość pozyskania danych w sposób nieinwazyjny, np. poprzez możliwość lokalizowania ukrytych pod powierzchnią ziemi struktur i obiektów archeologicznych bez konieczności prowadzenia długotrwałych i niszczących środowisko badań wykopaliskowych, czy też do bezinwazyjnego pozyskania cyfrowych modeli zabytków do rekonstrukcji, badań czy prezentacji.
Na wyposażeniu Laboratorium źródeł znajdą się urządzenia takie jak georadary, specjalistyczne drony, spektrometr oraz skanery 3D zapewniające wgląd w struktury niewidoczne dla ludzkiego oka i umożliwiające ich cyfrową dokumentację, zapewniające digitalizację obiektów krajobrazu kulturowego, jak również specjalistyczne oprogramowanie do przetworzenia i analizy zebranych danych. Przy ich pomocy można nie tylko zlokalizować potencjalne stanowiska archeologiczne, ale również zrekonstruować struktury znajdujące się pod powierzchnią ziemi oraz wygenerować cyfrowe modele zabytków, zarówno całych budynków, jak i mniejszych obiektów.
Jak działa georadar?
Georadar zapewnia wykrywanie ukrytych pod ziemią struktur. Jego działanie polega na emisji przez antenę nadawczą fali elektromagnetycznej,która po odbiciu lub załamaniu na granicy dwóch ośrodków różniących się pomiędzy sobą stałą dielektryczną, powraca i jest rejestrowana przez antenę odbiorczą. Antena ta rejestruje siłę sygnału powracającego oraz czas, po którym sygnał powraca. Poprzez wysłanie serii impulsów i zarejestrowanie danych sygnału powracającego na określonym obszarze wykonuje się jego skan, a opracowanie zebranych danych pozwala odtworzyć kształt wykrytego obiektu.
Wiele danych można uzyskać poprzez rejestrację, pomiar i interpretację zdjęć danego obszaru czy obiektu, a więc fotogrametrię i teledetekcję. Na podstawie serii zdjęć można odtworzyć kształt fotografowanego obiektu, jego rozmiar oraz położenie, czy nawet wygenerować model 3D. Modele te nie są jednak zbyt dokładne, dlatego służą do tworzenia dużych map terenu na podstawie zdjęć wykonanych z wykorzystaniem dronów.
Skanery, drony i spektrometry
Wygenerowanie dokładnej cyfrowej reprezentacji obiektu w postaci modelu 3D wymaga zastosowania skanera 3D. Laserowy skaner (technologia LIDAR, ang. Light Detection and Ranging) emituje wiązkę promieniowania skierowaną na skanowany obiekt i dokonuje pomiaru odległości pomiędzy źródłem światła a obiektem. Wyniki pomiaru pozwalają ustalić współrzędne przestrzenne zbioru punktów, a oprogramowanie wyznacza ich położenie w przyjętym układzie współrzędnych skanera (metoda mory bazująca na interferencji geometrycznych układów linii). Tak pozyskane współrzędne zapisywane są w postaci cyfrowej chmury punktów.
Kolejną grupę urządzeń stanowią skanery światła strukturalnego, które. w odróżnieniu od skanerów laserowych, lepiej sprawdzają się przy rejestracji drobnych szczegółów obiektów, a także wykorzystywane są w sytuacjach, w których światło lasera mogłoby narazić obiekty na uszkodzenia. Jest to szczególnie istotne przy skanowaniu zabytków takich jak obrazy, manuskrypty, starodruki.
Niezależnie od wykorzystanej technologii skanowania (laser lub światło strukturalne), w przypadku mniejszych obiektów stosuje się skanery ręczne umożliwiające wygodne skanowanie „z ręki” wokół przedmiotu. Większe gabarytowo obiekty takie jak: budynki, czy pomniki wymagają zastosowania skanerów stacjonarnych (z uwagi na odległość od skanowanych obiektów zazwyczaj stosowana jest tylko technologia laserowa). Tutaj konieczne jest wykonanie wielu skanów tak, aby pozyskać dane z różnych perspektyw i punktów widzenia. Dodatkowo na wyposażeniu Laboratorium znajdą się też drony, które umożliwią zamocowanie skanerów i zebranie danych z lotu ptaka np. w trudno dostępnych terenach.
Sprzęt ten oraz towarzyszące mu oprogramowanie umożliwi digitalizację i dokumentację budynków, pomników, szczątków ludzkich (czaszki, kości), obiektów muzealnych, zasobów piśmiennictwa, a za pomocą zintegrowanych dronów także stanowisk archeologicznych jak grodziska, zamki, cmentarze z uwzględnieniem dokładnej lokalizacji i precyzyjnych pomiarów odległości.
Bezinwazyjnie można nie tylko wykryć i zidentyfikować obiekty istotne z punktu widzenia badań archeologicznych, ale również określić ich skład chemiczny bez pobrania i nieodwracalnego zniszczenia próbek. Temu zadaniu posłuży spektrometr – specjalistyczne urządzenie umożliwiające analizę składu pierwiastkowego substancji na podstawie zarejestrowanego widma. Używany jest do określenia zarówno składu chemicznego, jak i pomiaru właściwości fizycznych materii. Różne substancje absorbują, odbijają lub emitują światło w sposób zależny od ich struktury chemicznej i otoczenia. Działanie spektrometru polega na skupieniu energii elektromagnetycznej ze źródła światła na próbce badanego materiału. W zależności od konfiguracji systemu, światło jest odbijane od próbki lub przepuszczane przez nią, a następnie badane pod kątem intensywności fal świetlnych o różnych długościach tworzących badaną wiązkę.
Nowoczesne techniki rejestracji obrazu i dźwięku
W Laboratorium źródeł znajdzie się sprzęt związany z pozyskiwaniem treści audiowizualnych. Wyposażenie Laboratorium stanowić będą kamery telewizyjne i filmowe wysokiej rozdzielczości (4K i 8K) pozwalające na rejestrację obrazu z rozdzielczościami zbliżonymi do rozdzielczości ludzkiego oka. Zastosowanie wielu kamer jednocześnie wraz z możliwością jednoczesnego nagrania i transmisji poprzez sieci komputerowe z niskim opóźnieniem, pozwoli na rejestrowanie wydarzeń kulturalnych i artystycznych (spektakle teatralne, koncerty), jak również dokumentację etnomuzykologiczną i etnograficzną (np. występy zespołów ludowych, inscenizacje historyczne). Uzupełnienie tradycyjnych kamer wideo stanowić będzie grupa urządzeń do rejestracji obrazu w nowatorskich technologiach jak wideo VR/360° (kamery dookólne), plenoptyka czy stereoskopia.
Kamery 360° i 3D
Kamery rejestrujące obraz w trybie 360° są wyposażone w jeden lub kilka obiektywów nagrywających kilka ścieżek filmowych jednocześnie. Kamera 360° z jednym obiektywem nagrywa obraz w postaci sferycznej, który następnie jest spłaszczany, co umożliwia jego obracanie. W przypadku zastosowania kilku obiektywów, obrazy przez nie rejestrowane są bardzo precyzyjnie łączone w jeden obraz rozciągający się na 360°. Proces ten określany jest najczęściej angielskim słowem „stitching” (zszywanie).
Zdjęcia wykonane za pomocą kamery plenoptycznej oferują zupełnie nowy sposób postrzegania obrazów. Obrazy te bowiem nie są statyczne. Użytkownik może je modyfikować już po ich zarejestrowaniu, na przykład zmieniać ostrość, punkt widzenia czy postrzeganą głębię ostrości. Zmiany realizowane są poprzez matematyczne przekształcenia sygnału zarejestrowanego przez kamerę. Sygnał ten zawiera wszystkie informacje potrzebne do wygenerowania trójwymiarowej reprezentacji rejestrowanej sceny. Oznacza to, że kamera plenoptyczna jest w rzeczywistości kamerą 3D.
Trójwymiarową reprezentację można uzyskać wykonując serię zdjęć danej sceny pod różnym kątem wykorzystując jeden aparat lub układ wielu kamer. W przypadku zastosowania pojedynczego aparatu stanowisko można wyposażyć w specjalną obrotową platformę, która do każdego zdjęcia obraca obiekt o zadany kąt. Pozwala to na pozyskanie precyzyjnych zdjęć całego obrotu. Do pozyskania reprezentacji trójwymiarowej możliwe jest również zastosowanie aparatu wyposażonego w matrycę mikrosoczewek umieszczonych przed głównym czujnikiem aparatu. W tym przypadku każda z mikrosoczewek rejestruje niewielki obraz pod innym kątem. Poszczególne obrazy powstają na skutek przechwycenia promieni świetlnych, których źródła znajdują się różnych miejscach w przestrzeni. Dzięki temu możliwe jest obliczenie odległości każdego obiektu od kamery i wyznaczenie jego pozycji i w rezultacie opracowanie trójwymiarowego modelu rejestrowanej sceny. Ma to szczególne zastosowanie przy późniejszej prezentacji efektów z zachowaniem możliwości oglądania sceny w tzw. sześciu stopniach swobody (ang. Six-degrees-of-freedom, 6DOF).
Dźwięk immersyjny
Dodatkowymi elementami wyposażenia laboratorium będzie aparatura do pozyskiwania dźwięku wysokiej jakości. Oprócz systemów złożonych z tradycyjnych mikrofonów i rejestratorów cyfrowych będą to systemy wielomikrofonowe i systemy dźwięku immersyjnego. Dźwięk przestrzenny (np. ambisonia wysokiego rzędu – ang. High Order Ambisonics, HOA) w odróżnieniu od systemów wielokanałowych (stereo czy surround sound) umożliwiają budowanie tzw. obrazu dźwiękowego nie tylko w płaszczyźnie poziomej, lecz także w płaszczyźnie pionowej, co ma istotne znaczenie dla późniejszych badań w dziedzinach takich jak muzykologia czy etnografia. Systemy dźwięku przestrzennego umożliwiają również połączenie zarejestrowanego dźwięku z instalacjami wizualizacji immersyjnej oraz technikami wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistością – łącząc np. obraz pozyskany ze skanerów laserowych czy kamer VR/360° z dźwiękiem ambisonicznym.
Post-produkcja
W Laboratorium źródeł oferowane będą usługi związane nie tylko z rejestracją przestrzennego obrazu i dźwięku, ale również ich post-produkcją, montażem i prezentacją, co wymaga dodatkowego wyposażenia w urządzenia takie jak system odtwarzania dźwięku przestrzennego składający się z wieloelementowej instalacji głośnikowej. Uzupełnieniem infrastruktury do pozyskiwania treści audiowizualnych oraz wspomnianych instalacji głośnikowych będzie sprzęt związany z Laboratorium zaawansowanej wizualizacji taki jak: immersyjne ściany LED, projektory do tzw. mappingu budynków i innych elementów architektury, czy systemy wieloprojektorowe.
Mapping polega na wyświetlaniu obrazu z projektora lub projektorów o wysokiej jasności na obiekty architektoniczne. Po przygotowaniu wizualizacji należy dostosować wyświetlany obraz do struktury płaszczyzn na jakich ma zostać wyświetlona. Odbywa się to poprzez matematyczne przeliczenie i dostosowanie obrazu do modelu budynku lub terenu (tzw. mapa obiektu). Najczęściej technika ta stosowana jest w celu uatrakcyjnienia ekspozycji budynków na festiwalach czy pokazach multimedialnych, jednak znajduje także zastosowanie w archeologii czy architekturze umożliwiając pokazanie dawnego wyglądu obiektu (jego kolorów i nieistniejących już detali) np. na ruinach zamków itd. Sprzęt do mappingu znajdzie się na wyposażeniu Laboratorium zaawansowanej wizualizacji.
Wykorzystanie wspomnianych wyżej nowoczesnych metod ma niebagatelne znaczenie dla rejestracji danych badawczych. Nowoczesny sprzęt rejestrujący dźwięk pozwala na przykład udokumentować przejawy muzyki tradycyjnej, uchwycić dany utwór wraz z nieodzwierciedlonymi w zapisie nutowym przejawami, takimi jak permanentna wariantywność. Dokumentacja filmowa pozwala z kolei nie tylko na uchwycenie szeroko rozumianego kontekstu wykonawczego rejestrowanej sytuacji (np. pokazanie tego, jakie są relacje pomiędzy aktywnymi uczestnikami wykonania), ale pozwala na udokumentowanie ważnych na przykład dla badań etnomuzykologicznych i instrumentologicznych elementów techniki wykonawczej: w jaki sposób wykonawca trzyma instrument oraz w jaki sposób na nim gra.
Co istotne, duża część aparatury wchodzącej w skład Laboratorium źródeł mieć będzie charakter mobilny, co umożliwi, z uwagi na charakter rejestrowanych treści (stanowiska archeologiczne, wydarzenia plenerowe takie jak koncerty, czy inscenizacje historyczne), rejestrację w terenie oraz nagranie i transmisję do Internetu.
Digitalizacja analogowych zasobów
Wraz z rozwojem ICT naukowcy zyskują dostęp do coraz nowocześniejszych metod gromadzenia, przetwarzania i analizy danych. Wielkie bogactwo tkwi jednak w gromadzonych przez wieki zbiorach dziedzictwa kulturowego w postaci analogowej, tj. manuskryptów, rękopisów, dokumentów drukowanych, czy tradycyjnych fotografii. Przez ostatnich kilkadziesiąt lat powstawały też znaczące archiwa nagrań dostępne w postaci taśm magnetycznych czy płyt winylowych.
Ze względu analogową postaci tych zasobów, możliwości ich szerokiego udostępniania czy analizy są bardzo ograniczone, a wraz z upływem czasu ich stan ulega pogorszeniu. Ratunkiem w tej sytuacji jest szeroko zakrojona digitalizacja istniejących zbiorów czyli przekształcenie do postaci cyfrowej. W jaki sposób można to zrobić? W dużym skrócie poprzez skanowanie z wykorzystaniem specjalistycznych skanerów, cyfrowych aparatów fotograficznych oraz sprzętu do digitalizacji nagrań, które znajdą się na wyposażeniu Laboratorium źródeł.
Systemy digitalizacji
Ze względu na dużą różnorodność obiektów poddawanych digitalizacji Laboratorium będzie wyposażone w kilka różnych systemów digitalizacji przeznaczonych do poszczególnych kategorii obiektów w celu zapewnienia najwyższej jakości oraz efektywność pozyskiwania danych. Ważne jest aby dokładnie, bez zniekształceń oddawać całościowy wygląd czy brzmienie digitalizowanego obiektu, jego cechy charakterystyczne i indywidualne.
W Laboratorium źródeł znajdą się specjalistyczne skanery (do formatu A0+), aparaty fotograficzne wysokiej rozdzielczości oraz osprzęt umożliwiający oświetlenie planu zdjęciowego. W skład aparatury wejdą także ramy do skanowania obrazów czy platformy obrotowe do wykonywania zdjęć obiektów 3D. Uzupełnienie stanowić będą aparaty i kamery rejestrujące obrazy w podczerwieni, co umożliwia np. wychwycenie niewidocznych dla oka ubytków pigmentu czy pęknięć dzieł sztuki. Ma to szczególne zastosowanie przy konserwacji obiektów muzealnych. Dodatkowo specjalistyczne oprogramowanie do obróbki zdjęć pozwoli na łączenie obrazów, postprodukcję zgromadzonego materiału i jego późniejsze udostępnienie. Proces pozyskiwania i obróbki zdjęć i skanów spełniać będzie normy FADGI, które stanowią standard de facto w muzealnictwie i projektach związanych z digitalizacją dziedzictwa kulturowego.
Uzupełnieniem stanowisk cyfrowego skanowania będzie również sprzęt fotografii analogowej. Choć wykorzystywany coraz rzadziej, ma cały czas zastosowanie nie tylko w sztuce ale i w dokumentacji zabytków kultury. Odzwierciedlenie kolorów czy uzyskiwana rozdzielczość optyczna często sprawia, że zdjęcia analogowe – szczególnie dużego formatu – pozwalają uchwycić to, czego fotografia cyfrowa nie potrafi. W skład stanowiska fotografii analogowej wejdą m.in. aparaty średniego i dużego formatu, wyposażenie ciemni fotograficznej oraz elementy wystawiennicze. Dodatkowo wsparcie znajdą techniki szlachetne (np. mokry kolodion, cyjanotypia itd.), co ma istotne znaczenie nie tylko dla artystów-fotografików, ale także do badania procesów towarzyszących historii fotografii.
Warto w tym miejscu przypomnieć, że DARIAH-PL jest projektem uznanym za tzw. Local Time Machine Project ze względu na swój wkład w wykorzystanie nowoczesnych technologii do wspierania, ochrony, zachowania, odtwarzania i propagowania europejskiego dziedzictwa kulturowego.
Składowanie i udostępnianie danych zgodnie z zasadami FAIR
„Dane powinny być tak otwarte, jak to możliwe i na tyle zamknięte, na ile to jest konieczne.”
Dane pozyskiwane w Laboratorium źródeł oraz generowane zarówno w tym, jak i w innych laboratoriach Dariah.lab, jako dane badawcze powinny być składowane i udostępniane zgodnie z zasadami FAIR (ang. Findable, Accessible, Interoperable, Reusable), tj. być wyszukiwalne, dostępne, interoperacyjne oraz możliwe do ponownego wykorzystania. Laboratorium źródeł udostępni rozwiązanie wcielające te zasady w życie, obejmujące usługę realizującą zautomatyzowane tworzenie dedykowanych cyfrowych repozytoriów w środowisku chmurowym oraz usługę jednoznacznej identyfikacji danych.
Prace badawcze w wielu przypadkach koncentrują się na określonych kolekcjach danych (np. cyfrowe archiwa kobiet, numizmatyczne bazy danych, zbiory danych muzycznych). Stąd wynika potrzeba dostosowania repozytorium do typu składowanych danych oraz opisujących je metadanych, a także potrzeb użytkowników. Automatyzacja procesu zakładania repozytorium uwolni użytkowników od konieczności wnikania w szczegóły techniczne, pozwalając na skonfigurowanie repozytorium lub wybór jednego z predefiniowanych systemów za pośrednictwem przeglądarki.
Udostępnianie danych w sposób umożliwiający powołanie się na nie lub odwołanie się do nich przez zewnętrzne systemy, wymaga uzyskania i udostępnienia unikalnego w skali globalnej identyfikatora zapewniającego długotrwałą i niezmienną referencję do określonego zasobu. Jest to element konieczny do włączenia danych w międzynarodowy obieg informacyjny.
Istniejące obecnie usługi nie są przystosowane do obsługi specyficznych danych, np. danych przestrzennych. Popularny system DOI bazuje na modelu biznesowym, w którym duże ilości danych mogą generować wysokie koszty. Usługa przyznawania identyfikatorów oferowana w Laboratorium źródeł będzie dostosowana do specyfiki danych badawczych oraz do potrzeb środowiska naukowego.
