Met behulp van fotogrammetrie leggen duikers scheepswrakken vast onder de wateren van Seattle

Seattle is een landengte.

Aan de oostkant van de stad ligt het zoetwatermeer Lake Washington, terwijl je aan de westkant het zoute water van de Puget Sound vindt. Lake Washington ontstond toen duizenden jaren geleden een gletsjer zich een weg over het land baande en is de thuisbasis van algen, zoöplankton, en een beetje PCB-vervuild vis. Dankzij de toegang tot de oceaan wordt de Sound af en toe bezocht orka's.

Op de bodem van deze twee watermassa’s begint het landschap echter te veranderen. Duikers hebben zwaarden, tequilaflessen, zakken met afval en oud materiaal gevonden laptops. Er zijn ook meer historisch belangrijke objecten, zoals vliegtuigen en scheepswrakken.

Zelfs voor degenen die over de uitrusting en training beschikken duik meer dan 100 voet in ijskoud water kan het een uitdaging zijn om een ​​idee te krijgen van hoe deze wrakken er werkelijk uitzien. “Het zicht is vrij slecht, dus we kunnen niet ver kijken”, zegt Kees Beemster Leverenz tegen Digital Trends. ‘En bovendien is er bijna geen licht dat verder dan de eerste tientallen meters doordringt, misschien wel 70 voet of zo.” Beemster Leverenz is overdag een Microsoft-softwareontwikkelaar, 's nachts een duiker en vele anderen weekenden. Hij maakt deel uit van de Mondiale onderwateronderzoekers (GUE), een non-profitorganisatie die duikers opleidt en helpt het watermilieu te behouden. Met behulp van fotogrammetrie hoopt hij enkele van deze gezonken schepen in de vorm van 3D-modellen naar de oppervlakte te brengen.

Mars aangevallen

In 2011 een team met enkele GUE-duikers gelegen de Mars in de Baltische Zee. Het Zweedse oorlogsschip, dat tijdens een veldslag in 1564 tot zinken werd gebracht, kon maar liefst 900 matrozen vervoeren. Het is enorm groot en, dankzij de donkere, koude Noordse wateren, redelijk goed bewaard gebleven. Er is geen manier om het 60 meter lange driemastschip te bergen, maar onderzoekers waren enthousiast om meer te weten te komen over het beroemde wrak. In plaats van een stel wetenschappers 80 meter lager te sturen, bedachten ze een manier om het schip met fotogrammetrie tot leven te brengen.

Door laserscans en duizenden foto's te maken van de planken, kanonnen, masten, enzovoort, konden professor Johan Rönnby van de Universiteit van Södertörn en zijn team het schip vanuit elke hoek vastleggen. Vervolgens voegt software de foto's samen om een ​​3D-model te maken dat onderzoekers kunnen draaien en inzoomen aan, waardoor ze details kunnen zien, maar ook een idee kunnen krijgen van hoe het schip er uitzag toen het was geheel.

Toen Beemster Leverenz hoorde over het Mars-project, besloot hij enkele van de technieken te gebruiken op wrakken in de omgeving van Seattle. Er was genoeg om uit te kiezen. Alleen al in Lake Washington zijn er tenminste zeven vliegtuigwrakken, een tiental kolenwagens die over boord van een binnenschip gleden, en honderden boten. In de afgelopen decennia hebben duikers er veel van ontdekt, op basis van de sonargegevens van de National Oceanic and Atmospheric Administration.

Diepe, donkere zee

Net als de Oostzee is Lake Washington donker en koud. Het zit ook vol met sediment. Roer de modder op de bodem door elkaar, en je kunt net zo goed aan de oppervlakte komen voor de dag. Je foto's laten alleen troebel water zien, groenachtig geel door het licht.

De omstandigheden in Lake Crescent, ongeveer 160 kilometer ten noordwesten van Seattle, zijn heel anders dan in Lake Washington. Dankzij het heldere water en het omgevingslicht kon Kathryn Arant, een andere GUE-duiker, snel de ongeveer 200 beelden maken die nodig waren voor de fotogrammetrie van een Chevrolet uit 1927 liggend op zijn kant in 50 meter water.

De auto werd voor het eerst gevonden in 2002 en loste het mysterie op van wat er gebeurde met een jong stel, Russell en Blanch Warren, dat in 1929 vermist werd. Vanwege de kronkelige, onverharde wegen rond Lake Crescent werd aangenomen dat hun auto in het water was beland. Met de afbeeldingen van Arant en de Agisoft Photoscan-software is het resultaat een model dat de Warren-auto laat zien tot aan de snelheidsmeter en nog opgepompte banden.

De auto was een van de eerste pogingen van GUE Seattle tot fotogrammetrie. Het kostte Beemster Leverenz en zijn collega-duikers een paar pogingen om het proces onder de knie te krijgen. Ze begonnen met het gebruik van GoPros, beschermd met onderwaterbehuizingen. Al snel beseften ze dat ze dat nodig hadden betere camera's en meer licht. Ze kochten lichtbalken van 33.000 lumen die je zullen verblinden als je erin kijkt wanneer je ze aanzet. Ondanks hun intense helderheid hebben ze er vier nodig om zelfs maar een deuk te maken in de duisternis op meer dan 30 meter afstand van het oppervlak. “We zijn in staat om wat een heel slechte zichtbaarheid lijkt, om te zetten in matige zichtbaarheid”, aldus Beemster Leverenz.

Verbind de punten

“Ik zeg graag dat het gemakkelijkste dat je ooit zou kunnen documenteren een koepel is die er geen heeft kleine stukjes die uitsteken, die geen vleugels of propellers hebben die het moeilijk maken”, aldus Beemster Leverenz. De Warren-auto was behoorlijk dichtbij. Vliegtuigen zijn moeilijker. Duikers moeten een evenwicht vinden tussen het verkrijgen van alle details en het niet overbelasten van de software. “Het is belangrijk om waar mogelijk zuinig te zijn met foto’s”, zegt hij.

Voor één vliegtuigwrak, een PBM-mariniermaakte het GUE-team ongeveer 5.500 foto's. Er is nog maar één van deze vliegtuigen intact gebleven – in ieder geval boven zeeniveau – in het Pima Air and Space Museum in Arizona. De vliegboot was moeilijk over land te vervoeren, dus de meeste werden gesloopt. Een gezonken in Lake Washington in 1949. Marineduikers probeerden het vliegtuig in de jaren negentig naar boven te halen, maar slaagden er alleen in de staart af te breken. Het merendeel bevindt zich nog steeds ongeveer 22 meter onder water.

Het bevindt zich ook virtueel in het Pima-museum, dankzij de fotogrammetrie-inspanningen van de GUE. Samen met Dr. Megan Lickliter-Mundon, een onderwaterluchtvaartarcheoloog, creëerden ze een 3d model van het zeldzame vliegtuig, dat naast de herstelde staart zit.

Voor het nabootsen van wrakken als de PBM Mariner en een ander gezonken vliegtuig, de PB4Y-2, zijn veel foto's nodig, wat weer veel rekenkracht kost. Eerst analyseert de software de foto's en begint ze op een rij te zetten. Het herkent bepaalde objecten, een roer, een vleugelklep, en begint deze in kaart te brengen met behulp van foto's van hetzelfde object die vanuit verschillende hoeken zijn genomen. Dit wordt een puntenwolk genoemd, die Beemster Leverenz vergelijkt om de punten met elkaar te verbinden. De vorm is er; het is gewoon niet ingevuld.

Vervolgens verbindt de computer deze punten tot een mesh. "Het gaas heeft niet echt de kleur ervan", zei hij. "Het lijkt echt op het samenstellen van een plastic model voordat je het schildert." Het witte gaas ziet eruit als een vliegtuig, maar het heeft niet de details en definitie die nodig zijn om bepaalde dingen te onderscheiden onderdelen. De derde stap is om de details van de foto's bovenop het gaas te leggen, een soort van 'inkleuren'-proces.

Voor het nieuwste project van GUE, de PB4Y-2, kon Beemster Leverenz een niet-duiker rekruteren om te helpen. Patrick Goodwin werkt voor Dobbelsteen, die de Battlefield-videogameserie maakt. Hij en Beemster Leverenz hebben een gemeenschappelijke vriend en begonnen toevallig over fotogrammetrie te praten via voicechat terwijl ze samen een videogame speelden. Dobbelsteen maakt gebruik van fotogrammetrie om objecten en plaatsen uit de echte wereld, zoals de Alpen, realistisch in games te brengen. Goodwin optimaliseert modellen om ze hanteerbaar te maken. Als ze te gedetailleerd zijn, worden ze te overladen met gegevens om te kunnen draaien en kun je het wrak vanuit elke hoek bekijken. De klinknagels van het vliegtuig hoeven bijvoorbeeld niet in het model te worden ingebouwd, maar kunnen er ook bovenop worden geprojecteerd. Het is net als het verschil tussen het schilderen van individuele strepen of het plakken op een sticker.

Bovendien helpt Goodwin een deel van de omgeving rond het wrak weer te geven. “Als je een model wilt maken van een lege witte kamer, dan kun je dat niet doen”, zei Beemster Leverenz. De software heeft contrast nodig om het model te creëren. Het vliegtuig zelf heeft dat, maar de grond waarop het rust niet. ‘Het is gewoon een soort plat groenachtig, geelachtig niets,’ zei hij. Maar het is noodzakelijk om context te bieden. Zonder dit “eindig je met een model van een vliegtuig dat er niet uitziet alsof het ergens tegenaan is gebotst”, voegde hij eraan toe. Soms komt het contrast uit onverwachte hoek: een gekreukelde Target-tas of een rode solo-beker. Die feestbekers zijn alomtegenwoordig en verschijnen als rode stippen in sommige fotogrammetriemodellen van GUE.

Hoewel iedereen zowel het zinken van de PB4Y-2 als de PBM Mariner heeft overleefd, is het feit dat door de mens gemaakte objecten deze waterbodems bezaaien deprimerend – zelfs als ze worden teruggewonnen door het leven in zee. Er zijn manieren om fotogrammetrie te gebruiken om de natuur ook te helpen, zei Beemster Leverenz. De Centrum voor maritieme en wetenschappelijke technologie in Des Moines heeft Washington overwogen een kunstmatig rif in Puget Sound – ter vervanging van drassige VW Kevers en andere vervangende maritieme omgevingen. Fotogrammetrie zou een niet-destructieve manier kunnen zijn om de de groei van het rif na een tijdje. Hopelijk blijft het vrij van solo-cups.

Aanbevelingen van de redactie

• Hoe het tijdstip van de dag het leervermogen beïnvloedt en hoe u dit in uw voordeel kunt gebruiken
• Hoe een les uit lotusbloemen ons zelfreinigende zonnepanelen zou kunnen opleveren
• Fotografienieuws: Olloclip's nieuwste voor- en achterlenzen voor nieuwe iPhones