מאחים את השברים

ההיסטוריה חוזרת, באופן אוטומטי

המידע החזותי שסביבנו הוא אין-סופי, ותחומי מחקר בהנדסת מחשבים כמו ראייה ממוחשבת וגרפיקה ממוחשבת, יכולים לסייע לנו להבין ולנתח אותו. ראייה ממוחשבת מתרכזתבניתוח תמונות, בעוד גרפיקה ממוחשבת מתרכזת בניתוח משטחים בתלת-ממד. פרופ’ אילת טל מהפקולטה להנדסת חשמל בטכניון, החוקרת את התחומים האלה, אומרת: “ראייה ממוחשבת וגרפיקה ממוחשבת אינן מחליפות את העין האנושית (את זה עושים המצלמה והסורק), אלא מנסות לחקות את העיבוד המוחי של המידע החזותי. תחומים אלו מסייעים לנו, למשל, להשלים את החלקים המוסתרים או החסרים בתמונה או במשטח, לגלות מהם האזורים החשובים ביותר בהם, למצוא תמונות או משטחים דומים ועוד. כך, באמצעות פענוח המידע החזותי באופן אוטומטי, אפשר לתכנן ולפתח מגוון יישומים, ובהם מכוניות אוטונומיות (רובוטיות), הדמיות רפואיות, קווי ייצור וגילוי עצמים”.

אחת השאיפות המחקריות של פרופ’ טל היא לרתום את תחום הראייה הממוחשבת לתחום הארכיאולוגיה. “מטרתי לקדם במקביל את שני התחומים”, היא אומרת.  “כיום הארכיאולוגיה לא משתלבת דיה במהפכה הטכנולוגית. משימות רבות שניתנות למחשוב נעשות באופן ידני, סיזיפי, שמחייב כוח אדם מיומן וזמן רב”.

שברים לא פשוטים

במקרים רבים, ארכיאולוגים מוצאים בחפירותיהם ממצאים (כגון כלי חרס) הרוסים, שבורים, שחוקים, דהויים וחלקיים, ששייכים ליותר מאובייקט אחד – מצב שמאתגר את יכולות הראייה הממוחשבת. “אנחנו”, אומרת פרופ’ טל, “רוצים להצליח לטפל באובייקטים הללו כמו שאנו מצליחים עם תמונות טבעיות. אנחנו יכולים לעזור לארכיאולוגים להרכיב אותם מחדש ולשחזרם, לתעד ולתייג אותם – וירטואלית – באופן אוטומטי, במהירות ובקלות”. בדרך זו אפשר לקצר משמעותית את תהליך המחקר הארכיאולוגי ולסייע לארכיאולוגים להתמקד בשאלותיהם העמוקות, הנוגעות לעברה של האנושות ומתבססות על ניתוח הממצאים שמתגלים בחפירות.

במחקרם, שנתמך במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, פיתחו פרופ’ טל וצוותה אלגוריתמים שפותרים את בעיית איחוי האובייקטים הארכיאולוגיים בהינתן החלקים, בעיה הדומה לבעיה הקלאסית של פתרון תצרפים (פאזלים). הבעיה הקלאסית, שבה נתונים חלקים שלמים אשר מתאימים זה לזה, מוכחת כבעיה קשה. מכאן אפשר להבין שבעיית האיחוי, שבה נתונים חלקים הרוסים, קשה עד מאוד.

חלק מהאלגוריתמים שפיתחו פרופ’ טל וצוותה מתבססים על למידה חישובית (תחום שבו מערכות ממוחשבות לומדות מתוך דוגמאות והתנסויות). הם מעבדים ממצאים שארכיאולוגים צילמו וסרקו. בין השאר האלגוריתמים מרחיבים את החלקים וירטואלית, וכך משלימים את גבולותיהם וגורמים להם להיראות כפי שנראו לפני שנשחקו. “המידע שטמון בגבולות הוא קריטי ביותר להרכבה, כי זה החלק ההמשכי. כמו בפאזל, תמיד נעזרים בגבולות כדי לחבר בין חלק אחד לאחר”, מסבירה פרופ’ טל. כך, האלגוריתמים מייצרים תמונה של האובייקט הארכיאולוגי המקורי בשלמותו. בהתבסס עליהם הצליחו ארכיאולוגים (חוקרים מהמוזיאון הבריטי, ממכון קפריסין ומאוניברסיטת חיפה) להרכיב חפצים קדומים, לשחזר אותם ולהציגם לציבור הרחב. “לרוב”, אומרת פרופ’ טל, “אם קיימים פערים בין החלקים השחוקים, הארכיאולוגים לא ימלאו אותם כדי לשמור על אותנטיות, אלא אם כן ירצו להציג את האובייקט לציבור הרחב”.

האלגוריתמים הללו מבוססים על אלגוריתמים קודמים לפתרון תצרפים (פאזלים)  שפיתחו החוקרים. אלגוריתמים אלה הרכיבו תמונות בהתבסס על אלפי חתיכות קטנטנות, גם כאלה שנשחקו (שהשוליים שלהן נמחקו), ותמונות שחסרו להן חתיכות רבות.

כיום, ממשיכים פרופ’ טל וצוותה במלאכה. “אנחנו רוצים לפתח אלגוריתמים שיתמודדו עם איחוי חלקים של עצמים מורכבים ומאתגרים אף יותר” היא אומרת. “כך, באמצעות השחזור האוטומטי והמהיר, ייראו הממצאים כפי שנראו במקור, לפני שנהרסו, ויחיו את ההיסטוריה. וכך גם נאפשר לארכיאולוגים להתפנות לשאלות המחקר שלהם ולהסיק את מסקנותיהם בהינתן הממצאים השלמים”.

החיים עצמם:

פרופ’ אילת טל, בזוגיות, ואם לשלושה ילדים (בני 28, 26 ו-21). בשעות הפנאי שלה היא אוהבת לקרוא (“לשקוע בעולם שאינו קשור לחיים המקצועיים”), ולטייל.