Mimari miras unsurlarının dijital zanaatı: 13. yy. Selçuklu Dönemi Camilerinin ahşap sütunları
Digital craft of architectural heritage elements: Wooden pillars of 13th century Seljuk Mosques
Yazar: BAVER BEKİROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM ; DOÇ. DR. ORKAN ZEYNEL GÜZELCİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Kültürel mirasın (KM) korunması ve gelecek nesillere aktarılması, toplumların kimliklerinin ve tarihsel sürekliliklerinin sağlanması açısından büyük bir önem taşımaktadır. Kültürel miras unsurlarının belgelenmesi, bu miras ögelerine dikkat çekmek, toplumda görünürlüğünü artırmak, koruma altına almak ve gelecek nesillere aktarımını sağlamak açısından kritik bir rol oynamaktadır. Gelişen teknolojiler ve dijital yöntemler, kültürel mirasın belgelenmesi, dijital mecralarda paylaşılması, arşivlenmesi ve gerektiğinde fiziksel veya dijital araçlarla yeniden üretilmesi süreçlerini kolaylaştırmaktadır. Miras ögelerinin dijital kopyalarının oluşturulması ve gerektiğinde hızlı prototipleme veya CNC (Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrol) gibi yöntemlerle fiziksel kopyalarının üretilmesi, bazı etik tartışmaları beraberinde getirse de bu alandaki çalışmalar belirli motivasyonlar doğrultusunda devam etmektedir. Bu çalışma kapsamında gerçekleştirilen üç boyutlu (3B) dijitalleştirme çalışmasının ana motivasyonları üç boyutlu arşiv verisi oluşturmak ve akademik çalışmalarda ya da müzecilik faaliyetlerinde bu replikalar ile etkileşime geçmek ve bu alanda yapılabilecek çalışmalar için bir çerçeve oluşturmaktır. 
Kültürel Miras unsurlarından karşımıza çıkan malzemelerden biri ahşaptır. Ahşap genel olarak beşeri ve doğal faktörlerin etkisiyle deforme olmaya yatkın bir malzeme olarak kabul görmektedir. Ahşabın çevresel iklim koşulları, doğal afetler ve insan etkilerine karşı hassas olması kültürel mirasın korunması ve belgelenmesi bakımından bu malzemeyi ön plana çıkarmaktadır. Ahşap kültürel miras ögelerinin korunması ve belgelenmesi, sadece fiziksel yapı ve bütünlüklerinin muhafaza edilmesiyle sınırlı kalmayıp aynı zamanda bu eserlerin tarihi ve kültürel bağlamıyla beraber korunmasına katkı sağlamaktadır. 3 boyutlu (3B) belgeleme çalışmaları, çeşitli tarama yöntemleri ve görüntü tabanlı belgeler aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Elde edilen 3B modeller ile farklı doğruluk oranlarında dijital kopyalar ve fiziksel üretimler yapılmaktadır. Bu tür belgeleme ve replika üretim teknikleri, kültürel miras ögeleriyle etkileşime geçmek için bir arayüz oluşturmakta ve kültürel miras öğelerinin orijinaline temas etme zorunluğunu ortadan kaldırmaktadır. Böylelikle dijital belgeleme, kültürel miras ögelerinin geniş çevrelerce çeşitli zaman ve mekanlarda erişilebilir olmasını mümkün kılmakta ve görünürlüğünü arttırmak yollarıyla, ögelerin uzun vadede soyut ve somut değerlerini gözeten bütüncül bir yaklaşımla korunmalarına katkı sağlamaktadır. 
Tez kapsamında, UNESCO (Birleşmiş Milletler Eğitim, Bilim ve Kültür Kurumu) Dünya Miras Listesi'nde yer alan 13. yüzyıl Orta Çağ Ahşap Hipostil Camileri'nin oyma süslemelerinin bulunduğu ahşap sütun ve sütun başlıklarının dijital olarak 3B belgelenmesi ve yeniden üretilmesine yönelik bir çerçeve oluşturulmuştur.  
Saha çalışması olarak seçilen camiler, Sivrihisar Ulu Cami, Beyşehir Eşrefoğlu Cami, Afyonkarahisar Ulu Cami ve Kastamonu Kasabaköy Mahmut Bey Camisi'dir. Bu camiler, ahşap sütunlu camilerin en eski ve özgün örnekleri olmalarının yanı sıra sütunlarında ahşap oyma tekniği ile yapılmış süslemeler bulunması nedeniyle seçilmiştir. Bu yapıların ahşap sütun ve sütun başlıklarının dijital olarak belgelenmesi, özgün ahşap süslemelerin daha yakından inceleme olanağının sağlanması, tanınırlığının arttırılması ve ihtiyaç durumunda kullanılabilecek veri arşivi oluşturulması bakımından önemlidir ve tezin temel motivasyonunu oluşturmaktadır. 
Tezin birinci bölümünde, kültürel mirasın önemi ve tarihçesi ele alınmış ve araştırma soruları belirlenmiştir. Araştırma soruları kültürel mirasın yeniden üretilmesinin etik durumu ve bu süreçlerin düşük maliyetli ve erişilebilir yöntemlerle nasıl üretilebileceğini kapsamaktadır. Bu bölümde, kültürel mirasın korunmasının neden önemli olduğu ve günümüze uzanan tarihsel gelişim sürecinin üzerinde durulmuştur.
İkinci bölümde, kültürel mirasın dijitalleştirilme motivasyonları, eserlerin dijital ve fiziksel kopyalarının üretilmesi ile ilgili etik tartışmalar ve dijital belgeleme yöntemleri incelenmiştir. Dijitalleştirme sürecinin sağladığı avantajlar, potansiyel zorluklar detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bu incelemeler doğrultusunda tez kapsamında kullanılacak dijital 3B belgeleme tekniği olarak fotogrametri belirlenmiştir. 
Üçüncü bölüm, çalışmanın yöntemini ve iş akışının genellenebilir adımlarını açıklamaktadır. Dijitalden fiziksele bir çerçeve sunmayı hedefleyen iş akışı, fotogrametrik veri toplama, fotogrametrik veri işleme, Blender ve Geomagic Wrap yazılımlarını karşılaştırarak veri düzenleme ve fabrikasyon adımlarını içermektedir. Her adımın detaylı açıklaması, kullanılan teknolojiler ve aşamalarla birlikte sunulmuştur. Yöntemlerin, saha çalışması için seçilen dört caminin ahşap sütun ve sütun başlıklarına uyarlanması ise dördüncü bölümde açıklanmıştır. 
Dördüncü bölümde yer alan saha çalışmasında, camilerin belirlenme kriterleri ve fotogrametri amaçlı veri toplama aşamaları ele alınmaktadır. Daha sonra saha çalışmasında elde edilen verilerin çalışmanın ileri safhalarını nasıl yönlendirdiği ve verilerin sınıflandırması gerçekleştirilmiştir. Agisoft Metashape yazılımı ile seçilen ahşap sütun oyma süslemelerin fotogrametrik modellerinin üretim aşamaları anlatılmıştır. Teknik olarak fotogrametri tercih edilmesinin sebebi düşük maliyetli ve erişilebilir bir veri toplama yöntemi olmasıdır. Tez kapsamında, sergi çalışmalarında kullanılabilecek veya gerektiği durumda fiziksel replikasının üretilmesi hedeflenen dijital modeller, Blender ve Geomagic yazılımları ile düzenlenip eklemeli 3B yazıcı yöntemiyle hızlı prototiplenerek üretim için uygunlukları test edilmiştir. Bu aşamada, farklı yazılım ve tekniklerle düzenlenmiş dijital modellerin fiziksel modellerinin üretilip karşılaştırılması amacıyla eklemeli üretim yöntemiyle çalışan 3B yazıcı tercih edilmiştir. Dijital 3B modeller ve prototipler, bu iki yazılımın optimizasyon performanslarını test etmek için karşılaştırılmıştır. 3B yazıcı, hızlı prototipleme, erişilebilirlik ve karmaşık modelleri üretebilme yeteneği nedeniyle bu çalışmada tercih edilmiştir. 
Çalışma kapsamında dijital belgeleme yöntemi olarak fotogrametri tekniği ile model oluşturmanın seçilmesinin başlıca sebebi, düşük maliyetli ve erişilebilir veri türleri olan fotoğraf ve video aracılığıyla model oluşturma imkanına sahip olması ve fotogrametri yazılımlarının model üretimi için kolay arayüzlere sahip olmasıdır. Model düzenlemelerinin farklı yazılımlar aracılığıyla test edilmesi ve 1:1 ölçekli prototiplerin saha çalışması kapsamında üretilmesi ele alınmaktadır. Seçilen yazılımlardan biri, endüstride tarama çalışmalarında kullanılan ve bu iş için özelleşmiş bir yazılım olup, diğeri ücretsiz ve çok yönlü bir model oluşturma-düzenleme yazılımıdır. Bu tercih, erişilebilir yöntemleri de değerlendirmeye almak ve mümkünse bu yazılımlar üzerinden iş akışı oluşturma amacı taşımaktadır. Dijital modellerin fiziksel modellerle karşılaştırılması süreci, üretim kalitesinin ve doğruluğunun değerlendirilmesi açısından tercih edilmiştir. 
Saha çalışmasının son bölümlerini oluşturan CNC ile üretim simülasyonunun hazırlanması ve karşılaştırma aşamalarında, belgelenen sütunların ahşap oyma içeren belirli bir kısmının CNC ahşap torna ile üretilme süreci için işleme takımının belirlenmesi ve üretim simülasyonlarının gerçekleştirilmesi yer alır. Üretim simülasyonu için Sprutcam yazılımı tercih edilmiştir. Karşılaştırma için ise sütun, dijital model ve prototiplerin metrik ölçülerinin karşılaştırılması bir tablo halinde sunulup tartışılmıştır. 
Sonuç kısmında, belgeleme sürecinde yaşanan zorluklar, 3 boyutlu modellerin optimizasyon süreçleri ve elde edilen çıktı ürünlerle ilgili tartışmalar yapılmıştır. Üretilen prototiplerin yüzey deformasyonları ile fotogrametrik modellerin üretiminde kullanılan görüntü sayısı arasındaki ilişkiler ele alınmıştır. Bu bölümde, çalışmanın genel değerlendirmesi yapılmış, öneriler sunulmuş ve gelecekte bu alanda yapılabilecek araştırmalar için yol haritaları çizilmiştir. Gelecek çalışmalar önerisinde sunulan CNC ile üretilecek 1:1 ölçekli replikanın, fotogrametri yöntemiyle yeniden dijitalleştirilmesi ve ilk üretilen 3 boyutlu modelle karşılaştırılması öngörülmüştür.

Abstract:
Cultural heritage represents the collective memory through artistic, historical, archaeological, architectural, and natural assets that people have carried from the past to the present. The preservation and transmission of these heritage elements to future generations is of great importance for ensuring the identity and historical continuity of societies. Documenting cultural heritage elements plays a critical role in drawing attention to these heritage items, increasing their visibility in society, safeguarding them, and ensuring their transmission to future generations. Developing technologies and digital methods facilitate the processes of documenting cultural heritage, sharing it on digital platforms, archiving it, and reproducing it physically or digitally when necessary. Creating digital copies of heritage items and producing physical copies using methods such as rapid prototyping or CNC (Computer Numerical Control) when necessary, brings about some ethical debates, but work in this area continues with certain motivations. The main motivations for digitizing cultural heritage include preventing information loss in cases of damage, enabling the reproduction of heritage items, assisting with prototypes in studies requiring physical contact, and supporting museology and public dissemination efforts. The main motivations of the three-dimensional (3D) digitization study carried out within this work are to create a 3D archival database and to establish a framework for producing replicas that can be used for interaction and information acquisition in academic studies or museology activities.
Anatolia is a rich geography in terms of wooden heritage. However, as wood is a material prone to deformation due to human and natural factors, wooden heritage items are sensitive to climatic conditions, natural disasters, and human impacts. Therefore, the preservation and documentation of wooden heritage is of great importance. The preservation and documentation of wooden heritage items not only maintain their physical structure and integrity but also contribute to preserving the historical and cultural context of these works. 3D documentation studies can be carried out through various scanning methods and image-based documents. With the obtained 3D models, digital copies and physical productions can be made at different accuracy rates. Such documentation and replica production techniques allow for the long-term preservation of heritage items with a holistic approach that considers their abstract and tangible values by making them accessible and visible to wider audiences at various times and places without the necessity of direct contact.
The thesis established a framework for digitally 3D documenting and reproducing the carved wooden columns and column capitals with wooden decorations of the 13th-century Medieval Wooden Hypostyle Mosques listed in the UNESCO (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization) World Heritage List.
The selected fieldwork mosques are Sivrihisar Ulu Mosque, Beyşehir Eşrefoğlu Mosque, Afyonkarahisar Ulu Mosque, and Kastamonu Kasabaköy Mahmut Bey Mosque. These mosques were chosen because they are among the oldest and most original examples of wooden-columned mosques and because they feature decorations made with wood carving techniques on their columns. Digitally documenting the wooden columns and column capitals of these structures is important for closely examining the original wooden decorations, increasing their recognition, and creating a data archive that can be used when needed, which constitutes the main motivation of the thesis.
In the first chapter of the thesis, the importance and history of cultural heritage are discussed in detail, and research questions are determined. The research questions cover the ethical situation of reproducing cultural heritage and how these processes can be produced using low-cost and accessible methods. This section emphasizes why the preservation of cultural heritage is important and the historical development process that extends to the present day.
In the second chapter, the motivations for digitizing cultural heritage, the ethical debates about producing digital and physical copies of the works, and digital documentation methods are examined. The advantages provided by the digitization process and potential challenges are analysed in detail. Based on these examinations, photogrammetry was determined as the digital 3D documentation technique to be used within the scope of the thesis.
The third chapter explains the methodology and the generalizable steps of the workflow of the study. The method, which aims to provide a framework from digital to physical, includes photogrammetric data collection, photogrammetric data processing, data editing by comparing Blender and Geomagic Wrap software, and fabrication steps. Detailed explanations of each step are presented along with the technologies and stages used. The adaptation of the methods to the wooden columns and column capitals of the four mosques selected for the field study is explained in the fourth chapter.
In the field study described in the fourth chapter, the criteria for selecting the mosques, data collection for photogrammetry in the selected mosques, how the obtained data from the field study directed the later stages of the work, the classification of the obtained data, and the stages of producing photogrammetric models of selected wooden column carvings using Agisoft Metashape software are explained. In the initial field study, both LiDAR and photogrammetry techniques were used, but since more successful data were obtained with photogrammetry, it was preferred as the technique to be used in the method. Photogrammetry was also chosen because it is a low-cost and accessible data collection method. The digital models, intended to be produced for exhibition works or physically reproduced if necessary, were edited with Blender and Geomagic software and prototyped using the additive 3D printer method to test their suitability for production. In this phase, a 3D printer, which operates using the additive manufacturing method, was chosen to produce and compare physical models edited with different software and techniques. Digital 3D models and prototypes were compared to test the optimization performance of these two software programs. A 3D printer is an ideal tool for such studies due to its rapid prototyping, accessibility, and ability to produce complex models.
The primary reason for selecting photogrammetry as the digital documentation method within the scope of the study is its ability to create models using photo and video, which are low-cost and accessible data types, and the ease of use of photogrammetry software interfaces for model production. The editing of models with different software and the production of 1:1 scale prototypes within the scope of the field study were addressed. One of the selected software is specialized for scanning studies in the industry, and the other is a free and versatile model creation-editing software. This choice is aimed at evaluating accessible methods and creating a workflow through these software's if possible. The process of comparing digital models with physical models is important for evaluating production quality and accuracy.
In the final sections of the field study, the preparation and comparison of a CNC production simulation, the determination of the processing tool for the CNC wood lathe production process of a specific part of the documented columns with wood carving, and the realization of production simulations are included. Sprutcam software was chosen for the production simulation. For comparison, a table comparing the metric measurements of the column, digital model, and prototypes was presented and discussed.
In the conclusion section, the challenges encountered during the documentation process, the optimization processes of 3D models, and discussions about the output products obtained were made. The relationships between surface deformations of the produced prototypes and the number of images used in the production of photogrammetric models were discussed. Additionally, different modelling methods that can be performed with other techniques such as 3D scanning devices were evaluated for future studies. In this section, a general assessment of the study was made, recommendations were provided, and roadmaps for future research in this field were outlined. The future study proposal includes the re-digitization of the 1:1 scale replica to be produced with CNC using the photogrammetry method and comparing it with the first produced 3D model. Autodesk Netfabb software is anticipated to be used in this comparison. Netfabb is a production software used for overlaying different models to measure their geometric differences and visualizing the analysis, making it easily understandable.