All'inizio dell'età imperiale l'antro fu infatti trasformato in paesaggio mitologico decorato da uno straordinario allestimento scultoreo di soggetto omerico che venne scenograficamente disposto intorno e all'interno di un bacino circolare ricavato entro la grandiosa abside. Si sono identificati finora quattro gruppi principali raffiguranti le imprese di Ulisse: accecamento di Polifemo da parte dell'eroe e di alcuni compagni, assalto del mostro di Scilla alla nave e uccisione di sei compagni soffocati dalle spire serpentine, ratto del Palladio dal tempio troiano di Atena da parte di Ulisse e Diomede, e infine il cd. Pasquino, in cui è stato recentemente riconosciuto Ulisse che trascina il corpo di Achille.
La raccolta comprende altri pregevoli reperti, in massima parte scultorei, riferibili all'apparato ornamentale della villa: accanto a opere di intento celebrativo della Gens Iulia (rilievo di Venere Genitrice, erma del cd. Enea), figurano immagini di divinità (Dioniso, Athena, Salus), esemplari di ritrattistica (testa di Traiano e di un imperatore di età tetrachica, ec.) ed elementi prettamente decorativi (statua di fanciulla pannegggiata identificabile forse con Circe, putti, satirelli, maschere teatrali), databili soprattutto al I sec. d.C. Si tratta in genere di repliche o rielaborazioni in marmo di archetipi, spesso bronzei, del periodo classico ed ellenistico (V-VI e III-I sec. a.C.), anche se non mancano creazioni di carattere arcaicizzante o di sapore eclettico.
Di particolare interesse è l'iscrizione in versi di un tal Faustinus, forse un ospite occasionale, che esalta la decorazione della grotta. Nelle vetrine sono conservati suppellettili e manufatti minuti (vasi attici, terrecotte architettoniche, ceramiche sigillate africane, lucerne cristiane, ecc.) che documentano l'ininterrotta continuità di vita del sito fino al periodo post-classico. Disponibili un dépliant illustrativo e una guida.
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