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II Congreso Internacional de Arqueología e Informática Gráfica, Patrimonio e Innovación Sevilla 16-19 de Junio de 2010

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MESA COMUNICACIONES_4 / TABLE OF COMMUNICATIONS_4

METODOLOGÍA Y HERRAMIENTAS DE RECONSTRUCCIÓN VIRTUA L I METHODOLOGY AND TOOLS FOR VIRTUAL RECONSTRUCTION I

FUENTE DE LA MAGDALENA. Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría. Grupo de Investigación Sistemas Fotogramétricos y Topométricos. Universidad de Jaén. España

SEAV. Sociedad Española de Arqueología Virtual

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Estudio geométrico de piezas arqueológicas a partir de un modelo virtual 3D

Antonio T. Mozas Calvache1, José L. Pérez García1, Vicente Barba Colmenero2 y Andrés López Arenas1

1 Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría. Grupo de Investigación Sistemas

Fotogramétricos y Topométricos. Universidad de Jaén. España 2 Arq13, Estudio de Arqueología, S. L. España

Resumen Este trabajo presenta una metodología para la realización de estudios geométricos de piezas arqueológicas de pequeño tamaño mediante un modelo virtual tridimensional. Este modelo es obtenido mediante técnicas de captura con láser escáner, y permite obtener con gran precisión las medidas necesarias para el estudio de la pieza. La técnica aporta, entre otras ventajas, la oportunidad de realizar estas medidas en zonas no accesibles en un entorno real y elimina la consiguiente manipulación de la pieza, aspecto muy interesante para la conservación de la misma. La metodología propuesta se ha implementado en un caso real, un ídolo antropomorfo femenino de apenas 12 centímetros de altura. Los resultados obtenidos de las mediciones realizadas sobre el modelo de la pieza han permitido obtener importantes conclusiones. Palabras Clave: FOTOGRAMETRÍA, LÁSER ESCÁNER, MEDIDAS GEOMÉTRICAS, PIEZAS ARQUEOLÓGICAS Abstract This paper describes the methodology for implementing geometric studies of little archaeological artefacts by mean of a 3D virtual model. This model is obtained through laser scanner 3D technology and allows us to obtain high accuracy measures in order to analyze the artefact. The method proposed gives the opportunity for performing these measures in inaccessible zones in the real object, and minimizing the manipulation of the artefact. This aspect is very interesting in order to guarantee its conservation. This methodology has been implemented to a real case: an anthropomorphic feminine idol of around 12 centimetres in length. The results obtained with the measuring of the model allow us to extract important conclusions. Key words: PHOTOGRAMMETRY, LASER SCANNING, GEOMETRIC MEASURES, ARCHAEOLOGICAL ARTEFACTS

1. INTRODUCCIÓN

Las nuevas tecnologías de captura, adquisición y edición de la información espacial aplicadas al patrimonio cultural y arqueológico permiten la obtención de modelos tridimensionales virtuales de edificios y piezas arqueológicas reales. Estas técnicas son principalmente aplicadas con el propósito de documentar, modelizar y representar estos elementos. En este contexto, la modelización y representación digital de la realidad aporta la incuestionable ventaja de permitir el acceso al objeto de forma virtual, evitando su manipulación, y por consiguiente facilitando su conservación. Otros beneficios son la transmisión de información digital, la perdurabilidad en el tiempo (modelo digital), la mejora de la precisión en las medidas, etc. TEJADO (2005) presenta un análisis completo acerca de las ventajas e inconvenientes que estas nuevas tecnologías aportan.

Dentro de las distintas técnicas de captura actuales destacan la tecnología láser escáner tridimensional y la fotogrametría de objeto cercano. La primera consiste en la captura de una nube de puntos de gran densidad desde un escáner con lo que se obtiene un modelo del objeto desde el punto de vista de la situación del escáner. Con varias tomas del objeto desde varios puntos de vista será posible obtener un modelo tridimensional completo del mismo. La fotogrametría de objeto cercano está basada en la obtención de varias tomas fotográficas a corta distancia, gran re-

solución y con una determinada geometría sobre el objeto. Tras un proceso de orientación de las tomas fotográficas se podrá llevar a cabo la extracción de información tridimensional (extracción de elementos, MDS, ortofotografías, etc.), obteniendo un modelo tridimensional del objeto normalmente de menor densidad que en el caso anterior, pero con mayor información radiométrica. Por tanto, los principales productos obtenidos mediante estas técnicas son, respectivamente, una nube de puntos gran densidad e imágenes fotogramétricas de gran resolución. La combinación de ambas técnicas proporciona un modelo tridimensional de gran resolución tanto geométrica como radiométrica (ALSHAWABKEH, 2004).

Los estudios arqueológicos y del patrimonio tienden, cada vez en mayor medida, a utilizar estos productos y otros derivados (vistas espaciales 3D, VRML), debido fundamentalmente a la mejora que proporcionan para la documentación patrimonial, a lo que se suman otras ventajas culturales, turísticas y didácticas (musealización virtual, recreaciones virtuales que facilitan la comprensión del contexto histórico, etc.) (BERALDIN, 2005). Dentro de las posibles utilidades que proporcionan estos modelos se encuentra el análisis geométrico de estas piezas evitando la manipulación de las mismas, ya que se tendrá una reproducción fidedigna en formato digital. Para esto, será


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necesario crear un modelo tridimensional que abarque toda la pieza, con una resolución geométrica tal que garantice la precisión requerida en el estudio geométrico. Dependiendo de esta resolución se podrán realizar mediciones muy precisas que resultarían muy difíciles de obtener directamente sobre la pieza. En general, se optará por técnicas de láser escáner tridimensional, ya que en este tipo de estudios la componente radiométrica y textural del objeto presenta menor relevancia. Las técnicas láser escáner pueden reemplazar o complementar las metodologías tradicionales cuando existen objetos complejos que han de ser digitalizados de forma más o menos económica y precisa (BOEHLER, 2001).

Este trabajo se centra en este tipo de estudios geométricos de piezas arqueológicas, basados en modelos tridimensionales obtenidos mediante técnicas de láser escáner tridimensional, que presentan gran interés para determinar los aspectos geométricos de las piezas (ESQUIVEL, 2007), obtener secciones, simular virtualmente partes perdidas e intervenciones restauradoras, determinar zonas restauradas no originales (FONTANA, 2002),o como base de información para analizar el desarrollo constructivo de la misma (por ejemplo para determinar el proceso o modo de fabricación de una pieza, PIRES, 2006). En definitiva, el empleo de estas técnicas supone abrir unas perspectivas sin precedentes en estudios sobre piezas arqueológicas (CIOCI, 2005).

Obtenido el producto (modelo 3d), y utilizando cualquier software especializado de los existentes en el mercado (CAD 3D), los especialistas técnicos y arqueólogos pueden realizar cuantas mediciones y cálculos estimen necesarios para elaborar un estudio geométrico completo. Este estudio aportará una valiosa herramienta de análisis para la determinación tanto de las medidas originales como para determinar el procedimiento constructivo de estos objetos.

Como ejemplo de aplicación se presentan los resultados obtenidos con la generación de un modelo tridimensional y la realización de un estudio geométrico de un ídolo antropomorfo completo, localizado en el yacimiento de Marroquíes Bajos en Jaén (BARBA, 2010). Se trata de una representación femenina procedente de la cultura calcolítica (III milenio A. N. E.). La figura está tallada en un hueso de animal, posiblemente un cuerno. Fue hallada junto con otra figura masculina y otra pieza inacabada. Por lo tanto, presentan una connotación especial debido a su singularidad (es la única pareja masculino-femenina) dentro del conjunto de ídolos antropomorfos aparecidos en la península Ibérica.

2. METODOLOGÍA

El proceso metodológico comprende los pasos necesarios para la obtención del modelo tridimensional (captura de datos, fusión de nubes de puntos y modelización), la posterior representación del mismo y la realización de las medidas oportunas para la determinación de un estudio geométrico completo. La captura de datos se realiza con un láser escáner tridimensional de corto rango de distancias (Minolta VI, Figura 1a).

El escaneo se realiza situando la pieza sobre un soporte móvil fijado al mismo con masilla y pinzas (Figura 1b). Para cubrir toda la pieza se realizan todos los escaneos necesarios desplazando el escáner o girando la plataforma donde se sitúa el ídolo. Además, se debe garantizar la existencia de importantes zonas comunes en los diferentes escaneos para asegurar la alineación y unión de

las nubes de puntos individuales, así como la eliminación de zonas ocultas o no visibles desde un punto de vista individual. Para la unión de las diferentes tomas en una sola, esto se utilizarán posteriormente mecanismos de correlación superficial. Aun teniendo la precaución de realizar diferentes tomas con puntos de vista diferentes, en algunos casos es posible que puedan aparecer quedar zonas ocultas no capturadas al escaneo en las que será necesaria la posterior reconstrucción de la pieza (DEVEAUA, 2005).

Figura 1. a) Láser Escáner Minolta VI; b) soporte móvil de captura

Figura 2. Proceso de alineación de nubes de puntos procedentes de varios escaneos

Tras la captura, se realiza un proceso de modelización, en el que se eliminan los puntos residuales no pertenecientes a la pieza, y se alinean y unen todos los puntos obtenidos en los distintos escaneos (Figura 2). El resultado será una nube de puntos referidos a un único sistema de referencia. Este proceso de modelización finaliza con la generación de un modelo triangular a partir de los puntos, asignándole un color o una textura (Figura 3).

Habrá que tener en cuenta el grado de precisión obtenido con el escaneo y el posterior procesamiento de los puntos. El escáner utilizado tiene una resolución nominal de 0.17 mm en XY y 0.047 mm en Z y una precisión de 0.02 mm. Esta precisión nominal se verá reducida debido a los diferentes procesos que incorporan incertidumbre posicional, como la correlación de las nubes de puntos, la resolución definitiva del modelo, etc. Una vez analizados los resultados obtenidos en la fase de orientación relativa (unión de nubes individuales) y la densidad de puntos y


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por consiguiente, la resolución del modelo triangular (0.1mm), se puede estimar una precisión de 0.1mm para este estudio. Este valor marcará la precisión (cifras decimales) de las medidas que se realizarán.

Figura 3. Proceso de modelización: nube de puntos, malla de triángulos, modelo triangular y modelo suavizado.

3. RESULTADOS

Una vez finalizado el proceso de modelización se procede a realizar el estudio geométrico de la pieza para lo que se utilizarán distintas representaciones de la misma obtenidas a partir del modelo tridimensional. Estas representaciones pueden ser: vistas 3D, secciones, perfiles, cortes y curvados, etc. (Figura 4).

Figura 4. Representaciones obtenidas: Modelo poligonal, curvado eje horizontal (Y) y vertical (Z)

Las distintas medidas serán realizadas sobre el modelo completo o sobre las representaciones obtenidas. Los principales resultados de las mediciones realizadas sobre el modelo virtual tridimensional de la pieza objeto de estudio son descritos en la Tabla 1 y Tabla 2 y en las imágenes de la Figura 5 a la Figura 9.

El análisis de las medidas muestra que la pieza geométricamente presenta pequeñas desviaciones, algunas de las cuales (giro de la cabeza) le confieren mayor expresividad. El estudio de las proporciones de las distintas secciones refleja una mayor relevancia de la cabeza sobre el resto del cuerpo. Se cree que este aspecto de sobre ponderación de la cabeza puede enlazar con piezas de similares características aparecidas en la cultura minóica (cabeza triangular, brazos cruzados y nariz prominente), relacionado con la idea de Diosa Madre. En cuanto a los detalles, algunos fueron realizados con suma minuciosidad, por ejemplo, en el caso de los ojos o de los senos, donde las medidas de la parte izquierda y derecha son sorprendentemente similares (Figura 5 y Figura 7). Los ojos presentan cuencas prácticamente iguales en cuanto a su volumen. Esta circunstancia confirma la hipótesis inicial de su posible fabricación mediante un mismo utensilio.

Volumen

(mm3)

(%)

Longitud

(mm)

(%)

Anchura

Profund.

(mm)

Pieza completa 9254.2

100

118.2

100

22.1

9.3

Sec. 1. Cabeza 2315.4

25.0

19.0

16.1

22.1

9.3

Sec. 2. Tronco 3021.0

32.6

37.3

31.6

20.4

7.1

Sec. 3. Extremidades inferiores

3917.8

42.3

61.9

52.4

17.3

6.4

Tabla 1. Geometría de la pieza completa.

Figura 5. Vista 3D y dimensiones de los ojos.

También destaca el cabello que presenta la pieza (Figura 9), no solo por ocupar una gran extensión de la frente y espada, sino por conseguir un gran detalle (trenzado). Cabe destacar la importancia de la nariz en la cara de la pieza (Figura 8), con una longitud superior a los 8 mm (7% del total de la pieza y un 44% con respecto a longitud de la cara). Esta característica es habitual en el resto de ídolos antropomorfos de la península.

Adicionalmente, con esta técnica se ha podido apreciar y medir pequeñas erosiones producidas por el paso del tiempo en la misma como en el caso del seno derecho, donde se ha detectado un hueco de 1.1 mm3 (Figura 7). Estos defectos podrán ser eliminados en un modelo virtual, con lo se podría obtener una representación de la situación original de la pieza.

Otro aspecto importante es la longitud y situación de los brazos y manos. Los brazos aparecen cruzados sobre el vientre. Tienen dimensiones similares (35.4 mm en el brazo derecho y 35.2 mm en el izquierdo). Su posición puede ser debida a la idea de solemnidad de este tipo de piezas (Figura 6). Las manos no son


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utilizadas en contraposición con el hecho de son elementos fundamentales de trabajo para el ser humano.

L

(mm)

A

(mm)

P

(mm)

izquierdo 3.9 3.8 1 Ojo

derecho 3.8 3.8 0.9

izquierdo 35.2 10.0 - Brazo

derecho 35.4 8.8 -

Erosión seno derecho 1.5 1.5 0.5

Cuello 9.5 - 5.1

Caderas - 12.1 6.4

Ángulo (º)

Inclinación hombros 2.0

Giro cabeza -vertical 4.2

Giro piernas - vertical 10.5

Tabla 2. Geometría de detalles: L: Longitud, A: Anchura; P: Profundidad

Figura 6. Vistas 3D general de la pieza (frente y perfil derecho) y principales medidas.

Por otro lado, se ha determinado un giro de 11 grados en las extremidades inferiores. Se trata de un aspecto destacable en la figura y puede deberse al giro natural del material original del que está fabricada la pieza (hueso de animal).

Figura 7. Vistas 3D y dimensiones de los senos.

Figura 8. Vista 3D y dimensiones de la nariz.

En definitiva, se ha detectado una gran precisión en la materialización de ciertas partes de la figura, como la curvatura dorsal o la sensación de simetría alcanzada. Guarda proporciones muy similares a otros ídolos localizados en zonas muy distintas. Debe existir para esta época unos estereotipos marcados por los rituales para los que son utilizadas estas representaciones.

Figura 9. Vistas 3D y dimensiones del pelo.

La metodología planteada ha posibilitado la obtención de valores que han permitido a los arqueólogos plantear o reforzar sus hipótesis de trabajo.


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4. CONCLUSIONES

Este trabajo ha confirmado la viabilidad de la metodología planteada gracias a la significativa cantidad de información que se ha obtenido. La técnica empleada no es invasiva, permite medir “sin tocar” las piezas arqueológicas a partir de un modelo virtual tridimensional obtenido con gran resolución y exactitud gracias al láser escáner tridimensional. El respeto a la pieza original resulta fundamental en casos en los que la manipulación pueda representar un riesgo para la integridad de la misma.

Las medidas realizadas sobre el modelo virtual garantizan gran precisión y permiten obtener dimensiones cuya medida sobre la pieza real resultaría imposible. El estudio geométrico realizado aporta importante información para caracterizar la pieza apoyando significativamente la labor de los arqueólogos.

Además, la técnica empleada permite obtener un modelo virtual tridimensional que puede ser utilizado para numerosos fines científicos y divulgativos.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto IFOTEL (TIN-2009-09939) del Ministerio de Ciencia e Innovación y ha sido cofinanciado a través de fondos FEDER y del Grupo de Investigación TEP-213 (PAI Junta de Andalucía)..

BIBLIOGRAFÍA

ALSHAWABKEH, Yahya et al. (2004): “Integration of digital photogrammetry and laser scanning for Heritage documentation”. Proceedings of the XXI ISPRS Congress, Commission V WG 4, Istanbul, Turkey pp. 6.

BARBA, Vicente et al. (2010): Ciudad de la Justicia de Jaén. Excavaciones Arqueológicas. Consejería de Justicia y Administración Pública. Junta de Andalucía. Almería.

BERALDIN, Jean Angelo et al. (2005): "Combining 3D Technologies for Cultural Heritage Interpretation and Entertainment." Videometrics VIII, SPIE, vol. 5665, pp. 108-118

BOEHLER, Wolfgang et al. (2001): “The potential of non-contact close range laser scanners for cultural heritage recording”, en Proceedings of the 18th International Symposium of CIPA, Potsdam Germany, pp. 8.

CIOCI, Andrea et al. (2005): “Digital Three-Dimensional Modeling of Heritage by Frequency-Modulated Laser Radar: the case of Donatello’s David", en The 6th International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, VAST (2005), pp. 8.

DEVEAUA, Matthieu et al. (2005): “Strategy for the extraction of 3D architectural objects from laser and image data acquired from the same viewpoint”, en International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences (Vol. XXXVI, Part 5/W17), Mestre-Venice, Italy, pp. 5.

ESQUIVEL, Juan Antonio et al. (2007): “Geometrical 3D laser scanner model of a Chalcolithic vessel (Gor, Granada, Spain)”, en Archeologia e calcolatori, nº 18, pp. 229-241.

FONTANA, Raffaella et al. (2002): “Three-dimensional modelling of statues: the Minerva of Arezzo”, en Journal of Cultural Heritage, Vol. 3, nº 4, pp. 325-331.

PIRES, Hugo et al. (2006): “Close-range Laser Scanning Applied to Archaeological Artifacts Documentation. Virtual Reconstruction of an XVIth Century Ceramic Pot”, en The 7th International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, VAST (2006), pp. 6.

TEJADO, José María (2005): “Escaneado en 3D y prototipado de piezas arqueológicas: las nuevas tecnologías en el registro, conservación y difusión del Patrimonio Arqueológico”, en Iberia: Revista de la Antigüedad, nº 8, pp. 135-160.


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Nuevas tecnologías en levantamientos aplicadas a la restauración: “El Giraldillo’’

José Antonio Barrera Vera 1, Antonio Pérez Romero 2, Rafael Ortiz Marín 3 y Carlos Cobos Gutiérrez 3

1 Departamento de Ingeniería Gráfica E.U.A.T. Universidad de Sevilla, España.

2 Departamento de Ingeniería Gráfica. E.U.I.T.A. Universidad de Sevilla, España. 3 Departamento de Ingeniería Gráfica. E.T.S.I. Universidad de Sevilla, España

Resumen El trabajo hace referencia al levantamiento mediante un escáner láser basado en tiempo de vuelo y modelado sólido de la copia, realizada por métodos tradicionales, de la veleta que corona la torre de la Giralda de Sevilla, el conocido “Giraldillo”. Las grandes dimensiones del objeto de estudio y su ubicación en un lugar público hacen que otros métodos de obtención de datos no puedan aplicarse o precisen elementos auxiliares para su puesta en práctica, lo cual supondría tener inhabilitada su exposición durante un tiempo. Con ocasión del trabajo se tendrá oportunidad de contrastar los resultados de la aplicación de técnicas de levantamiento mediante estación total láser y escaneado láser tridimensional. Palabras Clave: PATRIMONIO, ESCANEADO 3D, MODELADO SÓLIDO, REALIDAD VIRTUAL, INGENIERÍA INVERSA. Abstract This work consists in the geometric survey of a big statue by means of a laser scanner and solid modelling. It has been chosen, for its complexity and singularity of the image. It’s about the copy of the weather vane that crowns the tower of the Giralda of Seville, the well-known " Giraldillo ", carried out by traditional methods a few years ago. The big dimensions of the study object and its location in a public place make that other methods of obtaining of data cannot be applied without using auxiliary elements to be carried out, this would suppose to have disable its exhibition during a certain time. By means of this experience we will have opportunity to contrast the results of the application of technical of geometric survey with laser total station and three-dimensional laser scanner. Key words: HERITAGE, 3D SCANNER, SOLID MODELLING, VIRTUAL REALITY, INVERSE ENGINEERING

1. OBJETIVOS

Un grupo de profesores de este Departamento realizó, en Julio del año 2.000 el levantamiento de una nube de puntos del Giraldillo, que se hallaba en las dependencias del Instituto Andaluz del Patrimonio Histórico y que sirvió como soporte de una triangulación para un posterior cálculo resistente.

Dicha nube se levantó con los mejores medios que se disponían en aquellas fechas (Estación Total Leica TCR 1103) tomándose datos desde 3 posiciones distintas y uniéndose posteriormente las correspondientes nubes en una sola con un total de 17.705 puntos. Dicha nube, Figura 1, cumplió con su cometido que no era otro que servir de base a una triangulación, pero generó el sentimiento de realizar un modelo sólido de la escultura.

Este trabajo tiene pues dos objetivos:

1. La elaboración del modelo virtual de la copia del Giraldillo que se encuentra situada en la Puerta del Príncipe de la Catedral de Sevilla y que substituyó al original, coronando la Giralda, entre 1.997 y 2.005.

Figura 1. Nube de puntos obtenida en 2000

2. A partir de los resultados obtenidos sentar las bases de un protocolo para los levantamientos de esta naturaleza.


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2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS

2.1 De la veleta de la Catedral de Sevilla comúnmente llamada Giraldillo

Es imposible resumir en unas pocas líneas casi quinientos años de historia, no obstante pasaremos revista de manera casi criptica a los aspectos esenciales.

2.2 De su función como veleta

La belleza de la estatua que corona la veleta ha relegado a segundo término su propia razón de ser. Nos hallamos ante un conjunto mecánico que permite el giro de una estatua hueca de bronce que pesa 1.525 Kilogramos mediante una espiga interior de diámetro variable con un valor mínimo de tan sólo 7 centímetros.

Dos breves datos pondrán de manifiesto la colosalidad de la misma, en efecto sus pies miden algo menos de medio metro y su altura es de tres metros y medio. La Figura 2 presenta el vástago y el mecanismo giratorio de la veleta, datado en 1.770 y situado en uno de los patios interiores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla.

Figura 2.Vástago y mecanismo giratorio. (1.770)

2.3 Del nombre de la misma

Inicialmente la escultura que corona la veleta se denominó Giralda (ya que giraba). Don Miguel de Cervantes recoge ya este nombre. Posteriormente se llamó Giralda a la torre que lo sustenta y la figura de la veleta pasó a ser el Giraldillo.

2.4 De su diseño y fundición

El dibujo original de la escultura parece deberse al pintor Luis de Vargas que pudo inspirarse en una representación de Palas Atenea de Giulio Romano o de Perin del Vaga según otros

autores. Esta representación dio lugar al grabado de Marco Antonio Raimondi, en el que pudo inspirarse Luis de Vargas.

Figura 3. Palas Atenea: Marco Antonio Raimondi

El escultor Juan Bautista Vázquez “El Viejo” realiza el molde en el que fue fundida por Bartolomé Morell (1.568) y subida al campanario en Agosto de ese mismo año.

2.5 Del posible cambio de símbolo de la escultura

Como hemos dicho simboliza la virtud de la Fe, sin embargo también existe la teoría de que en origen representó la virtud de la Fortaleza cambiándose a raíz de los nuevos planteamientos surgidos del Concilio de Trento (1.546-1.564).

Este planteamiento viene avalado entre otros hechos por:

� Carencia de los atributos iconográficos clásicos de la Fe en esa época como el cáliz o el libro de los Evangelios por ejemplo.

� Presencia de atributos claramente representativos de la Fortaleza como casco, armadura y calzado claramente inspirado en la “caliga” romana.

� La inscripción que corona la Giralda “Turris fortisima”

En contra y también entre otros destacamos:

� En los documentos de la época se recoge explícitamente que representa a la Fe.

2.6 De las reparaciones y actuaciones que sobre ella se han hecho

Han sido numerosas las intervenciones realizadas a lo largo de la historia. Nos centraremos en la última por ser la más completa de todas las realizadas y por haber participado en ella profesores de este Departamento. En términos cronológicos los hitos más importantes fueron:

� 1.997 Se determina fatiga del bronce de la escultura en más de un 70% de la misma.

� Se comienza a realizar una réplica de la misma.

� El Giraldillo es bajado del campanario de la Giralda.


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� 1.999 Tras una larga exposición al público de original y copia, ésta es subida a la Giralda.

� 2.003 Se termina la restauración del original después de seis años de trabajo y unos 600.000 euros de inversión por parte de la Junta de Andalucía.

� 2.005 La copia es bajada de la Giralda y substituida, un mes más tarde por el original. El coste de ambas operaciones ascendió a 120.000 euros.

Figura 4. La copia del Giraldillo objeto del presente trabajo

2.7 De la ingeniería inversa aplicada a la escultura: La Minerva de Arezzo

Es, probablemente, uno de los modelos sólidos más conocidos realizado a partir de un escaneado laser. Si bien la técnica en el empleadas es diferente de la aquí usada los buenos resultados allí obtenidos justifican este trabajo, aplicable a levantamientos “in situ”.

Se trata de una representación de la diosa Minerva, realizada en bronce y copia de otra atribuida a Praxiteles. Data del siglo III o IV (A de C) y fue descubierta en 1.541. La estatua mide unos 150 centímetros de altura y unos 150 kgs de peso, en la actualidad se halla en el Museo Arqueológico de Florencia.

La restauración, de la que forma parte el modelo inicial fue realizada, en el año 2.006, por la Sopraintendenza Archeologica de la región de Toscana.

Los resultados iníciales de este modelo pueden apreciarse en las referencias (GALLARDO FUENTES, 1998) y (MORÓN DE CASTRO, 2006).

El modelo no solo permitió una restauración integral de la escultura sino que posibilitó, dado que el brazo extendido procedía de una restauración de 1.785, el análisis de otras posibles formas iniciales de la escultura.

3. METODOLOGÍA

3.1 Equipo empleado en la toma de datos

Leica ScanStation 2, es un modelo indicado que aúna las cualidades de una estación total y un escáner 3D en un solo aparato, lo cual acarrea indudables ventajas en la adquisición de

datos en campo, pues la orientación de los distintos escaneados es inmediata, al tiempo que la georreferenciación con respecto a puntos conocidos del entorno se facilita enormemente.

Sistema de medición láser que emplea es time-of-fly y el láser empleado es tipo 3R, seguro para la vista de acuerdo con IEC60825-1:2001. El rango de medición va desde 1 a 134 ó 300 m, dependiendo de la reflectividad del objetivo, precisión de medida (de 1 a 50 m) 6 mm en posición y 4 mm en distancia, resolución 4 mm, velocidad de escaneo de más de 4000 pts/s, longitud de onda del Láser verde, tamaño de punto 4 mm, campo de escaneado vertical de 0° a 270° y horizontal de 0° a 360°, mínimo espacio entre pulsos 1.2 mm.

3.2 Organización de la toma de datos

Generación de nubes de puntos: se realizaron siete barridos de la escultura, cuya distribución aparece reflejada en la Figura 5.

Figura 5. Localización del escáner en los barridos realizados

El círculo señala la localización de la escultura y los puntos rojos las distintas posiciones del escáner.

Tabla 1. Puntos generados en los barridos

3.3 Trabajos realizados en gabinete

Una vez finalizada la toma de datos se procedió, en gabinete a la realización de los siguientes trabajos:

Integración de los datos obtenidos en siete nubes de puntos y eliminación la información sobrante, dado que el escáner toma puntos de todo el entorno de la escultura. En una primera fase, eliminamos los puntos situados detrás del Giraldillo y los del soporte Figuras 6 y 7.

Seguidamente se realiza un filtrado de la nube de puntos, para eliminar posibles redundancias

Preparados los puntos, procedemos a realizar la triangulación 3D. Hemos optado por realizar una triangulación superficial, que consume menos recursos informáticos y también es más fácil de manejar. Figura 8.


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Figuras 6 y 7. Nubes de puntos completas desde uno y otro punto de vista

Figura 8. Resultado de la triangulación

Al tratarse de superficies sin espesor, se puede indicar al programa de modelado qué parte de la superficie generada debe ser visible, para poder diferenciar con facilidad cuál es la parte exterior o haz (la que debe mostrarse visible) y la interior o envés (que permanecerá invisible en todo momento).

En un modelo tan complejo como el que estamos estudiando es muy frecuente que el programa cometa errores en la orientación de las superficies, de manera que algunos conjuntos de triángulos no se ven desde el punto de vista correcto. Como consecuencia se hace necesario seleccionar las superficies invertidas y cambiarles la orientación.

Una vez corregido este problema es necesario limpiar la triangulación, buscando tanto mediante algoritmos automáticos como manualmente, intersecciones de triángulos, caras excesivamente puntiagudas, etc.

Una vez limpia la triangulación, obtenemos una primera aproximación del modelo en el que con toda probabilidad aparecerán huecos en las superficies.

El programa de modelado implementa algoritmos realmente eficaces a la hora de interpolar en el relleno de agujeros, pero algunos son demasiado grandes para rellenarlos y otros, simplemente no debemos taparlos si sabemos que esa parte que no se ve se ha medido desde otra posición del escáner.

Una vez realizadas todas las operaciones de revisión y correcciones previas, obtenemos resultados que en principio representan un aspecto demasiado rugoso, que no corresponde a la realidad del objeto escaneado. Esto hace necesario realizar un suavizado de la superficie, pero teniendo en cuenta que los

puntos de base deben conservar su posición original, con objeto de mantener una representación fiel del original. tal como muestra las Figuras 10 y 11.

Figura 9. Agujeros en la triangulación

Figura 10. Superficies antes del suavizado

Figura 11. Superficies después del suavizado

Una vez comprobados los correctos acabados de cada superficie realizamos el ensamblaje de todas para obtener el modelo completo. Empezamos uniendo dos superficies con suficiente área de contacto.

El ajuste para la unión se realizó en tres fases, en primer lugar seleccionando puntos de control comunes sobre los modelos que debemos ajustar, buscando la máxima coincidencia y también una distribución espacial adecuada, ocupando posiciones en los lugares más extremos. La Figura12 pone de manifiesto este proceso.

Una vez realizada esta primera aproximación se puede realizar un “ajuste fino” automático. Tras esta segunda fase, debemos proceder a unir las superficies que han intervenido para conseguir un elemento único. Las Figuras 13 y 14 nos muestran los resultados obtenidos


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Figura 12. Selección de puntos de control para el ajuste de dos superficies

Figuras 13. Maqueta virtual resultante. Vista anterior

Figura 14. Maqueta virtual resultante. Vista posterior

4. RESULTADOS

Es necesaria mayor densidad de puntos en zonas pequeñas de gran detalle. El aspecto final quedará bastante mejorado una vez que se le asigne al modelo las texturas de foto.

Como consecuencia de las limitaciones de resolución y del proceso de modelado, ciertos de talles aparecen difuminados (véase el broche de la pierna en Figura 15).

Figura 15. Vista de espalda

5. CONCLUSIONES

� El escaneado laser empleado es un método fiable y flexible, lo que le hace particularmente valioso en este tipo de levantamientos de objetos fijos, de gran tamaño y en vías públicas.

� De la escasa proporción de puntos empleados, con relación a los tomados y de los resultados obtenidos el modelo final debe obtenerse por refinamientos sucesivos a partir de un modelo básico. La secuencia sería pues una primera toma de datos y confección del primer modelo (El básico), una segunda toma de datos para rellenar “agujeros” y densificar la malla y así sucesivamente.

� Ante la uniformidad de la toma de datos del escáner el levantamiento debe completarse con otros realizados con escaneos específicos para definir elementos muy orgánicos.

� Con carácter general la iluminación ha de ser lo más homogénea posible a efectos de la asignación de textura.

5.1 Como líneas de posibles investigaciones podemos citar:

1ª. Establecer protocolos de actuación para reducir los problemas de la triangulación con las técnicas actuales.

2º. Buscar nuevos algoritmos de triangulación y/o mallado de la nube de puntos aportando soluciones novedosas como podría ser trabajar más la nube de puntos para obtener una densidad más homogénea, introduciendo parámetros que controlen la posición del scanner y la distancia de cada voxel.


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BIBLIOGRAFÍA

De carácter técnico

AGUILAR GÁLEA, José A. (2004): Métodos y técnicas de reproducción artística aplicadas a la conservación y difusión del patrimonio escultórico. I Congreso Internacional de Patrimonio, Desarrollo rural y Turismo en el siglo XXI. Osuna.

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COBOS GUTIÉRREZ, Carlos et al.(2008): Introducción a la representación gráfica por ordenador. Sevilla (Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla)

ROCCHINI, C.; CIGNONI, P.; MONTANI,C.; PINGI, P.; SCOPIGNO, R.; FONTANA, R.; GRECO, M.;PAMPALONI, E.;PEZZATI, L.; CYGIELMAN, M.; GIACHIETTI, R.; GORI, G.; MICCIO, M.; PECCHIOLI, R.: 3D Scanning the Minerva of Arezzo.

PEZZATI, L. et al. (2008): 3D Scanning of Artworks . Handbook on the Use of Laser in Conservation and Conservation Science.

RICO IGLESIAS, Daniel.: Aplicación de herramientas informáticas industriales de alto nivel a levantamientos historico-artisticos: El Giraldillo de Sevilla. Proyecto Fin de Carrera.

De carácter histórico

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MORÓN DE CASTRO, María F. (2006): La escultura del Giraldillo de la Catedral de Sevilla y su interpretación iconológica. Córdoba: (Publicaciones Caja Sur).


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Arqueología del Paisaje y Arqueología Virtual. Protocolo de Inserción de Yacimientos

en su Contexto territorial.

Mario Delgado Canela, Sergio Ortiz Moreno y Diego Lozano Diéguez.

Centro de Investigación y Desarrollo en Arqueología Virtual. CIDAV. La Rinconada. Sevilla. España. Resumen El objetivo de esta comunicación es el de indagar sobre las posibilidades que nos ofrece la creación de hipótesis virtuales para complementar los estudios de Arqueología del Paisaje, siendo a la vez elemento de difusión y herramienta adecuada para la investigación en si misma. Por último, proponemos un protocolo de actuación para la inserción de las recreaciones virtuales de yacimientos en sus contextos ambientales, entendiendo que no son meros telones de fondo ni marcos para la hipótesis, sino una construcción cultural, que nos permite un mejor acercamiento a las sociedades humanas de un momento y región determinados. Abstract The aim of this communication is to investigate about the possibilities that the creation of virtual reconstructions offers us to complement the Landscape Archaeology studies, been at the same time a research and diffusion tool. Finally, we propose a protocol of actuation for inserting the virtual reconstructions of archaeological sites into their environmental context, understanding that they are not only backdrops or frames for the hypothesis but a cultural construction, that allows us a better approach to human societies of a specific time and region. 1. INTRODUCCIÓN.

La Arqueología del Paisaje, es a día de hoy una tendencia perfectamente consolidada dentro del panorama de las Ciencias Sociales. Los estudios ambientales y paisajísticos, como tantas otras herramientas procedentes de otras disciplinas que luego los arqueólogos hemos integrado en nuestro quehacer diario (en este caso, desde la Geografía y las Ciencias Ambientales, la Ecología Histórica y la Arquitectura y Diseño de Entorno), ha sufrido en su definición y aplicación un proceso de confusionismo inicial, en el que los diferentes usos que cada uno de los profesionales ha querido dar al término han hecho en muchas ocasiones difícil dilucidar a qué se referían en cada momento. (Anschuetz, Wilshusen y Schieck, 2001: 157-158; Thomas, 2001: 166).

Por eso, pensamos que es importante comenzar definiendo que entendemos por Paisaje en Arqueología. El paisaje es una construcción cultural estratificada, generada a través de una relación biunívoca entre el ser humano y su medio. Este medio ambiente es a la vez contexto delimitador de las posibilidades de desarrollo de las comunidades humanas que lo habitan (de una manera no determinista), y estas a su vez modelan el paisaje con su acción creativa y destructiva. Asimismo, el paisaje es, en función de la percepción subjetiva de las comunidades que lo habitan (Anschuetz, Wilshusen y Schieck, 2001: 160). Afirmamos que se trata de una construcción estratificada, dado que, como si de un palimpsesto se tratara, el paso del tiempo va borrando y depositando en nuestro paisaje hitos, topónimos, especies que llegan y otras que desaparecen… que rápidamente son asumidos por las comunidades que los habitan. Fundamentalmente, tres son las fuerzas que interactúan en el proceso de creación de paisaje antropizado (Parcero y Fábregas 2006: 70), unidos a la propia percepción del medio:

1) Los procesos de trabajo.

2) Las relaciones sociales.

3) Las concepciones culturales.

La concepción cultural del paisaje difiere pues de la meramente ecológica: el hombre se destaca como especie por su increíble capacidad para modificar en el medio en su provecho evolutivo, pero a su vez se ve condicionado por su interacción con este. El medio ambiente deja así de ser un mero elemento pasivo en el proceso histórico (Thomas, 2001: 167). Igualmente, otra característica significativa de esta concepción cultural del paisaje, es su capacidad sintética: un paisaje encierra todo un proceso evolutivo, que queda plasmado en una sucesión de significados, más que en el significante (entorno material), propiamente dicho; de esta manera, los aspectos espaciales y temporales del proceso quedan aglutinados.

Pensamos también que la Arqueología de Paisaje nos ofrece una excelente herramienta para la integración de los espacios arqueológicos “off-site” o “non-site”, siempre de difícil estudio e integración en proyectos generales de ámbito territorial (Anschuetz, Wilshusen y Schieck, 2001:161)


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2. RECREACIÓN VIRTUAL PAISAJÍSTICA: LA VIRTUALIDAD COMO GENERACIÓN DE UN MODELO

Como podemos ver, la construcción del paisaje es un acto que, de manera casi indisoluble, se asocia en la sociedad occidental con lo visual. Creamos el paisaje en función de unos presupuestos mentales, de una información recibida de nuestro entorno cultural y de unas estructuras mentales y sociales, pero también a partir de la percepción sensible del entorno. Cualquier forma de representación del paisaje, desde los primero cuadros renacentistas a las cartografías digitales actuales, es una forma de apropiación del mismo por parte de un individuo o grupo de individuos (Thomas, 2001:168-169).

Dentro de la Arqueología, suponen además estudios verdaderamente sintéticos, que permiten representar de una manera altamente intuitiva los estudios paleotopográficos, paleoambientales, análisis de patrones de asentamiento, de rutas óptimas, de visibilidad e intervisibilidad… y en general todos los análisis espaciales y del territorio. Nunca podremos, evidentemente, sustituir a la propia percepción sensible de un individuo de una comunidad pretérita ante un paisaje, pero podremos aproximarnos a esta, avanzando así en el

conocimiento y la comprensión de las mismas, introduciendo valores experimentales y de contrastación empírica de hipótesis en la ciencia arqueológica. A través de la recreación virtual, generamos un modelo o hipótesis virtual, que podremos contrastar con los datos procedentes de otras fuentes arqueológicas e históricas, tanto para ser usada como herramienta en la investigación como para poder presentar de una manera fácilmente inteligible por un amplio público los resultados de dicha investigación.

Así pues, la recreación virtual nos permite indagar en las cuatro dimensiones fundamentales del paisaje, como son la dimensión ambiental, la dimensión económica o subsistencial, la dimensión sociopolítica y la dimensión simbólica (Parcero y Fábregas, 2006: 70), de una manera vívida, recreando como experiencia y proceso sintético lo que, en gran medida, surge de la experiencia y la síntesis: el proceso de generación del paisaje.

Por último, creemos que estos estudios pueden ayudar a poner en valor y preservar determinados contextos arqueológicos que, privados de una monumentalidad al uso, presentan su mayor valor en la construcción cultural de todo un paisaje, como pueda ser el caso de los paisajes dolménicos, y que poco a poco desaparecen silenciosamente por intereses de carácter político y económico.

BIBLIOGRAFÍA

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PARCERO OUBIÑA, César; FÁBREGAS ÁLVAREZ, Pastor (2006) “Diseño Metodológico para el Anáisis Locacional de Asentamientos a Través de un SIG de Base “Raster”” en Grau Mira, I. (ed.) (2006) La Aplicación de los SIG en la Arqueología del Paisaje. Alicante. Universidad de Alicante.

ANSCHUETZ, Kurt F. et alii (2001): “An Archaeoloy of Landscapes: Perspectives and Directions”. Journal of Archaeological Research, , vol. 9 nº2, pp.152-197.


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Fotogrametría de bajo coste para la modelización de edificios históricos

José Luis Pérez García, Antonio T. Mozas Calvache, Francisco Javier Cardenal Escarcena

y Andrés López Arenas

Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría. Grupo de Investigación Sistemas Fotogramétricos y Topométricos. Universidad de Jaén. España

Resumen En los últimos tiempos las metodologías y herramientas utilizadas para el estudio y la documentación del patrimonio histórico han sufrido un importante avance al disponer de un mayor abanico de posibilidades para abordar estas tareas. Sin embargo, algunas de estas nuevas posibilidades, tales como las estaciones fotogramétricas digitales o el sistema láser escáner, si bien facilitan y mejoran de manera importante los trabajos y productos obtenidos, tienen un coste bastante elevado, que en muchos casos no permiten su utilización. En este trabajo se presentan diferentes técnicas fotogramétricas de bajo coste, que permiten obtener productos con precisiones aceptables y muy interesantes para el estudio, la documentación y modelización de documentos históricos. Palabras Clave: FOTOGRAMETRÍA, MODELIZACIÓN, PATRIMONIO, RECTIFICACIÓN. Abstract In recent times the methodologies and tools used for study and documentation of cultural heritage has undergone remarkable progress, we have a wide range of possibilities to tackle these tasks. However, some of these new possibilities, such as digital photogrammetric stations or laser scanner system facilitate and significantly improve the work and obtained products but it has fairly high costs, which in many cases not allow its use. This paper shows different techniques of low cost photogrammetry to obtain very interesting products with an acceptable accuracy for the study, documentation and modeling of historical documents. Key words: PHOTOGRAMMETRY, MODELING, HERITAGE, RECTIFICATION 1. INTRODUCCIÓN

Las técnicas fotogramétricas permiten obtener representaciones fidedignas de la realidad, con carácter métrico y con una reducción importante de subjetividad, por lo que constituyen una herramienta muy útil e interesante en los trabajos de documentación patrimonial para la realización de proyectos arqueológicos y arquitectónicos de diferente índole (proyectos de rehabilitación o restauración, estudios estratigráficos de paramentos, etc.). La aplicación de técnicas fotogramétricas con estaciones digitales y de nuevas tecnologías como el láser escáner terrestre, están siendo utilizadas cada vez con más normalidad en trabajos de este tipo. Así, MAÑANA et al. (2008), GUIDI et al. (2008) o EL-HAKIM et al. (2008) utilizan la tecnología laser escáner en trabajos de documentación patrimonial. De la misma manera, y a modo de ejemplo podemos encontrar otros autores y trabajos, tales como CÁMARA y LATORRE (2003) y ALMAGRO (2008), donde se utilizan estaciones fotogramétricas y los diferentes productos derivados de su uso para llevar a cabo estudios en el ámbito de la documentación patrimonial.

Debido a esta inercia, las nuevas metodologías de bajo coste presentan en la actualidad un importante auge en el estudio de edificios históricos. Este auge se debe en parte a una significativa mejora de rendimiento y reducción de costes con respecto a otras tecnologías más tradicionales o más innovadoras y novedosas. El desarrollo de técnicas de bajo coste ha venido

como consecuencia del avance actual de la tecnología y de la disminución de los precios de instrumental, ya que éstas técnicas se basan en la utilización de cámaras digitales convencionales, estaciones topográficas con medida directa de distancias sobre el objeto y aplicaciones informáticas de desarrollo propio con bajo coste computacional.

2. NECESIDADES Y PRODUCTOS.

Los diferentes productos que se pueden plantear con estas técnicas están dirigidos a necesidades concretas surgidas en los diferentes trabajos relacionados con el estudio y mantenimiento de los edificios históricos (documentación, restauración, estudios estratigráficos, modelización, etc.)

Necesidades bidimensionales.

Una necesidad básica con las que nos podemos encontrar en este tipo de trabajos, es la de representar a una escala determinada los diferentes paramentos planos que constituyen un edificio, de una manera global y continua pero con detalle suficiente para llevar a cabo el estudio planteado. Desde este punto de vista, un producto muy interesante para llevar a cabo dicha representación, es el mosaico de imágenes rectificadas u


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ortorrectificadas, ya que nos permitiría representar de manera métrica y a una resolución determinada la realidad del paramento estudiado con un significativo grado de objetividad en contraposición con los tradicionales dibujos y planos obtenidos por un operador, normalmente experto, mediante la interpretación y generalización de la realidad. A su vez, facilita la realización de estudios evolutivos que puedan utilizarse para analizar el resultado de una intervención. En esta línea, también se puede plantear esta necesidad de representación 2D para superficies no necesariamente planas, que obligarían a utilizar proyecciones sobre un plano u otra superficie (LEROY 2006). Este producto podrá ser la base para llevar a cabo otras representaciones posteriores, ya realizadas por profesionales específicos del área de estudio (restaurador, arqueólogo, etc.). Además podrá ser utilizado como “textura real” para una futura modelización virtual de dicho lienzo o paramento.

Como se comentó con anterioridad, una de las técnicas fotogramétricas más simple está basada en la rectificación de fotografías mediante una transformación proyectiva. Este proceso consiste en la corrección de la fotografía realizada, o parte de ella, de la distorsión provocada por la perspectiva cónica fotográfica. Esta rectificación permite pasar de un plano existente en la realidad a un plano proyectado por el proceso fotográfico y viceversa, relacionando las coordenadas existentes con sus coordenadas fotográficas correspondientes. Entre las ventajas de utilización de esta técnica destaca, además de su coste, su posible aplicación sin necesidad de conocimiento previo de la geometría interna de la cámara (focal, formato, etc.), y de la orientación de la misma en el momento de la captura, lo que permite trabajar con cámaras convencionales de óptica no fija. Por otro lado, presenta la limitación de la necesidad de dividir el objeto de estudio en elementos estructurales más o menos planos.

Necesidades tridimensionales.

Por otro lado, según ALVAREZ et al. (2003) el estudio histórico o arquitectónico de un edificio se concibe como un elemento único y tridimensional, por lo tanto, el modelo grafico que lo represente cumplirá estas dos características: unicidad y tridimensionalidad, frente a las representaciones como conjuntos de alzados independientes entre sí y con los cuales es difícil relacionar las diferentes partes de un mismo edificio. La forma más simple de representación es mediante la realización de un modelo volumétrico consistente en la extracción de las líneas definitorias más importantes del edificio.

A partir de esta representación tridimensional se podrían obtener otros productos derivados como perfiles o secciones, vistas perspectivas, modelizaciones virtuales, etc. Este producto más global también se puede obtener con estas técnicas. Para conseguir este modelo se ha de obtener la estructura del edificio mediante técnicas topográficas y/o fotogramétricas y añadirle la información radiométrica obtenida, por lo que existe la necesidad de relacionar correctamente las representaciones bidimensionales independientes con la estructura global tridimensional, permitiendo pasar del sistema de referencia general al sistema de referencia particular y viceversa.

En este trabajo se presenta una descripción de estas técnicas fotogramétricas de bajo coste, analizando la metodología de trabajo. Para ello, se muestran diferentes resultados obtenidos en varios proyectos de restauración y documentación patrimonial de edificios históricos.

3. METODOLOGÍA Y RESULTADOS

La metodología de trabajo planteada para la modelización de edificios históricos mediante técnicas topográficas y fotogramétricas de bajo coste, contempla distintas fases distribuidas en el tiempo y dependientes unas de otras. Inicialmente, se ha de llevar a cabo una planificación general del proyecto, contemplándose para ello, tanto los trabajos topográficos como fotogramétricos que van a ser necesarios. En esta fase, la compleja geometría que habitualmente presentan los edificios históricos hace necesaria la correcta planificación de las redes topográficas de apoyo. Las cuales deberán permitir la obtención de suficientes puntos para definir la estructura básica de lienzos, paredes, bóvedas, etc., medir los puntos de control necesarios para orientar y proyectar las fotografías y definir un sistema de referencia común y estable para todo el proyecto. En cuanto a la planificación de los trabajos fotogramétricos, se deberán analizar el número y situación de las tomas fotográficas teniendo en cuenta aspectos como el formato, resolución de la cámara y escala de trabajo, las características del objetivo y sus distorsiones, la ubicación y orientación de los lienzos para determinar el horario más adecuado para la realización de las tomas, la presencia de obstáculos y zonas ocultas intentando garantizar una cobertura completa, etc. Tras la fase inicial, se realiza la materialización, observación, cálculo y compensación de las redes topográficas planteadas. Una vez definida la red topográfica base, se puede llevar a cabo la toma, verificación y obtención de las distintas fotografías necesarias para cubrir todo el objeto. En esta fase se han de tener en cuenta dos condicionantes muy importantes y que pueden entrar en conflicto: la necesidad de una cobertura completa y redundante del objeto de estudio y la necesidad de minimizar el número de fotografías necesarias para aumentar el rendimiento del trabajo, por lo que se deberá buscar un equilibrio entre ambos.

Figura 1. Software para rectificación proyectiva

La rectificación de una fotografía requiere, al menos 4 puntos con coordenadas conocidas. Para minimizar el número de puntos a medir y mejorar los resultados de la proyección, se deben situar estos puntos en los extremos de las fotografías, y en zonas de solape de fotografías consecutivas, de forma que un mismo punto pueda servir para las dos fotografías solapadas.

La obtención de las imágenes rectificadas y del consiguiente mosaico contempla la obtención previa del plano correspondiente al lienzo mediante un ajuste mínimo cuadrático de los puntos que lo definen, la obtención de las coordenadas proyectadas de los puntos, la medida de los puntos en las fotografías, la rectificación proyectiva de cada una de las


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imágenes (Figura 1) y la obtención del mosaico de imágenes que definen cada lienzo (Figura 2).

Figura 2. Fortaleza de la Mota: Obtención del mosaico de imágenes que definen un lienzo. Ejemplo de eliminación de arbolado mediante el uso de

fotografías desde diferentes puntos de vista

Como se comentó con anterioridad, existen casos donde el lienzo sometido a estudio no se puede adaptar a una superficie plana. Es muy habitual la presencia de estructuras cilíndricas o cónicas donde esta técnica de rectificación no sería efectiva. En estos casos se deberá recurrir a otro tipo de proyecciones (figura 3).

Una vez obtenidos los mosaicos de imágenes rectificadas se pueden llevar a cabo todos los estudios y representaciones derivadas cuyo documento base sea este tipo de productos. En esta línea estarían los estudios estratigráficos (figura 5), vectorización de estructuras de interés para la restauración y conservación (figura 4), etc.

Paralelamente, se puede proceder a la extracción de la estructura externa e interna del edificio (Figura 6), mediante la fusión de técnicas topográficas y fotogramétricas. La estructura funcionará como un armazón en la que descansa las diferentes superficies existentes (malla triangular) dando lugar a una malla tridimensional del edificio (MOZAS y PÉREZ 2008).

En cada una de las superficies se podrán insertar las imágenes rectificadas disponibles en su ubicación real, lo que genera un modelo tridimensional y virtual del edificio, en el que los mosaicos de imágenes rectificadas son utilizados a modo de textura de los distintos lienzos. Una gran ventaja de los modelos tridimensionales obtenidos con esta metodología es que utilizan texturas reales, por lo que cualquier tipo de visualización virtual del mismo es percibida de manera mucho más realista (Figura 7).

Figura 3. Fuente de la Magdalena (Jaén): Obtención del mosaico de imágenes proyectadas sobre un cilindro. Fotogramas originales. Desarrollo

cilíndrico individual y obtención del mosaico.

Del modelo obtenido puede extraerse todo tipo de representaciones como secciones, proyecciones, cortes, vistas, planos, alzados, digitalización de elementos, etc., dependiendo del producto requerido.

4. CONCLUSIONES

Las técnicas fotogramétricas presentadas en este trabajo basan su rentabilidad en la combinación de instrumental más económico y modelos sencillos como la rectificación proyectiva de imágenes que minimiza el apoyo topográfico y posibilita el uso de cámaras convencionales de óptica variable sin la necesidad de llevar a cabo una orientación externa de las imágenes. Además esta transformación nos permite transferir información del espacio proyectado (2d) al espacio objeto (3d) en ambos sentidos. La principal restricción de la rectificación proyectiva es la necesidad de que el objeto sea lo más plano posible, por lo que la hace muy


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interesante en el caso de edificios históricos, donde estos paramentos suelen abundar.

Figura 4. Fortaleza de la Mota: Digitalización sobre mosaico de imágenes rectificadas. Ortofotomapa y Vectorial.

Figura 5. Fuente de la Magdalena. Análisis estratigráfico (mosaico lienzo este).

Figura 6. Torre del Homenaje (Torres de Albanchez): Estructura tridimensional del edificio. Transformación de productos del sistema local 2d

al sistema global 3d.

Figura 7. Vistas modelizadas del exterior (A) e interiores (B) de la Torre del Homenaje. Torres de Albanchez (Jaén).

En el caso de tratar con edificios con estructuras más complejas, se hace necesario utilizar otro tipo de proyecciones como la ortoproyeccion sobre un plano o los desarrollos de superficies de revolución. En este caso si es necesario disponer de una representación previa de la superficie y de la orientación externa de las diferentes fotografías que se desean proyectar o desarrollar.

La obtención de un modelo virtual de los edificios con texturas fotográficas reales es un producto que aporta unas enormes posibilidades para cualquier profesional que pueda requerir representaciones de todo o una parte del mismo. Este producto, al poseer un carácter métrico, puede ser utilizado tanto para documentación patrimonial, como musealización virtual, para proyectos arquitectónicos de rehabilitación o restauración, estudios arqueológicos de paramentos, etc.


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AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto IFOTEL (TIN-2009-09939) del Ministerio de Ciencia e Innovación y ha sido cofinanciado a través de fondos FEDER y del Grupo de Investigación TEP-213 (PAI Junta de Andalucía).

BIBLIOGRAFÍA

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GUIDI, Gabriele et al. (2008): “3D Modeling of Large and Complex Site Using Multi-sensor Integration and Mu lti-resolution Data” Roman Forum in Pompeii, Italy, en The 9th International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, VAST 2008. Web: http://www.photogrammetry.ethz.ch/general/persons/fabio/vast08_pompei.pdf

LEROY, Thomas. (2006): “Le sauvetage des églises de Voskopoja (Albanie). La documentation métrique des fresques pour leur sauvegarde et leur restauration”, en XYZ, nº 109, pp. 29-34.

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MOZAS CALVACHE, Antonio y PEREZ GARCIA, Jose Luis (2008). “Estudio Fotogramétrico de la Torre del Homenaje de Torres de Albanchez. Jaén”, en Mapping, nº 124, pp. 6-10.


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RECONSTRUCIÓN O ANASTILOSIS VIRTUAL DEL PATRIMONIO ARQUEOLÓGICO

VIRTUAL ANASTYLOSIS OF THE ARCHAEOLOGICAL HERITAGE

VIRTUAL HIERAPOLIS. IBAM - ITLAB. Information Technologies Lab. Consiglio Nazionale delle Ricerche. Lecce. Italia


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Optimización del modelado CAD para el análisis del patrimonio histórico molinar

Miguel Castro-García1, José Ignacio Rojas-Sola1 y Mª del Pilar Carranza-Cañadas2

1 Departamento de Ingeniería Gráfica, Diseño y Proyectos de la Universidad de Jaén. España 2 Departamento de Ingeniería Gráfica y Geomática de la Universidad de Córdoba. España

Resumen El empleo de las técnicas CAD (Computer-Aided Design) es una práctica normal y de carácter obligatorio si se considera la tarea de recuperación gráfica que conlleva cualquier estudio de arqueología industrial. Por tanto, se deduce la importancia que un correcto modelado CAD tiene en los diferentes estudios y análisis, como por ejemplo, los de simulación de un proceso físico mediante el método de elementos finitos. En este sentido, la comunicación pretende analizar aspectos críticos en las superficies y mallado del modelo 3D que se presenta en la tarea investigadora de la recuperación gráfica de cualquier ejemplo de patrimonio industrial, como por ejemplo, los molinos de viento de la Comunidad de Andalucía (España). Palabras Clave: CAD, MODELADO 3D, MALLA POLIGONAL, MALLA NURBS. Abstract The use of CAD techniques (Computer-Aided Design) is a normal practice and is considered a mandatory task in the graphical recovery that involves any study of industrial archaeology. Therefore, it suggests the importance of a successful modelling CAD has in the different studies and analysis, for example, simulation of a physical process by Finite Element Method (FEM). In this sense, the communication is intended to analyze critical issues and meshing surfaces of the 3D model presented in the research work of graphic recovery of any example of heritage industrial, for example, the windmills of the Community of Andalusia (Spain). Key words: CAD, MODELLING 3D, POLYGON MESH, NURBS MESH.

1. INTRODUCCIÓN

La arqueología industrial requiere de las herramientas CAD (Computer-Aided Design), para representar la realidad de los restos en estudio, soliendo ser empleadas para la descripción gráfica tanto del estado actual de conservación como de su estado durante la época funcional del bien patrimonial, e incluso para mostrar la evolución que ha tenido durante su fase de construcción o de degradación.

De esta forma, se obtiene un modelo 3D virtual, en base a estudios de diferente índole, cuya fiel reconstrucción resulta clave en la calidad de los resultados obtenidos amén de los análisis a realizar. Así se obtienen, entornos de realidad virtual inforrealistas, que presentan tanto la representación gráfica de los procesos de deterioro y puesta en valor, tanto físico como químico, como de análisis propios de la ingeniería industrial.

Esta comunicación pretende analizar aspectos de diseño de la fase de modelado mediante técnicas CAD para generar un modelo 3D de un ejemplo de patrimonio histórico industrial con características óptimas para su posterior utilización en dos tipos de análisis: simulación dinámica y método de elementos finitos.

Para dicho trabajo, se tomará como base el modelo 3D de un molino de viento harinero que ha sido objeto de estudio en el marco del Proyecto de Investigación de Excelencia de la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de An-

dalucía titulado: El patrimonio histórico molinar eólico de Andalucía, concedido en la convocatoria de 2007 a la Universidad de Jaén, siendo su investigador principal el Dr. Rojas Sola.

Por un lado se realiza una simulación dinámica, y por otro, mediante la aplicación del método por elementos finitos (Finite Element Method, FEM) a ciertos elementos de su maquinaria, se podrán determinar los aspectos más influyentes de la fase de modelado de acuerdo con los resultados obtenidos.

2. TÉCNICAS CAD EN ARQUEOLOGÍA INDUSTRIAL

2.1 Antecedentes

La utilización de la expresión gráfica para el archivo y estudio de los restos arqueológicos de cualquier índole, ha sido de gran ayuda a lo largo de la historia. En concreto, en la arqueología industrial, los resultados gráficos en forma de croquis o planos generados por parte de los arquitectos e ingenieros en el pasado, se emplean en la actualidad como documentación de referencia


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para dar sentido a los restos de actividad industrial, como pueden ser las explotaciones mineras extinguidas e inaccesibles.

Gracias al desarrollo informático, la utilización de la expresión gráfica se incrementó al adquirir una potencialidad que hubiera sido difícil de prever. Dicho incremento en su empleo se debe en un principio al desarrollo del diseño asistido por ordenador en dos dimensiones de carácter vectorial.

Esta fase permitía describir gráficamente los elementos arqueológicos de una forma exacta, con almacenamiento simple y duradero de los datos originales y reproducibles en cualquier equipo informático. El siguiente paso era evidente: las representaciones pasaron de 2D a 3D. De esta forma, se conseguían modelos más completos y se presentaban como base para ser empleados en otras tareas investigadoras, como el análisis funcional y la obtención de propiedades físicas.

No obstante, éste no fue el último paso ya que se evoluciona para que las técnicas CAD puedan recoger cada vez más todas las variables que conforman la realidad a generar, y obtener de esta manera, resultados más completos. Por ello, el hecho de que se considere la dimensión del tiempo en CAD, tan importante en la arqueología, supone la posibilidad del estudio de los elementos gráficos a través de un tiempo determinado. Esta cuarta dimensión se asocia con los conceptos de simulación y animación, como puede ser una visita virtual 3D a un yacimiento desde cualquier punto del planeta o la simulación de la morfología y propiedades físicas, químicas y otras tantas para su estudio en función del tiempo, con objeto del análisis cuantitativo en diferentes disciplinas como cualitativo a lo largo de su evolución histórica.

2.2 Tipología de modelado

Para la optimización del modelado CAD a emplear en el análisis de arqueología industrial, en el ámbito de la molinería de viento, es necesario considerar que dicho modelo elemental de trabajo se puede construir principalmente desde tres técnicas de modelado: modelado sólido, modelado por superficie y modelado generativo.

En el modelado sólido se consiguen modelos 3D mediante las técnicas de geometría constructiva de sólidos (GCS) de forma implícita o mediante sólidos de transformación, que pueden responder a características físicas y químicas inherentes a su material constituyente.

El modelado generativo son un conjunto de técnicas que se basan en directrices procedentes de la naturaleza cuyo ajuste a determinados sólidos es el más apropiado. Estas técnicas se clasifican a grandes rasgos en L-System (también conocidos como Lidenmayer), partículas y fractales.

No obstante, esta comunicación se centrará en el modelado de superficie por polígonos por su importancia como técnica empleada en numerosos programas de simulación y animación, siendo su distribución de malla ampliamente empleada para estudiar algunos aspectos de análisis mediante el Métodos de Elementos Finitos.

Además, esta técnica se emplea tanto en el modelado 3D exacto de un ente patrimonial como en el modelado orgánico donde se sacrifica la precisión en pro de la creatividad del diseñador a la hora de la representación gráfica de la realidad estudiada en función de los datos de trabajo.

Una malla consiste en la descripción de una superficie mediante una serie de puntos situados en el espacio que, estando conectados entre sí, conforman la estructura de alambres.

Esta estructura presenta distintas configuraciones en función de los modelos geométricos seleccionados como son curvas, modelos poligonales de Bezier, B-spline, T-spline o NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) (QUIROZ LARREA, 1994). De todos ellos, se van a analizar aquellos en los que la superficie la describe una malla poligonal frente a la descrita por NURBS.

2.3 Anatomía del modelado por polígonos

El modelo geométrico poligonal se basa en una malla que tiene como base un sistema tridimensional de puntos, los denominados vértices. A partir de ellos, se construye la estructura de alambres por medio de las uniones entre los mismos, formando triángulos u otro tipo de polígonos. En la Figura 1 se observa el modelo de alambres basado en un modelo geométrico poligonal perteneciente al sistema de linterna, palahierro y barril que conforma parte de la maquinaria de un molino de viento mediterráneo de eje horizontal.

Figura 1. Modelo de alambres poligonal.

Este tipo de modelo geométrico es el más frecuente dentro del software dedicado al modelado vectorial y paramétrico, puesto que se trata de un modelo que presenta una gran exactitud a la hora de su modelado y se ajusta perfectamente a las formas primitivas de su diseño inicial.

2.4 Anatomía del modelado NURBS

Se puede definir una superficie NURBS como el producto tensorial de dos líneas, cuyos parámetros descriptivos son una serie de puntos de control que tienen asociados un determinado grado en el espacio en que se represente.

De esta forma, se genera una superficie cuya geometría puede describir desde modelos simples a modelos complejos, como son las formas orgánicas (MATEUS SANTIAGO, 2007). No obstante, la fase de modelado puede resultar más compleja cuando se pretende obtener un diseño con formas simples y


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detalles finos, como es el diseño de la maquinaria de un molino de viento. En la Figura 2 se puede observar un cilindro y los puntos de control de su superficie, que se empleará para su estudio en un proceso de simulación de deformación en el siguiente punto.

Figura 2. Geometría cilíndrica mediante modelado NURBS donde se aprecia los puntos de control.

3. SIMULACIÓN

En esta comunicación, como se ha comentado anteriormente, se pretende analizar dos escenarios de modelado, poligonal y NURBS, para detectar los problemas al emplear uno u otro en una simulación dinámica y en un análisis FEM.

Como punto de partida, se experimentarán con los cilindros (Figura 3) de la linterna (Figura 1), cuya misión dentro de la maquinaria del ingenio eólico es la de engranar con los dientes de la rueda catalina (conocida también como rueda de puntería), que se encuentra unida solidariamente al eje del molino de viento. Estos dos modelos están elaborados mediante técnicas de modelado de geometría poligonal (cilindro izquierdo) y de geometría NURBS (cilindro derecho).

Figura 3. Cilindros. El izquierdo modelado según una geometría poligonal y el de la derecha según una geometría NURBS.

Este apartado tiene el objetivo de simular una deformación de sus partes superiores según un modificador de malla denominado deformación de forma libre (FFD, Free Form Deformation). Una vez establecida las coordenadas finales de la deformación resulta una simulación como la que se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Cilindros bajo la deformación FFD.

A partir del estudio de la modificación de la malla de la figura anterior se puede comprobar cómo se adapta mejor a la deformación FFD el cilindro modelado bajo la geometría NURBS respecto a la poligonal mediante un análisis de curvatura (PEREZ ARRIBAS, 2007). En consecuencia, el modelo de geometría poligonal presenta una serie de estructuras que restan suavidad a la nueva superficie generada, al mismo tiempo que muestran ciertas discontinuidades cerca de los bordes superiores.

4. MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

De la misma forma que a la hora de modelar es preciso tener en cuenta el resultado esperado en la simulación para escoger la mejor geometría de malla de trabajo, al aplicar el método de elementos finitos se debe de tener en cuenta la descripción geométrica del modelo 3D. De esta forma, es posible evitar errores y optimizar el tiempo de trabajo.

La cuestión que se analiza es el mallado para la realización del análisis por elementos finitos de una geometría compleja que se presenta en trabajos de arqueología industrial, como puede ser el análisis por elementos finitos en todo el desarrollo de la llanta de freno de la rueda catalina de un molino de viento harinero.

Este tipo de situación puede implicar un método de mallado en el que sea preciso su refinamiento manual o mediante el empleo de parches en la distribución espacial de la malla para obtener un mejor resultado en el análisis (AURICCHIO, 2010). No obstante, existen códigos procedentes de la investigación académica que afronta este problema de una forma satisfactoria, aunque el software profesional actual se rige por códigos propietarios y este problema no lo aborda eficazmente, generando errores en su resultados (DÖRFEL, 2010). Esta es una de las razones por la cual muchos de los profesionales prefieren el refinamiento manual al propuesto por este tipo de software.

En concreto, uno de los problemas de mallado a considerar son las conexiones entre los diferentes parches para el ajuste de la geometría de trabajo. Para ejemplificar el supuesto de una forma


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sencilla, se conectan dos mallas bidimensionales, como se observa en la Figura 5, que ejemplifican la unión entre los diferentes parches empleados en la llanta de la rueda catalina del molino de viento.

Figura 5. Mallas bidimensionales conectadas. La superior es una malla de geometría NURBS y la inferior es de geometría poligonal.

Si se trabaja con geometrías NURBS pueden aparecer problemas en la conexión debido a incoherencias en la malla al unir los puntos de control de ambas geometrías (SEDERBERG, 2004; ECHTER, 2010). Este hecho se aprecia limitado por una forma de color rojo tanto en la Figura 5 como en la Figura 6.

Figura 6. Detalle del error que se produce al conectar dos mallas bidimensionales.

5. CONCLUSIONES

En esta comunicación se pone de manifiesto la importancia de decidir qué tipo de superficie, en concreto poligonal o NURBS, debe adoptarse en función del estudio y análisis que se necesite llevar a cabo desde el punto de vista de la arqueología industrial.

En cuanto a los análisis de simulación o de FEM, la estructura de malla poligonal ofrece un menor esfuerzo para la creación de superficies de trabajo precisas, aunque en FEM su ajuste puede crear tensiones no deseadas en la malla. Sin embargo, las superficies NURBS poseen una gran potencialidad a la hora de crear una solución de malla para FEM, aunque poseen ciertos problemas como la necesidad de un refinamiento en la conexión entre elementos de parche en los modelos 3D complejos.

En el proceso de simulación en el que interacciona la geometría 3D, existe una mejor adaptación al proceso de deformación o degradación del mismo de las superficies NURBS que las poligonales.

FINANCIACIÓN

Esta investigación ha sido financiada por la Junta de Andalucía (Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa) en la convocatoria de Proyectos de Investigación de Excelencia en su convocatoria del año 2007, en el marco del Proyecto titulado “El patrimonio histórico molinar eólico de Andalucía”.

BIBLIOGRAFÍA

AURICCHIO, F. (2010): “The importance of the exact satisfaction of the incompressibility constraint in nonlinear elasticity: mixed FEMs versus NURBS-based approximations”, en Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, nº 199, pp. 314- 323.

DÖRFEL, M. R. et al. (2010): “Adaptative isogeometric analysis by local h-refinement with T-Splines”, en Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, nº 199, pp. 264-275.

ECHTER, R. et al. (2010): “Numerical efficiency, locking and unlocking of NURBS finite elements”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, nº 199, pp. 374-382.

QUIROZ LARREA, L et al. (1994): “Conexión no conforme de mallas de elementos finitos mediante una formulación híbrida”, en Mecánica Computacional, vol. 14, pp. 520-528.

MATEUS SANTIAGO, S. (2007): “Ajuste con NURBS a una Malla Cuadrilateral Regularizada”, en Avances en Sistemas e Informática; nº 3, pp. 109-115.

PEREZ ARRIVAS, F. (2007): “Modelado Geométrico del Casco de un Buque”, en Comunicación al Congreso Internacional de Ingeniería Gráfica, INGEGRAF 2007.

SEDERBERG, T. W. et al (2004): “T-spline Simplification and Local Refinement”, en ACM transactions on graphics, nº 3, pp. 276-283.


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Virtual Hierapolis: tra tecnicismo e realismo

Francesco Gabellone, Ivan Ferrari, Francesco Giuri, Massimo Limoncelli

IBAM - ITLAB. Information Technologies Lab. Consiglio Nazionale delle Ricerche. Lecce. Italia Resumen Una de las principales actividades de la MAIER tiene como objetivo desarrollar una línea de investigación dirigida a la restauración virtual y la reproducción 3D de los antiguos monumentos de la ciudad romana de Hierápolis de Frigia, Turquía. El proyecto, llamado "Virtual Hierápolis, se ha desarrollado gradualmente en las últimas tres temporadas de excavación (años 2007-2009) y ha madurado a partir de las primeras experiencias de la RV aplicada a este sitio en años anteriores. Esta investigación, coordinada por el Director de la misión italiana, prof. F. D'Andria, y llevada a cabo en el Laboratorio de Tecnologías de la Información (ITLab) dell'IBAM-CNR de Lecce (Italia), implica unidades de investigación heterogéneas, comprometidas en actividades in situ, restauración e interpretación de datos. Palabras Clave: ESTUDIO RECONSTRUCTIVA, REALIDAD VIRTUAL, RESTAURACIÓN VIRTUAL. Abstract One of the main activities of MAIER - Italian Archaeological Mission at Hierapolis - has been the development of a research line aimed at the virtual restoration and the three-dimensional restitution of ancient buildings in the roman city of Hierapolis of Phrygia, in Turkey. The project, named "Virtual Hierapolis," has gradually articulated in the last three seasons of excavation (years 2007-2009) and developed from early experiences of Virtual Reality conducted on the same site during previous years. The research, coordinated by the Director of the italian mission, prof. F. D'Andria, and conducted within the Information Technologies Lab (ITLab) of the IBAM-CNR in Lecce, involves heterogeneous research units engaged in field work, restoration and interpretation of data. Key words: RECONSTRUCTIVE STUDY, VIRTUAL REALITY, VIRTUAL RESTORATION 1. INTRODUZIONE

Importante città ellenistico-romana della Frigia, Hierapolis dominava la valle del fiume Lykos, lungo un percorso che univa l´Anatolia interna al Mediterraneo. Il sito si caratterizza sia per il livello di conservazione dei resti monumentali sia per i diversi gradi di integrazione con il contesto paesaggistico-ambientale ed è meta del turismo internazionale, con più di un milione di visitatori ogni anno. L’evoluzione dell’impianto urbano della città è stata suddivisa in quattro principali fasi, separate da tre eventi sismici che hanno profondamente segnato la storia della città.

La prima fase si inserisce tra la fondazione di Hierapolis e il terremoto che la danneggiò gravemente nel 60 d.C. La seconda, con la quale la città raggiunge il riconosciuto assetto monumentale, ha inizio con gli interventi di ricostruzione e trasformazione dell’impianto risalenti all'età flavia e proseguiti nel corso del II sec. d.C. e in età severiana; termina con il terremoto che colpì la città nella seconda metà del IV sec. La terza fase comprende l’epoca protobizantina, che vede Hierapolis trasformarsi in un importante centro della Cristianità e si conclude con un altro devastante sisma, avvenuto intorno alla metà del VII sec. d.C. L’ultima fase, in cui l’impianto è ormai destrutturato, abbraccia in un arco cronologico molto ampio, comprendente le epoche mediobizantina, selgiuchide e ottomana. La Missione Archeologica Italiana di Hierapolis di Frigia prende avvio nel 1957, quando Paolo Verzone (ordinario di Storia dell'Architettura presso la Facoltà di Architettura del Politecnico di Torino) ottiene dal governo turco la concessione del sito di Hierapolis-Pamukkale per indagini storico-architettoniche. Parte integrante dell'attività della Missione, oggi

diretta dal Prof. Francesco D’Andria dell’Università del Salento, sono gli interventi per il consolidamento e la conservazione delle strutture e dei materiali emergenti dallo scavo.

Dalla consapevolezza dell'unicità e dell'insostituibilità artistico-culturale posseduta dal sito emerge la necessità di attuare limitati interventi che permettano di tutelare questo bene e di porre in evidenza la valenza delle testimonianze di uno dei principali siti antichi dell'Asia Minore, inserito dall'UNESCO tra il patrimonio dell'umanità. [I.F.- F.Gi.]

Figura 1. Ninfeo (II-III sec. d.C.)


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2. HIERAPOLIS VIRTUALE, PRESENTAZIONE

L'attivazione di una specifica linea di Archeologia Virtuale è certamente uno degli aspetti più innovativi del lavoro condotto in questi ultimi anni dalla Missione Archeologica Italiana (MAIER) a Hierapolis di Frigia. In effetti, i recenti sviluppi delle tecnologie dell'informazione hanno portato alla nascita di nuove discipline caratterizzate dall'unione dei metodi e delle tecniche specifiche delle cosiddette "scienze dure" con le scienze umanistiche.

Ciò rappresenta, soprattutto nel campo dell'archeologia e dell'architettura, un importante aggiornamento degli studi tradizionali condotti su edifici antichi. Nel progetto "Virtual Hierapolis sono stati effettuati ad oggi 10 studi ricostruttivi, che si concentrano su quegli edifici per i quali lo stato della ricerca ha reso possibile una concreta ipotesi ricostruttiva.

Sin dai primi risultati il gruppo di lavoro ha adottato una chiara strategia comunicativa basata sull’uso di algoritmi di calcolo e tecniche di resa ultrarealistiche, al fine di offrire al pubblico dei non addetti ai lavori strumenti di comunicazione di grande impatto emotivo. Del resto questa scelta è non solo condivisibile, per un mero interesse verso le soluzioni di punta, ma risulta essere in linea con gli attuali sviluppi dell’entertainment e della comunicazione per i Beni Culturali. Noi siamo convinti, infatti, che l’efficacia del processo di comunicazione in questo ambito sia strettamente connesso ad una rappresentazione il più possibile svincolata dalle sterili interfacce di RV degli anni novanta, dove il puro tecnicismo veniva esibito come prova del raggiungimento di elevati standard scientifici, con risultati storicamente definiti “freddi” e caratterizzati da quell’aspetto tipico di “immagine sintetica”, generata da computer.

Figura 2. Ninfeo (II-III sec. d.C.)

Contrariamente a questa tendenza, la convinzione che l’Archeologia Virtuale non abbia bisogno del realismo estremo persiste ancora in alcuni ambiti di ricerca ed accompagna spesso ricostruzioni che possono definirsi solo tipologiche o di massima.

Tutto questo nell’era dei motori unbiased, dei simulatori Real Time ultrarealistici, delle produzioni in CG che sconfinano a pieno titolo nelle nuove forme di arte visiva. Oggi la rappresentazione deve essere necessariamente proiettata sul piano del realismo e del coinvolgimento emotivo dello spettatore, utilizzando le stesse tecniche che la moderna cinematografia ci propone. La

tecnologia con la quale il realismo viene proposto nella semplice forma di un video o di una immagine di sintesi, come nel progetto che presentiamo in questa sede, è però fortemente carica sia di valore emotivocomunicativo che, soprattutto, di valore scientifico, nel momento in cui le soluzioni adottate fanno uso della scansione laser, del camera mapping, degli effetti particellari, dei nuovi algoritmi di calcolo, della restituzione per immagini e delle più avanzate tecniche di modellazione. La comunicazione in questo caso diventa spettacolo e veicolo di contenuti di alto livello, rivolta a tutti, ma realizzata con strumenti di grande valore scientifico, dove il legante rimane ancora una volta l’interdisciplinarietà ed il necessario dialogo dei saperi. [F.G.]

3. UN APPROCCIO OLISTICO ALLO STUDIO RICOSTRUTTIVO

La posizione filosofica dell'Olismo (SMUTS, 1926) è basata sull'idea che le proprietà di un sistema, dalle particelle microscopiche ai più complessi sistemi stellari, debbano essere considerate come un intero, cioè non possono essere spiegate esclusivamente tramite le sue componenti. Negli ultimi tempi è maturata la convinzione che anche lo studio del Patrimonio Culturale non possa essere percepito più come un insieme di singoli oggetti, custoditi e schedati in musei o collezioni, senza legami con il contesto storico e sociale. Gli stessi meccanismi e documenti da cui muove una proposta interpretativa su un dato devono essere descritti con chiarezza ed essi stessi devono essere diffusi al grande pubblico. In tal modo il processo di ricerca è definito con chiarezza ed il pubblico è di fatto coinvolto nel valutare e interpretare un documento ed una soluzione sotto diversi punti di vista.

Da queste considerazioni emerge una riflessione che investe lo studio dei monumenti antichi, realtà complesse e articolate, tasselli di un Patrimonio Culturale costruito dall’uomo per addizione di elementi giustapposti e comunicanti, organizzati per dare luogo a veri e propri “organismi architettonici” che, proprio come le forme organiche, risentono di questa visione olistica. Parliamo ovviamente anche di città, strade, monumenti, case, aggregazioni abitative in cui le soluzioni costruttive vengono ripetute e sono riconoscibili come parte di un “dominio di appartenenza”. La città è certamente il “dominio” in cui una visione olistica trova sicura applicazione: la costruzione di un edificio determina condizioni uniche che influenzano le costruzioni adiacenti e quelle successive.

Gli stessi elementi architettonici di base, cornici, capitelli, colonne, fanno riferimento ad una complessiva “idea di città”. Perciò il problema ricostruttivo di un edificio antico deve estendersi necessariamente fino all’interpretazione e allo studio dell’intero complesso urbano, fino alla ricerca e alla rappresentazione di quella “idea di città” (ROSSI, 1978) nella quale il singolo edificio è solo testimone parziale. Gli esiti di questo studio ricostruttivo evidenziano quanto i singoli edifici di Hierapolis siano poi estremamente rappresentativi di quei valori espressivi e storici che ritroviamo in quasi tutti i monumenti della città. Così matura la fisionomia complessiva di un contesto antico che inizia a prendere nuova forma in un progetto interdisciplinare per la conoscenza e la comunicazione con sistemi di Realtà Virtuale in cui trovano posto il Ninfeo dei Tritoni, la Via di Frontino, il Martyrion di San Filippo, la Stoà-Basilica, la Stoà di Marmo, per citarne alcuni.


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Figura 3 e 4. Stoà-Basilica (II-III sec. d.C.)

La costruzione di un sistema di conoscenza basato sul VR (GABELLONE, 2009) si basa sull'assunto che le connessioni ed i feedback tra nodi semplici (nel nostro caso i singoli monumenti) collegati in un sistema di fruizione unico, possano dare origine ad un comportamento intelligente, o comunque basato sulla cognitività, che permetta ad un pubblico di non esperti di cogliere quella “idea di città” e di identità culturale cui essi si riferiscono.

L’approccio olistico, vale a dire basato sulla comprensione dei monumenti riferiti all’insieme, non preclude però la possibilità di usare un metodo induttivo, che dal particolare volge al generale, per trovare soluzione a particolari problemi interpretativi.

Il processo di ricostruzione del Teatro, del Ninfeo dei Tritoni e degli altri monumenti, è stato infatti realizzato per ‘anastilosi digitale’, cioè attraverso la restituzione tridimensionale dei singoli


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elementi architettonici e scultorei rilevabili. Ognuno di questi elementi è stato rielaborato in tre dimensioni utilizzando la modellazione NURBS (Non Uniform Rational Beta Spline) e le Subdivision Surfaces a partire dai disegni di rilievo bidimensionali restituiti nella scala di dettaglio.

Anche se nel caso del Teatro la quantità degli elementi architettonici in crollo risulta sufficiente per la formulazione di una ipotesi ricostruttiva plausibile, esiste comunque un problema di frammentarietà dei reperti superstiti ed in taluni casi, per fortuna assai ridotti, totale assenza di originali disponibili.

Come sempre avviene nelle ricostruzioni di contesti antichi, queste informazioni più o meno frammentarie dell’aspetto originario di un monumento, potrebbero dare luogo a seri problemi di attendibilità. Per questo motivo, accanto alla proposta ricostruttiva iperrealistica, abbiamo riportato un modello di corrispondenza degli elementi originali, che permetterà agli studiosi di rintracciare i criteri di ricostruzione, formulare proposte alternative ed allontanare gli atteggiamenti di diffidenza verso le tecnologie 3D, delle quali si fa facilmente abuso nelle proposte ricostruttive. [F.G.]

4. IL RESTAURO VIRTUALE DEL TEATRO

Lo studio ricostruttivo della scena del teatro mira, attraverso metodologie integrate di Computer Graphics, alla realizzazione di un modello tridimensionale virtuale in cui tutte le informazioni emerse dalle diverse discipline della ricerca archeologica convergono in un “modello di conoscenza”.

La caratteristica principale di un manufatto architettonico è lo stretto rapporto tra materiali e strutture - strutture e funzione - funzione forma – forma e stile - stile e materiali, che hanno determinato la sua realizzazione (MANNONI, 2000). Nella Virtual Archaeology (GABELLONE, 2006; LIMONCELLI, 2009) la restituzione 3D non è più vista come mo-

dalità di ricostruzione ideale di un manufatto architettonico, bensì come una metodologia per la verifica e la sintesi dei dati analitici finalizzati allo studio della logica funzionale e strutturale di un edificio. Un ulteriore aspetto del restauro virtuale è la comprensione del cosiddetto “aspetto tecnologico” . Il punto di partenza è il considerare il teatro con quello che gli antropologi definiscono “l’obiettivo tecnico” del costruttore” (ANGIONI, 1984); con questo termine si vuole infatti definire la finalità di uno individuo o più individui che, coordinati da una serie di operazioni, prevedono come ultimo atto l’edificazione di una struttura.

Per cui nessuna delle fasi costruttive è frutto di una scelta casuale, ma ogni operazione rispecchia direttamente sia le conoscenze tecniche dei produttori sia l’ambito culturale ed economico dei committenti (BIANCHI, 1996).

Figura 5. Teatro (II-III sec. d.C.)


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Il progetto Hierapolis Virtuale prevede, inoltre, anche lo studio del ciclo produttivo dei materiali da costruzione che comprende la scelta l’approvvigionamento e la prima lavorazione dei materiali, la rifinitura a piede d’opera e la realizzazione delle strutture, la scelta delle soluzioni costruttive adottate, cioè tutte le varie fasi del procedimento costruttivo, detta attività costruttiva, prevista nel progetto architettonico. Dal punto di vista dell'iter metodologico applicato allo studio ricostruttivo il primo step è la documentazione dello stato attuale dell’edificio e il reperimento di tutte le informazioni ancora riscontrabili da un’analisi diretta del manufatto architettonico che vanno dai dati emersi dallo scavo archeologico, all'analisi dei singoli elementi architettonici fino al rilievo diretto o indiretto dell’edificio. Una volta ottenute tutte le informazioni è possibile ad un secondo step, cioè il passaggio dal rilievo alla restituzione 3D attraverso l’elaborazione di uno o più modelli tridimensionali virtuali relativi alle singole fasi storiche degli edifici. In questa fase particolare attenzione è stata rivolta al texturing, cioè all'applicazione dei materiali agli oggetti compositivi del modello.

Infatti, è stato eseguito un rilievo fotografico mirato al campionamento di tutti i materiali impiegati nelle costruzioni finalizzato a restituire agli edifici non solo il loro aspetto volumetrico-spaziale ma anche il loro aspetto estetico in cui il rapporto materiali-colori-decorazioni aiuta ad una maggiore comprensione della composizione architettonica dei progetti originari.

Nel caso specifico del teatro di Hierapolis, il cui studio è ancora in corso e quindi soggetto ad eventuali successive modifiche, le principali difficoltà nella realizzazione del modello 3D sono state det-tate dalla notevole quantità degli elementi architettonici da modellare che hanno determinato un modello composto da 700 oggetti per un totale di oltre 10 milioni di poligoni. Proprio a causa della quantità di poligoni non è stato possibile modellare in dettaglio la forma ogni singolo elemento architettonico, in particolare i capitelli, architravi e stipiti delle porte, tutte le cornici e i rilievi figurati posti nei podii del palcoscenico, al di sopra del'architrave del primo ordine della scena e lungo le due versure laterali. A tale inconveniente tecnico si è posto rimedio attraverso il texturing e algoritmi di rendering, quali bump e displacement, che hanno restituito all'edificio la precisione, e la percezione, geometriche delle forme architettoniche originali. [M.L.]

RINGRAZIAMENTI

Un sentito ringraziamento a: Tommaso Ismaelli, Filippo Masino, Giorgio Sobrà, Lorenzo Campagna, Güven Güm Güm e Piera Caggia, per il fondamentale contributo allo studio ricostruttivo dei monumenti di Hierapolis.

BIBLIOGRAFIA

ANGIONI G. (1984), “Tecnica e sapere tecnico nel lavoro preindustriale”, in “La ricerca folkloristica”, IX, pp. 61-70.

BIANCHI G. (1996), “Trasmissione dei saperi tecnici e analisi dei procedimenti costruttivi di età medievale”, in Archeologia dell'Architettura, I, pp. 53-64.

GABELLONE, F. (2009), “Ancient contexts and Virtual Reality: From reconstructive study to the construction of knowledge models”, in Journal of Cultural Heritage, Journal number 9069, Elsevier B.V.

GABELLONE, F. (2007), “La ricosruzione virtuale di contesti antichi in archeologia. Un’esperienza di studio condotta sul sito di Jure Vetere”, in FONSECA D.-ROUBIS D.-SOGLIANI F. (A CURA DI), Jure Vetere. Ricerche archeologiche nella prima fondazione monastica di Gioacchino da Fiore (scavi 2001-2005), Soveria Mannelli, pp. 417-426.

Figura 7. La via de Frontino (I-II sec. D.C.

Figura 6. Martyryon di S. Filippo (fine IV inizi V sec.)


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LIMONCELLI, M. (2009), “Virtual Archaeology a Herapolis di Frigia: restauro virtuale e restituzione 3d degli edifici di ordine dorico”, in Herapolis III (a cura di T. ISMAELLI), pp. 493-503, Istanbul.

MANNONI, T. (2000), Introduzione, in CAGNANA A., Archeologia dei materiali da costruzione, Firenze

ROSSI, A. (1978), “L’architettura della Città”, Marsilio Editori, Padova.

SMUTS, J.C. (1926), “Holism and evolution”, MacMillan, London.


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Anastilosis Virtual de Felipéia

Hélio Costa Lima

Departamento de Arquitectura de la Universidad Federal de Paraíba, Brasil Resumen El presente texto trata de una anastilosis virtual de Felipéia, capital de Paraíba, la primera ciudad fundada en Brasil bajo la corona española, en 1585, durante la Unión Ibérica. Recientemente, recursos infográficos posibilitaron reconstituir, con gran precisión, la planta de la ciudad antigua, a partir de mapas holandeses de 1634-37, y establecer una primera hipótesis de configuración tridimensional de la ciudad. Ahora, se está comenzando con levantamientos y estudios, para realizar, pieza a pieza, la anastilosis virtual de las construcciones y, después, la reconstitución virtual tridimensional total de la ciudad histórica, que permitirá realizar paseos virtuales por sus calles, plazas y edificios. Palabras Clave: ANASTILOSIS VIRTUAL, ARQUEOLOGÍA URBANA, ARQUITECTURA COLONIAL Abstract This text is about a virtual anastylosis of Felipéia, capital of Paraíba, the first city founded in Brazil under the Spanish Crown in 1585, during the Iberic Union. Recently, infographics resources enabled the reconstruction, with great precision, of the old city’s ground plans from Dutch maps from 1634-37, and establish the first hypothesis of a tridimensional configuration of the city. Now, measuring and studies are being done to make possible a piece by piece virtual anastylosis of the buildings and, after that, a tridimensional virtual reconstruction of the historical city, which will enable virtual walkabouts on the streets, squares and buildings. Key words: VIRTUAL ANASTYLOSIS, URBAN ARCHEOLOGY, COLONIAL ARCHITECTURE

1. PRESENTACIÓN

El presente trabajo, trata de una anastilosis virtual de la ciudad de Felipéia, capital de Paraíba, el primer núcleo urbano fundado en Brasil (1585) bajo la corona española – en el momento de la unión de los dos reinos de Portugal y España entre 1580 y 1640.

Mientras que se conocía una media docena de mapas coloniales de la ciudad, diseñados en los siglos XVI y XVII, no se había podido, hasta ahora, reconstituir con fidelidad su planta primitiva. Pero, este cuadro ha cambiado.

2. DESARROLLO

Recientemente, recursos infográficos posibilitaron realizar las superposiciones de un mapa histórico holandés del siglo XVII, con una planta actual de la ciudad, según ajustes de escala gráfica rigorosamente proporcionales (Figura 1).

Así se pudo establecer, por primera vez y con gran precisión, la planta de la ciudad antigua cuando esta tenía cerca de cincuenta años (Figura 2).

La planta de la ciudad antigua, por su turno, fue superpuesta con una fotografía hecha por satélite de la ciudad actual (hoy nombrada João Pessoa), disponible en Internet (Google Earth) (Figura 3).

Figura 1. El mapa histórico sobre la planta actual.

Considerando las lecturas de las reminiscencias tectónicas de las construcciones de los siglos XVI-XVII, realizadas en el casco urbano actual, y también con base en estudios realizados sobre la ciudad, especialmente los de, MOURA FILHA (2004) y SOUSA y NOGUEIRA (2008) ha sido posible hacer regresiones virtuales hasta en el aspecto arquitectónico original de ciertos tramos y locales de la cuidad (Figuras 4, 5 y 6).


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Figura 2. Planta de Felipéia ajustada a la planta actual de la ciudad.

Figura 3. Superposición de la planta de la ciudad antigua con fotografía hecha por satélite.

Figura 4. Aspecto actual de trecho de la Calle General Osório (antigua Calle Nova).

Figura 5. Supresión de los elementos arquitectónicos de siglos posteriores.

Figura 6. Ensayo de regresión a la configuración del siglo XVII.


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De esta manera, se ha podido levantar una primera hipótesis de la configuración tridimensional del casco urbano inicial (Figura 7).

Figura 7. Hipótesis de configuración del casco urbano inicial.

Actualmente, se están comenzando trabajos de localización e identificación de las reminiscencias arquitectónicas de la época (Figuras 8 y 9), muchas de las cuales han sufrido modificaciones y desfiguraciones radicales.

Figura 8. Localización e identificación de las reminiscencias arquitectónicas.

Figura 9. Localización e identificación de las reminiscencias arquitectónicas.

También se están haciendo levantamientos de campo, para establecer los patrones arquitectónicos y sistemas constructivos entonces en vigor (Figura10 y 11).

Figura 10. Levantamiento de los patrones arquitectónicos y sistemas constructivos.

Figura 11. Levantamiento de los patrones arquitectónicos y sistemas constructivos.

Estos estudios y prospecciones servirán de base para la realización, pieza a pieza, de la anastilosis virtual de los edificios de la época, cuyos primeros ensayos de modelaje 3-D están en curso (Figura 12).

Figura 12. Ensayos de modelaje 3-D de los edificios históricos.


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3. CONCLUSIÓN

El próximo paso de la investigación será la reconstitución virtual tridimensional de la ciudad histórica, que permitirá realizar paseos virtuales por sus calles, plazas y edificios. El interés de este trabajo abarca desde los estudios de arquitectura, urbanismo y arqueología, hasta la educación patrimonial.

La calidad urbanística de esta pequeña ciudad, su plano muy regular, su implantación en acrópolis y sus perspectivas monumentales, la hacen preciosa en lo que respecta al estudio de los modelos urbanísticos ibéricos de los siglos XVI-XVII - entonces regulados por las Ordenaciones Felipinas, o Las Leyes de los Reinos de las Indias - sus singularidades y diferencias, así como, sus identidades e hibridaciones.

Existe aún, el interés por los estudios de la tectónica colonial, sobremanera considerando el traslado de las técnicas constructivas ibéricas tradicionales y su adaptación en el Noreste de Brasil, además de la gama de posibilidades de aplicaciones científicas y educacionales en diversas áreas de conocimientos.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a los Profesores José Luiz da Motta Menezes y Maria Berthilde Moura Filha, por sus preciosas contribuciones para la realización de este trabajo.

BIBLIOGRAFÍA

MOURA FILHA, M. B. (2004). De Filipéia a Paraíba. Uma cidade na estratégia de colonização do Brasil. Séculos XVI-XVIII. Porto: Universidade do Porto / Faculdade de Letras / Departamento de Ciências e Técnicas do Patrimônio, 2004. Tese de Doutoramento.

SOUSA, A. y NOGUEIRA, H. C. (2008) O plano de implantação da cidade da Parahyba (1585) – Partes 1 e 2. Revista Eletrônica Vitruvius, Arquitextos 093.03 e 095.03, 2008. (disponível em www.vitruvius.com.br).

CRÉDITOS ILUSTRACIONES

Figura 1 - Superposición del mapa actual de la ciudad de Joao Pessoa con el mapa histórico holandés Frederica Civitas - Detalhe que ilustra o livro de Barlaeus (BARLAEUS-1647). Biblioteca Nacional, Rio de Janeiro. Ca. 1637-1645 (1647). Pág. 346. Extraído de REIS FILHO N. G. (2000) Imagens de vilas e cidades do Brasil colonial. São Paulo: EDUSP, 2000. p. 118.

Figura 2 – Superposición de la planta de Felipéia sobre Mapa da Cidade de João Pessoa (PMJP/SEPLAN), 1980.

Figura 3 - Superposición de la planta de Felipéia (arte nuestra) sobre fotografía de satélite de la ciudad de Joao Pessoa by Google Earth/Digital Globe 2007. Disponible en www.googleearth.com acceso en abril 2008.

Todas las demás figuras y fotografías fueran producidas por el autor.


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Virtual Restoration of Fragmented Glass Plate Photographs of Archaeological Repertoires

F. Stanco, D. Tanasi, G. Gallo

Dipartimento di Matematica e Informatica, Università di Catania, Italia

Resumen Este papel describe un pipeline virtual de restauración para los platos rotos de cristal en el fondo del Departamento de Estudios Arqueológicos, Filológicos e Históricos de la Universidad de Catania. Este archivo incluye raras imágenes de las actividades de excavación del Departamento en Sicilia y Grecia. Muchos de los platos son dañados y fracturados y requieren una reorganización y una restauración virtual. Se puede aplicar a este caso un algoritmo de restauración que se basa en el uso de las técnicas de procesamiento de la imagen. El algoritmo aumenta la calidad de las imágenes digitalizadas y sucesivamente realiza una rígida matriculaciòn y la realineaciòn de los fragmentos. Una aplicación final de la técnica de inpainting llena los vacíos. Palabras Clave: REPERTORIOS ARQUEOLÓGICOS, PLATOS DE CRISTAL, RECONSTRUCCIÒN AUTOMÁTICA, INPAINTING Abstract This paper describes a virtual restoration pipeline for the broken glass plates in the fund of the Department of Archaeological, Philological and Historical Studies of Catania University. This archive includes rare images of the excavation activities of the Department in Sicily and Greece. Several of the plates are damaged and fractured and require virtual realignment and restoration. We adapted to this case a restoration algorithm based on the use of image processing techniques. The algorithm enhance the quality of scanned images, and subsequently performs a rigid registration and realignment of the fragments. A final application of inpainting techniques fills the gaps. Key words: ARCHAEOLOGICAL REPERTORIES, GLASS PLATES, AUTOMATIC RECONSTRUCTION, INPAINTING

1. INTRODUCTION

The Department of Archaeological, Philological and Historical Studies (S.A.FI.St.) of Catania University has recently started a digitalization project of its textual and iconographical fund, one of the largest and oldest among Italian Academies. In this effort a serious problem is represented by the glass plates coated by silver halides. The Library has an archive of about 3000 of these glass plates taken between the two last decades of the ‘800 and the first half of the ‘900, depicting the masterpieces of Greek and Roman art, used during teaching sessions and documenting the excavation activities of the Department in Sicily and Greece.

In particular, in the first half of the XX century, the archive was enriched thanks to Guido Libertini (1888-1953), full professor of Classical Archaeology at Catania University from 1926, dean of the Faculty of Classics between 1937-39 and 1944-1947 and chancellor from 1947 to 1950. Several glass plates, from those fragmented selected as case studies, are related to the studies and excavations at Centuripe (Enna, Sicily), promoted by Libertini and later carried out by Giovanni Rizza (LIBERTINI 1926, RIZZA 2002).

This heritage represents an important historical documentation of the past activities registered on a unique support (CHÉNÉ et alii 1999). This type of support represented an important step forward in the evolution of photographic materials but, already

at the time of its use at the Department of Archaeology (LEANZA in press), it was outperformed by the newborn roll-film using cellulose nitrate base, invented by George Eastman (1854-1932). However, it was still used in some specific disciplines, including archaeology, because the disadvantages related to its higher cost and the size of the photographic equipments were compensated by an incomparable rigidity of the support, essential feature to obtain sharp images, and by its chemical stability coupled to the impossibility of a spontaneous combustion. All these positive features came however with a major disadvantage: the fragility of the support (DORRELL 1984).

Several of these plates are damaged and fractured, they cannot be used for reproduction and cannot be properly digitalized (Figure 1). Even trying to acquire them with a scanner or with a digital camera, after a manual recomposing of the sherds, gaps and fracture lines will remain visible in the output because of an incorrect coincidence of the fragments or for the lost of the emulsion. Moreover, it is not advisable to further physically manipulate the fragments because of their extreme fragility.

The use of the glass plates in the Catania archive has been carried on, way after the introduction of celluloid support for photography. This is, strangely, a fortunate case because of the


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greater chemical stability of glass. The trouble with images on glass plates is instead in their fragility and in the occasional peeling off of the emulsion.

(a)

(b)

Figure 1. (a) Fragmented glass plate depicting a funerary painted urn (half of III century BC) from the excavations at Centuripe. (b) Overview of old

town of Centuripe, on the right the Calvario hill.

When a plate breaks, moreover, the thin emulsion surface scratches and deforms itself especially in the proximity of the fracture. Even if plates are preserved in optimal conditions, tiny fragments and sherds are impossible to recover and gaps in the emulsion film are physically unrecoverable.

In order to solve this problem and to quicken the process of virtual restoring a large amount of fractured glass plates, in this paper we propose an automatic method for the restoration based on the use of image processing techniques. The algorithm reduces luminance artefacts originated by the interaction between the scanner light and the glass and then it performs an image registration using a roto-translation to align the different pieces. Finally, the algorithm fills missing pixel values using inpainting techniques.

Thanks to this methodology, with a synergic research work of experts in archaeology and image processing it will be possible to rescue this treasure of archaeological repertoires, otherwise lost, that represents an important part of the history of archaeological research of the Catania University.

The authors of the present paper have found few references in the open literature which are specific to the glass plate acquisition and restoration problem (STANCO et alii 2004). At least two different contexts exist the methods of which can be borrowed for the problem at hand: the problem of reconstruction of ancient collapsed wall paintings and mosaics (PAPAODYSSEUS et alii 2002) and the alignment of adjacent

picture tiles, also called mosaicking (CAPEK et alii 1999). In this contribution we adapt the method proposed in (STANCO et alii 2004) for the virtual restoration of fragmented photographic glass plates in Catania archive.

The rest of the paper is organized as follows: Section II summarizes the algorithm proposed in (STANCO et alii 2004), and Section III shows some experimental results. A Conclusions section ends the paper.

(a)

(b)

Figure 2. (a) Original fragmented glass negatives. (b) Restored image with use of inpainting algorithm.

2. THE ALGORITHM

The glass plates are acquired after a rough manual re-alignment of the fragments close to each other. It may happen that gaps between fragments in the final digital image are present. The goal of the method is to eliminate the gaps. In a first approximation fragments are rigid, hence only roto-translations could be used. Since some amount of local deformation, best results are obtained adopting some form of local averaging.


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Detection

The method starts detecting in the scanned digital image where the gaps are located. This is easy considering how the glass negatives are digitized. The areas without glass do not arrest the light, hence they originate areas that are much lighter than the rest of the image.

From the input image I, a new image I’ where each pixel is labelled ''white'' if it is in the gap or ''black'' if it is outside the gap. This is obtained by performing a thresholding with threshold Th1 very high.

The algorithm needs to know which fragment the gray pixels belong to. Local averaging of the BW image produces an intermediate class of gray pixels. These gray regions corresponds to the “borders” between fragments and are used in the successive steps.

(a)

(b)

Figure 3. (a, b) Example of application of the algorithm on the fragmented glass plate with the Hellenistic funerary painted urn.

Restoration

The successive phase of the algorithm tries to restore the fragmented glass plate photographs and proceeds in three steps. The first one reduces luminance problems; the second one performs a roto-translation to align the different pieces; the last one refines possible residual gaps.

Step 1. The acquisition process of the plate requires that a light beam in projected from the scanner toward the glass pane. This

is a relatively thick plate and luminance artefacts close to the border of the glass support are common originating a ''prism effect'' and increasing the luminosity of the areas close to the gap. In this step a non linear filtering process that makes use of the labelling obtained in the detection phase eliminates such artefacts.

(a) (b)

Figure 4. (a, b) Example of application of the algorithm on the fragmented glass plate depicting a bronze mirror handle in shape of naked boy (half of

III century BC) from Centuripe.

Step 2. To obtain a good match between the pieces of the picture, it is possible to divide the registration-like problem in different parts: rotation and translation. The first copes with the estimation of the rotation angle between fragments.

The second part is the estimation of the displacement between the two pieces of the photographic glass plate. We use the well-known phase-correlation technique that is exploited in various motion estimation algorithms (ROOSMALEN 1999 and LUCCHESE et alii 2000) and that makes use of to the properties of the Fourier transform.

Step 3. The image fragments are now very close one to each other. It could happen however that some parts of the fragments are lost before the scanning. For this reason an inpainting phase ha to be carried out. When the gaps are tiny simple replication techniques have been proved effective, otherwise Poisson editing is a viable alternative (PEREZ et alii 2003). The image produces by this step is the final restored image.

3. EXPERIMENTAL RESULTS

The image in Figures 2, 3, 4, 5 and 6 are obtained using the approach described above. Figures 2(a), 3(a), 4(a), 5(a) and 6(a) report the original digitalized fragments. In Figures 2(b), 3(b), 4(b), 5(b) and 6(b) the obtained alignments are reported. In all of them the alignment obtained is very good.

Inpainting has not been carried out in Figures 2, 4, 5, and 6 because the responsible of the archive choose a more rigid philological approach and asked not to mask out the fractures of the plates. All the parameters adopted in our experiments are the same that were suggested in (STANCO et alii 2004). However the procedure has been simplified and streamlined because of the huge amount of pictures to process.


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(a) (b)

Figure 5. (a, b) Example of application of the algorithm on the fragmented glass plate depicting the overview of Centuripe..

We believe that the complete digitalization and alignment of the broken plates in Catania archive should be complete within a year. The resulting images will successively made available via web.

We believe that with a synergic research work of experts in archaeology and image processing it will be possible to rescue this treasure of archaeological repertoires, otherwise lost, that represents an important part of the history of archaeological research of the Catania University.

(a)

(b)

Figure 6. (a, b) Example of application of the algorithm on the fragmented glass plate depicting the Corinthian columns of the scene of the Hellenistic -

Early Roman theatre of Taormina (Catania, Sicily).

ACKNOWLEDGEMENTS

Many thanks to prof. Carmelo Crimi, Head of the Department of Archaeological, Philological and Historical Studies of Catania University, and to prof. Pietro Militello, responsible for the iconographical archive, for their collaboration in the development of this still ongoing project.

REFERENCES

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METODOLOGÍA Y HERRAMIENTAS DE RECONSTRUCCIÓN VIRTUA L METHODOLOGY AND TOOLS FOR VIRTUAL RECONSTRUCTION

TRICLINIUM SUBTERRÁNEO DE LA CASA DE LIVIA. Roma. Italia. Departamento de Contrucciones Arquitectónicas I. Facultad de Arquitectura, Universidad Politécnica de Cataluña. España.


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Anastylosis virtual de la puerta occidental del Castellum de Tamuda (Tetuan, Marruecos)1

Javier Bermejo Meléndez1, Juan Manuel Campos Carrasco1, Lucía Fernández Sutilo1,

Águeda Gómez Rodríguez1, Darío Bernal Casasola2 y Mustapha Ghottes3

1 Área de Arqueología. Universidad de Huelva. España. 2 Área de Arqueología. Universidad de Cádiz. España. 3 Universidad Abdelmalek-Essaadi. Tetuán, Marruecos.

Resumen En el siguiente trabajo se exponen los resultados obtenidos del análisis paramental realizado en la puerta occidental del castellum de Tamuda (Tetuán, Marruecos), en el desarrollo de la campaña de investigación y puesta en valor correspondiente a 2009. Dichos resultados han permitido establecer un análisis diacrónico sobre la evolución de esta puerta del campamento romano, en el cual se han podido establecer distintas fases constructivas desde los primeros momentos fundacionales hasta el último momento de uso. Ello ha permitido, gracias a los datos obtenidos tanto por medio de sondeos estratigráficos como del estudio arqueoarquitectónico de los paramentos, la reconstrucción virtual del conjunto a lo largo de sus diferentes fases, ofreciendo una imagen visual bastante fidedigna. Palabras Clave: TAMUDA, CAMPAMENTO ROMANO, ARQUITECTURA MILITAR, RECONSTRUCCIÓN VIRTUAL Abstract In the following work the results obtained of the analysis expose paramental realized in the western door of Tamuda's castellum (Tetuán, Morocco), in the development of the campaign investigation(research) and putting in value corresponding to 2009. The above mentioned results have allowed to establish an diachronic analysis on the evolution of this door of the Roman camp, in which they could have established different constructive phases from the first foundations moments up to the last moment of use. It has allowed, thanks to the information obtained so much by means of stratigraphic polls as of the study archeoarchitectura of the paraments, the virtual reconstruction of the set along his(her,your) different phases, offering a visual trustworthy enough image. Key words: TAMUDA, ROMAN CAMP, MILITARY ARCHITECTURE, VIRTUAL RECONSTRUCTION 1. INTRODUCCIÓN

El yacimiento de la ciudad púnico-mauritana de Tamuda, sobre la que se instala un castellum de época romana, se encuentra ubicado a escasos kilómetros de la actual Tetuán (Marruecos) (Fig. 1), enclavada en un amplio meandro del río Martil. Dicho yacimiento y los alrededores del río suscitaron un cierto interés entre la comunidad científica de comienzos y mediados del siglo XX, impulsado por la presencia del protectorado español en Marruecos, el cual sirvió como trampolín para poder llevar a cabo importantes exploraciones en la zona, así como una serie de excavaciones puntuales dirigidas por la Junta Superior de Monumentos Artísticos e Históricos, con el fin de documentar la presencia de importantes restos arqueológicos del entorno, y recuperar las antigüedades más relevantes de cada uno de ellos, siguiendo la tónica general imperante en el momento, que generará una importante bibliografía científica sobre el sitio (Montalbán, 1929; Quintero, 1941; Quintero y Giménez, 1944; 1945).

En este contexto se incluyen las primeras intervenciones desarrolladas sobre la puerta Oeste del castellum, y es que ya a comienzos del siglo XX, los investigadores fueron conscientes de la gran trascendencia de las puertas, ya que éstas son las que mejor reflejan los acontecimientos acaecidos en el mismo, donde

su funcionalidad las convierte en los principales testigos de los hechos.

Figura 1. Fotografía aérea del Castellum de Tamuda. En rojo la puerta

occidental.

1. Este trabajo se enmarca en el Proyecto “Investigación y Puesta en valor de la ciudad de Tamuda (Tetuán, Marruecos)”financiado por el Ministerio de Cultura (Proyectos Arqueológicos en el Exterior) y la Consejería de Cultura de la Junta de Andalucía.


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En este sentido, durante las últimas campañas desarrolladas en el yacimiento, la puerta occidental, o porta principalis sinistra, ha sido objeto de distintas intervenciones, arqueológica y arqueoarquitectónica, que han ofrecido distintos resultados en lo que a la ocupación, evolución y amortización de este espacio se refiere, en el contexto del castellum romano.

Figura 2. Estado actual de la porta principalis sinistra. Vista aérea

2. EVOLUCIÓN Y FASES

Los resultados del estudio arqueoarquitectónico realizado en 2009 (Campos, et alii, 2010), junto con los obtenidos en la excavación desarrollada en 2008 (Bernal, et alíi, 2008), han posibilitado establecer una evolución diacrónica para este espacio, representada por distintas fases.

Fase I

Esta fase constructiva viene representada por la construcción del campamento probablemente en piedra, dado las condiciones de su ubicación sobre la ciudad púnica-mauritana que facilitaría el material pétreo, muy abundante y en grandes módulos apropiados para una fortificación, siendo innecesario levantar un primer asentamiento militar en madera. En este primer momento la porta principalis sinistra, y probablemente el resto de puertas, se configura como una obra de opus quadratum inserta en la muralla de incertum, es decir, en la obra de construcción del castellum se realiza el lienzo de muralla, con su zapata de cimentación, dejando el remate de la puerta en una obra de sillería reforzada en sus esquinas con dos quicios elaborados en la misma, enmarcando el ingreso a través de un vano de acceso en forma de arco de medio punto. Con todo, y basándonos en los datos de excavación de 2008, el análisis paramental de 2009 y sus resultados, hemos podido efectuar una restitución infográfica de la puerta oeste en esta primera fase constructiva (Fig. 3).

Fase II

El estudio realizado permitió identificar una segunda fase en la que se pudieron constatar novedades sustanciales con respecto al momento constructivo anterior. Así pues, al interior, la puerta cambia su fisonomía por completo, siendo lo más característico de esta segunda fase el adosamiento de dos torres al interior – cubos interiores- flanqueando el acceso y salida por la misma.

Figura 3. Reconstrucción infográfica correspondiente a la primera fase

- Torre sur: delimitando un espacio de 8m², siendo el espacio interior de aproximadamente 3,6 m², se encuentra perdida en una de sus esquinas, habiendo provocado con ello la salida del relleno que la macizaba al interior, correspondiente a ulteriores fases constructivas. Éste muro, que delimita la estructura del cubo, aparece claramente adosado al paño de opus qudratum, que recordemos, enmarcaba la puerta inmediatamente después del opus incertum que presentaba la muralla, apreciándose con esta relación estratigráfica que la inserción de la torre sur se produce en un momento posterior a lo expuesto en la primera fase (Fig. 3). Una de las novedades que se exponen en este trabajo, es que se ha podido identificar un posible acceso a la misma en su cara norte. Con ello, se configura como un rectángulo abierto por uno de sus lados permitiendo el acceso a su interior, con las diferentes funciones que pudiera acoger, cuerpo de guardia, almacén de armamento, etc. o incluso y mucho más sugerente para resguardar los mecanismos de poleas y contrafuertes de un rastrillo que pudiera tener la puerta principalis sinistra o la propia torre.

- Torre norte: Enfrentada a la anterior, y delimitando un espacio de 8,3 m², y el área interna 3,8 m², mantiene la misma disposición arquitectónica, adosándose de similar modo al paño de opus quadratum y encontrándose en mejor estado de conservación. Al igual que su gemela, presenta uno de sus lados abiertos, enmarcando el acceso al interior de la misma, en este caso ubicado en el lado sur. Para este caso se han obtenido una serie de datos que ayudan a comprender su sistema de cimentación así como la preparación para el nivel de uso en la base de la torre. En una de sus esquinas, se aprecia un refuerzo de sillares, reutilizado todos dadas las diferentes modulaciones y marcas de trabajo, que dotarían de una mayor solidez a la torre. Éste pilar descansa sobre un sillar, que apoya directamente sobre una de las estructuras púnico-mauritanas detectadas en la campaña 2008. En relación a este sillar, o calzo de cimentación, se aprecia una pequeña estructura, que marcaría una plataforma al interior de la torre, a una cota por encima del nivel de la calle, y que probablemente estuviera regularizando el suelo o nivel de uso, para esta fase, al interior.

A nivel general, en ambas torres, adosadas como indicábamos líneas más arriba al lienzo de quadratum de la puerta, lo escaso del alzado conservado en sus muros impide confirmar que tipo de solución arquitectónica se daría para la techumbre. Ello no es óbice para plantear alguna posibilidad, así podría ser el de una pequeña plataforma a modo de azotea a la que se accediera desde el interior de la torre por medio de alguna escala o cuerpo de escaleras en madera, con la función de ubicar un espacio


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abierto de vigilancia y defensa de la puerta en momentos de peligro1.

Lo expuesto para esta fase puede quedar gráficamente ilustrado, al igual que para la fase anterior, en una reconstrucción 3D, permitiendo dimensionar en su justa medida el conjunto estructural puerta-torres interiores (Fig. 4).

Figura 4. Reconstrucción infográfica correspondiente a la segunda fase. Detalle desde el interior del campamento

Fase III

De manera paralela y a medida que se avanzaba en el estudio arquearquitectónico se pudo definir una tercera fase en el conjunto de la puerta y sus torres interiores. El momento constructivo de esta fase viene representado por un cambio sustancial en las cotas y niveles de suelo del entorno más inmediato de la puerta principalis sinistra, como consecuencia del paso del tiempo y algunos episodios traumáticos, como pudo ser el incendio constatado para la primera mitad del s. II d.C. Esta elevación de las cotas llevó parejo una modificación en el acceso de las torres interiores, así tanto para la sur como para la norte, se construye un muro que cierra la torre a una altura de 0,80 cm de su nivel original de uso2. La elevación de estas estructuras, que indican inconfundiblemente un nuevo nivel de suelo, están en relación, con la construcción de dos muros que podríamos denominar gemelos, dado que poseen idéntica técnica constructiva y se disponen en paralelo con orientación N-S en el vano de acceso de la puerta del campamento.

El momento de construcción de estas estructuras, así como de las remodelaciones que se acometen en los accesos de las torres, parece corresponderse a fines del s. I a.C. o inicios del s. II, tal y como se desprende de la cronología aportada por el material arqueológico asociado a las mismas constatado en la excavación efectuada en la campaña de 2008 (Bernal et alii, 2008: 551). Sin

1 No descartamos para esta solución arquitectónica una cubrición en vertiente a dos aguas, sin embargo necesitará de un estudio más pormenorizado, así como de ulteriores análisis en el resto de torres, quedándonos por el momento con la posibilidad planteada, ante una plausible mayor función de defensa.

2 El aumento de cota en el nivel de suelo, es decir la perdida de esos 0,80 m en los vanos de accesos no supondría ningún impedimento para seguir manteniendo un cómodo acceso al interior de la torre, dado que aquellos debieron contar con una considerable altura.

embargo hay un dato más que habría que apuntar a la funcionalidad de estos muros, que ya de antemano presentan una disposición sospechosa. Su colocación, abarcando todo el ancho del acceso de la puerta, así como su ubicación en paralelo dejando un ancho de unos 60 cm prácticamente el ancho del pilar de sillería, hace muy sugerente el plantear la posibilidad de que se traten de muros preparatorios para recibir el encaje de un rastrillo (Hirpex), esto es, garantizarían un anclaje seguro, firme y solido a la

caída del rastrillo de la puerta, evitando además que al exterior quedara la parte baja desprovista de protección e impidiendo su menoscabo en un posible ataque que convirtiera la defensa del acceso en un punto débil.

Al igual que en las fases anteriores, presentamos una restitución infográfica en la que la mayor diferencia con respecto a la anterior fase lo supone la elevación de las cotas (Fig. 5).

Figura 5. Reconstrucción correspondiente a la tercera fase.

Fase IV

Para esta última fase constructiva, detectada en el conjunto de la puerta oeste, se ha preferido establecer una subdivisión para este último momento, dado que se distinguen distintas reformas. El hecho de establecer esta división no responde necesariamente a una diferencia cronológica entre una y otra pudiendo ser simultáneas en el tiempo, o con una variación escasa entre ambas, con lo que serían producto de una misma planificación de reforma arquitectónica, supeditadas a las funciones defensivas3.

3 La cuestión sobre la cronología de ambas subfases merece una aclaración, dado que aun habiendo constatados distintas calidades en la ejecución de los opera, ello solo, per se no es indicativo de una sucesión en el tiempo de las distintas reformas, esto es que pertenezcan a momentos distintos, sino que dichas diferencias pueden obedecer a cuestiones como el espacio que ocupaban en el conjunto, la funcionalidad a la que estaban reservadas, y si estaban pensadas para ser vistas, bien desde fuera o desde dentro del campamento, pudiendo por tanto haber sido realizadas en un mismo momento.


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Fase IVa.

Dentro de esta subfase, identificamos una última reforma en los cubos interiores, para este momento, y como producto nuevas funcionalidades defensivas, arquitectónicas, etc. se ciegan con un nuevo muro los accesos de cada una de las torres. Ello vendría a suponer un cambio importante en la disposición de las torres, dado que si son cegadas en su totalidad, se plantea un acceso a su zona superior desde el exterior, bien por medio de escaleras en madera en una arquitectura más o menos permanente, no descartando incluso un acceso solo a través del paso de ronda. A este momento se correspondería el macizado de los cubos, los cuales quedan colmatados de sedimento, con la clara intención de subir el nivel de uso y conectándolo con el de la torre semicircular (FaseIVb). Por los datos obtenidos en la excavación de 2008 de uno de los rellenos de las torres, la más meridional, se pudo obtener una cronología para el relleno de la misma en torno al s. III d.C. avanzado o incluso comienzos del IV, casando bien dicha propuesta cronológica con las reformas de estas subfases, y poniendo en relación el cegamiento/macizado de los cubos con el contexto de cambios de cotas que se producen en el área inmediata, esto es el Corte 4 de la misma excavación, donde se comprobaba el sucesivo recrecimiento de los niveles de suelo a lo largo de los siglos.

Fase IVb

En conexión con la descrita anteriormente, esta fase viene representada por el adosamiento de las torres exteriores semicirculares al paño de opus quadratum de la fase primigenia, que hasta esta fecha tan tardía habría estado visto. Dichas torres se encuentran excavadas ya desde antiguo hasta la base de su cimentación, lo que le ha llevado a perder toda relación estratigráfica/sedimentaria, no pudiendo establecer una cronología apoyada en la misma. Con todo, el comienzo de su zapata semicircular, está marcando la misma cota que el muro de cegamiento de las torres interiores de la fase IVa, con lo que, tal y como comentábamos anteriormente, muy posiblemente ambas se deban a una misma idea o proyecto de reforma de la puerta, donde se intenta dar una nueva función defensiva con el adelantamiento de torres semicirculares. Habría que reseñar, que en la campaña de 2008 se constató el macizado de una de las torres semicirculares, concretamente la sur, a una cota muy similar que el relleno del cubo meridional, siendo muy sugerente plantear la relación de cotas, y la fecha del S III d.C. avanzado, en la idea de una conexión entre el cubo rectangular interior y la torre semicircular exterior, aportando un nuevo argumento para comprender dichas subfases como algo complementario dentro de un mismo proyecto de reformas (Fig. 39)

Tras esta última fase de remodelaciones en la fisonomía de la puerta y estructura de las torres interiores, no se constata, al menos por el momento, ninguna fase posterior, y quedando una fisonomía para la puerta aproximada a la que muestra su reconstrucción virtual (Fig. 6)

Figura 6. Reconstrucción virtual de la puerta occidental en la última fase, con los adosamientos de las torres semicirculares exteriores

3. CONSIDERACIONES FINALES

De tal forma, y a modo de síntesis, tendríamos cuatro fases que se suceden desde el momento de la construcción del campamento en los s.s. III-IV d.C.:

Fase I: momento de construcción de la instalación campamental en época Julio-Claudia, con la que se corresponde el levantamiento de la puerta en opus quadratum inserta en un lienzo de muralla de opus incertum

Fase II: correspondiente a la instalación de los cubos interiores, los cuales presentan un acceso en sus lados interiores.

Fase III: A este momento corresponde el recrecimiento del nivel de uso de la puerta y el entorno inmediato, se construye un pequeño muro en cada uno de los accesos de las torres, subiendo el nivel de cota. Asociado a ellos están los muros que se disponen ocupando el vano de acceso de la puerta oeste, probablemente como refuerzo y para el anclaje del rastrillo. De igual modo se instala una plataforma al exterior para salvar el desnivel entre el interior y el exterior del campamento. Parece estar fechado en torno a principios del s. II, o en todo caso la primera mitad.

Fase IV.

IVa: Este momento se corresponde con una de las últimas remodelaciones acometidas en el entorno de la puerta y sus torres. Así se ciegan totalmente las torres, y elevan su nivel de uso, pudiendo fecharse en el s. III d.C. avanzado o incluso principios del IV.

IVb: Relacionada con la anterior, y posiblemente, en el mismo momento, se adosan las torres semicirculares al exterior, estableciendo un nivel de uso a la misma cota que el relleno de las torres interiores, para facilitar el paso entre ambas.


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BIBLIOGRAFÍA

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Metodología y criterios para la reconstrucción virtual del Patrimonio Arquitectónico romano.

Lola Vico López

Departamento de Contrucciones Arquitectónicas I. Facultad de Arquitectura,

Universidad Politécnica de Cataluña. España. Resumen

Este artículo trata de las reconstrucciones virtuales de episodios de arquitectura romana desde un punto de vista técnico y constructivo, presentando los resultados de un estudio sobre la contribución del conocimiento de la construcción histórica aplicada a la “restauración virtual” con una metodología que incluye aspectos técnicos y constructivos que han permitido la realización de hipótesis reconstructivas mediante técnicas infográficas de la Villa de Livia. Las maquetas virtuales se han desarrollado con criterios arquitectónicos y constructivos como el estudio del equilibrio, el cálculo estructural, la funcionalidad o correcto uso de los materiales, y estos criterios junto con la fuerte codificación del lenguaje arquitectónico romano, permiten realizar hipótesis reconstructivas con una base científica. En este artículo también se analiza el modo en el que el proceso metodológico empleado es abierto y repetible, garantizando la transparencia del producto final. Palabras Clave: ARQUITECTURA ROMANA, RESTAURACIÓN VIRTUAL, CONSTRUCCIÓN HISTÓRICA, INFOGRAFIA. Abstract

This paper discusses virtual reconstructions of roman architectures from a constructive and technical point of view, and presents the results of a study about the contribution of architectural construction applied to virtual "restoration", that allowed reconstructive hypothesis realization using computer graphics for virtual reconstruction of the Villa of Livia. One of the key features regarding the methodology developed is the reliance on knowledge about ancient building techniques to underpin reconstruction hypotheses: as when designing a building, the preparation of a virtual model relies on architectural and engineering criteria, such as structural stability, functionality and correct use of building materials. In this regard, the virtual reconstruction of Roman buildings is eased by the existence of strong codes and principles that have ruled design and on which reconstruction hypotheses can be based. The paper introduces how the methodology is perfectly transparent and repeatable, guarantying a sound and objective final product. Key words: ROMAN ARCHITECTURE, VIRTUAL RESTORATION, HISTORICAL CONSTRUCTION, INFOGRAPHY.

1. INTRODUCCIÓN

La gran difusión de la visualización mediante las actuales tecnologías en el campo del patrimonio arquitectónico y arqueológico presenta una serie de cuestiones aún por resolver. Por este motivo resulta fundamental intentar establecer un proceso científico que corrobore las hipótesis planteadas para la realización de los modelos tridimensionales reconstructivos de episodios de arquitectura o arqueología.

En este sentido la Carta de Londres y sus actualizaciones resulta un documento de gran importancia como punto de partida para abordar el tema de la restauración virtual de la arquitectura y la transparencia de datos, analizando también los instrumentos que sirven para regular las intervenciones reales y virtuales.

Con este artículo no pretendo de modo alguno realizar una carta del Patrimonio Virtual, se trata simplemente de plantear una serie de cuestiones que me han ido surgiendo durante mi trabajo en el ámbito de las reconstrucciones virtuales de una serie de episodios de arquitectura romana, estudiando los paralelismos que existen con la restauración física, y analizando las herramientas más adecuadas para abordar la restauración virtual de la arquitectura romana de manera científica.

Figura 1. Vista de la sala 25 del complejo termal de la Villa de Livia en Prima Porta.


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2. RESTAURACIÓN FÍSICA Y VIRTUAL

En la Carta del Restauro de 1972, Brandi concebía la restauración como el momento metodológico del reconocimiento de la obra de arte, en su sustancia física y en su doble condición estética e histórica, con vistas a su transmisión al futuro, es decir, se restauraría sólo la materia de la obra de arte.

Pero este conservacionismo implica un claro inmovilismo, permitiendo que la naturaleza se vuelva contra el hombre y lo reduzca a la barbarie: ¿cómo llamar si no a la concepción casi fetichista de la ruinas arqueológicas aunque provenga de raíces nobles, como el romanticismo decadentista de fin du siècle?

De esta forma la sobrevaloración del valor de la autenticidad crecía con la sobrestimación del “valor de la antigüedad”, entendiendo por éste el valor añadido a los objetos antiguos por la degradación aportada por el paso del tiempo cronológico y meteorológico, prevaleciendo la sobrestimación del aspecto severo de las ruinas arqueológicas sobre el monumento reintegrado. Riegl declaraba que áquel era el valor mejor reconocible y reconocido por las masas incultas que visitaban los monumentos. Un valor impregnado en el romanticismo por un tema muy querido por la filosofía medieval cristiana, el tema del “memento mori”, evolucion del tema pagano (y posteriormente renacentista) “et in arcadia ego”.

La sobrevaloración romántica de los “atrii muscosi e dei fori cadenti” era la especialidad de Piranesi en el siglo XVIII, este autor, añadía un halo de misterio a los monumentos con la presencia de vegetación, como musgos, líquenes y plantas trepadoras que cubrían el edificio, y actualmente debería de estar ya superada precisamente en nombre de la conservación de monumentos, de otro modo expuestos al degrado atmosférico, sísmico y antrópico, que sobreviene en el momento en que el edificio viene abandonado.

En este contexto, la Carta del Restauro de 1972 resultó ser un documento brillante en muchos aspectos pero lleno de lagunas que respondían a una antigua sensibilidad, y en muchos aspectos la Carta parecía ya superada desde el mismo momento en que apareció. Sin embargo, el repristino filológico frente al conservacionismo defendido en el documento de Brandi puede ser interesante si se plantea en el ámbito de las reconstrucciones digitales tridimensionales, permitiendo la superacion de algunas restricciones propias de la restauración tradicional, y posibilitando la conservación y puesta en valor de los bienes culturales sin alterar estructuralmente éstos. Utilizando la terminología de Brandi, se podría decir que se actúa sobre la instancia estética del bien cultural partiendo de la documentación de su instancia histórica.

La Carta de 1987 superará la teoría de Brandi haciendo hincapié en una serie de cuestiones constructivas entre otras consideraciones. La necesidad de conocer y mantener los sistemas tradicionales constructivos defendida en la Carta de 1987 es uno de los pilares en los que se basa la metodología empleada para las reconstrucciones virtuales de arquitectura romana, como veremos más adelante.

En el artículo 7.3. de la Carta del Restauro de 1972 se acepta la anastilosis parcial: “Sono ammesse anastilosi sicuramente documentate, ricomposizione di opere andate a frammenti [...] comunque mai integrando “ex novo” zone figurate e inserendo elementi determinanti per la figuratività dell’opera”. Es decir, no se admite ningún tipo de reconstrucción posible. Sin embargo,

en el ámbito digital podemos hablar de “anastilosis virtual”, y en este caso la reconstrucción de la arquitectura será posible siempre y cuando existan evidencias in situ o fuentes documentales, aunque también serán válidos los datos procedentes de estudios y paralelismos hipológicos, y por supuesto aquellos que derivan de la lógica constructiva y funcional.

Hay otro concepto interesante, la “repristinación”, La recreación informática, “... mal llamada realidad virtual, partiendo de su misma definición, parte del principio de que, si no es real, aspira a serlo, y en este sentido, se puede leer como una repristinación, puesto que incluso hay quienes la consideran dotada de una carga emotiva propia del monumento mismo”(GARCÍA CUETOS, 2004). En este sentido es interesante recordar el debate suscitado por Viollet le Duc, quien en su diccionario de arquitectura francesa de los siglos XI al XVI afirmaba que “Restaurer un édifice, ce n’est pas l’entretenir, le réparer ou le refaire, c’est le rétablir dans un état complet qui peut n’avoir jamais existé à un moment donné.”

Al margen de los conceptos de ripristino o anastilosis, con todo el debate que éstos suscitan,

hay una cuestión clave y común en el ámbito digital, que es la “autenticidad”. Cuando se afronta la reconstrucción virtual de un edificio o un sitio arqueológico, es necesario establecer una clasificación de lo reconstruido con una jerarquía según distintas categorías. Es esencial poder indicar qué es auténtico en el producto digital respecto a su equivalente material.

Si la arquitectura no estuviese construida, en sentido físico pero también virtual, con sus piedras y sus ladrillos, no sería perceptible por quien no sea arquitecto o especialista en la materia, como ocurre con la música si se limitara a quedarse escrita en un pentagrama. Los restos arqueológicos son una metáfora directa del esqueleto humano, y del olvido y la desaparición. Precisamente para evitar este olvido, mediante la restauración virtual podemos reconstruir, y por tanto reinterpretar la arquitectura.

Se trata en definitiva de la misma pulsión que anima la ciencia de la filología, con el objetivo de no perder los textos literarios antiguos y poder seguir disfrutándolos. Claro que cada vez que se lleva a cabo una restauración se hace una obra nueva, en la que cambiará en parte el significado de ésta, aunque a veces no sea significativo, pero hacerse la pregunta de si la obra es o no autentica es irrelevante, porque solo podría cuestionarse la autenticidad de una obra si se tratase de un objeto móvil y transportable cuyo valor añadido fuera la autenticidad, que es algo de lo que no se puede hablar cuando se trata de un edificio. Umberto Eco dice en su tratado de semiótica general que “el gusto por la autenticidad es el producto ideológico de una sociedad mercantil: privilegiar el original es como privilegiar la primera edición numerada de un libro en lugar de la segunda: materia para los libreros del anticuariado, pero no para los críticos literarios”.

Sin embargo en la restauración virtual, precisamente porque se puede llegar mucho más lejos que en la real, la transparencia en el proceso de elaboración de los datos es fundamental, es importante poder trabajar con un sistema abierto y accesible que permita al público interesado tener acceso a todos los datos a disposición, y al proceso de trabajo e interpretación utilizado para las hipótesis de trabajo.


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3. CUESTIONES METODOLÓGICAS A PROPÓSITO DE LA ARQUITECTURA ROMANA.

En arquitectura romana, la reconstrucción virtual científica es factible gracias a la fuerte codificación del lenguaje y de los elementos arquitectónicos, con unos módulos y proporciones estables en las diferentes épocas, que determinan una estandarización en las formas. Este fenómeno lleva incluso a la creación de una producción industrial en época imperial en la que cada elemento se puede usar de forma repetitiva. Prueba de esto es el caso del pórtico del Panteón, en el que se sustituyó una columna en el siglo XVII que procedía de un antiguo almacén romano a orillas del río Tiber, y que tenía exactamente las mismas medidas (40 pies romanos). De hecho se sabe que otras tres columnas de las mismas dimensiones estaban disponibles cuando se decidió reemplazar las columnas que faltaban en el lado este del pronaos, y dos de ellas provenían de las ruinas de las termas de Severo Alessandro (WARD PERKINS, 1974).

La modularidad de las estructuras que aconseja Vitrubio en el libro sexto, cuando afirma que la mayor preocupación de un arquitecto tiene que ser la de respetar en la construcción de un edificio el módulo y las proporciones, confirma la importancia de estos “cánones”, y éstos, una vez identificados, constituyen la clave de lectura e interpretación de la arquitectura romana; además mediante la proporción se expresan una serie de conocimientos empíricos de construcción.

4. METODOLOGÍA

Uno de los aspectos fundamentales en la metodología empleada es la introducción de los conocimientos propios de la construcción histórica como elemento clave que puede validar determinadas hipótesis de trabajo de manera científica; en definitiva realizar una maqueta virtual implica la construcción digital de la arquitectura, y ésta se rige por los mismos criterios constructivos que la arquitectura real, respondiendo a criterios de estabilidad estructural, funcionalidad y adecuación de los materiales de construcción.

El método de las investigaciones que se examinan en este artículo se desarrolla paralelamente en la fase operativa y reconstructiva, pero también tiene que ser visible por parte del usuario final de modo transparente, reconocible y reconducible.

El principio de la corrección científica implica la posibilidad de poder repetir un experimento, y siguiendo este principio, una reconstrucción virtual se dividirá en una serie de fases explícitas que podrán ser repetidas y analizadas en cualquier momento por cualquier usuario con conocimientos en la materia.

Se expondrán una serie de observaciones para la realización de modelos infográficos de forma que se pueda establecer una base común que recoja los principios con que se interpretará la información, y se puedan regular las representaciones arquitectónicas.

Al tratarse de dos temas dependientes entre sí, como son la interpretación de la arquitectura parcialmente desaparecida, y su reconstrucción virtual, mi primer impulso fue operar con dos metodologías separadas, aunque con muchos puntos en común, porque la base del aparato metodológico es el conocimiento científico y humanístico sobre el que se apoyan el análisis, la

interpretación y la restauración virtual del patrimonio arquitectónico, y es común a ambas disciplinas. El proceso metodológico se puede definir en tres fases, de las cuales la primera es común, mientras que las segunda y la tercera son especificas para la reconstrucción virtual.

Figura 2. Vista de la sala 26 del complejo termal de la Villa de Livia en Prima Porta.

Figura 3. Estudio del equilibrio de la boveda de la sala 25 de la Villa de Livia.

Primera fase: Documentación y recogida de datos. Rastreo de fuentes documentales. Investigación bibliográfica y documental que incluye la comprobación de las fuentes útiles para la reconstrucción virtual, y que luego se incluirán en la memoria explicativa del proyecto.

Segunda fase: Elaboración del modelo virtual topográfico a escala urbana, donde se representan los volúmenes generales del monumento sobre el terreno en que se halla. Esta fase supone una primera comprobación basada en criterios lógicos constructivos, ayudada del cálculo estático.


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Tercera fase: Realización de maquetas detalladas fotorealísticas del monumento. En esta fase se presentan los conceptos que forman parte de la estructura generativa de la maqueta, pudiendo observarse las propuestas reconstructivas, transparencia de las fuentes etc.

En la tercera fase, para la realización de las maquetas virtuales, se establecen tres niveles de trabajo, que corresponden a las fases de la maqueta con fiabilidad decreciente indicada con leyendas o con distintos colores, de manera que los diferentes elementos que pertenecen al mismo nivel son reconocibles. De este modo se puede acceder al nivel ideológico de la maqueta y el usuario puede conocer el grado de fiabilidad de la reconstrucción.

Además este método prevé que las maquetas sean interrogables: esto supone que la maqueta estará formada por elementos formalmente finitos (objetos con un determinado valor en el campo arquitectónico y que mediante su combinación o sustracción generan otros elementos).

Para convalidar la maqueta, al aproximarse a determinados objetos de los distintos niveles, aparecerán todas las fuentes que han determinado la elección reconstructiva. Distinguimos tres niveles: en el primero se incluye la categoría de datos (datos procedentes de excavaciones arqueológicas recientes, y datos procedentes de excavaciones arqueológicas antiguas con elementos no visibles). A esta categoría de niveles se considera que los datos presentan el mayor nivel de fiabilidad.

En el segundo nivel se incluyen las fuentes y noticias históricas (datos deducibles de fuentes literarias y datos deducibles de otras fuentes documentales). A esta categoría se considera que pertenecen todos los elementos reconstruibles partiendo de investigación filológica.

Figura 4. Estudio del equilibrio de bóveda del triclinio subterráneo de la Villa de Livia.

Al tercer nivel pertenecen los elementos de hipótesis (elementos derivados de consideraciones técnicas, estructurales y de restos arqueológicos, elementos derivados de consideraciones tipológicas, elementos derivados del estudio de las proporciones, de consideraciones métricas y de simetría, y elementos derivados de consideraciones compositivas).

En el caso específico de la arquitectura romana, los elementos de hipótesis que encontramos en el tercer nivel son de particular importancia, pues si bien le correspondería el menor nivel de fiabilidad, mediante la aplicación de técnicas procedentes de

otras disciplinas del conocimiento, como el cálculo matemático o estructural, podemos obtener resultados válidos desde el punto de vista científico con una serie de datos ponderables, como por ejemplo, en el caso de la cubrición de la sala termal 26 de la villa de Livia (figura 3), donde se plantea una propuesta de bóveda, que funciona perfectamente desde el punto de vista estático y constructivo. Es decir, estos elementos de hipótesis en el caso de la arquitectura romana, donde las proporciones y las formas tienen un papel tan claro, se convierten en elementos concretos y medibles.

Figura 5. Reconstrucción virtual del triclinio subterráneo de la Villa.

5. CONCLUSIONES.

Para hacer una reconstrucción virtual arquitectónica con una base científica es necesario, en mi opinión, un conocimiento profundo de la arquitectura, y los conocimientos de construcción histórica se revelan esenciales para este fin. La construcción histórica constituye un aspecto clave en la tecnología infográfica para poder garantizar la cientificidad del producto. La determinación de los elementos visibles y no visibles, deriva de problemas reales (el cálculo de pesos, las proporciones, elección de los materiales más adecuados, etc.) dando lugar a una estructura que funcione desde el punto de vista estático y formal. En los últimos años los avances tecnológicos han permitido que mediante la realidad virtual se puedan recrear ambientes digitales en los que el usuario puede moverse en tiempo real en un espacio tridimensional interactuando directamente con éste. Se trata de crear una gran base de datos que integre en un único sistema archivos de distinto tipo relativos al objeto de estudio, y que sea accesible al público de forma eficaz. Naturalmente se podrán determinar distintos niveles de datos (fuentes documentales, iconográficas, datos geométricos, etc.) y de accesibilidad dependiendo del tipo de usuarios, con la posibilidad de usar además esta base de datos como herramienta de trabajo, ya que permite la consulta y modificación simultánea y a distancia por parte de las distintas personas que estén involucradas en el estudio.

Las maquetas digitales 3D se han revelado un instrumento muy eficaz para realizar simulaciones ya que permiten la construcción de modelos y posibilitan la validación de las hipótesis de trabajo.

Siguiendo la teoría de Cesare Brani, se actúa sobre la instancia estética del bien cultural documentándonos a partir de la instancia histórica del mismo. Es decir, se crea un instrumento que no altera su estructura físicamente, y además no interviene sobre su autenticidad, uno de los máximos problemas en la restauración física.


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Avances hacia una nueva metodología de trabajo en proyectos arqueológicos: El caso de la Villa Romana de La Ontavia

(Terrinches, Ciudad Real)

Luís Benítez de Lugo Enrich1 y Víctor Manuel López-Menchero Bendicho2

1 Universidad Nacional a Distancia (UNED). ANTHROPOS S.L. España. 2 Grupo de Investigación Materialidad Arqueología y Patrimonio. Universidad de Castilla-La Mancha. España.

Resumen La creciente necesidad internacional de encontrar nuevas herramientas que faciliten la gestión integral del patrimonio arqueológico -esto es, los procesos coordinados de investigación, conservación y presentación de restos arqueológicos- abre la puerta al uso de nuevas técnicas, en unos casos basadas en la utilización de TICs y, en otros casos, en la utilización de elementos “a priori” más tradicionales pero igualmente eficaces, como pueden ser las reconstrucciones volumétricas. El proyecto que se desarrolla en estos momentos en la villa romana de La Ontavia (Terrinches, Ciudad Real) pretende avanzar en la creación de nuevas técnicas y metodologías de trabajo más acordes con las necesidades que la gestión integral del patrimonio plantea en el siglo XXI. Palabras Clave: PATRIMONIO ARQUEOLÓGICO, GESTIÓN INTEGRAL, VILLA ROMANA. Abstract The growing international need for new tools to facilitate the comprehensive management of archaeological heritage -ie the coordinated processes of research, conservation and presentation of archaeological remains- opens the door for the use of new techniques in some cases based on the use of ICT and, in other cases, based in the use of elements "a priori" more traditional but equally effective, such as volumetric reconstructions. The project being developed now in the Roman villa of La Ontavia (Terrinches, Ciudad Real) intends to advance the development of new techniques and working methods more in tune with the needs of the comprehensive management of cultural heritage in the XXI century. Key words: ARCHAEOLOGICAL HERITAGE, COMPREHENSIVE MANAGEMENT, ROMAN VILLA.

1. INTRODUCCIÓN

La Carta de ICOMOS para la gestión y protección del patrimonio arqueológico considera como integrantes del proceso de gestión del patrimonio “las labores de inventario, prospección, excavación, documentación, investigación, mantenimiento, conservación, preservación, restitución, información, presentación, acceso y uso público de los restos materiales del pasado”. Esta consideración de la palabra “gestión” como un concepto mucho más amplio al que tradicionalmente se le había dado ha supuesto un avance muy importante pues junto con las tradicionales labores de investigación y conservación se ha añadido una nueva misión: la presentación al público. Así mismo este documento internacional asienta la idea de que para lograr una buena gestión del patrimonio arqueológico es necesario conseguir un equilibrio sostenido entre investigación (contenido), conservación (sostenibilidad) y difusión (fin social), considerando igualmente importantes a los tres, pues la carencia o el olvido de alguno de estos principios lleva aparejada la desestabilización de todo el sistema, al estar directamente apoyados unos en otros. Como bien apuntaba Marcelo Martín en 2003: “La clave de una correcta gestión se sustenta en el equilibrio entre investigación, conservación y difusión. La investigación sola remite a un mundo autista, elitista y vacuo; si le sumamos la conservación, nuestra tarea carecerá de fin social. Difusión e investigación nos remite a una mera publicidad profesional, mientras que conservación y difusión nos habla de fines mediáticos carentes de contenido.

Figura 1.Vista aérea de la villa romana de La Ontavia (Terrinches, Ciudad Real)


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Finalmente, conservación a secas refiere a un museo sin público, y difusión en solitario a propaganda.” (Martín, 2003: 21). Sin embargo, aunque la línea a seguir parece clara, no lo es tanto el método o métodos y técnicas a emplear para ello. La irrupción en las últimas dos décadas de un conjunto de nuevas tecnologías basadas en el uso de la visualización por ordenador pero también en otra clase de herramientas de gran potencia como los escáneres láser, han abierto nuevas posibilidades técnicas que, correctamente combinadas con técnicas más tradicionales, podrían revolucionar el campo de la gestión del patrimonio arqueológico. Conscientes de este potencial la Universidad de Castilla-La Mancha junto con la consultora de Arqueología ANTHROPOS está desarrollando una nueva metodología de trabajo en la que se pretende combinar el uso de nuevas tecnologías con otras técnicas como las reconstrucciones volumétricas. La búsqueda de un equilibrio sostenido y armonioso entre técnicas de toda clase y condición que permita mejorar la gestión integral del patrimonio arqueológico es el objetivo último y fundamental de este proyecto piloto que tiene como lugar de implementación la villa romana de La Ontavia, localizada en el pequeño municipio de Terrinches (Ciudad Real).

2. CONTEXTO HISTÓRICO DEL YACIMIENTO

La villa romana de La Ontavia se asienta al sureste de la provincia de Ciudad Real sobre una suave loma que domina una fértil vega, muy próxima a la Vía Hercúlea y dentro del municipium de Mentesa Oretana. Hasta la fecha los trabajos arqueológicos en este yacimiento, dirigidos por Luis Benítez de Lugo Enrich, Honorio J. Álvarez García y Enrique Mata Trujillo, junto con David Gallego Valle y Víctor Manuel López-Menchero Bendicho, han permitido detectar 30 tumbas pertenecientes a una necrópolis tardorromana y altomedieval instalada sobre las ruinas de una villa romana. La parte excavada de la villa corresponde a un complejo termal, en el cual se han identificado el apodyterium, el frigidarium, el tepidarium con su hypocaustum y varias hiladas de pilae, el caldarium, la sudatio, el prognigeum con praefurnium y la natatio. Los baños de la villa, a tenor de las estructuras documentadas, se adaptan a un plan lineal angular de recorrido retrogrado que revela la importancia del conjunto. Los datos arqueológicos parecen corroborar la hipótesis de que los edificios termales fueron construcciones de larga duración que pervivieron, en la gran mayoría de los casos, hasta momentos avanzados del Bajo Imperio. Su continuada utilización a lo largo del tiempo, debió provocar la degradación y decadencia de unas estructuras que requirieron de importantes reformas o reparaciones puntuales que asegurasen su correcto funcionamiento (García Entero, 2005: 859). En el caso concreto de la villa La Ontavia, a pesar de las reutilizaciones y añadidos posteriores el grado de conservación de las estructuras murarias exhumadas puede ser calificado como de excelente, llegando en varios puntos a alcanzar alturas de hasta 2 metros. Así mismo se ha preservado en diversas zonas el revoco que cubría las estancias, presentando un estado de conservación realmente excepcional la sala fría de las termas o frigidarium, a pesar de la fragilidad que poseen esta clase de acabados y del tiempo trascurrido.

Figura 2. La conservación de las estructuras en diversas zonas alcanza los 2 metros de altura.

3. METODOLOGÍA DE TRABAJO

1ª FASE: Prospección geofísica y excavación en área abierta para delimitar definitivamente la superficie total del yacimiento arqueológico. Actualmente la superficie excavada permite saber con un grado de certeza prácticamente absoluto el tipo de estructuras y yacimiento al que nos enfrentamos. Sin embargo, el área intervenida es todavía demasiado pequeña como para saber con certeza cuáles eran los volúmenes originarios de los edificios existentes. Por ello es indispensable finalizar las labores de delimitación de las estructuras murarias pertenecientes al enclave arqueológico. Para realizar esta tarea será necesario combinar el uso de técnicas geofísicas no destructivas junto con una intervención de excavación superficial (en muchas zonas no más de un palmo) en área abierta que ponga de relieve y verifique los límites del complejo. Una vez sea construido el sistema de protección será posible plantear en el futuro la excavación integral de las áreas delimitadas si así se considerase oportuno. La ventaja evidente que plantea esta metodología de trabajo con respecto a las excavaciones convencionales es que permitirá contar con un sistema de protección de algunas zonas de la excavación antes de que estas sean excavadas, de manera que sean cuales fueren los restos encontrados en el futuro en estas áreas estarán protegidos desde el primer momento de su descubrimiento, asegurándose de esta manera su preservación integra para las generaciones venideras.

2ª FASE: Digitalización tridimensional a partir de la utilización de escáner láser de toda la superficie excavada. La digitalización tridimensional mediante el uso de escáneres láser de última generación permitirá generar un modelo informático tridimensional hiperpreciso de todas las estructuras arqueológicas exhumadas hasta la fecha; o, lo que lo mismo, documentará el patrimonio arqueológico excavado con un nivel de precisión inmejorable ante la amenaza de su deterioro. En este punto es importante remarcar que el Patrimonio Arqueológico, al igual que el Patrimonio Cultural material en general, tiende a degradarse de manera permanente. Y si bien es cierto que las modernas técnicas de conservación permiten retrasar este proceso también es necesario decir que esto no siempre es posible por diversos motivos. El Patrimonio Arqueológico que se encuentra más expuesto a los procesos de degradación y cambio es aquel conservado “in situ” al aire libre.


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Básicamente este Patrimonio está compuesto por estructuras arqueológicas que no pueden ser trasladadas a almacenes u otros lugares que garanticen su mejor conservación. Estas estructuras sufren constantes agresiones climatológicas (lluvia, hielo, sol, viento, etc.) e incluso antrópicas (actos de vandalismo, expolio, visita de miles de turistas, etc.), lo que las convierte en objeto de constates intervenciones de conservación y restauración, que poco a poco pueden ir alterando la imagen original del resto. Por otro lado en determinadas situaciones y contextos estas estructuras, junto con el patrimonio arqueológico mueble, quedan sometidas a los avatares de cataclismos inesperados, como los terremotos o las inundaciones, cuyas consecuencias pueden llegar a ser devastadoras. Lo ocurrido en la ciudad de Bam (Irán) en 2003 (ICOMOS, 2005) demuestra que la documentación del Patrimonio Arqueológico con un nivel de precisión suficiente como para volver a ser reconstruirlo de nuevo, así como para poder estudiarlo en detalle en el futuro a pesar de su desaparición física, es algo indispensable. En el presente estudio de caso nos enfrentamos a un conjunto de estructuras arqueológicas que no pueden (ni resulta deseable) ser trasladadas a otro emplazamiento. Por ello, más allá de las intervenciones de protección que se llevarán a cabo, la documentación digital de todo este rico patrimonio arqueológico constituirá la forma de asegurar su total conservación para las generaciones venideras.

3ª FASE: Elaboración de la hipótesis virtual de las termas y reconstrucción virtual de la cubierta a proyectar. Una vez finalicen las fases de investigación y documentación el equipo científico del yacimiento elaborará, junto con especialistas en reconstrucciones virtuales, la hipótesis virtual definitiva del aspecto que tendría el complejo termal en el momento de su funcionamiento. Esta hipótesis virtual servirá para comprobar la verosimilitud de la hipótesis de trabajo. Una vez sea consensuada la hipótesis científica definitiva se procederá a elaborar una propuesta virtual de reconstrucción volumétrica del complejo termal. Esta propuesta virtual permitirá verificar la viabilidad de la intervención antes de que ésta se lleve a cabo, contando de esta manera con tiempo suficiente para corregir posibles problemas no previstos en las fases de diseño anteriores. Ser capaces de preveer con suficiente tiempo de antelación los problemas que pueden surgir a la hora de construir una nueva estructura supone garantizar la máxima eficacia en el trabajo posterior y, por lo tanto, un ahorro evidente en costes no presupuestados. Por otro lado, este sistema de trabajo garantiza que solamente se llevarán a cabo sobre los restos arqueológicos originales las intervenciones mínimas necesarias para asegurar su adecuada protección e interpretación.

4ª FASE: Consolidación de las estructuras arqueológicas y construcción de la cubierta a partir de la hipótesis virtual planteada previamente. Una vez quede fijado el modelo definitivo de la cubierta que protegerá e interpretará los restos arqueológicos del complejo termal será necesario, en primer lugar, realizar una pequeña labor de consolidación de las estructuras arqueológicas. Para ello se procederá al rejuntado de los mampuestos de los muros y pavimentos históricos a base de llagueado rehundido elaborado con mortero tradicional de cal y arena (1 de cal por 2 de arena), más 1 parte de cemento blanco si las circunstancias lo requiriesen; todo teñido con tierra del lugar. Se aplicará a los muros en su parte superior un mortero de similar estética al original, fin de evitar el desmantelamiento progresivo de las estructuras arqueológicas por el paso del tiempo. Además se recortarán los perfiles, que serán

estabilizados mediante un paramento vertical de ladrillo enlucido y teñido con tierra del lugar.

Figura 3. Propuesta virtual de la estructura arquitectónica que sostendrá la reconstrucción volumétrica

En segundo lugar, tomando en consideración la propia naturaleza de los restos arqueológicos encontrados, para la presente intervención se propone desarrollar un modelo de cubierta basado en una reconstrucción volumétrica del aspecto que debieron tener las termas en el momento de su uso. Esta cubierta permitirá compaginar de una manera armónica la necesidad de preservar las estructuras arqueológicas a largo plazo con la posibilidad de presentar este interesante patrimonio cultural al público. Para la construcción de la cubierta se contempla el uso de materiales fácilmente manejables y desmontables (plafones de plástico, vigas de madera, teja, pilares de ladrillo). La construcción de la misma se realizará levantando un conjunto de pilares de ladrillos colocados en las esquinas y puntos principales de la estructura, sobre estos pilares se colocará un armazón de madera rematado con tejas. El conjunto se finalizará con la instalación de plafones de plástico blanco sujetados directamente en los pilares de ladrillo. Estos plafones aumentarán la protección de los restos al mismo tiempo que mejorarán la interpretación del conjunto. Por consiguiente la nueva estructura solamente tendrá un contacto directo con las estructuras arqueológicas en puntos muy concretos donde apoyen los pilares de ladrillo, esto quiere decir que la superficie total de contacto será de aproximadamente un 25% en relación con la superficie superior de las estructuras. En cualquier caso la afección no supondrá en ningún momento la eliminación o destrucción de ninguna de las partes originales. Para la finalización de la cubierta se prevé la realización de réplicas de tégulas romanas. A fin de evitar posibles confusiones en el futuro, estas réplicas contarán con un rayado intenso de incisiones en el reverso para facilitar su identificación tanto si permanecen enteras como si se fragmentan en partes. Todas las tegulas llevarán inciso el año de fabricación con numeración arábiga europea.

5ª FASE: Evaluación del proyecto. Una vez finalice la construcción de la cubierta se procederá a evaluar el proyecto en su conjunto tratando de detectar aquellos puntos en los que los resultados obtenidos no hayan sido del todo satisfactorios o bien no hayan sido los esperados desde el principio. La fase de evaluación resulta crucial para presentar los resultados del proyecto y para decidir si la metodología de trabajo empleada y


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las técnicas usadas son las más apropiadas o deben ser mejoradas. En este punto se contará con la participación de expertos del Ename Center para evaluar la calidad de los resultados obtenidos y su consonancia o no con los principios establecidos en La Carta Internacional para la interpretación de lugares pertenecientes al Patrimonio Cultural.

Figura 4. La construcción de la cubierta permitirá proteger al mismo tiempo que interpretar los restos arqueológicos conservados.

4. CONCLUSIÓN

El principal aporte metodológico que esboza el presente artículo se ciñe a la capacidad de integrar en un proceso coherente y ordenado distintas técnicas de trabajo entre las que se incluye el uso de nuevas tecnologías como un elemento más a tomar en consideración. La utilización de técnicas como la visualización por ordenador o el escáner láser quedan por tanto integradas en un proyecto de gestión integral de un yacimiento arqueológico, en este caso una villa romana, sin que su uso parezca un simple agregado decorativo sino más bien una verdadera herramienta útil y eficaz para lograr los objetivos propuestos por el equipo científico del conjunto.

Figura 5. Vista virtual del posible acabado del proyecto, una vez concluida la reconstrucción volumétrica de la villa romana.

AGRADECIMIENTOS

El Ayuntamiento de Terrinches, junto con la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha y el Fondo Social Europeo a través del Programa de Potenciación de Recursos Humanos del Plan Regional de Investigación Científica, Desarrollo Tecnológico e Innovación 2005-2010, han hecho posible este trabajo.

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Pintura y escultura digital 3d con ZBrush aplicada a la Arqueología

Marta Ángeles Estalayo Moreno

Resumen La tecnología 3D se está desarrollando cada día a pasos agigantados, programas como 3D Studio Max, Lightwave, Maya, ZBrush, etc. permiten modelar en 3D con constantes renovaciones en sus paletas de herramientas y en sus sistemas de renderizado y resolución. Aprovechando una tecnología que generalmente se aplica al ámbito de la infografía, los videojuegos, la publicidad o el cine, los arqueólogos reconstruimos gráficamente el pasado para hacerlo más cercano, más comprensible a todos los ciudadanos. Palabras Clave: PINTURA, ESCULTURA, ZBRUSH, ARQUEOLOGÍA. Abstract The technology 3D is every day developing by leaps and bounds. Programs like 3D Studio Max, Lightwave, Maya, ZBrush … allow to model in 3D with constant innovations in its palettes of tools and its render systems and resolution. Using a technology which generally is applied for computer graphics, games, advertising or films, archaeologists reconstruct the past to do it graphically closer, more understandable to all citizens. Key words: DRAWING, SCULPTURE, ZBRUSH, ARCHAEOLOGY.

1. LA RECONSTRUCCIÓN HISTÓRICA Y ZBRUSH

La comprensión de la evolución del pasado a través de las estructuras y hallazgos y también la comprensión de su proceso de destrucción a lo largo del tiempo es un problema al que tiene que hacer frente la arqueología. Los arqueólogos hemos intentado hacer comprensible la arqueología y los procesos de excavación a través de la reconstrucción histórica y hasta hace relativamente poco tiempo, el dibujo arqueológico a mano y la ilustración eran las técnicas a las que se recurría para dar una imagen de lo que el arqueólogo experimentado entiende a primera vista, y que el espectador o visitante no consigue siempre visualizar. Además, el dibujo a mano de las piezas era y sigue siendo uno de los recursos fundamentales a la hora de establecer tipologías y ayuda a la investigación posterior a la excavación.

Lo que queda claro en el mundo en que vivimos es que el impacto de una imagen de calidad perdura y hace comprensible más rápidamente lo que se quiere mostrar. Para poder llegar a obtener una imagen de calidad, una de las tecnologías más importantes que existe actualmente es la imagen 3D. Hoy en día, programas como 3D Studio Max, Maya, Lightwave, ZBrush... son los programas con más alto nivel y con renovación constante que se utilizan para el mundo del cine, los videojuegos y la televisión. La arqueología debe aprovecharse de esta tecnología para reconstruir el pasado y hacerse accesible a los demás.

Además, convertir la creación de una imagen 3D de un yacimiento o de un objeto arqueológico, en un ámbito de

investigación deriva en un cambio en los procesos y metodología arqueológica. El estudio exhaustivo de los procesos de deposición de los diferentes estratos en un yacimiento y la situación exacta de los objetos arqueológicos hacen que reconstruir una imagen del pasado se convierta en un estudio científico y a su vez, el planteamiento de este estudio a priori, hace que la excavación sea más detallada y esté mejor documentada.

A la hora de reconstruir un yacimiento se debe saber la composición constructiva y arquitectónica de cada uno de los elementos que se conservan en el yacimiento para poder recrearlos de la manera más real o científica posible. Igualmente, a la hora de reconstruir un objeto arqueológico, debemos tener en cuenta una serie de factores que facilitan tanto la investigación como la creación de una imagen creíble tanto para el espectador como para el investigador.

En arqueología, generalmente, nos encontramos con piezas dañadas o en pésimas condiciones de conservación. Además, no suelen ser piezas idénticas y sin defectos como comienza a ocurrir ya en época moderna y con la industrialización. Sellos, marcas de punzones, huellas digitales, impresiones vegetales… etc. hacen que algunas piezas tengan un toque que las hace únicas y por ello a la hora de reconstruirlas hay que tener en cuenta todos estos factores que son los que nos acercan al pasado, los modos de fabricación, y los que nos ofrecen pautas a la hora de una investigación. Precisamente, estas características especiales que corresponden con un modo concreto de fabricación hacen más difícil la reconstrucción de piezas en 3D.

En el mercado existe una gran cantidad de software con los que se puede modelar objetos y escenas en 3D. ZBrush es un software que no está creado específicamente para la reconstrucción arqueológica, sino más bien para el diseño de productos, personajes fantásticos o hiperrealistas y escenas en


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3D. Debido a esta finalidad para lo que fue creado, ZBrush se convierte en el aliado perfecto del diseñador 3D, ya que con este programa se puede modelar con un gran nivel de detalle cualquier tipo de objeto, personaje o elemento arquitectónico.

2. ESCULTURA DIGITAL

Con ZBrush, la libertad de creación es total. Este programa permite crear modelos a través del modelado digital, tal y como se haría con la arcilla (SPENCER, 2008: 1-10). Esta posibilidad, en un ámbito como es el de la reconstrucción arqueológica, es un valor a añadir, aunque también debe ser un factor a controlar para no dejarse llevar en “exceso” por una recreación artística, en vez de arqueológica. A la hora de reconstruir objetos con ZBrush, hay que tener en cuenta dos cosas importantes: una sería el nivel de resolución que se quiere mostrar y otro, la capacidad de reconstruir a través de los distintos restos que nos ha dejado la pieza y según los modelos que ya tenemos descritos en las tipologías de las piezas.

En este punto, es importante tener en cuenta que ZBrush es una herramienta de libertad creativa y, como tal, es muy fácil usarla y acabar realizando obras de arte en vez de reconstrucciones. La limitación no está en el programa sino en la mano del artista, del que va creando la pieza. Por ello es muy importante llevar previamente, un estudio o un esbozo de lo que se quiere crear. Este esbozo debe estar basado en la tipología de la pieza que se quiere reconstruir, basado en otras piezas semejantes halladas o en las imágenes de las mismas que nos han llegado desde la Antigüedad. La línea que separa la reconstrucción o recreación de un objeto de la inventiva es muy delgada.

Las herramientas que se usan a la hora de comenzar a esculpir con ZBrush, son las “zspheres” y las “tools” (SPENCER, 2008: 176-191). Con el modelado a través de “zspheres”, se puede crear todo tipo de objetos y figuras, tanto humanas como animales. Las “zspheres” (PIXOLOGIC TEAM, 2009: 17-19) son esferas que se utilizan a modo de articulaciones que se unen entre sí con semiesferas. Una vez creada la figura principal, estas esferas se convierten en polígonos de mayor o menor resolución, según lo que queremos crear (ejemplo Figura 1). Además, de las “zspheres”, ZBrush dispone de una gran variedad de “tools” o modelos ya creados que facilitan el modelado de personajes, animales y objetos inanimados. Las formas geométricas básicas, tales como cubos, esferas, conos o cilindros aparecen en la librería de “tools” del programa para que a la hora de utilizarlos se puedan modificar y mezclar para crear una base del modelo que se quiere hacer.

ZBrush también funciona con objetos creados en otros programas 3D, importando los ficheros con formato OBJ. Esto hace que ZBrush sea un programa interactivo y que permite el uso de otros software sin ningún tipo de problema.

Una vez tenemos un modelo bien definido, debemos comenzar a darle detalle (SHELTON y DRUS, 2009: 101-110). Para crear detalles, y modelar cualquier objeto desde la base creada, debemos utilizar los pinceles (SPENCER, 2008: 30-42) y “alphas” que ZBrush nos ofrece en su paleta. Lo fundamental es ir poco a poco e ir dando definición al modelo de forma que al ir modificando los distintos polígonos, éstos no se deformen creando errores en la superficie de la pieza (SPENCER, 2008: 112-114).

Figura 1. Modelado de escultura a base de “zspheres”

Los pinceles que ofrece ZBrush son muy variados, añaden volumen, lo quitan, afinan, alisan, etc. (PIXOLOGIC TEAM, 2009: 45-53). Los “alphas” combinados con los pinceles pueden crear motivos decorativos en las piezas (ejemplo Figura 2). Esta característica del programa, hace que crear piezas de cualquier época sea relativamente fácil, además de poder modelar cualquier tipo de motivo decorativo y defectos en la pieza.

La muestra de “alphas” que se instala con el programa es bastante extensa, pero también se pueden descargar desde www.pixologic.com librerías completas según los materiales que se quieren reconstruir. En la web se puede encontrar desde


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texturas de mármol o roca, hasta texturas metálicas y orgánicas. Estas posibilidades hacen que modelar cualquier objeto arqueológico (bronces, materiales cerámicos, materiales óseos... etc.) sea más fácil que con otros programas 3D. Además, ZBrush puede utilizar “alphas” modelados a mano desde el propio programa o a través de otros programas como Photoshop, exportándolos en formato JPG. Todos los detalles que se ven en una pieza, como fracturas, desgrasantes, marcas de producción, de erosión/desgaste… se pueden modelar en ZBrush con esta herramienta.

Figura 2. Pinceles y “alphas” que ofrece ZBrush

La reconstrucción virtual de un yacimiento implica aportar más que una imagen. La animación de una escena, la creación de un vídeo, aporta realismo, que es lo que buscamos a la hora de hacer creíble una escena frente a un espectador que quiere entender el pasado. Con los programas en 3D se puede crear modelos, pero las mallas se deforman a la hora de esculpirlas o modificarlas. Para solucionar este problema, ZBrush crea la herramienta “retopology” (SPENCER, 2008: 203-209). Con esta herramienta se puede ordenar mallas ya modeladas, para agruparlas y así poder animarlas de una forma correcta. Además, “retopology” también permite crear directamente mallas de polígonos, lo que constituye otra opción más de modelado aparte de las “zspheres” y las “tools” que vienen por defecto en el programa (ejemplo Figura 3).

3. PINTURA DIGITAL

A la hora de poder hacer una recreación de un hallazgo arqueológico, es muy importante darle un color que sea el más parecido al original, ya que este color puede influir en el proceso de catalogación y darnos datos sobre el estado de conservación, la procedencia del hallazgo, etc. Con ZBrush (SPENCER, 2008: 155-166) se pueden aplicar distintas tonalidades a los objetos que creamos, además de mezclarlos y añadirle volumen (ejemplo Figura 4).

Figura 3. Ejemplo de modelado con la herramienta “retopology” y su aplicación práctica en una escultura

Figura 3. Pintura digital aplicada a una moneda griega de plata del año 449 a.C.

Con ZBrush, se puede copiar el color de un objeto a través de su fotografía digital y aplicarlo a la pieza, para conseguir mayor realismo. Los objetos arqueológicos, ya sean de cerámica, vidrio, bronce o hueso pueden ser reconstruidos y pintados en ZBrush. Esta característica es muy útil en Arqueología, ya que en ocasiones nos vemos en la necesidad de tener una amplia biblioteca de imágenes o mapas para texturizar que hay que tilear y mapear en las piezas para renderizarlas. La pintura y escultura digital permite crear texturas de forma libre sin tener que ir al campo o a bibliotecas externas que no nos dan el realismo que buscamos a la hora de crear una vista virtual de un objeto o un yacimiento. Además, estas texturas creadas en ZBrush se pueden exportar a otros programas, como 3D Studio o Maya y usarlas para mapear otros objetos.

4. EL RENDERIZADO

A la hora de crear objetos arqueológicos con Z-Brush lo que se busca es dar el mayor realismo posible aplicando diferentes texturas y relieve a la superficie de la pieza. ZBrush es especialista en crear este tipo de efectos. No obstante, todo programa 3D que requiere un modelado en gran detalle necesita crear la suficiente cantidad de polígonos como para que la imagen, sobre todo a corta distancia no se vea pixelada.

ZBrush es un programa de pintura y escultura digital que nos permite crear modelos 3D, y renderizarlos o exportarlos a otros programas para texturizarlos, animarlos o añadir efectos especiales (ejemplo Figura 5 y 6).


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Figura 5. Modelo de ZBrush exportado a 3D Studio Max

Cuando, el objeto creado se quiere exportar a otros programas como 3D Studio Max, la enorme cantidad de polígonos creados, puede llegar a constituir un problema mucho más grave que el del propio realismo (ejemplo Figura 6). ZBrush reconoce esta limitación y soluciona parcialmente este problema con el “plug-in” “Decimation Master” (PIXOLOGIC TEAM², 2009: 8-12). Este “plug-in” en la edición 3.0 se descargaba a través de la web y con la edición 3.5 viene ya integrado en el menú.

“Decimation Master” reduce la cantidad de polígonos de un objeto de tal forma que permite mantener el modelado del mismo a costa de reducir el nivel de detalle. Permite tener objetos creados en un segundo plano dentro de una escena mayor. Además, se pueden exportar a 3D Studio Max para aplicarle diferentes texturas y renderizarlo, con motores de render mucho más avanzados que el de ZBrush (ejemplo Figura 6).

Figura 6. Ejemplos de renderizado con ZBrush y 3D Studio Max

5. CONCLUSIONES

Concluyendo, la tecnología 3D nos aporta una calidad y un realismo que no nos podíamos imaginar hace unos años cuando el dibujo a mano era el método más didáctico para mostrar al interesado por la arqueología. Ahora, de la mano de programas como ZBrush podemos crear escenas y objetos comprensibles para todos, que nos ayudan a acercarnos y estudiar el pasado.

La calidad y el grado de detalle a la hora de crear cualquier tipo de objeto arqueológico con ZBrush hacen de este programa uno de los software más relevantes en el ámbito de la reconstrucción arqueológica. La libertad que proporciona este programa en el manejo de las herramientas de modelado hace que sea fundamental a la hora de poder recrear cualquier hallazgo arqueológico y facilita la investigación al arqueólogo. Además, ayuda a la difusión mediática y a llegar a un público que cada vez demanda con más fuerza una imagen del pasado y su evolución, que sea comprensible.

AGRADECIMIENTOS

Me gustaría agradecer a toda la organización del congreso la posibilidad que me han dado de poder explicar algunas de las técnicas que actualmente se utilizan para el diseño profesional en 3D con ZBrush.

BIBLIOGRAFÍA

SPENCER, S. (2008): ZBrush Character Creation: Advanced Digital Sculpting. Wiley Publishing Inc, Indianapolis.

SHELTON, T. y DRUS, J. (2009): ZBrush 3.5 Tutorials. Pixologic, Inc. [online] http://www.pixologic.com/zbrush/downloadcenter/ [consulta 03-05-2010].

PIXOLOGIC TEAM (2009): Zbrush 3.5 What’s New Documentation. Pixologic, Inc. [online] http://www.pixologic.com/zbrush/downloadcenter/ [consulta 03-05-2010].

PIXOLOGIC TEAM² (2009): Decimation Master. Pixologic, Inc. [online] http://www.pixologic.com/zbrush/downloadcenter/zplugins/ [consulta 03-05-2010].


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