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Timestamp: 2020-05-29 19:20:45+00:00

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Factum Arte :: Digitalización en 3D para conservación del patrimonio cultural
Digitalización en 3D para conservación del patrimonio cultural
En los últimos años, la digitalización en 3D ha llegado a formar parte de un procedimiento consistente y sin contacto directo con la obras que se registran, para la documentación y conservación a largo plazo de patrimonio cultural. La digitalización 3D en alta resolución de yacimientos, monumentos y objetos, nos permite monitorizar, estudiar, divulgar y comprender la historia compartida de nuestras culturas. La información digital que se está creando de ese modo debe ser guardada de manera segura. Un componente integral del proceso es la digitalización de superficies con la resolución más alta que permite la tecnología actual y su archivado en formato raw, lo que asegura su re-procesamiento en un futuro con software más avanzado. En algunos casos, la información tendrá que ser re-materializada en un objeto físico – he aquí donde surgen los malos entendidos.
Hace no muchos años, lo digital se asociaba con lo virtual, sin embargo, ahora tenemos la capacidad de materializar la información digital en objetos tridimensionales, lo cual exige la exploración de los tipos de información contenidos en ella. La destrucción del patrimonio cultural por causa del turismo masivo, de las guerras, de actos iconoclastas, de los estragos del tiempo, de los imperativos comerciales, de la restauración poco cuidadosa o de los desastres naturales, ha llevado a que se reevalúe la importancia que tienen los facsímiles de gran exactitud. Esta propuesta está ayudando al público a entender la complejidad que conlleva la conservación y está dando lugar a la renegociación de la relación entre lo original y lo auténtico. Los facsímiles exactos se pueden realizar gracias a los avances en las técnicas de digitalización 3D, en la fotografía compuesta, y en una diversidad de técnicas de imagen multiespectral, así como en el procesamiento y las tecnologías de producción del objeto final.
Existen una variedad de métodos para escanear en 3D, cada uno con sus ventajas y limitaciones. El reto está en la identificación del método que se debería utilizar en cada situación. No hay ningún sistema que pueda con todo, y existe una multitud de sistemas capaces de capturar información en 3D. El tiempo de vuelo, la triangulación, la fotogrametría y una variedad de técnicas están redefiniendo la relación entre imagen y forma. La digitalización en 3D puede llevarse a cabo a gran escala—por ejemplo para tomar la topografía de un paisaje—o puede utilizarse a corta distancia y ser lo suficientemente precisa como para documentar la superficie de una talla o marcas poco visibles para el ojo humano que con esta tecnología, pueden visualizarse con mucha mayor claridad, facilitando así por ejemplo, estudios epigráficos, o la monitorización del estado de conservación de un objeto.
Aunque hay sistemas capaces de obtener, además de la información 3D, datos referentes al color, en la actualidad no existen escáneres 3D que puedan registrar el color con la calidad requerida para producir una réplica exacta. La digitalización de la tridimensionalidad de un objeto se basa en la metrología—la ciencia de hacer mediciones. En este articulo se describen en detalle los sistemas y escáneres más utilizados por Factum Arte, sus ventajas y limitaciones.
Clases de escaneado en 3D
Escáneres 3D de largo-medio alance (LiDAR)
Los escáneres 3D de largo-medio alcance se utilizan para registrar la forma general de objetos o superficies de gran tamaño y extensión para obtener información metrológica precisa.
Lo utilizamos para: topografía y edificios. Hemos utilizado el FARO Focus3D X 330 en colaboración en ScanLAB Projects, London, para copiar la fachada de San Petronio en Boloña, La Última Cena de Leonardo da Vinci y el refectorio de Santa Maria Delle Grazie de Milán. Hubiera sido el sistema más adecuado para dejar un registro de las murallas de la Ciudadela de Alepo, en Siria, antes de que fuesen dañadas por el ataque de la artillería siria.
No lo utilizamos para registrar los detalles más sutiles de una superficie, que es realmente necesario para la creación de un facsímil exacto o para el estudio epigráfico.
Visualización de la Piazza Maggiore de Boloña y de la fachada de la Basílica registrada con el FARO Focus3D X 330
Los escáneres de largo-medio alcance utilizan sistemas de tiempo de vuelo o de pulso láser, en los cuales la luz emitida por el laser rebota desde el objetivo situado a gran distancia. Un telémetro láser calcula la distancia entre el escáner y la superficie, utilizando la velocidad de la luz y el tiempo de vuelo del láser. En la documentación de patrimonio cultural, los escáneres de largo-medio alcance se utilizan conjuntamente con escáneres 3D de corto alcance, para generar modelos que son precisos a gran escala, además de tener una alta resolución de los detalles de la superficie registrada.
Escáneres 3D de corto alcance
Los escáneres 3D de corto alcance (mas de 8cm y menos de 1m de distancia operativa) se utilizan para registrar en detalle la forma y superficie de un objeto. Una corta distancia operativa se asocia generalmente con una resolución más alta.
Lo utilizamos para escanear la superficie de cuadros como las pinturas negras de Goya o para registrar la compleja superficie de la tumba de Tutankamón y los jeroglíficos de su sarcófago, el deterioro de las esculturas de la fachada de San Petronio o el claustro románico de Tudela. La información se puede utilizar para investigación usando varios software en un ordenador, o se puede re-materializar con el propósito por ejemplo, de producir objetos táctiles para personas con problemas de vista o para la creación de facsímiles exactos.
No lo utilizamos en cualquier caso para registrar grandes estructuras con el propósito de estudiarlas mediante la pantalla de un ordenador.
Materialización de la digitalización en 3D del MappaMundi de Hereford, registrado con el escáner 3D Lucida
Renderización digital de un relieve perteneciente a la Basílica de San Petronio, registrado con el escáner de luz estructurada NUB3D SIDIO
La digitalización de corto alcance es más lenta que la de largo-medio alcance o que la fotogrametría. Los escáneres de corto alcance utilizan láseres o sistemas de luz estructurada. Los escáneres 3D que basan su sistema en la triangulación, utilizan una luz láser y una o dos cámaras para registrar un objeto determinado. Mediante la trigonometría, se puede calcular la distancia exacta entre el objeto y el escáner para crear un mapa preciso de la superficie. Los escáneres de luz estructurada también utilizan la triangulación, pero en ese caso las cámaras registran los patrones de luz proyectados en una superficie y de ahí se puede calcular la distancia de cualquier punto en el campo de visión. El escaneado de corto alcance en sus múltiples variaciones, es imprescindible para documentación de patrimonio ‘en riesgo’. Para documentar el pasado de manera significativa, es esencial obtener información no solo de la forma general de un objeto, sino también de los detalles más sutiles de su superficie. Por esta razón Factum Arte utiliza una variedad de sistemas para escanear en 3D a corta distancia.
La fotogrametría es la ciencia de hacer mediciones a partir de fotografías.
La utilizamos para documentar de manera rápida patrimonio histórico que es vulnerable o que se encuentra en lugares poco accesibles. La fotogrametría es un método imprescindible para la obtención de información 3D cuando no se pueden utilizar escáneres 3D por razones de inaccesibilidad, o cuando es necesario registrar asuntos – personas, animales o agua – en constante movimiento. Es el mejor método para escanear superficies translúcidas como las de alabastro o de mármol. Dada la naturaleza compuesta del sistema de captura de imágenes, se pueden extraer el color y la forma de un objeto. Factum Arte ha empleado la fotogrametría en la documentación de las Estelas de Nahr el Kalb en el Líbano, y actualmente está perfeccionando el procedimiento de grabación, además del software, para registrar el sarcófago de Seti I en el Sir John Soane’s Museum en Londres. Recientemente hemos construido un sistema de nueve cámaras, capaz de registrar objetos de hasta 50 cm x 50 cm x 50 cm en aproximadamente cuatro segundos.
No lo utilizamos para la captura en alta resolución de una superficie destinada a la realización de un facsímil, ni tampoco para el registro de superficies oscuras, reflectantes o que no tengan rasgos distintivos. Es posible que en un futuro y con avances significativos en el software utilizado, la fotogrametría se convierta en el método más usado para documentar, en 3D y color, patrimonio ‘en riesgo’.
Renderizacíon en tres dimensiones de las Estelas a Esarhaddon 688 - 699 BC en Nahr El Kalb, el Líbano; registrada y procesada utilizando la fotogrametría
Detalle de las Estelas fresadas en Factum Arte utilizando poliuretano de alta densidad
La fotogrametría se ha utilizado desde el origen de la fotografía moderna en sectores como la creación de mapas topográficos, la arquitectura o la arqueología. El trabajo y la investigación que lleva a cabo Factum Arte se concentra en la fotogrametría a corta distancia para registrar la forma y textura de superficies u objetos. Los avances que actualmente se están viendo en el campo de la fotogrametría, se basan en el desarrollo de tecnologías de visión artificial y software de tipo SfM (Structure from motion). La información se puede registrar con cámaras que están disponibles en el mercado comercial, y que se utilizan para capturar múltiples imágenes de una superficie. La fotogrametría a corta distancia puede dar como resultado información de muy alta resolución. Se requiere un nivel de procesamiento durante la obtención de las imágenes, para tener la seguridad de que toda el área ha sido registrada. El procesamiento posterior puede llevar mucho tiempo pero sin embargo, se puede llevar a cabo en cualquier momento. Factum Arte tiene en la actualidad la idea de documentar el mayor número de objetos y yacimientos históricos a la mayor resolución posible.
Una nota acerca de la resolución
Existe un malentendido entre precisión y resolución. Nosotros utilizamos el término ‘resolución’ para referirnos al detalle que contiene un archivo 3D. Evaluamos la resolución no sólo con la teoría o con descripciones matemáticas del sensor de un escáner sino también con la equivalencia entre la información escaneada y la superficie original. Los escáneres de corto alcance logran una mayor definición de la superficie de un objeto que los de largo alcance. Las principales variables que afectan a la resolución son los objetivos, los sensores, la superficie que se ha de escanear y los algoritmos del software que se utiliza para procesar la información. Se puede llegar a un punto en el cual la información ha de pasar lo que llamamos el ‘test de mimesis’ – si la imagen tridimensional se parece a la de un ‘caramelo derretido’, el escáner ha fracasado – sin embargo, si se compara la imagen obtenida con el original y no hay diferencias claras, la captura ha sido un éxito.
Detalle de un fresado de la fachada de la Basílica de San Petronio en Boloña, el cual ilustra la diferencia en resolución y precisión entre el escaneado de corto alcance y el de largo-medio alcance – en este caso se utilizaron el NUB3D SIDIO (izquierda – captura a corto alcance) y el Faro Focus3D X330 (derecha – captura a distancia).
Los escáneres que se utilizan en Factum Arte
El FARO Focus3D X 330 es un escáner de laser de tipo LiDAR que registra un entorno de 360º. En Factum Arte utilizamos el FARO, en colaboración con ScanLAB Project, como sistema complementario. Con este escáner se puede realizar un lienzo digital sobre el cual se puede colocar información 3D de la más alta resolución.
El sistema de escaneado FARO Focus3D X330: durante la documentación de la Basílica de San Petronio, Boloña, se utilizó a una resolución media de 0.6 mm y se escanearon 360º desde catorce posiciones diferentes.
William Trossell, de ScanLabProjects, utiliza un escáner de tipo LiDAR para la captura de La Última Cena de Leonardo da Vinci – oleo, témpera, fresco (Santa María delleGrazie, Milan).
Lucida es un escáner de láser 3D, diseñado por el artista Manuel Franquelo y realizado por Factum Arte. Logra una documentación de la superficie de obras de arte y objetos de bajo relieve a muy alta resolución. Este sistema ha sido diseñado para obtener información en tres dimensiones de la superficie o textura de un objeto, aunque no registra el color.
Lucida 3D scanner recording Bellini's Assassination of Saint Peter Martyr (99.7 x 165.1 cm) in The National Gallery, London
Escáner 3D Kreon Zephyr 50
El Kreon Zephyr 50 es un escáner manual que se sujeta gracias a un brazo robótico y que se puede utilizar para digitalizar una gran variedad de superficies. Los primeros sistemas de mano (como el Kreon) requerían brazos de seis o siente ejes, pero gracias a los avances tecnológicos, especialmente en la industria del videojuego, existen ahora sistemas que son totalmente portátiles.
Gabriel Scarpa using the Kreon system (Cimcore Stringer arm pictured) to scan the head of a winged genie 9th C BC relief from Harvard's Arthur M. Sackler Museum
Escáner Nub 3D SIDIO
Factum Arte ha colaborado desde el año 2006 con Nub 3D, compañía con sede en Barcelona que desarrolló el SIDIO. El SIDIO es uno de nuestros sistemas más eficaces, ya que captura la geometría completa de un objeto, mantiene al mismo tiempo un alto nivel de detalle de la superficie, y produce información limpia y en formato de nube de puntos.
El escaneado en tres dimensiones de PaolinaBorghese en la GalleriaBorghese, Roma, en abril del 2013 – se utlizó el escáner NIB 3D SIDIO.
El escáner Breuckmann, produce redes 3D de alta resolución y en Factum Arte lo usamos para una gran variedad de proyectos artísticos y de conservación de patrimonio. Este sistema y otros similares, tienen un amplio espectro de utilización, debido a la sencillez de su empleo en el registro y procesamiento de datos, junto con la gran precisión del registro, que se logra obtener con esta herramienta.
Alex Peck de Factum Arte monta el escáner breuckmann 3D que se utilizó en el estudio de Henry Hudson para escanear una maqueta.
La fotogrametría consiste en la extracción de información tridimensional a partir de imágenes en dos dimensiones con diferentes software. A fin de crear un modelo 3D, se utilizan cámaras para tomar múltiples imágenes superpuestas de la superficie de un objeto. Las imágenes se pueden procesar y el resultado es un objeto digital tridimensional que se puede tratar de varias maneras.
Una canon EOS 5D Mark 2

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