Registro arqueologico en 3D mediante la fotogrametria de rango corto.

Universidad Autónoma de San Luis Potosí Facultad de Ciencias sociales y Humanidades Registro arqueológico en 3D mediante la fotogrametría de rango corto TESIS PROFESIONAL Para obtener el título de

Licenciado en Arqueología Presenta:

Manuel de Jesús Dueñas García Director de Tesis: Dr. Miguel A. Nicolás Caretta Asesores: Dr. Niklas Schulze

Dr. Peter C. Kroefges Noviembre de 2014 0

A mi familia, lo logramos.

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Para la realización de este trabajo conté con el apoyo de muchas personas sin las que simplemente hubiera sido imposible su conclusión. Quisiera comenzar por agradecerles a todos los profesores que me impartieron clases durante la carrera, ya que mi formación profesional como arqueólogo comenzó con ellos. A la Coordinación, luego Escuela, ahora Facultad de Ciencias Sociales y Humanidades, cuyas aulas, jardines y salones son contenedores de incontables recuerdos y experiencias. Gracias al Dr. Nicolás Caretta, que desde el primer día de clases me dio su voto de confianza y respaldo para todas las actividades que he desempeñado académicamente. Gracias al Dr. Niklas Schulze por estar tan cerca del progreso y desarrollo de este trabajo. Gracias por sus correcciones, sugerencias y horas de fructíferas discusiones que le dieron forma a esta investigación, de verdad muchas gracias. Muchas gracias al Dr. Peter, cuya influencia y enseñanzas en los laboratorios de SIG se dejan sentir por toda esta tesis. “No hay nada que no se pueda estudiar mediante SIG”, Peter Kroefges 2012, comunicación personal. Un agradecimiento profundo a la Arqueologa Ana Maria Pelz Marin, encargada de la sección de Arqueología del Centro INAH-Aguascalientes, quien siempre se ha mostrado accesible para revisar y apollar cuanto proyecto le he puesto en la mesa de trabajo. Muchos de los ejemplos expuestos son de sitios arqueológicos en este estado Gracias al director del Museo de Bornholm, Dinamarca, el Dr. Finn Ole Nielsen, por darme acceso a la bodega del museo para registrar cualquier material que me ayudará en mi tesis, y por permitirnos participar en sus proyectos registrando mediante esta técnica contextos, petrograbados y castillos. De igual manera, quisiera extenderle un agradecimiento profundo a la Maestra Eugenia Fernández-Villanueva Medina por su entusiasmo para poner en práctica los prototipos y experimentos de este proyecto, siempre creyendo que ya es necesaria la 2

modernización del quehacer arqueológico mexicano. Gracias al Dr. Guillermo Acosta Ochoa, investigador del Instituto de Investigaciones Antropológicas de la UNAM, por tan valiosos consejos y por permitirme observar un día de su proyecto. El conocimiento adquirido fue inmenso en tan poco tiempo. De manera muy especial, quisiera agradecerle a la familia Aguilar Martínez, potosina de corazón, a quienes siempre les tendré un especial aprecio por rescatarme en la época más difícil de mi carrera. Muchísimas gracias. Finalmente, gracias por acompañarme en el viaje de la vida; todo mi amor para ti, Miriam.

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Prólogo Esta investigación trata sobre una técnica relativamente nueva: La fotogrametría de rango corto. Esta técnica permite elaborar representaciones tridimensionales a partir de unas cuantas fotografías. La fotogrametría no es nueva, ciertamente, comenzó casi a la par que la fotografía misma; su uso se extendió desde que se pudieron montar cámaras fotográficas en aeronaves y constituyo una herramienta importante para la arqueología también desde sus labores. Con la revolución informática de finales del siglo XX y principios del XXI, la fotogrametría fue desarrollando una automatización en su implementación que culminaría en el año 2009, cuando aparecieron los primeros productos comerciales de software capaz de realizar restituciones ortofotográficas casi de manera automática. Cinco años después, el desarrollo de esta técnica continúa a la par que aparecen computadoras con más capacidades de procesamiento. Sin embargo, no pasa lo mismo con las metodologías que implementan esta técnica en arqueología. Para la realización de esta tesis, la mayoría de la bibliografía que se consultó proviene de artículos de revistas que tienen una versión electrónica, o inclusive de páginas en internet principalmente porque aún está en discusión por parte de los especialistas muchos puntos sobre esta técnica, y existen pocos trabajos que explican a detalle cómo la aplicaron. Es por eso que esta investigación se centra en la técnica, cómo medio para registrar topográficamente lo que es de interés en arqueología, presentando ejemplos de fenómenos arqueológicos y los objetivos que persigue su registro.

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Prologo

Contenido 1.

Introducción .................................................................................................................................. 6

2.

La documentación de información arqueológica ......................................................................... 12

3.

4.

2.1

Trabajo en campo: La prospección y su registro ................................................................. 14

2.2

Trabajo en campo: La excavación y su registro ................................................................... 18

2.3

Laboratorio de Arqueología y su registro ........................................................................... 21

Nuevas tecnologías 3D en la Arqueología .................................................................................... 24 3.1

Escáneres laser ................................................................................................................... 26

3.2

Escáneres basados en luz estructurada ............................................................................... 28

3.3

Fotogrametría de rango corto ............................................................................................. 30

Fotogrametría para el registro arqueológico 3D: Una propuesta de sistematización................... 36 4.1

Obtención de las imágenes ................................................................................................. 38

4.2

Procesamiento de los datos ................................................................................................ 39

4.3

Registro de la prospección 3D............................................................................................. 41

4.3.1

Restos Arquitectónicos ............................................................................................... 44

4.3.2

Prospección de Manifestaciones Grafico-Rupestres .................................................. 50

4.3.3

Percepción remota con Drones................................................................................... 54

4.3

Registro de la excavación 3D .............................................................................................. 55

4.4

Piezas arqueológicas ........................................................................................................... 60

5. Aplicaciones de los modelos 3D ....................................................................................................... 64 5.1

Documentación gráfica 3D ................................................................................................. 65

5.2

Reconstrucciones ................................................................................................................ 67

5.3

Análisis geométricos y morfológicos................................................................................... 68

5.4

Restauración y conservación............................................................................................... 71

6. Conclusiones .................................................................................................................................... 73 6.1

¿Dónde nos encontramos? ................................................................................................. 74

6.2

Limitaciones ........................................................................................................................ 75

6.3

El futuro de esta técnica ..................................................................................................... 77

6.4

y… en México, ¿qué pasa? .................................................................................................. 79

Bibliografía ...................................................................................................................................... 82

5

1. Introducción

L

as tecnologías digitales han producido un impacto en nuestra sociedad que debe ser considerado como un hito histórico y la arqueología, como muchas otras disciplinas que tratan al patrimonio cultural, se ha visto influenciada fuertemente

por esta revolución. La introducción de instrumentos automáticos para la colecta de datos y para el manejo de información arqueológica ha cambiado la manera en que los arqueólogos nos aproximamos, percibimos y comunicamos la cultura material. Ahora, con las llamadas nuevas tecnologías para el registro en 3D se pueden documentar tanto objetos, excavaciones o recorridos de prospección, capturando sus tres dimensiones de tal manera que se pueden obtener reproducciones con una rapidez y precisión nunca antes alcanzadas. Medidas, registro y documentación son aspectos muy importantes en la arqueología, puesto que es una de las ciencias donde la materia que sustenta las investigaciones es muchas veces destruida durante los procesos de trabajo normales, haciendo de las anotaciones, esquemas y dibujos la única evidencia existente de estos trabajos. Tal es su importancia en casi todos los proyectos arqueológicos, que la mayor parte del tiempo de trabajo se gasta en tomar medidas, dibujar planos, hacer notas y tomar fotos. Esta documentación está necesariamente sometida a un rigor de veracidad y precision, ya que es a partir de ella que se construyen ideas, comparaciones e interpretaciones de las sociedades pretéritas. No obstante esta importancia crucial, el registro de materiales arqueológicos se ve mermado por las condiciones en las que es realizado y su calidad está sujeta a la habilidad, orden y limpieza de quien registra y también a la calidad de los instrumentos con los que es elaborado. A lo largo del desarrollo de la arqueología como disciplina científica, los investigadores han buscado mejorar las técnicas que permitan el registro satisfactorio de lo que observamos en campo y laboratorio. La introducción de las computadoras personales en las labores de documentación ayudó a estandarizar y agilizar muchos de los formatos en los que eran presentados los hallazgos arqueológicos. Los textos y los dibujos, seguidos por las técnicas de percepción remota, y la homogeneización de los mapas y esquemas 6

elaborados en computadora, permitieron elaborar y visualizar los objetos, contextos y regiones de una mejor manera y con la introducción del diseño gráfico en 3D, las computadoras se volvieron aliadas contundentes en las campañas de difusión y divulgación del conocimiento arqueológico. En este último campo, podemos hablar de dos tipos de representaciones 3D en la arqueología. Uno es aquel que se elabora en software de diseño a partir de los datos geométricos obtenidos en campo o laboratorio al cual podemos llamar reconstrucción 3D. El otro tipo de representación tridimensional es aquel que se obtiene directamente de información obtenida en campo a través de algún sensor remoto, captando una imagen instantánea del contexto al momento de la intervención arqueológica, o de registrar el objeto, obteniendo un registro en 3D (Ilustración 1).

Ilustración 1 Diferencia entre una reconstrucción 3D y registro 3D. El primero se modela dentro de un software de diseño a partir de las medidas y datos extraídos en campo, el segundo se obtiene mediante alguna tecnología de captura de datos 3D en campo o laboratorio obteniendo la representación en tres dimensiones de la geometría de algún objeto al momento de realizar el registro. Pirámide de Tikal. Ilustraciones tomadas de CyArk http://archive.cyark.org/tikal-intro.

Una de las herramientas para obtener registros en 3D insitu es la fotogrametría de rango corto. Esta técnica semi-automática permite la construcción de un modelo 3D a partir de un grupo de fotografías. Mediante el uso de software especializado, se detecta la posición de pares de fotografías y de la cámara que las tomó, alinea los puntos idénticos que detecta entre ellos, construye la geometría y texturiza el modelo. De esta manera se obtiene la precisa representación tridimensional de aquello que se haya fotografiado.

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La generación de información 3D desde un video o una serie de fotografías ha producido un boom de investigaciones en los últimos 10 años proveniente de las comunidades relacionadas con el diseño gráfico que propiciaron la creación de múltiples herramientas que en un inicio fueron solo prototipos en laboratorios y que ahora están al alcance del público en general. Son estas herramientas las que se adaptan particularmente bien a los flujos de trabajo arqueológicos, ya que es una técnica cuyo gasto más significativo está representado por la adquisición de una cámara fotográfica de buena resolución, o un buen smartphone y una computadora que no requiere ser de lo más sofisticado del mercado. Ahora se puede encontrar en internet una variedad de programas gratuitos que no requieren de un conocimiento amplio de fotogrametría, y tampoco de computación, para obtener resultados satisfactorios con mucha precisión y que solo en ocasiones pueden ser superados por técnicas que utilizan laser para la elaboración de los modelos, pero cuyos costos alejan su aplicabilidad de los proyectos con presupuestos más modestos. Sin embargo, la fotogrametría de rango corto no carece de detalles que hay que tomar en cuenta para su aplicación eficaz. Para evitar molestos errores se tiene que tener cuidado con la cantidad de luz a la que es expuesto el objeto a modelar, ya que para el correcto uso de esta técnica es necesario contar con alta iluminación difusa además de evitar llevarla a cabo en lugares muy oscuros o excesivamente iluminados. Pero lo más importante, los modelos no son un fin, sino un medio. Es en su aplicabilidad donde reside su mayor potencial y esto no hay que perderlo de vista. La primera de estas aplicaciones, y la más explotada ahora que se está comenzando a generalizar la técnica, es la conservación y difusión del patrimonio (Bruno 2009, Pozzi 2009, Rüther 2009, Kuzminsky 2012) puesto que la digitalización del patrimonio ya tenía fuertes impulsos al final del siglo XX. En conjunto con las técnicas de animación, la digitalización de la geometría de los objetos permite elaborar ilustraciones o videos (renders) y paseos virtuales que promueven y ayudan a la conservación del patrimonio. Pero esta no es su única aplicación. Como técnica que permite la rápida documentación de restos, nos puede ser de gran utilidad en las investigaciones arqueológicas, puesto que nos permite obtener las tres 8

dimensiones de los objetos de manera rápida y precisa. Si el registro gráfico es rápido y de calidad, las investigaciones pueden volverse más ambiciosas, plantearse objetivos más complejos, obtener más datos y mayor variedad de estos, obtener muestras más grandes y así comprender mejor el pasado que se nos revela a través de las investigaciones, salvaguardando de manera más eficiente el patrimonio cultural. Más aun, conservar la geometría de los objetos digitalmente nos permite utilizar otras herramientas para realizar estudios y análisis como mediciones, comparaciones entre colecciones digitales, simulación y restauración. La principal ventaja del software fotogramétrico es la generación de contenido 3D sin la necesidad de hardware costoso (como por ejemplo escáneres laser). No obstante, las aplicaciones de estos datos en el quehacer arqueológico aún no disponen de una amplia difusión. Por un lado, esto es debido a que no se tiene la certeza de su precisión. Por otro, el escepticismo proviene de la noción de que la implementación de esta técnica requiere contar con conocimiento especializado, por lo menos en el uso de las computadoras, para la elaboración de estos modelos. Combinando la información obtenida mediante la reconstrucción 3D con los sistemas de información geográfica, herramientas de diseño, y de video se pueden realizar análisis espacio-temporales de manera muy intuitiva. Más aun, la posibilidad de tener imágenes y capturas desde cualquier punto de vista arbitrario incrementa la cantidad de información del objeto, lo que podría en un futuro inmediato convertirse en la documentación estándar para las excavaciones y recorridos en superficie. A pesar de las ventajas de los registros en 3D, su uso sistemático para la documentación y conservación de sitios y objetos arqueológicos aún no está bien establecido. Según Remondino y Campana (2007), esto se debe, primero, al alto costo para la adquisición de modelos 3D; segundo, a las dificultades para obtener buenos modelos 3D; tercero, la consideración de que es un proceso opcional para la interpretación, muchos arqueólogos aún consideran al dibujo y la foto como la mejor opción; Y cuarto, la dificultad para integrar los datos 3D con datos de otra naturaleza, como por ejemplo las propiedades del suelo (Lerma, 2010:500).

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Es por eso que el objetivo que este trabajo se ha propuesto alcanzar es corroborar que los modelos 3D elaborados a partir de la fotogrametría de rango corto son una herramienta confiable y sencilla para la documentación, investigación y presentación de información arqueológica. Para poder alcanzar el objetivo, es necesario hacer lo siguiente: 1. Explicar cómo es la documentación arqueológica tradicional, sus características, las necesidades que cubre y sus formatos. 2. Explicar las técnicas de registro 3D que existen actualmente, y comparar entre ellas sus características. 3. Presentar opciones para la producción de modelos 3D mediante la fotogrametría de rango corto, considerando los siguientes momentos del trabajo arqueológico: Prospección, excavación, y dibujo arqueológico en laboratorio. 4. Presentar las posibilidades de uso que los modelos 3D tienen como documentación del patrimonio. Documentar gráficamente en arqueología ha sido la tarea de lo que bien podría ser considerada una subdiciplina de la arqueología: el dibujo arqueológico. Entender la importancia del dibujo arqueológico como herramienta científica es entender por qué la arqueología y sus metodologías son científicas. El objetivo de la arqueología es estudiar la historia y comportamiento humano a través de la cultura material, o mejor dicho, de los restos materiales de las culturas. Esto implica primordialmente colocar en el espacio y en el tiempo esos restos materiales, para después comprender el significado social que poseen. En ese sentido, la prospección y excavación arqueológica tienen en un primer momento el objetivo de identificar y registrar topográficamente esos restos materiales, ubicarlos en el espacio y después, en el caso de la excavación, reconstruir la secuencia estratigráfica y ordenarlos en el tiempo. Lo anterior implica que el dibujo arqueológico forma parte intrínseca del proceso técnico de la arqueología, y que la evolución de ambas corre paralela. Suelen decirnos en las aulas que la disciplina arqueológica ha evolucionado de dedicarse a la colección, a 10

dedicarse a la descripción de objetos, para actualmente dedicarse a su análisis e interpretación. No obstante que el dibujo refleja este proceso, también su evolución ha sido semejante a otras disciplinas de más largo recorrido que la arqueología, como la historia del Arte o la Historia de la Arquitectura, interesados también en el estudio de los objetos y de los edificios y por consiguiente en su representación. El dibujo en la disciplina arqueológica comenzó siendo realizado por dibujantes especializados. El arqueólogo sólo se responsabilizaba directamente de la dirección del proceso y de la interpretación. En cambio, hoy es una norma que el arqueólogo sea quien dibuje puesto que su injerencia en el proceso determina la utilidad de las ilustraciones. Esto es requerido ya que el dibujo arqueológico es útil a la arqueología por ser más científico que documental, y más documental que artístico, “El dibujo arqueológico no es una imagen más o menos realista de la realidad, sino una representación más o menos realista de la realidad interpretada en sus componentes y en las relaciones entre los mismos” (Carandini 2010:116). Se hace necesario entonces que, antes de hablar de fotogrametría y modelos 3D, señalemos a qué nos referiremos cuando hablamos de registro arqueológico y cómo es que se ha ilustrado a lo largo del tiempo. Ambos puntos serán tocados en el siguiente capítulo.

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2. La documentación de información arqueológica

E

l registro arqueológico no es la vasija de diez mil años de antigüedad, tampoco los restos arquitectónicos de un castillo o los fitolitos atrapados en los instrumentos de molienda. El registro arqueológico es el dibujo, descripción y clasificación de la vasija, es el plano y maqueta del castillo y el resultado de

los análisis químicos hechos en laboratorio para identificar las especies vegetales a las que pertenecen esos fitolitos. Es decir, es producto del arqueólogo, de sus análisis e interpretaciones; es un sinónimo de documentación y está compuesto por todas aquellas imágenes, fotos, dibujos, descripciones, resultados de análisis expresados en tablas y graficas que muestran a los hallazgos arqueológicos, sus propiedades y los datos recuperados mediante la observación del investigador de una manera sintetizada, con el objetivo de contrastar hipótesis e ideas, así como de ilustrar los hallazgos y difundirlos. De entre los diferentes tipos de documentación que existen, la ilustración arqueológica es el objeto de explicación en este capítulo. No hondaremos mucho en las propiedades de las ilustraciones puesto que por sí misma, la comunicación visual posee complejidades que escapan a los objetivos particulares de esta tesis. No obstante, en este terreno es necesario puntualizar que la ilustración de carácter científico se encuentra dentro de la comunicación didáctica y no solo complementa, refuerza o aclara el contenido de mensajes escritos, cuando no los crea ella misma, sino que también la imagen sintetiza y concreta ideas mostrando de una sola vez un todo, en ocasiones muy complicado, que exigiera una amplia explicación en palabras. Esto no quiere decir que aumente o disminuya los méritos literarios de un texto, más bien juntos y con coherencia son un medio de comunicación eficaz, un mensaje bi-media. Para comunicar a la comunidad académica los hallazgos y las interpretaciones derivadas de estos es necesario que quede bien establecida la buena documentación, pero ¿Y cómo es que un hallazgo arqueológico está bien documentado? La respuesta está íntimamente ligada con el propósito de la arqueología, lo cual vuelve la pregunta compleja y amplia. La arqueología es una rama de la antropología, y como tal, su estudio se enfoca en el hombre, como especie y como ente cultural. En arqueología se habla de los restos materiales producto de la actividad humana, de su conducta, de su 12

desarrollo en sociedad y de su relación con otras sociedades a través del tiempo, y del espacio. El principal objeto de estudio arqueológico es el contexto arqueológico1. La información recuperada mediante los procesos que describiremos más a detalle a lo largo de este capítulo, suele denominársele como evidencia, o más comúnmente, datos arqueológicos. Estos datos son las unidades más simples de conocimiento empírico en arqueología y constituyen el fundamento del área empírica dentro de una posición teórica (Gándara 1994:97). Los datos nunca sustituyen una teoría, o incluso una hipótesis, puesto que los datos jamás son “autoevidentes”. Es como menciona Manuel Gándara: “La teoría podrá ser ciega sin datos, y los datos mudos sin teoría, pero lo cierto es que sin tener clara primero la teoría, los datos corren el riesgo de ser irrelevantes” (Gándara 1994:97). Para documentar estos datos, la arqueología se vale de muchas otras disciplinas y hay que considerarlas cuando se habla del registro arqueológico. Por ejemplo, de la geografía y cartografía utilizamos los mapas temáticos, o de la biología los dibujos de secciones; es decir, la arqueología toma de ciencias con trayectoria más larga muchos de sus productos gráficos. La principal actividad arqueológica es la detección y obtención de objetos del pasado y estos pueden ser de cualquier tipo, pero al igual que cualquier ilustración científica, la ilustración arqueológica se sustenta en criterios de objetividad, fidelidad y claridad puesto que en muchas ocasiones es el único registro de los objetos con los que cuenta un arqueólogo, y del grado de objetividad y fidelidad de estos dependen las deducciones, el análisis y los resultados de la investigación. Dependiendo del objeto y del objetivo, los arqueólogos pueden ilustrar esquemáticamente materiales (cerámica, lítica, hueso, etc.), objetos bidimensionales (códices, glifos, pintura mural, pintura rupestre, etc.), y objetos inmuebles (Estelas,

1

Contexto arqueológico es un término cuya definición según Schiffer (1990), tiene que ver con los materiales que han pasado por un sistema cultural y que ahora son objeto de investigación de los arqueólogos, en contraposición al contexto sistémico que se refiere a la condición de un elemento que está participando en un sistema conductual.

13

esculturas, arquitectura). Son dibujos esquemáticos porque se ilustran a diferentes niveles de abstracción, sin embargo algunos alcanzan niveles de realismo muy altos. No así con los mapas, o dibujos estratigráficos que son meramente abstractos (Ilustración 2). Estas

ilustraciones

atienden

necesidades específicas dentro de las fases de investigación arqueológica y son

básicamente

dos

momentos:

estudios en campo y estudios de gabinete y laboratorio. El trabajo de campo se realiza directamente en el sitio arqueológico, al que el arqueólogo y su equipo se

Ilustración 2 Ejemplo de mapa. Tradiciones culturales del norte de México. Esta ilustración se encuentra a un nivel esquemático puesto que ninguna de sus fronteras aquí expuestas existe en el mundo real, excepto tal vez el límite entre los océanos y el territorio mexicano. Mapa tomado de Jiménez y Darling, 2000: Fig. 10.1

desplazan por temporadas de varios meses,

explorando,

excavando,

colectando y haciendo mediciones, que

se registran en una amplia variedad de imágenes, que conforman una herramienta indispensable y un modo de razonamiento único en la investigación. Una vez terminado el trabajo de campo, el investigador regresa a su universidad, institución o laboratorio a analizar, reconstituir y tratar de estructurar la información obtenida en campo, es decir, empieza el trabajo de gabinete. Durante esta actividad se analizan y clasifican en tipos los objetos encontrados para buscar patrones y asociaciones con otras observaciones o con datos previamente conocidos. Así elabora modelos y conclusiones. Dicho de otra manera, en campo se recolectan datos y el trabajo más fino se realiza en laboratorio donde las conclusiones, ilustraciones, esquemas se acaban y se detallan. Veámoslo más a detalle.

2.1 Trabajo en campo: La prospección y su registro Una de las tareas más importantes de los arqueólogos es la localización de vestigios de actividad humana. Siendo este el caso, la prospección es una metodología de 14

investigación que proporciona la información necesaria para poder ubicar estos vestigios en superficie. La prospección encierra una amplia variedad de técnicas de teledetección, o percepción remota, además de que puede incluir l a

recolección de artefactos

superficiales y muestreo de recursos naturales. Esta tarea consiste en identificar elementos culturales mediante recorridos

en

superficie o mediante el uso de tecnologías de teledetección, empleando imágenes aéreas o usando imágenes satelitales y también usando herramientas enfocadas a los estudios topográficos. Es en el ámbito de los mapas donde los arqueólogos vuelcan sus datos producto de la prospección para presentar relaciones espaciales, como por ejemplo: 

La ubicación de yacimientos arqueológicos en una región



Conocer las dimensiones espaciales de yacimientos arqueológicos



Conocer la distribución de elementos del paisaje importantes para la investigación.

La arqueología de prospección ha ganado importancia debido al desarrollo de estudios regionales, gracias a investigadores como Gordon Willey (Willey, 1946) en el Valle de Virú, Perú o William T. Sanders (Sanders, 1979) en la Cuenca de México. Estudiar la distribución de los yacimientos en el paisaje de una región determinada prueba que el arqueólogo, actualmente, no solo se limita a localizar un yacimiento y a explorarlo y/o excavarlo, aislándolo respecto a otros yacimientos. Se hace necesario explorar regiones enteras, y esto es realizar un programa de prospección, cuya característica principal es la escala de estudio y mucho de lo que se hace desde la superficie tiene que ver con el estudio de distribuciones y razonamientos tridimensionales, en los que los lenguajes esquemáticos son muy útiles para representar los hallazgos y las relaciones entre ellos. Los primeros trabajos de prospección ayudada por fotografía aérea se produjeron a principios del siglo XX, cuando la ciudad de Ostia, Italia, fue fotografiada desde un globo y en 1913 sir Henry Wellcome sacó fotos de su excavación en Sudán con una cámara 15

adosada a una cometa en forma caja (Renfrew, 2012: 73). Ya en 1925, el sacerdote Antoine Podebard trazó antiguas rutas de caravanas que conducían a defensas fronterizas romanas en el desierto, utilizando observaciones aéreas detectó muchos fuertes y carreteras desconocidos. También aplicó la misma técnica de observación y detectó el puerto antiguo de Tiro, en Líbano, estudio que completó con prospecciones realizadas por buceadores y con una excavación parcial. En América, Alfred Kidder voló en 1929 con Charles Lindbergh sobre la Península de Yucateca en México, y detectó seis sitios arqueológicos nuevos. Al parecer desde sus inicios la fotografía aérea se ha convertido en una de las ayudas más valiosas para la detección y registro en arqueología. En esta, como en otras técnicas, es importante recalcar que no es la fotografía aérea la que detecta los yacimientos, es el fotógrafo y el intérprete quienes lo logran. Existen dos tipos de fotografía aérea: la oblicua y la vertical. Como su nombre lo indica, esta clasificación tiene que ver con el ángulo en el que la fotografía es tomada. Mediante la fotografía oblicua se pueden detectar yacimientos, y con la vertical se pueden hacer precisos mapas de los mismos. Los adelantos tecnológicos han permitido a la fotografía aérea nuevos usos y análisis. Aunque la fotografía pancromática en blanco y negro sigue siendo la más utilizada, debido a su bajo costo y excelente resolución, también se emplean películas de infrarrojos, con el fin de detectar la radiación solar reflejada por la cubierta vegetal. Existen una infinidad de filtros

para observar diversos aspectos de las áreas fotografiadas, esto aunado a la

introducción de fotografías digitales y otros sensores, como por ejemplo sensores térmicos, hacen a la fotografía aérea la técnica de reconocimiento más común y rentable para las investigaciones arqueológicas. Otra fuente de información en prospección es mediante el uso de imágenes de satélites. Los escáneres montados en satélites registran la intensidad de luz reflejada y la radiación de infrarrojos de la superficie y las transforman, electrónicamente, en imágenes fotográficas. Sin embargo, la escala suele ser demasiado grande, por lo que su aplicación en arqueología tiene que ver con localizar estructuras de gran tamaño. 16

Su aplicación arqueológica más destacada hasta el momento se ha producido en Mesoamérica. Utilizando imágenes LANDSAT de color falso, en el que los colores naturales se han transformado en tonos de mayor contraste, investigadores de la NASA en conjunto

con arqueólogos encontraron en 1983, una extensa red de campos y

asentamientos agrícolas mayas en la península de Yucatán. Mediante esta técnica se detectaron 112 yacimientos, de los cuales solo se pudieron visitar 20 para comprobar su existencia (Renfrew 2012: 73). Un paso posterior a la ubicación de los yacimientos y estructuras es la integración en mapas. Encontrar sitios arqueológicos es importante, pero solo pasan a formar parte del conocimiento arqueológico cuando se registran adecuadamente (Renfrew 2012: 79). Dentro

de

exigencias

las

cartográficas

convencionales (Ilustración 3) se incluyen las anotaciones que

sirven

de

referencia

cartesiana, es decir, latitud, longitud y dátum en caso de presentar

el

mapa

en

coordenadas geográficas, en caso

de

presentar

Ilustración 3

coordenadas UTM, se muestra

Ejemplo de requerimientos convencionales en un mapa señalado en rojo: Titulo, Datos de elaboración, simbología, escala y dátum. Sitio arqueológico Cerro de En medio, Aguascalientes. Mapa elaborado por Manuel Dueñas 2014

la

coordenada

Este

y

coordenada norte y dátum, que

no es sino la referencia exacta a una red cartográfica. La elaboración de mapas es clave pues, para el registro adecuado de los datos provenientes de prospección.

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Hay tres variedades de mapas que se utilizan con más frecuencia en arqueología: los topográficos, los planimétricos y uno donde se sobreponen ambos. Los mapas topográficos representan los cambios en la elevación del suelo mediante el uso de curvas de nivel y nos permiten observar elevaciones o desniveles que se evalúan naturales o culturales.

Los

mapas

planimétricos

no

muestran curvas de nivel, solo información de las distintas edificaciones, y nos muestran las relaciones entre estas. Por último, es frecuente encontrar mapas con ambas características, mostrando la relación entre las estructuras y la topografía (Ilustración 4). Ilustración 4 Ejemplo de mapa en el que se combinan las curvas de nivel con el plano de las estructuras arquitectónicas haciendo énfasis en los elementos que componen al sitio. Sitio arqueológico la Quemada, Mapa tomado de Jiménez y Darling, 2000: Fig. 10.3

En cuanto a los artefactos y demás objetos recolectados, los arqueólogos realizan selecciones coherentes de estos y expresan su distribución asociándolos ya sea a una

coordenada, o a una estructura donde fueron recuperados. Si se combina con las curvas de nivel, no solo podemos ver las concentraciones de materiales, también podemos observar las vías de deposición. Con lo anterior en cuenta, es posible detectar algunas zonas de trabajo de materiales, y también detectar áreas idóneas para excavación. Excavación, nuestro siguiente punto.

2.2 Trabajo en campo: La excavación y su registro La excavación mantiene su papel estelar dentro de los trabajos de campo. Proporciona la información que más interesa a los arqueólogos: A) Información sobre las actividades humanas realizadas en un tiempo determinado del pasado y B) los cambios en esas actividades de una época a otra (Renfrew 2012:94)

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De manera muy general, las actividades que ocurrieron simultáneamente se muestran de forma horizontal en el espacio, mientras que los cambios ocurren de forma vertical y es esta distinción entre segmentos de tiempo horizontal y secuencia vertical lo que tiene que quedar plasmado en la documentación de una excavación de manera precisa y clara. Entendiendo la dimensión horizontal, los arqueólogos son capaces de confirmar contemporaneidad, verificando así qué artefactos y qué estructuras se encuentran asociadas. En el ámbito vertical los arqueólogos buscan entender la estratigrafía y la dimensión temporal. El reconocimiento de estratos durante la excavación se basa en criterios que proceden de la edafología y la sedimentología: profundidad, tipo de

contacto,

estructura,

desarrollo,

color,

consistencia, cementación, textura, características del esqueleto, existencia de películas, grietas o fisuras, concreciones, nódulos y manchas, así como las actividades de los animales. Una manera de ser descritos es por su relación con otros estratos y contornos limítrofes, es decir, sobre que descansan, o que los interrumpe, materiales asociados y cronología relativa (Harris 1997). Los registros de la excavación son Ilustración 5 Ejemplo de dibujo de planta en excavación. Sitio arqueológico los Pilarillos, Zacatecas. Imagen tomada de http://www.famsi.org/reports/96075/96075Nelson01.pdf Fig. 12

ilustraciones detalladas de lo que se encuentra (Ilustración 5), dibujos de las paredes de una excavación y muchas anotaciones sobre las

fotografías que se toman, puesto que la irreversibilidad de la excavación representa un problema complejo, que en un sentido ético de profesión se diferencia de las actividades que llevaría a cabo un saqueador, desinteresado de las relaciones contextuales de los materiales obtenidos. El valor de una excavación depende del registro generado durante el trabajo de campo, y exige una recuperación precisa de la información espacial de los bienes 19

culturales. Es de suma importancia una buena organización, por lo que una cédula de excavación se hace necesaria. En ella, se plantean meticulosamente las formas para registrar la estratigrafía de la excavación cuya reconstrucción fidedigna depende enteramente de la precisión en las notas y dibujos extraídos en campo. Cada excavación tiene sus propias exigencias en cuanto al registro de la misma pero en general en el registro graficó se trata de recuperar y señalar la posición horizontal y vertical de todos los artefactos. Los diarios de campo, los dibujos a escala, las fotografías y toda la información digital, además de los artefactos mismos, huesos y restos vegetales recuperados, constituyen el registro total de la excavación (Renfrew 2012:102). La ilustración es un medio muy importante para destacar asociaciones, estructuras, cortes y estratigrafías (Ilustración 6) que permiten ubicar con mayor precisión el contexto en que fueron

hallados

los

objetos.

La

estratigrafía que explica a los objetos en su espacio tridimensional es difícil de expresarse con palabras, y el recurso grafico del corte transversal se vuelve ideal para el registro. Los dibujos de planta son los que ponen en Ilustración 6

evidencia las relaciones entre los

Ejemplo de perfil estratigráfico. Sitio arqueológico Pilarillos, Zacatecas. Tomado de: http://www.famsi.org/reports/96075/96075Nelson01.pdf Fig.7

distintos artefactos y el espacio en el que son encontrados, tanto en el plano

horizontal como en el plano vertical donde los dibujos de cortes y secciones permiten entender la superposición de estratos y su forma. La metodología de registro siempre incluye a la fotografía, ya que da cuenta de una realidad diferente, que complementa a los contextos y dibujos, y no puede sustituirlos 20

puesto que las fotos captan indiscriminadamente todo lo que el espectro de luz visible les permite captar. El uso de escalas de referencia, flechas dirigidas al norte y pizarrones con letras móviles permiten la ubicación contextual de la foto. A veces, el investigador solo encuentra los negativos de algo que estuvo bajo el suelo: la silueta de un esqueleto descompuesto por la acidez del suelo, la impronta de un textil o las huellas de poste. En estos casos, las ilustraciones, fotos y la topografía son los únicos registros con los que se cuenta, y la única información relacionada con la existencia de estos elementos.

2.3

Laboratorio de Arqueología y su registro El trabajo del arqueólogo no termina en campo. El tratamiento de los materiales recuperados

en

excavaciones

y

prospecciones es de la misma manera que las

actividades

especializada

anteriores

y

requiere

planeada, de

una

organización muy cuidadosa. El trabajo del arqueólogo en gabinete podría dividirse en cuatro fases: fase clasificatoria, fase de análisis, fase en la que contesta las preguntas del proyecto.

Los materiales se clasifican con base en categorías generales, como lo puede ser el tipo de materia del que

Ilustración 7 Ejemplo de Dibujo Arqueológico. Tipo cerámico Guasave, a-b Cerro Isabel; c, d, g - k Jarras Policromas de Sinaloa; e-f Pequeñas jarras sin soportes (Ekholm 1942: Fig. 7) Tomado de: Scott y Foster, 2000: Fig. 8.10

están hechos: lítica, cerámica, metal para posteriormente subdividirlos en grupos más

manejables,

que

contengan

significado cultural, temporal o espacial. La clasificación suele hacerse observando rasgos o atributos (Ilustración 7) que se pueden dividir en tres grupos:

21



Atributos superficiales (decoración)



Atributos morfológicos (dimensiones y formas)



Atributos tecnológicos (materias primas, huellas de producción y uso)

A partir de estas clasificaciones es como se forman las tipologías (Ilustración 8). Tipos, conjuntos y culturas son construcciones artificiales del

arqueólogo

que

ayudan

a

entender el pasado humano (Renfrew 2012:104)

y

funcionan

para

su

Ilustración 8

cometido, sin embargo debemos de

Ejemplo Dibujo Arqueológico. Tiesto Tipo-Variedad “Policromo San Luis”, Sitio arqueológico Santiago, Ags. Elaborado por Maria Teresa Gomez Lomeli

tener claro que estas clasificaciones no deben determinar el modo en que se reflexiona sobre el pasado, solo son una herramienta para darle forma a la evidencia. Estas tipologías son expresadas en forma de tablas, bases de datos y son sintetizadas en gráficas. Sin embargo, parte del buen registro de estos materiales

involucra

la

toma

de

Ilustración 9

fotografías y la elaboración de dibujos

Ejemplo de dibujo arqueológico esquemático que explica la técnica para extraer puntas Levallois. Tomado de: http://pladelafont.blogspot.mx/2012/09/talla-litica-sistema-logicoanalitico.html

con el fin de exponer con claridad y precisión los atributos (Ilustración 9) que nos permiten clasificar a los objetos. Los grupos resultantes de las

clasificaciones, generalmente, se llaman tipos y son descritos exhaustivamente: se ilustran sus formas, se miden y se archivan con su descripción. Posterior a esto, las descripciones 22

caen en el terreno de las gráficas estadísticas. Se preparan tablas de frecuencias, y se observa la distribución de cada tipo de material, esperando que emerjan patrones interpretables. Así es como los arqueólogos observan y comparan más de un sitio arqueológico, y enfocando las investigaciones a nivel regional se usan las metodologías derivadas en gran parte de la geografía cuantitativa y la ecología cultura. Para esto, actualmente se utilizan Sistemas de Información Geográfica, que como veremos más adelante son programas en los que volcaremos la mayoría de la información geométrica para la sistematización de las intrincadas metodologías arqueológicas. Finalmente, no se puede afirmar que no se haya malgastado buena parte del esfuerzo realizado en la prospección, excavación y análisis posterior, hasta que se publiquen los resultados (Renfrew 2012: 104) A lo largo de este capítulo, observamos como es el registro arqueológico. Ahora sabemos que se manufactura a partir de la experiencia, observación, interés y habilidad que el arqueólogo tiene al trabajar con materiales del pasado. Este registro puede llevarse a cabo por varias vías, siendo la ilustración, combinada con las descripciones textuales, la más poderosa para documentar y trasmitir la observación del arqueólogo. Estas ilustraciones tendrán diferentes cualidades dependiendo de la tarea para la que son requeridas y de las habilidades con las que cuenten dibujantes y fotógrafos. Para finales del siglo XX y principios del XXI, hay nuevas maneras de realizar estos registros. La integración de las nuevas tecnologías dentro d e

las metodologías

arqueológicas ha variado junto a la propia evolución de las computadoras, sobre todo en las reconstrucciones 3D de los yacimientos y hallazgos arqueológicos. Hablaremos de su evolución, sus objetivos y sus alcances en el siguiente capítulo.

23

3. Nuevas tecnologías 3D en la Arqueología

E

n los últimos 10 años, la aplicación del registro digital 3D dentro de las investigaciones arqueológicas ha aumentado considerablemente. En este capítulo presentaremos las técnicas que permitieron a los arqueólogos adentrarse en este

tipo de registros, compararemos sus características, evaluando sobre todo el costo/beneficio que se obtiene para cada una de las temáticas arqueológicas que tocan los modelos 3D. La visualización en tres dimensiones se introdujo en la arqueología, y en general a todas las disciplinas que utilizan modelos 3D, a partir de software de diseño gráfico, como AutoCad, que permitió observar, manipular y producir imágenes en tres dimensiones a través de la pantalla de una computadora. El dibujo computarizado permitió la reconstrucción a partir de datos obtenidos tanto en campo como en laboratorio de los materiales arqueológicos, pero la mayoría de las veces su objetivo era solo el de la mera visualización, por lo que se limitaba a ser un último y lujoso paso dentro de las investigaciones arqueológicas desvinculado de la investigación misma. Actualmente existen algunas investigaciones que, utilizando una combinación entre GPS o estaciones totales, Sistemas de Información Geográfica y las herramientas de análisis que estos proveen, han podido obtener planos 3D de excavaciones (Barceló et al., 2003; Barceló y Vicente, 2004; Katsianis et al., 2008; Losier et al., 2007), mientras otras investigaciones utilizan escaneos con láser (Doneus y Neubauer, 2005; McPherron et al., 2009) y el uso de la fotogrametría de rango corto para producir ortofotos y modelos digitales de elevación (Gertjan Plets, 2012; M. Forte et al., 2012; Grün, 2004). La introducción a los análisis geométricos de material arqueológico comenzaría a partir de los escáneres láser. Obtener una abundante cantidad de datos mediante este medio permite, a diferencia del modelaje y dibujo 3D, presentar los objetos tal y como se encuentran al momento del registro, y no una reconstrucción.

24

A partir de este desarrollo, la aplicación de los modelos 3D en arqueología se ha enfocado en la búsqueda de métodos que permitan la rápida documentación de los hallazgos y el uso de datos digitales y ciertas plataformas que permitan más perspectivas de análisis a los científicos (Güth 2012:3). Existen casos enfocados en diferentes temáticas de la arqueología, como por ejemplo los que se dedicaron al registro y preservación de manifestaciones graficorupestres, como en las islas británicas (Chandler et al., 2007; Simpson et al., 2004), España (Lerma et al., 2010; Sanz et al., 2010), Australia (Chandler et al., 2005,2007) y en las montañas Altai en Rusia (Plets et al., 2012a, 2012b). Otros enfocados al registro y conservación de monumentos y antiguos templos (Al-kheder et al., 2009; Barazzetti et al, 2011; Grün et al., 2004; Karau guz et al., 2009; Rajani et al., 2009) e incluso la preservación de huellas de dinosaurio (Remondino et al., 2010). Otros estudios implementaron análisis en 3D para artefactos arqueológicos, como lítica (Clarkson y Hiscock, 2011; Lin et al., 2010) y cerámica (Karasik y Smilansky, 2008; Koutsoidis et al., 2007, 2010; Koutsoudis y Chamzas, 2011; Niven et al., 2009) y por supuesto en la reconstrucción (e.g. Fatuzzo et al., 2011; Rua y Alvito, 2011) y en la difusión (Bruno et al., 2010; Chow y Chan, 2009; Plets et al., 2012b; Tsiafakis et al., 2004) del patrimonio arqueológico. El uso de un modelo en 3D permite observar de manera rápida y desde diferentes perspectivas, las relaciones existentes entre unidades de excavación y sus componentes sin la necesidad de consultar distintas cédulas y dibujos (Losier, 2007:15). Es posible observar información condensada sin perder detalle y realizar acercamientos sin tener que calcular escalas para cada apreciación. Otra de las principales ventajas de contar con aplicaciones en 3D es la generación de superficies virtuales de alta resolución de manera no invasiva del registro arqueológico. Esto ofrece la posibilidad de tomar medidas exactas y tener nuevos aspectos de análisis, como comparaciones geométricas dentro de software especializado. En esa búsqueda por encontrar la metodología que permita la rápida documentación de las tres dimensiones de un objeto, nos encontramos con que existen 3 técnicas que nos permiten la captura de estos datos. Basados en el tipo de hardware que utilizan: 25



La tecnología basada en láser



La tecnología basada en luz estructurada



La fotogrametría de rango corto.

3.1 Escáneres laser El papel que tiene el escaneo láser en la documentación arqueológica ha sido relegado a una herramienta utilizada durante la pre/post excavaciones (Ilustración 10). Esto ocurre principalmente por el alto costo que tiene los equipos, aunado a la falta de personal calificado para operarlos, pero el escaneo por láser tiene mucho potencial para ser una herramienta de registro cotidiana, sobre todo porque los precios han disminuido

significativamente

en

los

últimos 5 años, no obstante siguen estando fuera del alcance de la mayoría de los Ilustración 10 Mediante el uso del escáner laser se están realizando trabajos de digitalización por parte de la organización CyArk en colaboración con el INAH. Templo de las Serpientes Emplumadas, Xochicalco. Imágenes tomadas de http://noticias.arquired.com.mx/shwArt.ared?idArt=1261

proyectos. El escaneo por láser permite generar una enorme cantidad de superficies en poco tiempo. Estos láseres pueden operar a

manera de estación en tierra (Terrestrial Laser Scanner, o TLS), o montados en un avión (LiDAR) para la creación de modelos 3D (Ilustración 11), aunque este proceso también involucra varios escáneres en suelo.

26

El principio básico mediante el que trabajan estos escáneres es que la fuente del láser emite un haz de luz sobre la superficie del objeto. Este haz rebota y es captado por un sensor óptico (Hanus, 2012). De esta

manera,

el

escáner

va

construyendo una nube de puntos utilizando un principio bastante básico de triangulación entre la emisión y recepción del haz de luz. Una

de

las

ventajas

más

significativas de este método es la precisión

geométrica

de

los

modelos. Sin embargo, mediante este método no se puede extraer directamente información sobre la Ilustración 11

textura de los objetos, y se debe de

Aplicación del láser LIDAR en el área maya. Modelo Digital de Elevación del sitio arqueológico Él caracol. Imagen tomada de Hanus, 2012. Fig04

tener

cuidado

con

superficies

reflejantes o transparentes, sin mencionar el alto costo, y la poca portabilidad que tienen estos dispositivos. Permiten la creación de una gran cantidad de modelos en poco tiempo. Genera una nube de puntos bajo un sistema de coordenadas local, y la información de color RGB se obtiene mediante cámaras digitales, pero sin importar la calidad de estas, la resolución de las texturas suele ser muy baja, y esta es la principal desventaja de estos sistemas. Los TLS pueden ser clasificados de acuerdo con el principio mediante el cual operan en: triangulación, tiempo de vuelo y el sistema fase-base. En el primer caso, el dispositivo dispara un patrón laser al objeto y emplea una cámara para detectar la posición de la proyección del láser sobre el objeto. En el segundo caso, los escáneres hacen uso de pulsaciones laser para medir el tiempo entre dos eventos, es decir, la emisión de un láser, 27

y su regreso al origen, para calcular distancias con respecto al sistema de coordenadas. El último principio está también basado en la medición del tiempo de un evento, pero puede modular la intensidad del rayo láser, midiendo la diferencia en las fases de las ondas que envía y recibe. A pesar de la capacidad que esta tecnología tiene para documentar el registro arqueológico, hay ciertos aspectos que deben considerarse, puesto que el escaneo laser no da todas las soluciones que el registro demanda. Por principio de cuentas, tarda un poco en adquirir la resolución deseada y el registro debe ser precedido por una rigurosa planeación de la ubicación del emisor para poder obtener los mejores resultados. Más aun, costo, problemas de portabilidad y la complejidad con la que se procesan y manejan los datos vuelven en muchos casos impráctica su aplicación.2

3.2 Escáneres basados en luz estructurada Un sistema parecido es el que extrae la forma a partir de luz estructurada, que no utiliza un láser, sino un haz de luz que cubre parcial o totalmente la superficie de los objetos (Ilustración 12). Estos patrones pueden ser simplemente múltiples líneas separadas de luz de diferentes colores. Mediante este método se pueden obtener texturas. Es portátil y sencillo de usar. Es uno de los métodos con más investigación y avances en cuanto a escanear en 3D (Pavlidis, 2006:95). Ilustración 12 Proceso de escaneado por luz estructurada. Tomado de Pavlidis, 2006 Fig.3

Estos proyectores,

escáneres que

consisten

despliegan

un

en patrón

pequeños de

luz

estructurada sobre un objeto, y una cámara digital. Estos

dos componentes se montan sobre un marco tubular en las esquinas opuestas. 2

Esto es debido a que la densidad de puntos es poco controlable a través del hardware, tiene que reducirse mediante software que permite la decimar (reducir el número de puntos) la nube de puntos y para eso se requiere de computadoras de alto rendimiento, es decir más de 12 GB de RAM, procesadores a más de 2.5 Ghz, GPU de más de 2 GB de memoria, etc. elevando más el costo, puesto que este tipo de computadoras actualmente se obtienen en el mercado por no menos de 12,000 pesos.

28

Dicho marco tubular puede ser reemplazado por otro de menor o mayor tamaño y esto modifica el área que puede ser registrada (McPherron, 2008: 20). El tamaño de esta área dependerá de los distintos modelos de escáneres que se encuentran disponibles en el mercado. Estos escáneres son capaces de capturar tanto color (textura), como geometría, permitiendo mapear el color sobre los datos 3D. Para comenzar, y dependiendo del modelo, se proyecta una serie de patrones de luz, generalmente un conjunto de líneas verticales proporcionadas por una lámpara de alógeno de 100 W (McPherron, 2008: 21), que alternan entre blanco y negro, luz y obscuridad sobre la superficie (Ilustración 13). Así entonces, estos patrones permiten calcular las coordenadas de cada pixel capturado por la cámara digital. Los dos principales retos en este sistema son colocar el escáner en una posición adecuada, y controlar la luz exterior (McPerron, 2008:22). Por lo que respecta a la luz, si es en exteriores se debe de cubrir a manera de tienda con lonas negras la superficie a registrar, ya que disminuye considerablemente la precisión y resolución cuando no se controla la luz. Esto obliga a que en la mayoría de los trabajos se opte por trabajar de noche, o en vísperas del alba y anochecer.

Ilustración 13 Equipo y proceso para escanear piezas mediante el uso de luz estructurada. Tomado de Niven, 2008: Fig.1

En laboratorio, los objetos pueden colocarse en un torno enfrente del escáner y rotar hasta tener el modelo completo. De manera alternativa, los objetos grandes pueden ser colocados de tal forma que el escáner puede rotar alrededor de ellos equidistantemente. En campo, el escáner se reposiciona para poder tener acceso a todas las caras del yacimiento 29

arqueológico, y dadas las características de este, hay ocasiones en las que esto es simplemente imposible, lo que genera huecos en el registro. Además de los problemas técnicos que puede presentar este tipo de tecnología, esta aunado el hecho de que requiere calibrarse el sensor antes de utilizarse, por lo que hay que invertir cierto tiempo en laboratorio realizando esta tarea.

3.3 Fotogrametría de rango corto La fotogrametría de rango corto es una técnica para medir e interpretar imágenes para la reconstrucción de objetos métricos en 3D (López Lillo et al. 2012; Pérez García et al. 2009; Fiorini 2008; Buill et al. 2007; Caballero et al. 1996) (Ilustración

14).

Como

la

fotogrametría

principalmente es un método que se utiliza a partir de la toma de fotografías aéreas para la corrección de áreas muy extensas, cuya finalidad es tener ortofotos de superficies de la tierra, tiene una subespecialización para objetos de tamaño pequeño llamada Fotogrametría de rango corto, Ilustración 14 Las fotografías desde diversas posiciones son alineadas para la reconstrucción de los elementos arqueológicos. Tomado de De Rua, et. al. ,2013 Fig. 3

que se aplica a objetos de unos pocos decímetros hasta 200 metros en su tamaño (Lerma, 2010:500). La fotogrametría en sus inicios en los

últimos años del siglo XIX, y principios del siglo XX, consistió principalmente en realizar restituciones fotogramétricas a partir de fotografías aéreas vía sistemas óptico-mecánicos. Su desarrollo corrió paralelo al desarrollo de la óptica y la aviación, hasta que en la década de los 90 del siglo XX se desarrollarían sistemas digitales. Estos sistemas eran por demás caros, llegando a costar a mediados de la década más de 250 000 dólares, las cámaras costaban arriba de los 10 000 dólares, el proceso era sumamente complejo, por lo que se requería de equipo y personal altamente calificado.

30

La técnica para la adquisición de modelos 3D mediante imágenes en 2D recolectadas

desde

diferentes

ángulos

visuales opera bajo el mismo principio que el sistema de visión humana (Ilustración 15). Cuando una persona observa un punto, la distancia al punto es determinada por la comparación de su forma aparente de acuerdo a la imagen que ambos ojos captan, y que el cerebro interpreta, de manera muy básica, de la siguiente manera: Forma

Ilustración 15

pequeña, objeto lejos; Forma grande,

Esquema que explica el funcionamiento del modelo SfM.

objeto cerca. Haciendo uso de esta aproximación, y de las técnicas de perspectiva, reglas de iluminación, reconocimiento de patrones automáticos se obtienen nubes de puntos, cada uno de estos puntos con coordenadas en X, Y, Z. A esta técnica, proceso y fenómeno de estimar estructuras tridimensionales a partir de imágenes bidimensionales se le conoce como Structure from Motion (SfM, por sus siglas, Lowe 1999). Hasta hace poco, se hacía impensable su aplicación práctica por la cantidad de precauciones de carácter técnico que había que tomar a la hora de realizar el levantamiento fotogramétrico, como la calibración de la cámara, es decir la distancia y el cálculo adecuado de esta a la hora de tomar imágenes, el control sobre la homogeneidad de la luz, el traslape exacto de las imágenes y que solo se podían visualizar con estereoscopios. Estas precauciones comenzaron a diluirse en el año de 1999, cuando el Dr. David Lowe patento el algoritmo SIFT (Scale-Invarant feature transform), en la University of British Columbia, que volvería accesible la fotogrametría a las masas (Lowe, 1999). Este algoritmo, de manera resumida, permite que sea posible detectar el contorno de cualquier objeto en una imagen digital y extraer una serie de puntos que provean de una descripción de su forma. Este teorema también incluye la solución para detectar este objeto en otra imagen diferente. 31

Actualmente, y gracias a los desarrollos en la capacidad de procesamiento y memoria, existe una variedad de software que nos permite realizar la reconstrucción en 3D de la forma de los objetos que aparecen en series de imágenes de manera semitautomatica, aplicando ambos principios, SfM y SIFT, como por ejemplo: Autodesk 123D Catch (Autodesk Inc., 2012), Automatic Reconstruction Conduit (ARC 3D) (VISICS, 2011), Bundler (Snavely, 2010), PhotoModeler Scanner (Eos Systems Inc., 2012), PhotoScan (AgiSoft LLC, 2011b), Photosynth (Microsoft Corporation, 2011) o el VisualSFM (Wu, 2012). Todos estos programas permiten generar modelos 3D sin la necesidad de tener grandes conocimientos técnicos sobre fotogrametría. La metodología cambia un poco en sus pasos dependiendo del software, pero todas comienzan

escogiendo

los

puntos

de

control

sobre

el

objeto,

distribuidos

homogéneamente. Estos deben ser claramente distinguibles en las fotografías y no deben ubicarse en un solo plano, deben estar a diferentes profundidades en la volumetría del objeto, ya que en caso contrario las ecuaciones de colinealidad3 no obtendrían soluciones razonables para las partes entre los puntos de control. Después de esto, se procede a tomar las fotos desde diferentes posiciones. Si un punto real es visible en más de una imagen, el espacio entre los puntos puede ser calculado dentro de un sistema de coordenadas, para finalmente tener todos los puntos sobre una imagen, además del área entre éstos. Es imprescindible que, si se quieren obtener unos resultados fotogramétricos óptimos, es necesario seguir una serie de indicaciones técnicas (análisis del objeto a fotografiar, situación de los pares de cámaras, estrategia de toma de imágenes, iluminación necesaria, etc.) que no pueden obviarse y de los que trataremos más a fondo en el capítulo IV. Los resultados obtenidos, tomando estas sencillas precauciones técnicas, son a todas luces superiores y aseguran una pérdida de información menor en comparación a modelos realizados con fotogrametría, pero que no tienen estos cuidados técnicos.

3

En fotogrametría y geometría, es la condición que se cumple cuando el punto de vista, el punto imagen y

el punto objeto se encuentran en la misma recta (Pérez 2001).Para profundizar en el tema: http://www.cartesia.org/data/apuntes/fotogrametria_analitica/ApuntesFotogrametria2.pdf

32

Ilustración 16 Horno de Montesa. A) Modelo laser. B) Modelo fotogramétrico. Ilustraciones tomadas de: Aparicio, 2013: Fig. 34

La precisión de los modelos elaborados mediante fotogrametría puede ser abordada desde los objetivos de la documentación a la que sirven, es decir, del fin al que se destina el modelo 3D, puesto que un modelo elaborado para fines de análisis de comparación geométrica requerirá de una precisión mayor que un modelo destinado a servir como base para la reconstrucción de un edificio, por Ilustración 17

ejemplo.

Desviación de mallas comparando el modelo laser con el modelo fotogramétrico. Tomado de Aparicio, 2013: Fig. 36

También

podemos

medir

la

precisión de la técnica comparándola con otras técnicas para el registro en tres dimensiones. Observemos un caso en concreto, donde se ha podido corroborar la precisión de los modelos mediante una comparación geométrica: el horno de cal de Montesa, Valencia, España (Ilustraciones 16 y 17). El levantamiento fotogramétrico se ha realizado a partir de fotografías que no fueron tomadas con el fin de realizar un modelo 3D, en concreto se trata 33

de 14 fotografías tomadas al momento de terminar la excavación por el grupo Global Geomática S.L, en el salvamento que llevaron a cabo sobre la línea AVE. Moixent-LÁlcudia de Crespins en 2012 (Aparicio, 2013: 35). Como parte de su registro, realizaron también un levantamiento mediante el uso de un escáner Laser FARO de gran precisión. Alineando las 2 mallas mediante el software Geomagic Studio fue posible calcular que tanto se desviaba una malla de la otra. Los resultados son sorprendentes, puesto que en un modelo que tiene de diámetro 4 metros, la mayoría de los puntos se encuentran alineados a menos de 1 cm. Las zonas con una desviación mayor son aquellas donde los niveles de iluminación son extremos, zonas con alto nivel de sombra, o con alto nivel de sobreexposición de luz (Aparicio, 2013: 37). En estas zonas la desviación media que muestra Geomagic es de 2.8/-3.1 cm, si se eliminaran, la media efectiva seria todavía mucho menor, que es lo que se aprecia en la mayor parte del modelo. Tener un modelo tridimensional de tal precisión no es por estética, sino más bien se trata de poseer un modelo geométrico que constituya una reproducción de la realidad en la que la conservación de las proporciones y relaciones espaciales relativas adquieren una especial importancia. Mediante la fotogrametría, es posible obtener un modelo que tiene una precisión cercana a la del escáner laser, a un precio muy inferior. La fotogrametría de rango corto tiene los beneficios de ser barata, sencilla de aplicar, su portabilidad, la capacidad de realizar fotos digitales que permiten la toma de un sinnúmero de objetos y espacios en poco tiempo (Lerma, 2012:500), su precisión y la posibilidad de controlar la densidad de puntos en los modelos de manera sencilla hacen que esta técnica se inserte fácilmente dentro de las metodologías arqueológicas para el registro de todo el material arqueológico. Debido a las características propias del registro arqueológico, es decir, a la necesidad de una metodología sistematizada que permita la rápida y precisa adquisición de datos, la comparación entre metodologías debe seguir esas directrices.

34

La aplicabilidad de los métodos depende enteramente del costo de la tecnología, su portabilidad y facilidad de manejo, y por supuesto a la calidad de los resultados, expresados en la resolución y precisión de la geometría. Los escáneres basados en laser obtienen las mejores resoluciones, es decir, nubes de puntos mucho más densas y en poco tiempo pero a un costo elevado. Los escáneres de luz estructurada son más económicos, pero su resolución y detalle se ven disminuidos considerablemente. Por último, tenemos a la fotogrametría de rango corto. Una técnica que aplicada correctamente puede obtener resoluciones acercadas a las del láser, a un costo muy bajo (Ilustración 18).

Láser

Ilustración 18 Comparación entre técnicas para el registro tridimensional. Las características en verde indican una ventaja moderada en relación a las otras técnicas. Las características en azul e indican una ventaja clara sobre las otras técnicas, y las características en rojo indican una desventaja en la técnica.

•Alta precisión •Modelos de Gran peso (equipos para visualizarlos y editarlos de gran costo) •Costo del aparato elevado •Texturas de baja calidad (O sin textura) •Integración compleja en las metodologias arqueológicas •Alta velocidad en la toma de datos

Luz estructurada •Alta precisión •Modelos son de bajo peso •Costo accesible •Texturas de baja calidad •Integración muy compleja en las metodologias arqueológicas •Alta velocidad en la toma de datos

Fotogrametría de rango corto •Precisión, depende de la calidad en la toma de las fotos •Modelos de peso variable •Coste muy reducido •Texturas de alta calidad •Fácil integración en la metdologia arqueológica •Velocidad media de toma de datos

35

4. Fotogrametría para el registro arqueológico 3D: Una propuesta de sistematización.

L

os restos arqueológicos constituyen una buena parte del patrimonio cultural y, como ya observamos en capítulos anteriores, su registro está sometido directamente a las preguntas que cada investigación se plantea, a los datos que son

perceptibles a la época y a los formatos en los que es registrada. En este capítulo presentaremos propuestas para sistematizar la colecta de datos en tres dimensiones mediante la fotogrametría, un flujo de trabajo para el registro con uso. La llamamos propuesta de sistematización porque la fotogrametría no presenta una metodología arqueológica nueva, solo sistematiza y homogeniza los datos geométricos del registro arqueológico que pueden ser utilizados dentro de cualquier metodología que los necesite. Como ya mencionamos anteriormente es la fotogrametría de rango corto la técnica idónea para integrase de manera sencilla al registro geométrico sistemático dentro de las metodologías arqueológicas. La fotogrametría digital ha avanzado de manera tal que sin necesidad de ser un profesional, con acceso a medios que están al alcance de todos los proyectos y algo de conocimiento de software se pueden realizar modelos precisos tridimensionales de sitios y materiales arqueológicos (ver ilustración 19). Entre los softwares existentes (ver ilustración 20), para realizar la restitución fotogramétrica hay diferencias en cuanto a los pasos a seguir, sin embargo podemos enumerar ciertas generalidades, para después hablar en específico del flujo de trabajo dentro del software PhotoScan de AgiSoft.

Tomar Fotografias

Alinear fotos para generar nube de puntos dispersa

Generar la nube de puntos densa

Exportar el modelo para visualización/análisis

Escalar/georreferenciar el modelo

Interpolar la nube densa para elaborar una superficie geométrica (Mesh)

Ilustración 19 Esquema que representa el flujo de trabajo para adquirir un modelo 3D mediante la fotogrametría

36

Crear texturas

Agisoft PhotoScan Pro

Software

Photomodeler Scanner

Fotogramétrico

Visual SFM Mic-Mac and Apero

Ilustración 20 Cuadro que muestra varios programas para realizar restituciones fotogramétricas. Además, lo acompaña un esquema que ilustra la relación entre cuatro programas en cuanto al manejo de los parámetros, tiempo que toma el proceso, y la calidad de los resultados.

3DF Zephyr 123D Catch Python Photogrammetry Toolbox SFM Toolkit Arc3D 3DM Analyst

Prosesamiento sencillo •Parametros predeterminados •Resultados sensillos, útiles para la visualización •Resultados en poco tiempo

My3D Scanner Cubify Capture Insight 3D Pix4D

123D Catch

LPS Bingo for Socet Set

Visual SMF Photomodeler Scanner

37

Selección de parametros rigurosa •Los objetivos especifican la linea de trabajo •Precisión métrica más fidedigna •Tiempo delante de una computadora intesivo

Agisoft PhotoScan Pro

4.1

Obtención de las imágenes

La fase para obtener las imágenes a partir de las cuales se generará un modelo 3D se compone de dos partes: 

El registro de puntos de control en el suelo (Ground Control Points, GCP), o distancias de referencia.



La toma de fotografías.

Como el cómputo para la restitución fotogramétrica se realiza bajo coordenadas locales, es necesario incluir información que nos permita contar con un sistema métrico absoluto. Si es posible, utilizando un GPS de precisión o una estación total se puede obtener coordenadas geográficas de los puntos de control, para así adquirir un modelo georreferenciado.

Si no es posible contar con coordenadas georreferenciadas, también podemos añadir el valor métrico absoluto mediante la colocación de marcadores a distancias conocidas.

Contar con un modelo 3D bajo un sistema métrico nos permitirá realizar cálculos, medidas e importarlos a otros programas de análisis con mayor facilidad. Para la toma de fotografías hay que evitar: 

Superficies muy obscuras



Superficies reflejantes



Superficies transparentes



Superficies con texturas uniformes



Movimientos de luces y sombras



Fotografiar la sombra de uno mismo



El uso de Flash

Las fotografías deben tomarse de manera continua, con un 80% aproximadamente de superposición, moviendo la cámara entre tomas de fotografías (Ilustración 21).

38

A

B

Ilustración 21 Imágenes que muestran la buena (A) y mala (B) correlación de puntos entre imagines. Las líneas azules indican puntos correctos equivalentes entre las fotos, líneas rojas indican intentos de correlación fallidos, indicando que no se puede construir la nube de puntos.

4.2

Procesamiento de los datos Hasta aquí, el procedimiento es el mismo sin importar el software, sin embargo,

usando PhotoScan un modelo 3D se puede generar en tres pasos semiautomáticos:



Orientar las fotos



Crear geometría



Crear textura

Antes de comenzar con la orientación de las fotos es recomendable, aunque no necesario, aplicar mascaras a las fotos donde objetos en movimiento, sombras u otros objetos aparezcan, donde la información sobre la textura falte, o donde la variación de la textura es muy sutil (objetos totalmente blancos).

Después de este pequeño pre-tratamiento, se procede con el alineamiento de las fotos. Es en este paso que se genera una nube de puntos 3D representando la geometría de la escena. La posición relativa de la cámara a la hora de tomar las fotos también es calculada junto con sus parámetros internos (foco, ubicación de los puntos, desviación mediante el coeficiente 39

tangencial y radial de distorsión). Para la construcción de las nubes de puntos, Photoscan utiliza el teorema structure from motion approach, por sus siglas SFM (Ullman, 1979), ver también (Szeliski, 2011) que finalmente es el método que determina la precisión en el cálculo de posición de los puntos.

En el siguiente paso es donde se reconstruye la superficie 3D. Es la parte que más tiempo consume dentro del proceso, y depende enteramente de las capacidades de la computadora donde éste se realiza y de la resolución deseada. Para realizarlo, el software utiliza algoritmos para ubicar las imágenes estereoscópicamente (Scharstein y Szeliski, 2002; Seitz et al., 2006). Como resultado se obtiene una malla poligonal. Además, el programa asigna un color para cada vértice a partir de los colores de los pixeles de las fotografías.

Sin embargo, para una mejor calidad en las texturas es posible aplicar un mapeo de ellas por separado. Es en el tercer paso dónde se calcula un llamado atlas de texturas. Como las fotografías originales están mapeadas en la superficie geométrica, esto nos permite obtener una textura de muy alta calidad. Este paso no es necesario para, por ejemplo, obtener un modelo digital de elevación (DEM, por sus siglas en ingles), u ortofotos. Pero viene muy bien cuando el modelo 3D se requiere para integrarse en otras plataformas, como por ejemplo programas de diseño y animación.

Más aun, un modelo con suficiente resolución en sus texturas es mucho más fácil de georreferenciarse, puesto que los marcadores se localizan más fácilmente. Como mencionamos anteriormente, para generar modelos digitales de elevación es necesario que el modelo esté referenciado a un sistema de coordenadas absolutas. Un beneficio adicional es que el programa PhotoScan nos permite hacer mediciones de área y volumen.

A pesar de que un modelo 3D es una medio científico valido para la documentación y presentación, requiere de software especializado para poder observarse. Impreso en 2D pierde todo el valor geométrico ganado. Ayuda un poco que dentro del programa PhotoScan es posible generar una ortofoto del modelo 3D, es decir, una imagen sin distorsiones focales. Así se pueden realizar mediciones métricas correctas. Sin embargo, el modelo digital de 40

elevación y la nube de puntos misma son los medios con más información mediante los cuales se puede realizar la documentación. Para los DEM se tiene el formato .tiff, para el modelo 3D y la nube de puntos. OBJ, 3DS, WRL, DAE, PLY, DXF, U3D o un archivo PDF que como veremos, junto con otros materiales gráficos, promete ser el medio de exportación 3D preferido y en constante proliferación.

Hasta aquí hablamos de cómo trabaja el software PhotoScan, y como se construye un modelo tridimensional a una escala real, quedando listo para exportar imágenes y modelos digitales de elevación. El siguiente cuadro expone la metodología en general (Ilustración 22, siguiente página.). Para todos los ejemplos se utilizó una maquina Sony Vaio, Intel Core I5 a 1.8 GHz. Intel HD Graphics 4000. 8GB de RAM, Windows 8 a 64 bits.

4.3

Registro de la prospección 3D

Como ya se dijo en el capítulo II, los documentos que integran el registro en prospección son mapas y croquis, ayudados siempre por una cédula que organice los campos de información a manera de tabla. Los datos de la prospección pueden provenir de la observación directa del investigador, así como de técnicas de percepción remota como fotografía aérea, imágenes de satélite y de técnicas de prospección geofísica.

Mediante las fotografías aéreas individuales tanto cenitales como oblicuas se pueden identificar rasgos no visibles desde el terreno, obtener ortofotos, modelos digitales de elevación (DEM) y modelos 3D del terreno, con texturas de una resolución fotográfica. La fotogrametría analógica es tan antigua como la fotografía misma, sin embargo mediante el uso de software especializado actualmente las computadoras nos permiten el tratamiento de estas imágenes disminuyendo el tiempo y aumentando la calidad de los resultados.

41

Fotogrametria de rango corto

Objetivos de la fotogrametría pueden ser:  Documentación  Visualización  Análisis métricos  Comparaciones geométricas  Reconstrucciones con fotos históricas  Detección de cambios, deterioros y estados de conservación

Arquitectura o Manifestaciones Gráfico-Rupestres

1. Definir los objetivos del registro

Prospección

Relieve y topografia

Excavación

Estratigrafia

Laboratorio

Elementos

Piezas arqueológicas

2. Referencias de escala

Puntos de control

Ilustración 22 Cuadro sinóptico que ilustra el proceso a seguir para cualquier modelo elaborado mediante fotogrametría de rango corto

-Medidas -Escalas -Coordenadas UTM/Locales

3. Registro fotográfico Cuando se toman las fotos de Arquitectura o de manifestaciones gráfico-rupestres la dirección de la mayoría de las fotografías es horizontal, mientras que para relieve y topografía se buscan fotografías cenitales.

Toma de fotos Tener en cuenta: -Parámetros de Camara -Traslape 80%

Contar con pantallas, luces y una tornamesa para la toma de fotografías de piezas arqueológicas no es fundamental, aunque ayuda a acortar tiempos de limpieza y edición de los modelos resultantes.

-Número de Fotografias

4. Labores dentro de una computadora

Agisoft PhotoScan 1.-Alinear fotos 2.-Nube de puntos densa 3.-Construir del modelo poligonal 4.-Incerción de puntos de control en el modelo

5. Evaluación del resultado

Exportar

Modelo 3D

Imagen 2D

Formato más común PLY (Standford) OBJ (Wavefront) MeshLab, Blender, CloudCompare

Formato más común

42

TIFF (Ortofoto, DEM) Quantum GIS, GIMP, Inkscape

Como pudimos observar, la cantidad de parámetros que se pueden controlar dentro del programa PhotoScan de AgiSoft son muchos. Intentamos resumir el impacto que tienen estos parámetros en general en factores como el tiempo y la calidad que pudieran tener los modelos en el siguiente cuadro (Ilustración 23)

Ilustración 23 Tabla de comparación entre un modelo fotogramétrico realizado en alta calidad (Izquierda), y baja calidad (Derecha).

Alinear fotos y nube dispersa Precisión Alta - 2 minutos 20 segundos -16 494 puntos Nube densa Calidad media (1) - 4 minutos - 1 129 088 Mesh Calidad Alta - 1 minuto 34 segundos - Caras: 225 783 vértices: 113 804 Textura - 1 minuto 21 segundos - 4 096 pixeles Área - 1.26455 m2 (2) Tamaño de archivo .PZS - 38.4 MB Altura de Vuelo - 1.53686 m Error en Metros - 0.002758 (3) Resolución de suelo (Textura) - 0.000288539 m/pix Densidad de Puntos - 750 709 puntos/m2

Alinear fotos y nube dispersa Precisión Baja - 18 segundos - 3004 puntos Nube densa Calidad más baja (1) - 32 segundos - 90 671 Mesh Calidad baja - 5 segundos - Caras: 20 000 vértices: 10 185 Textura - 16 segundos - 1 024 pixeles Área - 1.85799 m2 (2) Tamaño de archivo .PZS - 4.16 MB Altura de Vuelo - 1.57143 m Error en Metros - 0.002776 (3) Resolución de suelo (Textura) - 0.000288589 m/pix Densidad de Puntos - 46 903 puntos/m2

43

1.- La calidad de nube densa aún puede ajustarse a dos calidades superiores a media: Alta, y Ultra Alta, sin embargo su elaboración sobrepasa la capacidad del hardware con el que se cuenta, pues su tiempo de elaboración toma en Alta: 4 horas; Ultra Alta: 36 horas.

2.- El área se vio aumentada en baja calidad, pero no porque se manipulara el área a reconstruir manualmente; más bien, parece ser que al aumentar la densidad de puntos, disminuye automáticamente el área. Esto puede controlarse cambiando manualmente el área a reconstruir. 3.- El error se calcula al introducir los puntos de control, a partir de la deformación geométrica que esto ocasiona.

Es posible realizar registros de superficie de elementos arqueológicos, por ejemplo restos arquitectónicos o elementos grafico-rupestres tomando fotografías de ellos. Además si se cuentan con las coordenadas geográficas de los elementos, es posible ubicarlos en mapas, obtener dibujos y registrarlos de manera rápida y sencilla.

En las últimas décadas, la utilización de vehículos aéreos no tripulados, mejor conocidos como drones, para la investigación científica ha ido en aumento. Aunque su aplicación en la arqueología aun es poca, el potencial de empleo de la fotografía aérea ha cobrado mayor importancia, sobre todo por el bajo costo de estos.

De esta manera se pueden obtener imágenes con el propósito de restituir en tres dimensiones áreas extensas del terreno, obteniendo orto imágenes y modelos digitales de elevación que pueden ser utilizados para la identificación y estudio de restos arqueológicos.

4.3.1 Restos Arquitectónicos En arqueología, los restos arquitectónicos son documentados generalmente mediante dibujos y fotografías. Dependiendo de la complejidad de los elementos, podemos encontrar distintos registros que van desde planos hasta croquis muy esquemáticos. Todo depende de los detalles que se quieran documentar y resaltar.

A continuación se detallarán los pasos para conseguir la documentación de elementos arquitectónicos utilizando la técnica de fotogrametría: 4.3.1.1 Fachada de Iglesia, Ronne Bornholm, Dinamarca.

Para este ejemplo, el objetivo fue poder

registrar

una

fachada

(Ilustración 24), el primer paso, la toma de fotografías, se realizó en dos rondas, que sumaron en total 62 Ilustración 24

fotos, concentrando la segunda ronda

Captura de pantalla que muestra la distribución de las fotografías con respecto a la fachada de la iglesia.

de fotografías en la puerta de la

44

iglesia para obtener mejor detalle en esta zona, se pudo reproducir la geometría de su portada. Como puntos de control, se escogió el ancho de la puerta del edificio, que midió 1.63 m. Debido al poco espacio en la calle para tomar las imágenes y a que la iglesia está rodeada de casas en sus inmediaciones no se pudieron obtener fotografías desde todos los ángulos necesarios para reconstruir con precisión la torre y el edificio completo. No obstante, fue posible obtener una nube de puntos

1

(Ilustración 25) y un modelo con suficiente información como para presentar la altura máxima, observar el sistema constructivo y sus acabados.

Una vez importadas las fotografías en el programa, se procedió al alineamiento de imágenes. Para esto, se buscó el menor tiempo posible en el

2

proceso que al mismo tiempo permitiera tener suficiente resolución para observar los detalles en la decoración del edificio. De tal manera, en el menú de alineamiento se escogió la opción alta en la precisión del alineado. Después de 10 minutos que tomó el proceso, se continuó con la elaboración de la nube de puntos, cuyos parámetros colocamos en

3

mediana calidad, generando 2 809 134 puntos, a partir de los cuales se generó el llamado Mesh, o modelo tridimensional a base de polígonos.

Ilustración 25 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando 3 momentos: 1.- Creación de la nube dispersa. 2.- Creación del modelo poligonal, o Mesh. 3.- Creación de la textura sobre el Mesh.

45

Para este proceso, se seleccionó la calidad media, dando un total de 565 671caras, reduciendo el número de vértices a 284 580.A continuación generamos la textura del modelo, con un tamaño de 2048 pixeles. Para finalizar, se le dio escala natural al modelo mediante dos puntos de control, ubicados en la base de la puerta de la iglesia, seleccionando ambos puntos en el panel de puntos de control, y dando clic derecho sobre estos, escogemos la opción “barra de escala” en el menú desplegado (Ilustración 26). A continuación, seleccionamos la barra de escala que aparece debajo del panel de izquierdo dónde se ubican los puntos de control, y editamos la medida colocando 1.63, damos clic izquierdo en la opción de actualización en la parte superior del panel de puntos de control y listo, el modelo ahora cuenta con escala real.

Espacio donde se introduce la medida real

Puntos de control y barra de escala

Ilustración 26 Captura de pantalla que muestra donde se colocaron los puntos de control, además de la barra de escala que permite referenciar el modelo.

Utilizando el software MeshLab, se tomaron las medidas extremas de la iglesia, y exportando una ortofoto de PhotoScan de la fachada a PhotoShop (Ilustración 27), se obtuvo el siguiente resultado:

46

Ilustración 27 Dibujo de la fachada y portada de la iglesia de Ronne, Bornholm Dinamarca elaborado a partir de la ortofoto del modelo 3D y detalle de la portada.

47

4.3.1.2 Fogón, sitio arqueológico Santiago, Aguascalientes, México.

Durante las tareas de prospección es muy recurrente que los

1a

arqueólogos se encuentren con los restos en superficie de elementos arquitectónicos, así como huellas y marcas de diversas índoles dejados por grupos humanos en el pasado. En este ejemplo, el objetivo era registrar un elemento que se encontró dentro de una estructura arquitectónica a nivel de superficie. Para ello, se tomaron 26 fotografías del elemento que en superficie parece un fogón, añadiendo a la escena un

1b

escalímetro de 25 cm. Las

fotografías

se

tomaron

trazando

una

circunferencia irregular que captura todos los ángulos de este elemento a la altura del fotógrafo (Ilustración 28). Ya importadas las fotos al software fotogramétrico, se alinean con la opción de alta calidad señalada, y se generan 114 002 puntos de referencia, en 5 minutos. Partiendo de

2

éstos, se genera la nube densa con una calidad media constituida por 1 027 127 puntos. A su vez, este millón de puntos se utiliza para construir un modelo 3D de calidad media formado por 199 690 caras en 100 000 vértices. Para finalizar, la textura se construyó a una resolución de 2048 pixeles.

3

4

Una

vez

que

tenemos el modelo y se referencia con una barra de escala, podemos exportarlo Ilustración 28 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando 4 momentos: 1.- Alineación de las imágenes, dos vistas del patrón que se forma al tomar las fotos. 2.- Creación de la nube dispersa. 3.- Creación del modelo poligonal o Mesh. 4.- Creación de la textura sobre el Mesh.

48

en forma de DEM a un GIS (Geographic information System), junto con una ortofoto. Ya en el GIS, podemos extraer curvas de nivel, que siempre ayudan en una imagen 2D a adquirir la sensación de profundidad, así como aplicar rampas de colores al mismo DEM. De esta manera, obtenemos información gráfica referenciada, con escala, y con la posibilidad de representar tres dimensiones de nuestro modelo, fácilmente integrado en cartografía de mayor escala (Ilustración 29 y 30), en este caso, como en el conjunto habitacional donde se encuentra el elemento.

Ilustración 29 Dibujo elaborado a partir de la ortofoto extraída del modelo 3D del fogón.

Ilustración 30 Ilustración elaborada en Quantum, que muestra las curvas de nivel y el modelo digital de elevación de un fogón.

49

4.3.2 Prospección de Manifestaciones Grafico-Rupestres Para la documentación de las manifestaciones gráfico-rupestres encontramos una variedad de dibujos que se obtienen al calcar en superficie tanto los motivos pictóricos como los motivos grabados en la piedra. Utilizando la fotogrametría podemos elaborar imágenes que detallen los motivos dentro del relieve de la roca donde fueron pintados o grabados. Para realizarlos, podemos seguir los siguientes pasos:

4.3.2.1 Pintura rupestre, sitio arqueológico El Ocote, Aguascalientes, México.

1

Para este ejemplo, el objetivo era obtener un registro de las representaciones pictóricas en un panel, además de poder observar la geometría de la pared rocosa donde están insertos. De tal manera que las fotografías que se tomaron (Ilustración 31) se enfocaron en donde ya se conocía habían

2

3

4

5

Ilustración 31 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando 5 momentos: 1.-Alineación de las imágenes. 2.-Creación de la nube dispersa. 3.-Creación de la nube densa. 4.-Creación del modelo poligonal, o Mesh. 5.-Creación de la textura sobre el Mesh.

50

motivos otrora registrados. No obstante se tomó una última ronda tratando de cubrir hasta la línea de goteo. La escala fue una cinta métrica ubicada a nivel de suelo en la base del abrigo rocoso. Después de importar las fotografías del panel al software fotogramétrico, la alineación dio como resultado una nube de puntos dispersa compuesta de un total de 263 764 puntos. Posteriormente generamos la nube densa, en calidad media con un total de 8 710 093 y para terminar con la geometría, la malla 3D se genera en calidad alta con 583 755 caras y 294 255 vértices.

Ilustración 32 Captura de pantalla que muestra el cuadro para exportar ortofotos. Para obtener una imagen de alta calidad, se pueden seleccionar el tamaño de pixel que en este caso mide 0.000887626 m X 0.000887626 m.

Para este tipo de manifestaciones grafico-rupestres, lo más importante del modelo es la textura que se le imprime al modelo, debido a que es la ortofoto la que provee de la ilustración. Para su creación, la resolución de la textura se fijó a una calidad de 4 096 pixeles. Además, en el menú para exportar la ortofoto es posible refinar la imagen colocando el tamaño de los pixeles por unidad métrica (Ilustración 32). En este caso, se colocó a 0.000887626 m de ancho y largo el tamaño de cada pixel. Posteriormente en Photoshop es posible saturar la imagen para poder observar con mayor detalle los motivos (Ilustración 33).

51

Ilustración 33 Ilustración que señala el número de panel donde se encuentran las manifestaciones rupestres. Saturando la imagen mediante Photoshop es posible resaltar los motivos.

1

4.3.2.2

Madsebakke

A diferencia de la pintura rupestre, el registro de los petrograbados mediante fotogrametría se enfoca más en el detalle geométrico, no tanto en el detalle en la textura. Es por eso que el número de fotografías debe ser más abundante, puesto que al tener un mayor número de

2

ángulos se asegura la precisión geométrica.

En este caso en particular, el objetivo era obtener un modelo 3D capaz de servir para identificar y registrar el petrograbado con claridad suficiente como para poder observar con detalle el modelo y poderlo clasificar. El número de fotografías tomadas para este registro fue de

3

25, y se tomaron rodeando el motivo (Ilustración 34). De escala nos servirá una regla flexionable, cuyos segmentos miden 25 cm cada uno. Ilustración 34 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando 3 momentos: 1.- Alineación de las imágenes. 2.- Creación del modelo poligonal, o Mesh. 3.-Creación de la textura sobre el Mesh

52

La alineación en alta calidad generó una nube dispersa compuesta por 57 175 puntos. La nube densa concentró 676 600 puntos, que al generar la malla de polígonos se diluyen en 90 560 vértices y 180 000 caras. La textura se generó a una resolución baja de 1 024 pixeles. Para exportar y visualizar este tipo de modelos, en donde nos interesa la geometría del modelo, colocamos puntos de control (Ilustración 35), y después seleccionamos del menú archivo la opción exportar MDE, al cual le aceptamos los parámetros por defecto.

Cuadro donde se

Puntos de control

incertan las coordenadas de los puntos de control Ilustración 35

Captura de pantalla que muestra los puntos de control. Para este modelo, una regla flexionable de 50 cm, doblada por la mitad le da escala a todo el modelo.

Ilustración 36 De izquierda a derecha: Ortofoto del petrograbado; Modelo Digital de Elevación, que con una rampa de color muestra el petrograbado; Captura de pantalla del modelo 3D en MeshLab.

El modelo digital de elevación se guardara en la dirección que escojamos en formato TIIFF, lo que nos permitirá introducirlo en cualquier SIG, y generar a partir de éste modelos digitales del terreno, también llamados Hillshades (Sombreado de relieve) que dentro de nuestro sistema de información geográfica nos permite simular una fuente de luz sobre el terreno. Paralelo a esto, es posible generar también información gráfica utilizando el software MeshLab, importando un modelo 3D en formato OBJ, o PLY, y cambiando la dirección de la luz que es proyectada sobre el modelo (Ilustración 36). 53

4.3.3 Percepción remota con Drones Utilizando las fotografías tomadas desde

1

aeronaves no tripuladas se pueden elaborar modelos 3D y obtener modelos digitales de elevación y ortofotos. En el presente ejemplo el objetivo era registrar un campo chinampero.

2

Para tomar las fotos (Ilustración 37), se utilizó un dron, es decir, un objeto volador no tripulado, manejado a control remoto con una cámara instalada.

Para delimitar el área se colocaron 6 dianas de 1 metro cuadrado sobre el terreno y posteriormente, con una estación total se le dieron coordenadas UTM reales.

3

En total, el dron tomó 114 fotos a una distancia del suelo de 19 metros en un área de 6 kilómetros cuadrados. Dentro del software fotogramétrico se alinearon las fotografías dando lugar a una nube dispersa con un total de 238 874 puntos. La malla poligonal tiene un Ilustración 37 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando 3 momentos: 1.-Alineación de las imágenes. 2.-Creación de la nube dispersa. 3.-Creación del modelo poligonal, o Mesh.

conteo de 157 143 caras, y 78 971 vértices. La resolución de la textura es de 1 024 pixeles. Se colocaron los marcadores sobre las dianas, identificándolas por su número dentro de la estación total, y así se georreferenció el espacio.

El formato ideal para exportar este tipo de modelo es sin duda el modelo digital del terreno y la ortofoto TIFF que permita su integración en un SIG, para poder mapear sobre él cualquier elemento de nuestro interés (Ilustración 38).

54

Ilustración 38 Información desplegada por el reporte que se puede generar desde el programa. De izquierda a derecha, puntos de control y una tabla mostrando la precisión; Modelo digital de elevación, que también cuenta con la información de la resolución del modelo; Esquema que muestra el traslape de las imágenes, en las áreas azules existe el traslape de 9 imágenes o más, mientras que en las áreas rojas solo se traslapan 2 imágenes, permitiendo evaluar qué áreas del modelo son menos precisas que otras.

4.3

Registro de la excavación 3D

La sistematización del trabajo arqueológico, al menos para la excavación, comenzó a mediados del siglo XX, después de que en su fructífera primera mitad, M. Wheeler estableciera las primeras reglas de lo que va a ser la excavación científica. Wheeler quería analizar las estratigrafías, puesto que con ellas se ordenan cronológicamente los objetos que se encuentran dentro de ellas, e intentó imponer la excavación por estratos naturales, siguiendo su topografía irregular. Esto fue una gran innovación metodológica que rechazó la excavación que solo buscaba destapar muros con zanjas que rompen la relación entre las secuencias estratigráficas (Harris 1997). El método geológico y la identificación cuidadosa expresada en el dibujo rigurosamente medido de los cortes es la base del registro dentro del sistema de Wheeler, además del diario de campo. Los bordes de los estratos se tienen que definir con una línea precisa, obligando al arqueólogo a decidir cuáles son sus límites topológicos y las relaciones que mantienen entre sí. El equipo del dibujante era el básico que aún se sigue utilizando, papel cuadriculado y una tabla para apoyarse, lápiz y goma, escalímetro, hilo y plomada para el banco de nivel, clavos y cinta métrica. 55

Pero la rigurosa organización de Wheeler tenía el grandísimo problema de que lo que no aparece en los cortes, no se representa. Obviamente, al margen de los cortes no siempre se puede observar con claridad las relaciones estratigráficas. Esto daría paso a la propuesta de Harris, en 1979. Antes que Harris, excavadores como el inglés Ph. Barker y el italiano N. Lamboglia, sustituyeron algunos conceptos del método de Wheeler, como por ejemplo el concepto de corte por el de sección móvil y acumulativa. Frente al alzado estratigráfico de la pared de la excavación definida a priori e independiente de los fenómenos estratigráficos, la sección se abriría allí donde lo requiere el yacimiento, donde es necesario conocer como es el relleno de una habitación o basurero, y se dibuja conforme se avanza en la excavación. Así la excavación se puede extender sin acomodarse al corsé del sistema de cuadriculas y los estratos se excavan completos (Barker 1977:78-83; Harris 1997:105-113; Carandini 2010: 109) Lo que Harris nos explica es que es el dibujo de todos los planos de estratos es lo que a final de cuentas documenta la totalidad de la excavación. Nos dice que la elaboración de dibujos ocurre al registrar plantas y hallazgos excepcionales. Para registrarlos, la excavación se detiene dejando la superficie limpia para que se registre mediante fotos y dibujos en extensión y con detalle el yacimiento. En la práctica, esto se sigue haciendo, no obstante los problemas que tiene realizar el registro de esta manera. En primer lugar, hay que tener claro que estas plantas documentan un momento de la excavación, no un momento histórico determinado, que requerirán de interpretación para poder hablarnos de ese momento que buscamos investigar. En segundo lugar, no todas las plantas son registradas en la práctica a nivel de dibujo, puesto que la excavación se interrumpe del todo mientras se efectúan los dibujos, consumiendo mucho tiempo. Se hacía necesario encontrar un sistema que permitiera satisfacer los compromisos de rapidez (por conveniencias de logística) y rigor (documentación científica). Así llegamos a las fichas de unidad de estratigrafía (las famosas UE, de Harris) que básicamente pasan de documentar la estratigrafía (el resultado) al estrato (el sujeto). A esto se le añade un elemento grafico abstracto, la representación estratigráfica completa del yacimiento mediante un diagrama de Harris, mejor conocido como matriz Harris. 56

Como consecuencia de aplicar esta metodología, se abandonan los dibujos de secciones, que pasan ahora a ser solamente auxiliares, y se prioriza el plano compuesto de periodo, fase o actividad, esto presentando en un plano todas las UE que son sincrónicas, toman en cuenta cualquier tipo de evidencia, y no incluyen aún ningún tipo de reconstrucción. Puesto que investigar el pasado mediante excavación es un proceso que puede describirse como “destrucción

controlada”, la producción

de

conocimiento

arqueológico mediante excavaciones directamente nos conduce a la destrucción de los restos in-situ, volviendo a la reproducción del mismo, y a los datos contenidos en él, difíciles de transferir al futuro para ser revisados o reinterpretados, puesto que el contexto de donde son extraídos no se preserva. Sólo se conservan testigos ex-situ mediante evidencia producida al momento de la excavación, como dibujos, fotografías y en algunos casos videos. En consecuencia, el público académico, y el general, se quedan con las interpretaciones de los investigadores en dos dimensiones de las excavaciones. Es por eso que hoy en día las características de un flujo de trabajo que integre la documentación 3D mediante fotogrametría debe, en el marco de la conservación del patrimonio, ser rápido, preciso, de fácil aplicación y manejable. Para registrar una excavación es importante tener un modelo de la superficie antes de la intervención. Para tener georreferenciado el modelo es necesario que el primer cuadro de nuestra excavación cuente en sus cuatro puntos con coordenadas, ya sean locales o geográficas, de tal manera que los modelos siempre tengan una referencia métrica real. Así pues, en cada nivel que se quiera registrar se tomarán las fotografías dejando los puntos de referencia visibles en cada modelo.

57

Para este ejemplo, se documentó una

1

excavación cerca de un muro del Castillo de Hammerhuss

en

Bornholm,

Dinamarca.

La

intervención no requería de un control reticulado, puesto que el lugar ya había sido intervenido en el pasado inmediato, así que se optó por abrir 1.30 x .70 m en dirección perpendicular al muro. Para efectos

2

prácticos solo describiremos un momento de registro de la excavación, sin embargo los parámetros pueden ser aplicados en cualquier momento de la excavación. Se detectó un cambio de coloración en el suelo, a 33 cm de la superficie y después de liberar una capa compuesta mayormente por restos de ladrillos, el suelo se tornó de rojizo a café y la arcilla que lo

3

componía era menos plástica. Se tomaron 12 fotografías de la excavación tratando de cubrir también las paredes de los perfiles. Al procesarlas, las 12 fotografías se alinearon con alta precisión en 3 minutos generando una nube dispersa de 11 419 puntos.

Ilustración 39 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando tres momentos: 1.- Alineación de las imágenes, y la colocación de los puntos de control 2.-Creación de la nube dispersa 3.-Creación de la nube densa.

La nube densa se construyó en 10 minutos con una resolución media de 1 460 054 puntos, la malla poligonal en 3 minutos con 161 809 caras, 81 538 vértices y la textura en 2 minutos a 1024 pixeles, para un total de tiempo invertido, tanto en campo como frente a una computadora de 23 minutos para el registro a detalle de la excavación (Ilustración 39).

58

Para visualizar la excavación (Ilustración 40), es posible, sobreponer cada unidad

modelo de

representando

excavación

en

cada algún

software de animación 3D, ya sea AutoCAD 3D, Blender, Maya, etc. una opción rápida y sencilla es utilizando el software gratuito CloudCompare, que permite de manera muy intuitiva sobreponer

los

cortes,

desplegar

y

modelos, una

generar escala

(Ilustración 41).

Ilustración 41 Captura de pantalla del programa Cloud Compare, mostrando el proceso de excavación de perfil, tanto Norte (Derecho, arriba), como sur (Derecha, Abajo), separando las capas en valores de altura, o superpuestas.

Ilustración 40

Capturas de pantalla del programa CloudCompare ilustrando los momentos de excavación. 59

4.4

Piezas arqueológicas Para cada categoría en las suelen separarse a las piezas arqueológicas han

desarrollado estilos diferentes para representarlas a manera de dibujo. No obstante, y en contraposición a las fotografías, el dibujo arqueológico mantiene una directriz principal: resaltar aquellos detalles que sean más relevantes para la investigación de la pieza, además de poder realizar mediciones sobre el dibujo. Así pues, una simbología que separe las decoraciones y técnicas de manufactura en las piezas y una escala métrica son los elementos indispensables para la correcta representación en 2D de piezas arqueológicas. Las habilidades que se requieren para poder elaborar un dibujo de una pieza a detalle ocasionan que los arqueólogos que no cuenten con ellas releguen esta tarea a los más dotados, siendo estos pocos y no participan en todos los proyectos, investigaciones, museos etc. En consecuencia, encontramos informes y trabajos cuyas ilustraciones se quedan a un nivel esquemático, poco realistas y en ocasiones confusas. Es aquí donde la fotogrametría tiene incidencia, al permitirnos, no solamente recrear en dos dimensiones las piezas para su análisis, exposición y archivado, además de entregarnos una dimensión extra, y un realismo en su despliegue al alcance de cualquier proyecto. Sin embargo, en este asunto no es tan sencillo practicar la fotogrametría. Un ensamble de fotografías que nos permita obtener la geometría precisa de un objeto en todas direcciones, necesita de varios puntos extras a considerar en la planeación antes de tomar las fotografías. El primer punto es la luz. Necesitará estar la pieza en un ambiente con luz difusa controlada. Un par de lámparas y pantallas servirán para realizar el registro. En segundo lugar, para fines de comodidad la cámara estará fija montada en un tripie. Y en tercer lugar, el número de fotografías deberá ser muy elevado, de 50 a 160 fotografías, dependiendo del tamaño de la pieza y los detalles que se quieran conseguir.

60

1

Para poder llevar un buen control, es recomendable tener la pieza sobre una tornamesa para girarla con precisión y después de completar una vuelta, cambiar la pieza de posición, de tal manera que las partes que se ocultaban de ésta también se registren.

2 3 Ilustración 42

4

Para lograr la alineación de fotografías que permitan observar la totalidad del objeto, se colocó la pieza en una tornamesa, y después de cierto número de rondas, se cambió de posición el objeto, permitiendo así registrar todos sus lados.

Si las luces están bien colocadas, y las fotografías son abundantes, el programa fotogramétrico elaborará la pieza en tres dimensiones, pero aun así requerirá de algo de edición extra para eliminar puntos innecesarios y, si se cuenta con la capacidad, importar el modelo en algún editor de animación en 3D para poder retocar la pieza y corregir detalles. Para el siguiente ejemplo, el objetivo es conseguir un

Ilustración 43 Capturas de pantalla mostrando el procedimiento dentro del software para generar un modelo 3D, considerando 4 momentos: 1.-Creación de la nube dispersa. 2.- Creación de la nube densa. 3.- Creación del modelo poligonal, o Mesh. 4.- Creación de la textura sobre el Mesh

dibujo de una pieza de cerámica útil como ilustración arqueológica utilizando de base la fotogrametría. La pieza se colocó sobre una tornamesa, y se tomaron 78 fotografías, en 6 rondas (Ilustración 42). Después de alinearse las fotografías en calidad alta, se generó una nube dispersa de 12 937 puntos en 20 minutos. La nube densa tomo 30 minutos en formarse, compuesta de 738 61

086 puntos. La maya de polígonos tomó un tiempo de 15 minutos en formarse, y lo hizo con 180 000 caras y 90 004 vértices (Ilustración 43). La textura se construyó a una resolución de 2 048 pixeles. Para referenciar el modelo a una escala natural, se midió el diámetro de la boca de la vasija, se colocaron 3 puntos. En el panel de puntos de control se colocaron las medidas y así fue posible exportar las ortofotos necesarias para elaborar la ilustración (Ilustración 44). Con las ortofotos exportadas en Photoshop fue posible reconstruir un dibujo listo para ser una ilustración (Ilustración 45).

Cuadro donde se insertan las

coordenadas y se calcula el error

Puntos de control Ilustración 44 Captura de pantalla mostrando donde se colocaron los puntos de control sobre la figura, las medidas que se introdujeron y el error calculado del modelo.

Ilustración 45 Para la realización de esta imagen, se exportaron dos ortofotos desde la misma posición, pero la segunda con el modelo recortado para que se pudiera apreciar el grosor de la vasija. Después, mediante el uso de Photoshop se mesclan las imágenes, para generar la ilustración.

62

La ilustración mediante la fotogrametría tiene grandes alcances. Sin necesidad de ser un experto ni en fotogrametría, ni en dibujo arqueológico, es posible obtener imágenes precisas y de calidad para ilustrar nuestras labores, que pueden dejarse clasificar en: labores de campo y labores de laboratorio. Dentro de las primeras, existen las labores de prospección y las labores de excavación, cada una con sus productos ilustrativos. Dentro de las segundas, las labores de laboratorio, se han desarrollado estilos para cada material que se ilustra, sin embargo podemos decir que dos son los principales ejes por el que guía la ilustración de piezas arqueológicas: a) Precisión métrica b) Resaltar características decorativas y de manufactura de las piezas.

A lo largo de este capítulo hemos visto cómo se pueden obtener modelos 3D, y hemos ejemplificado como se pueden volver ilustraciones 2D. Sin embargo, su potencial está en la tercera dimensión que obtenemos mediante este registro. Por eso, en nuestro siguiente capítulo veremos de qué manera podemos utilizar estos modelos 3D para obtener información adicional, análisis geométricos y restauración.

63

5. Aplicaciones de los modelos 3D

L

a digitalización tridimensional no solamente sirve para generar imágenes, también sirve para realizar cálculos, estudiar las propiedades geométricas de los modelos o editarlos con fines explicativos, de difusión y educación.

El interés por este proceso en arqueología es tan antiguo como la informática gráfica misma, y su utilización está condicionada por la evolución en las tecnologías de captura de datos, así como al desarrollo de software especializado para los análisis. Para utilizar los modelos en análisis geométricos los requisitos que debe cumplir un modelo 3D depende del uso que va a hacerse del mismo. Si solo requerimos visualizar el modelo desde una posición fija, la calidad en la geometría y las texturas pueden ser mucho menores. Si se requiere calcular su volumen entonces será un modelo generado con los parámetros de más alta calidad, por poner un ejemplo. Una medida que permitirá evaluar si el modelo que tenemos es útil para ciertos análisis es la resolución, entendida como la distancia entre puntos muestreados. Esta medida está relacionada con el tamaño mínimo que podemos representar. La resolución depende de la tecnología que se utilice para el registro. Para la fotogrametría de rango corto, la resolución del modelo está ligada a cantidad y resolución de las imágenes tomadas, así como a una serie de parámetros que son insertados dentro del proceso de creación de los modelos por el software fotogramétrico, haciendo posible que podamos obtener modelos de resolución variable, llegando incluso a obtener modelos con una resolución de décimas de milímetro si así lo requiriésemos. Los modelos 3D han sido objeto del interés de diversas disciplinas que ya los han aplicado en estudios especializados, por ejemplo las aplicaciones industriales en las que prototipos son probados en ambientes digitales, es el caso de la industria automotriz y aeroespacial. En el campo biomédico se han desarrollado técnicas innovadoras para entrenar médicos en cirugías con órganos digitales, o impresos en 3D y que decir del desarrollo del modelaje en 3D en el cine, video comercial y videojuegos. La disminución del costo de la tecnología ha permitido que desde todos estos campos, los arqueólogos se interesen por ella, y fuera objeto de un foro especial en 2007, en las reuniones anuales de la

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Sociedad de Arqueología Americana (Summer and Riddle, 2009). El Centro de Evolución Humana del Instituto Smithsoniano en Washington D.C., utiliza los escáneres laser 3D como parte de su trabajo diario. Recientemente sus investigadores completaron una base de datos web gratuita de primates y evolución humana disponible para estudiantes y científicos (http://humanorigins.si.edu/evidence/3d-collection). Puesto que el objetivo de este capítulo es el de mostrar las aplicaciones dentro del campo de la arqueología de una manera sencilla, y ya hemos establecido en capítulos anteriores que mediante la fotogrametría se pueden obtener modelos que pueden ser usados para la creación de imágenes en 2D que son parte de una documentación y conservación del patrimonio. A continuación se presentarán de manera introductoria más usos dentro de las investigaciones que están relacionadas con el patrimonio cultural. La digitalización de piezas arqueológicas en 3D, como cualquier otra técnica dentro de esta ciencia, no es un fin, sino un medio. Esto quiere decir que debe servir como base para resolver problemas concretos en el ámbito del patrimonio cultural, por lo que podemos clasificar las aplicaciones de los modelos 3D dependiendo del objetivo que persiguen en: documentación gráfica, difusión, análisis y restauración.

5.1 Documentación gráfica 3D Dedicamos todo el capítulo IV a mostrar cómo obtener modelos 3D, extraer imágenes 2D y presentarlos de la manera tradicional en arqueología, pero el modelo digital constituye un detallado documento gráfico tridimensional desde el momento en que lo visualizamos en los programas que los Ilustración 46 Captura de pantalla del programa Agisoft, mostrando el resultado de la digitalización 3D de un soporte zoomorfo. Dentro de este programa se puede manipular la pieza, observarla desde todos sus ángulos y evaluar características como estado de conservación, morfología, etc.

generan y nos permiten saber cómo era un objeto en un

momento

dado

(Ilustración

46).

Esta

documentación es especialmente valiosa cuando se va a realizar alguna intervención en el elemento, ya que constituye un registro tridimensional de la

superficie del objeto que permitiría reconstruirlo en caso de perderse. 65

El problema es que actualmente es complicado observar esta documentación en tres dimensiones si no es mediante el uso de visores gráficos 3D en computadoras, como por ejemplo el software MeshLab. También existen servicios en la web, que permiten la visualización y almacenamiento de modelos que se pueden compartir mediante el uso de una dirección web en internet, así podemos crear y acceder a colecciones digitales donde estén almacenados los modelos, haciendo posible inspeccionar los objetos virtualmente, compartiendo entre distintas comunidades de observadores la información sin poner en riesgo la pieza original. La efectiva documentación y presentación de artefactos arqueológicos es una tarea esencial en el campo de la conservación del patrimonio cultural. Esto hará que los catálogos de imágenes tradicionales en dos dimensiones de piezas arqueológicas de museos, colecciones y proyectos, que consumen mucho tiempo y presentan muchas limitaciones, poco a poco y progresivamente sean sustituidos por catálogos de modelos 3D de las piezas, edificios o sitios arqueológicos. Los modelos 3D representan un gran adelanto en este campo, sobre todo cuando se toma en cuenta que estos archivos digitales son fácilmente conservables, perdurables, almacenables e inmunes a la degradación por el tiempo.

Ilustración 47 Render que muestra un modelo fotogramétrico (canaletas) insertados en un modelo elaborado en Blender (Arcos). Imagen elaborada por Pablo Aparicio 2014.

66

5.2 Reconstrucciones Por reconstrucción virtual, según los Principios de Sevilla4, se entiende: “… el intento de recuperación visual, a partir de un modelo virtual, en un momento determinado de una construcción u objeto fabricado por el ser humano en el pasado a partir de las evidencias físicas existentes sobre dicha construcción u objeto, las inferencias comparativas científicamente razonables y en general todos los estudios llevados a cabo por los arqueólogos y demás expertos vinculados con el patrimonio arqueológico y la ciencia histórica.” El objetivo aquí es poder crear imágenes o animaciones que faciliten la transferencia de conocimiento que se tiene sobre el patrimonio. Esto es especialmente interesante cuando el original es de difícil, peligroso o imposible acceso, o cuando las visitas lo deterioran. Puede utilizarse como vehículo para promocionar el patrimonio en Ilustración 48 El Sistema MNEME, Sistema de visualización estereoscópica, la consola de comando y una aplicación funcionando. Este tipo de sistemas se pueden implementar en los museos para volver las exposiciones interactivas. Bruno et. al., 2010:47, fig. 7

museos y exposiciones (Ilustración 48). Uno de los aspectos más interesantes es

poder

completar

el

modelo

con

componentes que en la actualidad no existen. Así, por ejemplo, se puede crear el modelo completo de una ciudad romana a partir de la digitalización de las calles y cimientos. El modelo es fiel a los restos digitalizados, el resto será producto de la interpretación del investigador, que se basará en otras fuentes de información para completarlo. En este tipo de aplicaciones la precisión geométrica tiene un valor secundario. El objetivo principal es producir una sensación de realidad. Para conseguirla es necesario 4

Los Principios de Sevilla, es un acuerdo producto del Forum Internacional de la Arqueología Virtual celebrado en junio de 2012. Dentro de su contenido alberga definiciones y estándares sobre la digitalización del patrimonio cultural. Para más información http://www.arqueologiavirtual.com/carta/?page_id=78

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cierto detalle geométrico, aunque el modelo no sea fiel, y un alto detalle visual. Aquí se deben incluir aplicaciones interactivas y de ser posible, implementar sistemas de realidad virtual, que permitan al usuario desplazarse por el modelo y modificar los parámetros de éste. En este campo, la resolución del modelo se verá limitada por el medio de comunicación, la variable conexión de internet o capacidad de hardware con que se cuente que permita la interacción fluida con el modelo. A menudo se encuentran los investigadores con esculturas antiguas que tenían decoraciones policromas y que se han perdido por el paso de los años. Con los modelos tridimensionales digitales se pueden experimentar con colores sugeridos por análisis históricos o químicos. Las herramientas gráficas computacionales permiten visualizar piezas insertadas en ambientes arquitectónicos hipotéticos digitales. En esto reside la base de la representación científica, es decir, que buscamos explicar hipótesis históricas, arqueológicas, arquitectónicas utilizando como medio la representación gráfica. Una de las cuestiones que saltan en este tipo de utilidades que pueden tener los modelos 3D es sí la realización de reconstrucciones tridimensionales del paisaje, contexto, edificio y objetos históricos no debería ser algo que depende de arqueólogos o historiadores, y que por el contrario, debe estar reservado a los diseñadores gráficos profesionales. Parece lógico en un primer momento que sean los expertos en diseño 3D los que se ocupen de esa parte en los proyectos. No obstante, la respuesta correcta se encuentra en el adjetivo que acompaña a dichas ilustraciones: Científicas. Sin esto, la reconstrucción 3D realizada por un diseñador gráfico podría ser más sugestiva y visualmente impactante, pero si no hay detrás investigación arqueológica, o histórica, probablemente esa imagen no tenga mucho que ver con la realidad y no sirva para fines científicos.

5.3

Análisis geométricos y morfológicos. Disponer de la información geométrica detallada de un objeto permite analizar el

estado del mismo. Se pueden comparar modelos de un objeto en momentos diferentes y generar informes de su estado de conservación.

68

En general, para poder calcular el volumen del modelo se requiere que esté formado por una malla cerrada, sin fisuras y que no se produzcan auto-intersecciones. Actualmente casi todos los programas de diseño gráfico pueden hacer un cálculo de volumen. Alternativa sin costo es MeshLab.

Ilustración 49 Cráneo prehistórico proveniente del valle de Sacramento, California. Los puntos negros se utilizaron para calcular la amplitud nasal. Las medidas fueron calculadas en el software Statovan Checkpoing en milímetros. Kuzminsky, 2012:2749 fig. 4.

Un ejemplo de análisis morfológico en antropología es la clasificación de cráneos de homínidos. La fotografía digital ha sido el medio mediante el cual tradicionalmente se han documentado los restos de homínidos (Ilustración 49). Esto se debe, principalmente, a que proveen una manera rápida, simple y barata de documentar la morfología de un hueso, observar lesiones patológicas, anomalías y otras características importantes en los estudios antropológicos. Ahora nos encontramos con la posibilidad de guardar no solo en 2D estas características. La fotografía digital puede ser detallada, sin embargo es insuficiente y limitada para poder observar aspectos detallados de, por ejemplo, la variación biológica humana que los antropólogos estudian. Algunas preguntas de investigación en este campo hablan acerca del movimiento y las adaptaciones al ambiente de las especies de homínidos que requieren examinar la morfología (es decir, curvas, ángulos, formas generales) del cráneo humano mediante la medición y registro estandarizado de puntos anatómicos. (Harvati and weaver, 2006). Otras investigaciones indagan en comparaciones de los patrones de actividad entre poblaciones de las cuales el investigador necesita obtener la morfología de los huesos y registrar medidas sobre robustez, tamaño y marcas de músculos en huesos largos (Hawkey y Merbs, 1995; Weiss, 2003).

69

Utilizando software para la visualización en 3D, los modelos pueden rotarse 360° para examinar todas las curvas y ángulos de un espécimen. La imagen 3D nos puede mostrar la forma completa de un cráneo, convirtiéndolo en una herramienta potente para localizar y medir puntos específicos que provean datos de afiliación genética y adaptaciones fenotípicas al ambiente. Las poblaciones prehistóricas californianas del holoceno ya han sido estudiadas de esta manera (Kuzminsky, 2012a, 2012b). Para este trabajo, un escáner laser 3D fue utilizado para crear modelos de los cráneos de individuos provenientes de nueve sitios arqueológicos en California. Para examinar las variaciones entre las muestras, se importaron los modelos al software para visualizar de tal manera que se les colocó sobre su superficie pins, marcadores, en lugares concretos del cráneo, así cada pin obtiene coordenadas locales. Después de que todos los pines son colocados sobre el espécimen, las coordenadas son exportadas en tablas x,y,z, a software capaz de explorar las similitudes y diferencias entre la forma craneofacial de los californianos prehistóricos. Para estudios de deformación craneal, que son expresiones de etnicidad entre los grupos prehistóricos de América, investigadores han indagado sobre los efectos de estas deformaciones en la cara y bóveda craneal. (Khon et al., 1993; Ross y Ubelaker, 2009). Estudios recientes (Sholts et al., 2011) han demostrado que se pueden extraer curvas y contornos partir de los modelos 3D y observar grupos por afinidades, o incluso examinar las diferencias y tipos de deformación más allá de las típicas evaluaciones (Rhode y Arriaza, 2006; Torres-Rouff, 2002). En México, es importante destacar los esfuerzos realizados por investigadores del INAH desde el 2012 para conformar una base de datos de imágenes de piezas prehispánicas en 3D en la que se detallen rasgos, formas, dimensiones y volumen con precisión milimétrica que sirva de herramienta para la comprensión del pasado prehispánico. Estos esfuerzos son los del Proyecto Digitalización Tridimensional de Sitios y Artefactos Arqueológicos, que según informan5 ya han realizado 490 modelos tridimensionales de la Colección Mezcala, del acervo del Museo de Templo Mayor. Dicha base de datos contiene

5

INAH Noticias “CREAN BASE DE DATOS DE PIEZAS PREHISPÁNICAS EN 3D”, No. 179 Fecha: 18 de junio de 2012 http://www.inah.gob.mx//images/stories/Boletines/BoletinesPDF/article/5956/base_datos_3d_piezas_prehispanicas.p df

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información sobre el contexto arqueológico en el que fue descubierta cada pieza, así como sus dimensiones, volumen y características particulares. Las imágenes se elaboran mediante el uso de escáneres laser. Paralelamente y en colaboración con el Centro de Investigaciones en Matemáticas, con sede en la ciudad de Guanajuato, realizan el trabajo de programación de un software que será capaz de reconocer y clasificar objetos basándose exclusivamente en sus rasgos geométricos, sin utilizar textos de consulta. Su idea es generar un sitio Web, para que estudiosos de todo el mundo puedan consultar el catálogo, y además tener un software que sea capaz de clasificar automáticamente las colecciones mediante el análisis de semejanzas y diferencias en la forma de los artefactos.

5.4

Restauración y conservación

Los modelos de alta resolución pueden ser muy valiosos a la hora de la protección del patrimonio. En el caso de los entierros humanos y su documentación mediante dibujos hechos a mano se tiene el problema de que la precisión en la escala depende de la habilidad del arqueólogo y que la realización del dibujo toma un tiempo prolongado, dejando los restos expuestos a la intemperie que comenzará a deteriorarlos. Registrando mediante la fotogrametría se reduce el tiempo que un esqueleto es expuesto al ambiente contribuyendo a su preservación a largo plazo (Ilustración 50).

Ilustración 50 Diferentes fases del proceso de excavación de un entierro en el sitio arqueológico de Catalhöyhük, registrados en 3D. El tiempo que toma realizar este tipo de registros en campo es muy corto, cuestión de minutos en el caso de la fotogrametría, posteriormente se procede a retirar los restos, y el dibujo se elabora en computadora a partir del modelo 3D en laboratorio. Imagen tomada del poster: “Bioarchaeology in 3D: Three-dimensional modeling of human burials at Neolithic Catalhöyuk”, Knüsel, et. Al 2013, presentado ante la Sociedad Americana de Arqueología (SAA), así como para la Asociación Americana de Antropólogos Físicos (AAPA, por sus siglas en ingles.)

71

En caso de daño de este, el patrimonio puede ser restaurado teniendo como referencia el modelo tridimensional digital. Si se logra estandarizar el control y la disponibilidad de los archivos en 3D, los escaneos periódicos pueden asegurar una verificación de las alteraciones geométricas al patrimonio. Por ejemplo, en 2012 investigadores italianos diseñaron e implementaron una metodología para la restauración de la Madonna de Pietranico (Ilustración 51), una estatua de terracota severamente dañada por un terremoto en 2009. Dicha metodología origino el diseño de procedimientos innovadores para los procesos de reensamblaje y restauración, ya que su primera contribución fue el estudio de las hipótesis de recombinación de los fragmentos digitalmente, obteniendo modelos 3D de los fragmentos de la estatua con la intensión de reducir la manipulación de ellos, prevenir daños debido a esta manipulación y por ultimo explorar distintas opciones de ensamblado. Pero fueron más allá. Mediante el uso de software de diseño elaboraron el sistema de soporte que colocaría las piezas en su lugar y probaron, a partir de los restos de color que tenía la pieza, la decoración pictórica de la misma.

A

C

B

D

Ilustración 51

A. Fotografía de los fragmentos de la Madonna. Arbace, 2012:4 fig 1 B. Imagen donde se puede apreciar cómo se pueden ensamblar los fragmentos. Arbace, 2012:8 fig 6 C. Imagen que muestra los soportes diseñados por computadora y como se ajustan a los fragmentos digitalizados. Arbace, 2012:10 fig 8 D. Soporte digitalizado, impreso en 3D y montado sobre la escultura. Arbace, 2012:10 fig 9 E. Refinación de la pintura sobre el modelo. Arbace, 2012:12 fig 11

E 72

6. Conclusiones

D

urante la elaboración de este trabajo se lograron los objetivos planteados al principio, se obtuvieron algunas reflexiones extras y surgieron muchas inquietudes que quedaron por realizarse. A lo largo de este trabajo vimos cómo es que se ha realizado tradicionalmente la documentación arqueológica, que

objetivos persigue en general y como las así llamadas nuevas tecnologías proporcionan herramientas con soluciones más eficaces para alcanzar estos objetivos dentro de la ilustración. Dentro de estas tecnologías para el registro en 3D la fotogrametría de rango corto sobresale, principalmente por su bajo costo sin detrimento en la calidad de los modelos, pero también su versatilidad en cuanto al tipo de artefactos que se pueden registrar con la misma metodología, si bien es necesario cambiar la plataforma desde la que se toman fotografías, pero con la misma línea de trabajo e incluso con el mismo software. Además de presentar una propuesta de camino o “pipeline” para llegar a la ilustración efectiva mediante la fotogrametría de rango corto, también presentamos que más se puede hacer con un modelo 3D. La conservación de la geometría tiene grandes potenciales de investigación, mientras los análisis morfológicos sean necesarios para responder a las preguntas que la arqueología resuelve como ciencia. Después de observar la calidad de ilustraciones que se obtienen, se podría creer que la fotogrametría puede sustituir los dibujos tradicionales, pero esto no necesariamente tiene que ocurrir. La fotogrametría ayuda a realizar y completar este tipo de documentación, agiliza y facilita el trabajo y no excluye que se realicen dibujos arqueológicos indirectos, en frente de una computadora. Esto no es del total agrado de muchos investigadores, sobre todo a los de mayor edad, pero en los últimos 20 años, la era de la información ha transformado como obtenemos, manipulamos y difundimos nuestras ideas y de esto ya no se pueden escapar.

73

6.1

¿Dónde nos encontramos?

Arqueología, por naturaleza, es una empresa que descansa en información espacial. El contexto es por donde todo comienza, y este tiene coordenadas X, Y y Z, por lo tanto, la información 3D es inherente a la disciplina arqueológica y fundamental para entender el pasado. Somos atraídos a este tipo de información como una forma de comunicar nuestras interpretaciones de la manera más precisa posible, pero esta información guarda posibilidades más allá de describir y comunicar. Al comienzo de la "arqueología", con todas las comillas necesarias, la captura de información en 3D para ilustraciones funcionaba así: arqueólogos ataviados con cuadernos de dibujo, lápices, plomadas, brújulas o teodolitos tomando innumerables medidas y anotando todo cuanto pudiesen observar del contexto. La figura del arqueólogo y del dibujante profesional se fusionaba en muchos casos y a la llegada de la fotografía a finales del siglo XIX y principios del siglo XX, contrario a lo que se pudo pensar en ese entonces, los dibujos no fueron desterrados, porque recogen las impresiones directas de los arqueólogos y conservan un encanto que siempre resultará especial. Pero en la actualidad, con la aplicación masiva de las llamadas nuevas tecnologías (escáneres láser, fotogrametría digital, diseño en 3D, realidad aumentada, etc.) y su canto de sirena que atrae cada vez a más arqueólogos deslumbrados por la ciencia ficción de la que parecen provenir estas herramientas, y que progresivamente desplazan al dibujo como la ilustración predilecta de los investigadores, no debemos perder de vista para qué las estamos aplicando. Podríamos verlo como el típico desarrollo de una tecnología nueva, sobre todo en software. En un primer momento, solo unas cuantas almas curiosas se esfuerzan en demostrar como con esta nueva tecnología se solucionan problemas, pero teniendo a la vez la sensación de que sigue siendo más sencillo solucionar esos problemas por los medios tradicionales. No obstante, continúan intentando mejorar su solución de tal suerte, que en un segundo momento, esta nueva tecnología se vuelve más amigable con el usuario, progresivamente baja su costo y se esparce su utilización entre los investigadores que experimentaran con ella, resolviendo sus fallas y enfocando sus esfuerzos en que el 74

problema sea resuelto de la manera más eficiente dando como resultado que, en un tercer y último momento, esta nueva tecnología resuelve el problema de manera más eficiente que sus antecesoras, ahora es enseñada sistemáticamente y los investigadores ahora vuelcan sus esfuerzos en obtener valores agregados, explorar sus limitaciones, expandir su funcionalidad, y evaluar otras ventajas. Es en este último punto donde se encuentra el desarrollo de la fotogrametría de rango corto. Por supuesto, las ventajas de las nuevas tecnologías son innegables, e impresionantes, y suponen un avance tan profundo como el que provocó la llegada de la fotografía en su tiempo, pero esto no significa que debamos olvidarnos de los métodos y estética de la arqueología tradicional. La tecnología debe acoplarse a la metodología arqueológica y no al revés. Con mucha seguridad, ya no es necesario dedicar la mayor parte de nuestro tiempo en campo y laboratorio a realizar precisos dibujos arqueológicos de forma manual, puesto que este quehacer ya es sustituido con facilidad por levantamientos fotogramétricos que permiten obtener no solo los dibujos precisos que requieren los arqueólogos, sino que también obtenemos modelos 3D, con texturas de alta calidad. Por supuesto, las anotaciones de campo volcadas en un diario o cedula seguirán siendo necesarias, pues el arqueólogo debe entender el yacimiento, algo que ningún modelo 3D hace por sí solo. Los modelos fotogramétricos resultan utraprecisos, pero antes de realizarlos es necesario entender aquello que representan. Puesto del modo anterior, la tecnología más moderna no debe, ni tiene, por qué estar en contra de la tradición arqueológica.

6.2

Limitaciones

Dicho todo lo anterior, se hace necesario decir que existen ciertas limitaciones que la técnica de la fotogrametría posee. Primero, no es difícil comprender el procedimiento general, “Se toman unas fotos desde distintos ángulos, las pasas a la computadora, cargas el programa y listo, modelo 3D”. Pero dentro de cada uno de estos pasos hay factores, parámetros, y situaciones a considerar que vuelven algo complejo el procedimiento. Es decir, cualquiera puede aprenderlo, pero requiere dedicación para obtener resultados útiles. 75

El problema comienza cuando de forma sencilla, relativamente, se pudo generar un modelo 3D de un pequeño montículo en el patio de prácticas (también conocido como “gallinero” por la comunidad universitaria) de la Facultad. Me produjo tal sensación, tal asombro, tal encanto de su belleza, que pensé que por sí solo explicaría el contexto. Error que muchos de los profesores de la carrera me hicieron ver y me obligaron a preguntarme: ¿Qué información aporta realmente el modelo?, ¿Cómo podría mejorarse?, ¿Debía eliminar parte de su geometría porque no interesa, o sale errónea?, ¿Qué información adicional puede acompañar al modelo? Contestar estas preguntas es entender que, para que el modelo 3D producto de la fotogrametría sea útil, es necesario que pase por otros programas, software especializado (Como SIGs, editores de imágenes, programas de diseño gráfico), para que el mensaje sea efectivo. También es erróneo creer que podemos tener un modelo 3D absolutamente de todo. Cada caso presenta sus problemáticas particulares, y en ocasiones no se podrá conseguir el modelo deseado. La toma de imágenes de mala calidad, los problemas con luz/sombras y con objetos transparentes/translúcidos/reflejantes hacen que no podamos adquirir un modelo perfecto. No resulta tan sencillo obtener un modelo de calidad, útil para el registro, documentación o análisis. Muchas veces se me escuchó proferir la sentencia: “Con hacer unas simples fotografías ya se puede realizar un modelo 3D”. Pero no es así; el proceso es relativamente más complejo que ello. Respecto a la cámara fotográfica, cualquiera sirve, pero entre más control se tenga sobre los parámetros básicos, como el foco y la profundidad de campo, menos postproceso se requerirá. Hablando del postproceso, si se realizan máscaras sobre las fotografías, el resultado siempre es mucho mejor, además de que se requiere de cierta edición en las nubes de puntos, las mallas y en las texturas. Vamos, es una tarea que cualquier interesado puede aprender pero requiere de tiempo y esfuerzo llegar a obtener resultados de calidad aceptable. Es también un error creer que el mundo apreciaría la tercera dimensión sin más ni más. El modelo fotogramétrico, insertado en el visor PDF puede permitir al espectador moverlo con completa libertad, algo que vuelve infinitamente más interactiva la información en comparación con una foto o un video. Pero debemos tener en cuenta de que esto solo sirve para los espectadores a los que les es familiar la interacción virtual. 76

Insistir, un modelo fotogramétrico en si no sirve de mucho si no sabemos ¿Para qué lo necesitamos? ¿Acompañará la descripción de una pieza? ¿Queremos una reconstrucción virtual a partir de él? ¿Lo necesitamos para realizar análisis métricos? Tal vez solo necesitamos una ortofoto sobre la cual realizar anotaciones. Las posibilidades son muchas, pero en muchas ocasiones se observan proyectos que muestran lo bonito de sus modelos pero sin explicar bien para que los realizaron. Para no dejar lugar a confusiones y dudas, la fotogrametría es una técnica con mucho futuro por delante en la arqueología, y de hecho en todos los campos que tratan al patrimonio cultural, pero por lo mismo es importante que desde ahora sepamos utilizar esta herramienta, para poder transmitir todos los mensajes de manera eficaz. Y el futuro en verdad luce prometedor para esta técnica. El software sigue volviéndose más potente, así como el hardware. Los modelos se realizan en menos tiempo y con mejor calidad, a precios igual de accesibles. De igual manera con las cámaras fotográficas, y la interacción en las redes sociales en internet de grupos de académicos intercambiando ideas, metodologías, programas y técnicas están en un momento álgido. Sin duda, la fotogrametría digital es la técnica que más se está imponiendo en la actualidad dentro de los proyectos arqueológicos para la documentación, análisis, conservación y divulgación del patrimonio digitalmente, pero esto tiene un lado oscuro: se está desatando una lucha encarnizada por acoplar los resultados de esta técnica de forma inmediata a todo tipo de proyectos, y se reflexiona muy poco sobre ¿para qué es útil la técnica?, ¿qué problemas puede solucionar?

6.3

El futuro de esta técnica

Lo que le falta a los modelos 3D es que actualmente no hay un medio adecuado para adjuntar a la representación 3D información relevante de manera dinámica. La única alternativa es introducir al modelo en una animación 3D, pero esto requiere tener práctica en software de animación, y una planeación rigurosa. Se vuelve altamente especializado.

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Alternativamente, la capacidad para modificar los parámetros del modelo por el usuario, no solo por el creador como sucede con el SIG, de tal manera que se les puedan realizar cuestionamientos y descubrimientos a los modelos 3D. Pero el futuro de esta técnica se encuentra en sus distintas líneas y tópicos de sus aplicaciones. Física: Si somos capaces de reconstruir las estructuras en forma, podemos utilizar más modelos para explicar la relación entre forma y función. Con la aplicación de las leyes físicas y los simuladores aplicados a modelos 3D para analizar la resistencia de las estructuras podría arrojar luz sobre una variedad de preguntas como las capacidades de los edificios para soportar diversos niveles de terremotos, por ejemplo. Métricas: ¿Cuántas ollas tenemos? Algo que se gana al digitalizar artefactos en 3D, incluso el más pequeño de los tiestos, es que el área de superficie y espesores se obtienen fácilmente. Para los períodos en que se sabe tamaños estándar de mercancías, se puede calcular la cantidad de material recuperado de un tipo de cerámica en particular y tener una idea de lo mucho que se representa. Además de otra información que se recopile (número de bordes, pesos, etc) esta información se puede añadir para proveer de medidas adicionales útiles a la hora de atribuir función a los espacios. En los casos en que los tipos de consumo no están bien definidos, tales mediciones podrían ser útiles para la recuperación de datos que ayuden a la clasificación y abordar las cuestiones de especialización y otros temas relacionados con la organización de la producción (Karasik 2008). Visualización de paisajes: Con la capacidad de las reconstrucciones virtuales, la oportunidad de entender el paisaje construido en un tiempo pretérito y ahora perdido es aún más posible que con las reconstrucciones en dos dimensiones o dioramas. Cuanto más se logre reproducir en los modelos sobre las condiciones en las que se encontraban los artefactos digitalizados, este tipo de visualizaciones se volverán más efectivas. La gran atracción de las imágenes 3D se encuentra en su capacidad para dejar participar de ellas al público, es decir, su interactividad. No hay nada malo en buscar volver estos modelos “juegos interactivos”, de hecho hay muchas cosas buenas al respecto. Como una forma de difusión que presenta en un instante el conocimiento acumulado de la 78

investigación, estas aplicaciones tienen un gran alcance. El uso de 3D como un medio para comunicarse y participar es un elemento importante del proceso de investigación, siempre pasado por alto en una disciplina que premia monografías y artículos por encima de los medios de comunicación accesibles para el público laico. Tanto para el público general como el profesional, estos productos son dispositivos de comunicación eficaces. Sobreponiéndose pues, a todas estas aplicaciones está la noción de modelado 3D, este uso de información disponible para la construcción de una hipótesis que pueda ser de alguna manera reflexiva, iterativa, comprobable e interactiva. En última instancia, es el desarrollo de métodos de modelado una importante meta; la finalidad de la recolección de datos, después de todo, es para responder a una pregunta. El modelado proporciona un medio por el cual los datos pueden ser estructurados a fin de permitir un acercamiento reflexivo a la evaluación de hipótesis y la re-evaluación. Las imágenes 3D encajan dentro de las fases de desarrollo del modelo, la evaluación y la eventual difusión y comunicación.

6.4

y… en México, ¿qué pasa?

No obstante la rápida diseminación de esta técnica, en México existe un rezago en la difusión de ella, al grado de que ni siquiera es posible encontrar proyectos que hayan publicado algo respecto a las metodologías que utilizan esta técnica. A la fecha de este escrito, en el país se han realizado escasos trabajos de digitalización en arqueología. Proyectos como el que se lleva a cabo en Templo Mayor, Teotihuacán o en el Área Maya, han permitido la entrada de investigadores extranjeros para realizar el levantamiento 3D de los sitios, siendo la conservación digital el único fin claro de estas intervenciones, como las que realiza la empresa CyArk6, que digitaliza los sitios que pertenecen a la lista de patrimonio mundial de la UNESCO, pero no realizan investigaciones a partir de esta captura de geometría. La integración del registro 3D en el quehacer diario de todos los proyectos arqueológicos en México se ve lejana todavía por la falta de difusión que tienen las nuevas tecnologías entre los académicos.

6

Para más información sobre el proyecto, visitar su página en internet http://archive.cyark.org/

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Son muy escasos los proyectos que ya utilizan estas técnicas para registrar excavaciones, prospecciones, o el análisis de piezas; Entre estos, aparecen nombre como los del Dr. Guillermo Acosta del Instituto de Investigaciones Antropológicas, en la UNAM, que utiliza esta técnica para registrar su excavación que tiene por objetivo categorizar puntualmente la ocupación prehistórica del Valle de México; o el registro de las excavaciones de la Quemada, Zacatecas en su temporada 2013 por Jorge Cuauhtémoc Martínez Huerta. Además, en la arqueología mexicana se habla mucho del contexto en el que estuvieron ocupados y funcionando los sitios arqueológicos y las glorias de las civilizaciones perdidas, pero se nos olvida frecuentemente que el patrimonio arqueológico también tiene un contexto actual. Es en este terreno, es aquí donde las nuevas tecnologías, con todo el poder de comunicación que las ilustraciones tridimensionales tienen, o las infografías detalladas realizadas a partir de modelos 3D, videos explicativos, las reconstrucciones se vuelven fundamentales para acercar el pasado a la sociedad. Si se trabajara más para estas personas, sería muy fácil justificar la necesidad de la arqueología, tal vez ni haría falta esforzarnos en esto, porque la sociedad la entendería y la reivindicaría. Hay que mostrar los resultados de nuestro trabajo y acercarlo a la población que no es académica, porque el patrimonio es fundamentalmente humano y carece totalmente de sentido cuando se intenta justificar solo de manera económica, olvidándose del valor histórico o arqueológico que posee. Queda en nosotros, los investigadores, justificarnos como ciencia necesaria mediante las relaciones que podamos establecer entre las gentes del presente con las gentes del pasado, y que nos quede claro por qué lo hacemos, más allá de que tenemos que comer. Como arqueólogos modernos, se espera que seamos custodios exhaustivos y eficaces de la información que se nos ha confiado. El modelado basado en imágenes 3D es nuevo, excitante, y científicamente valioso, pero debe ser abordado con seriedad, con objetivos analíticos claros en mente. En términos de realismo, los modelos 3D no solo pueden ofrecer representaciones visuales y espaciales muy superiores de los objetos y las áreas en 80

comparación con los métodos 2D tradicionales, sino que también representan un recurso analítico, siempre que el examen diligente de cómo y por qué se crea un conjunto de datos 3D se lleva a cabo antes de que la primera imagen se tome. El potencial para mejorar los métodos de asignación de datos, registro espacial, análisis de objetos y el acceso y la conservación digital tiene la capacidad de transformar la disciplina. Registrar con fidelidad y duplicar objetos y áreas en un entorno digital es lo más cercano que un arqueólogo puede llegar a recrear el momento del descubrimiento. La posibilidad de guardar fiel, digital y rápidamente representaciones fotorrealistas en 3D de temas de interés arqueológico sólo es posible cuando se planea con cuidado y sólo es valiosa si los investigadores en campo y en instituciones encuentran formas de crear espacios de colaboración eficaces entre ellos, y el público en general. Si esto no se logra, la arqueología corre el riesgo de simplemente imitar los resultados de las herramientas y los métodos tradicionales, más rápido y con mayor precisión, sí, pero sin darse cuenta de todo el potencial que un sistema de registro digital posee.

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