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" Fotogrametría Involuntaria " : rescatando información geométrica en 3D de fotografías de archivo " Involuntary Photogrammetry " : rescuing 3D geometric information from library pictures

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Resumen En la actualidad la fotogrametría digital se ha consolidado como una de las técnicas más eficientes para la documentación del Patrimonio. La generación de modelos tridimensionales a partir de imágenes realizadas con cámaras fotográficas digitales es el procedimiento habitual. Es objeto de este artículo mostrar los resultados obtenidos con el estudio y análisis fotogramétrico de imágenes de archivo, tomadas principalmente en excavaciones arqueológicas, para recuperar la información tridimensional que pueda estar latente en ellas, aunque las capturas no hubieran sido realizadas con el propósito de crear modelos 3D. De esta forma hemos generado modelos tridimensionales en los que se pueden recuperar datos geométricos que no quedaron reflejados en los dibujos o fotografías realizados en campo. Abstract Nowadays digital photogrammetry has become one of the most efficient techniques for Heritage documentation. The creation of three-dimensional models from images taken with digital cameras is the usual procedure. The aim of this paper is showing the results obtained by photogrammetric analysis of library pictures, taken mainly in archaeological excavations, to recover three-dimensional information that maybe latent, although the shots had not been made with the purpose of creating 3D models. In this way we have generated three-dimensional models in which can be recovered geometric data that were not reflected in the drawings or photographs made during fieldwork.
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“Fotogrametría Involuntaria”: rescatando información
geométrica en 3D de fotografías de archivo
“Involuntary Photogrammetry”: rescuing 3D geometric
information from library pictures
Pablo Aparicio Resco1, Juan D. Carmona Barrero2, Miguel Fernández Díaz3, Pere M. Martín Serrano4
1. Universidad de Alicante - aparicio.pablo89@gmail.com
2. Universidad de Extremadura - juandiegocarmona@gmail.com
3. Virtua Nostrum mfdzdiaz@gmail.com
4. Universitat Rovira i Virgili - peremanel.martin@gmail.com
Resumen
En la actualidad la fotogrametría digital se ha consolidado como una de las técnicas más eficientes para la
documentación del Patrimonio. La generación de modelos tridimensionales a partir de imágenes realizadas
con cámaras fotográficas digitales es el procedimiento habitual. Es objeto de este artículo mostrar los
resultados obtenidos con el estudio y análisis fotogramétrico de imágenes de archivo, tomadas
principalmente en excavaciones arqueológicas, para recuperar la información tridimensional que pueda
estar latente en ellas, aunque las capturas no hubieran sido realizadas con el propósito de crear modelos
3D. De esta forma hemos generado modelos tridimensionales en los que se pueden recuperar datos
geométricos que no quedaron reflejados en los dibujos o fotografías realizados en campo.
Palabras Clave
: FOTOGRAMETRÍA, ARQUEOLOGÍA, MODELOS 3D, FOTOGRAFÍA, SFM
Abstract
Nowadays digital photogrammetry has become one of the most efficient techniques for Heritage
documentation. The creation of three-dimensional models from images taken with digital cameras is the
usual procedure. The aim of this paper is showing the results obtained by photogrammetric analysis of
library pictures, taken mainly in archaeological excavations, to recover three-dimensional information that
maybe latent, although the shots had not been made with the purpose of creating 3D models. In this way we
have generated three-dimensional models in which can be recovered geometric data that were not reflected
in the drawings or photographs made during fieldwork.
Key words
: PHOTOGRAMMETRY, ARCHAEOLOGY, 3D MODELS, PHOTOGRAPHY, SFM
1. INTRODUCCIÓN
La fotogrametría digital terrestre es una técnica
que todavía está dando sus primeros pasos en el
mundo de la Arqueología. De forma resumida,
consiste en la generación semiautomática de
modelos tridimensionales a partir de fotografías
(LÓPEZ LILLO et al., 2012; PÉREZ GARCÍA et al.,
2009; FIORINI 2008; BUILL et al., 2007;
CABALLERO et al., 1996; ALMAGRO GORBEA,
1988). Hasta hace poco, se hacía impensable su
aplicación práctica por la cantidad de
precauciones de tipo técnico que había que
tomar a la hora de realizar el levantamiento
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fotogramétrico: se necesitaba una precisa
calibración de las cámaras, el lculo adecuado
de la posición de las mismas a la hora de tomar
las imágenes o examinar las necesidades
concretas de iluminación. En definitiva: era
necesario disponer de un conocimiento técnico,
de un dinero y un tiempo, que se encontraba
fuera del alcance de los arqueólogos.
Desde hace poco tiempo, la evolución de la
metodología arqueológica y de los sistemas de
análisis fotogramétrico han propiciado la
adopción de estas técnicas de forma habitual a la
hora de registrar desde materiales arqueológicos
a complejas estratigrafías. Sus principales
ventajas son una gran precisión métrica y un
coste económico reducido.
La mayoría de los levantamientos
fotogramétricos que actualmente se llevan a
cabo en arqueología se basan en la estrecha
colaboración con equipos de topógrafos que
aportan solvencia técnica o en la
especialización de algunos arqueólogos que,
gracias a la creciente accesibilidad y versatilidad
del software fotogramétrico, han aprendido los
pasos básicos para el correcto funcionamiento
de estas técnicas.
En el presente trabajo trataremos de profundizar
en la obtención de modelos tridimensionales
aplicando técnicas fotogramétricas a posteriori, es
decir, basándonos en grupos de imágenes que en
ningún caso fueron tomadas con el objetivo de
servir para la creación de un modelo 3D
fotogramétrico.
2. LA VERSATILIDAD DE LA
FOTOGRAMETRÍA INVOLUNTARIA
¿Cuáles son las posibilidades de esta
“fotogrametría involuntaria”? Primero, tomar
conciencia de que muchos yacimientos que han
sido excavados, sometidos a un buen registro
fotográfico, y posteriormente destruidos,
pueden ser reconstruidos gracias a la
fotogrametría con un alto nivel de precisión,
rescatando en ocasiones capas de información
geométrica que ya se creían perdidas; segundo,
hacer pensar en las posibilidades que este tipo de
técnicas de documentación tienen para la
“recuperación” del Patrimonio que ha sido
destruido de forma accidental o voluntaria:
podríamos rescatar del olvido modelos
tridimensionales muy precisos de iglesias que
han sido destruidas por la acción de un
terremoto o por abandono, dar de nuevo
volumen a las ruinas de Libia o de Siria
destruidas durante la guerra, por citar tan solo
algunos ejemplos, todo ello contando
únicamente con una docena de fotografías desde
distintos ángulos de la misma pieza estructura. Y
tercero, animar a los arqueólogos de hoy en día y
del futuro a aprender a usar la fotogrametría del
mismo modo que aprendieron a utilizar otro
tipo de herramientas hoy ampliamente
extendidas e implantadas en los planes de
formación en arqueología, como software CAD
para el levantamiento de la planimetría, o
Sistemas de Información Geográfica -SIG- para
la gestión y análisis de datos espaciales.
Pese a que pueda parecer una obviedad, es
necesario resaltar que en ningún caso un modelo
tridimensional puede sustituir a la estructura
patrimonial original, por muy preciso que sea.
Debemos tener en cuenta que la pérdida y
destrucción de un resto arqueológico no puede
ser subsanada de ninguna forma y deberá
impedirse por todos los medios ya que, aun
contando con un modelo exacto de la superficie
del objeto, con la destrucción física del mismo
se pierden muchas otras cualidades
fundamentales e irrecuperables (el material del
que está hecho, las geometrías de sus
componentes internos, su contexto original y la
relación con el entorno).
Por otro lado, creemos también imprescindible
señalar 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, entre otros factores) que no pueden
obviarse y que se recogen en todo manual de
fotogrametría y visión por computador. El
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respeto de este conjunto de normas básicas es
garantía de resultados óptimos y mínima pérdida
de información
3. RECUPERACIÓN DE ESTRUCTURAS:
EL CASO DEL HORNO DE MONTESA
Para demostrar la eficacia de la “fotogrametría
involuntaria” hemos llevado a cabo el
levantamiento fotogramétrico de un horno de
cal localizado y excavado en Montesa (Valencia).
Hemos realizado un modelo tridimensional a
partir de fotografías de la excavación que en
ningún momento fueron tomadas con este fin.
Fueron usadas, en concreto, 14 fotografías que
han sido procesadas empleando el software
fotogramétrico Agisoft PhotoScan. (Fig. 1).
Afortunadamente, como ya hemos indicado más
arriba, disponíamos de un modelo
tridimensional realizado mediante escáner láser
de alta precisión por el equipo de Global
Geomática S.L. y esto permitió comparar ambos
modelos y comprobar así la precisión
geométrica de la “fotogrametría involuntaria”.
Para ello se ha usado el software Geomagic
Studio que permite el alineamiento de ambas
mallas (la obtenida con el escáner láser y la
obtenida mediante fotogrametría) y la posterior
realización de un cálculo de desviación de los
distintos puntos de una de las mallas con
respecto a la otra. (Fig. 2)
Figura 1: Grupo de 14 imágenes con las que ha sido
realizado el levantamiento fotogramétrico del horno de
Montesa.
Los resultados son reveladores y muestran que
la mayoría de los puntos tienen una desviación
inferior a un centímetro. Debemos tener en
cuenta que la estructura de cocción estudiada
tiene unas dimensiones superiores a los 4 metros
de diámetro, por lo que una desviación de un
centímetro aproximadamente no resulta
excesivamente elevada. Como se puede apreciar,
las zonas de mayor desviación son precisamente
aquellas donde los niveles de iluminación eran
extremos, es decir, zonas con alto nivel de
sombra o con una sobreexposición de luz. Estas
áreas y las del extremo de la malla son las que
hacen que la desviación media que nos muestra
Geomagic sea de 2,8/-3,1 centímetros; si las
elimináramos la media efectiva de desviación
sería, como indicamos más arriba, mucho
menor, y esto es lo que podemos apreciar en la
mayor parte del modelo.
Poder disponer de un modelo tridimensional de
esta precisión (con una desviación, en la mayoría
de sus puntos, inferior a un centímetro) no
constituye solamente un capricho estético o
vinculado únicamente a fines divulgativos: se
trata, al fin y al cabo, de poseer un modelo
geométrico que, como los modelos digitales del
terreno (MDT), constituya “una maqueta de la
realidad en la que adquiere una especial
importancia la conservación de las proporciones
o relaciones espaciales relativas” (FARJAS et al.,
2011: 142). Pese a que hay que destacar el
potencial divulgativo tanto del modelo en bruto
como de las posteriores reconstrucciones,
también debemos reivindicar el uso de estos
modelos como recopilación científica de datos
en 3D y como agentes clave en la transmisión
del conocimiento histórico a las generaciones
venideras (TEJADO SEBASTIÁN, 2005: 136).
Este ejemplo demuestra, además, las
posibilidades que un modelo fotogramétrico
correctamente realizado puede tener en los
trabajos arqueológicos, llegándose a obtener una
precisión muy cercana a la de los escáneres láser
con una inversión menor de recursos
monetarios. Los escáneres láser tienen una
precisión en ocasiones milimétrica, pero
debemos plantearnos si nuestro objeto de
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estudio realmente la necesita o si, por el
contrario, es suficiente documentarlo con una
desviación de pocos centímetros. Para ello
podemos hacernos varias preguntas: ¿Estamos
ante una estructura que precisa un análisis
concienzudo para la posterior realización de una
correcta restauración? ¿Queremos realizar una
copia exacta en otro material? ¿Se trata
simplemente de un muro de mampostería
convencional que va a ser desmontado?
¿Estamos ante una unidad estratigráfica
producida por un derrumbe? Cada situación
conllevará unas soluciones diferentes.
Figura 2: Resultados del análisis de desviación de entre
la malla creada mediante fotogrametría y aquella creada
mediante escaneado láser.
La técnica aquí propuesta, como ya hemos
demostrado, nos conduce a la generación de
modelos tridimensionales de piezas, edificios,
yacimientos y lugares históricos que, antes de ser
documentados con técnicas de generación de
nubes de puntos, fueron destruidos, y gracias a
ello podremos aumentar la calidad de la
documentación gráfica y geométrica de nuestro
Patrimonio. Posteriormente, es el análisis de
todo este conjunto de información lo que nos
permite obtener hipótesis históricas y, como
resultado final, transmitir ese conocimiento al
conjunto de la sociedad.
4. LA RESTITUCIÓN DE YACIMIENTOS
MEDIANTE FOTOGRAFÍA AÉREA
Dentro del ámbito de la recuperación del
patrimonio desaparecido, la “fotogrametría
involuntaria” surge del rescate de series de
fotografías que se realizaron con una finalidad
estricta de documentar gráficamente, mediante
la conservación de imágenes, aquellos
yacimientos arqueológicos que están abocados a
su desaparición. La pérdida de estos sitios tiene
diferentes causas, siendo las más comunes: la
poca relevancia; su ubicación en lugares que van
a quedar ocultos de nuevo; la desaparición de la
base sobre la que se asienta o la simple
destrucción del yacimiento como consecuencia
de catástrofes, ya sean de origen humano o
natural.
Como ejemplo relacionado con el caso de la
desaparición del yacimiento por el vaciado de la
base sobre la que se apoyaba, cabe recordar un
pequeño asentamiento protohistórico (La
Ayuela) situado en el trazado del AVE Madrid-
Lisboa en el tramo situado entre Cáceres y
Mérida, a la altura del término municipal de
Aldea del Cano (Cáceres). La realización del
movimiento de tierras para la preparación de la
base sustentante del trazado ferroviario,
precisaba de un rebaje del terreno hasta cotas
inferiores a las de los restos arqueológicos.
Dicho movimiento de tierras acabó con el
yacimiento, no quedando de él más que lo que
se pudo registrar. (Fig.3)
Figura 3: Situación del yacimiento de La Ayuela en el
trazado del AVE Madrid-Lisboa.
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Antes de su total destrucción y una vez
finalizado el proceso de excavación del
yacimiento, se procedió a documentar de
manera gráfica el mismo realizándose fotografías
de cada una de las estructuras localizadas y,
además, una serie de 66 fotos aéreas mediante la
utilización de un paramotor. De esta última serie
de fotografías se seleccionaron 13 imágenes.
Aquellas que, según entendíamos, estaban mejor
adaptadas a los criterios ideales que marca el
software utilizado para tal proceso.
Para la obtención del modelo fotogramétrico se
empleó Agisoft PhotoScan como software
principal para la alineación de las imágenes, la
creación del modelo geométrico y el texturizado
a partir de las mismas capturas. En este caso, la
circunstancia de que todas las imágenes fuesen
obtenidas en un intervalo de tiempo corto (30
minutos), facilita el procesado de datos. Las
condiciones ambientales de las tomas (luz,
sombras, etcétera) apenas varían. (Fig.4)
Figura 4: Fotografía aérea del yacimiento.
El archivo creado permite su exportación como
modelo 3D a cualquier otro software capaz de
trabajar sobre él generando un modelo virtual
con el que obtener, entre otros, vuelos virtuales
con recorridos diferentes al original. Asimismo
se puede utilizar como base para la recreación
virtual del yacimiento mediante el tratamiento
infográfico del modelo fotogramétrico. (Fig.5)
Figura 5: Modelo generado a partir de 16 fotografías
aéreas en Agisoft PhotoScan.
5. APLICACIONES A LA ARQUELOGÍA DE
LA MUERTE
Otro de los aspectos más destacados dentro de
la enorme variedad del registro arqueológico es
la llamada Arqueología de la Muerte. La correcta
documentación de los rituales funerarios es clave
para nuestra comprensión del pasado por la
cantidad de información que aporta sobre las
mentalidades y sistemas de creencias de las
culturas que nos precedieron (BINFORD, 1971;
CASTRO MARTÍNEZ et alli, 1995: 129; CHAPA
BRUNET, 2006).
Un registro riguroso durante el proceso de
excavación de un enterramiento puede
proporcionarnos valiosísimo datos, imposibles
de obtener durante los análisis de los restos en el
laboratorio, en especial si los huesos se
encuentran algo alterados por procesos
postdeposicionales o las características del suelo
han contribuido al deterioro de los mismos hasta
hacerlos imperceptibles. En muchos casos el
material óseo se deshace durante la extracción, a
pesar del uso de consolidantes.
Para ilustrar lo expuesto cabe señalar un par de
sencillos ejemplos de entre la multitud de
comprobaciones que es posible realizar con la
inhumación in situ. Si documentamos con
exactitud la posición de las clavículas podremos
saber si el individuo ha sido envuelto o no en un
sudario: cuanto más paralelas se hallen con
respecto a la columna vertebral, más son las
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posibilidades de que hubiera sido enrollado con
una tela en el tratamiento post mortem. Otro tipo
de constataciones, como la posición de la caja
craneal y de la mandíbula en una inhumación,
podrían darnos pistas sobre el uso de una
almohadilla funeraria para sostener la cabeza.
Como indica el antropólogo H. Duday (2000:
106) en muchos casos el laboratorio debe ser
sustituido por el trabajo de campo.
Cuando ya han sido realizadas todas las
observaciones sobre el terreno y el material óseo
ha sido levantado, sólo nos quedan dibujos y
fotografías del enterramiento como únicos
documentos para volver a comprobar la
posición exacta de cada hueso y la relación entre
los mismos (MAYS, 2010: 19-20). En un dibujo
tradicional, de dos dimensiones, la tercera
dimensión o altura (z) viene representada por la
consignación de una serie de cotas en planta y
por la elaboración de secciones que reflejan la
deposición del cadáver, normalmente
longitudinales al mismo. Lamentablemente en
muchos casos no ocurre así, y en otros tantos, la
exactitud en la toma de cotas y en la
representación de secciones es poco menos que
dudosa.
En el caso de las fotografías la deformación de
la lente impedía que el registro de las posiciones
óseas fuera tan exacto como en el dibujo. Pero
la ventaja que tenemos en la documentación de
contextos funerarios es la enorme cantidad de
capturas que se realizan, sobre todo desde que
existe el formato digital. El número de tomas del
cadáver suele incrementarse para cubrir cada
ángulo y reflejar muchos detalles, como las
patologías que pudieran tener los huesos o la
posición exacta de cada pieza del ajuar.
Ese conjunto de capturas puede usarse para
generar un modelo fotogramétrico a pesar de
que no hayan sido realizadas con esa finalidad.
También podremos añadir tomas con distintas
aperturas, distancias focales o exposiciones
aunque no sería lo ideal-, ya que el software de
fotogrametría de tipo SFM (Structure From
Motion) realiza el trabajo de orientación de las
imágenes a partir del conocimiento de la
geometría interna de la cámara que, se supone,
invariable durante todo el proceso (ANGULO
FORNOS, 2013: 143; RODRÍGUEZ-NAVARRO,
2012). De este modo conseguiremos un modelo
3D con el que poder analizar con mayor
precisión todas las partes del enterramiento.
Podremos medir sin problema en cualquier
dimensión y seccionar por cualquier zona que
nos parezca interesante.
Partiendo de estas premisas hemos elegido un
enterramiento de la Edad del Bronce, situado en
el yacimiento de Las Olivas (Pinto). La
inhumación fue realizada en el fondo de un silo
u “hoyo” circular y quedó documentada con el
tradicional dibujo manual. Posteriormente
georreferenciaron mediante un levantamiento
con Estación Total. El registro fotográfico del
individuo tiene multitud de tomas, hasta un total
de 105, entre generales y detalles de huesos,
cráneo o dentadura. El modelo de cámara con el
que se ha llevado a cabo la documentación
fotográfica es una Nikon E5700, de tipo
compacto. Las distancias focales, aperturas y
exposiciones son variadas, pero con un ISO
constante de 100. Para nuestra sorpresa, el
software también fue capaz de crear con
bastante precisión la geometría de la estructura
negativa en la que reposaba la inhumación. (Fig.
6 y 7)
Figura 6: Modelo 3D de inhumación de la Edad del
Bronce en el interior de una estructura negativa de tipo
“hoyo”. Geometría sin texturizar.
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Figura 7: Modelo 3D de inhumación de la Edad del
Bronce con texturas añadidas. Las Olivas, Pinto
(España).
Por otro lado, eligiendo 12 fotografías centradas
en el cráneo del mismo enterramiento, hemos
podido generar, con el mismo software y
añadiendo máscaras a las imágenes, un modelo
tridimensional con un alto nivel de detalle. La
superficie de este modelo ha sido creada
integrando un elevado número de polígonos
(1.923.717 caras), lo que permite apreciar en
detalle la rugosidad del objeto, así como las
suturas, grietas y patologías de la materia ósea y
la dentadura. Junto a las fotografías normales,
las fichas antropológicas y demás métodos de
registro, se nos antoja un complemento muy
interesante para los estudios forenses posteriores
al levantamiento del cadáver.
Otro de los ejemplos relacionados con la
arqueología de la muerte lo encontramos en un
conjunto de enterramientos tardoantiguos
procedentes de una excavación en la ciudad
tarraconense de Tortosa, en el Bajo Ebro.
Dichas inhumaciones son una buena muestra
para comprender el urbanismo y el mundo
funerario en una de las ciudades romanas más
importante del noreste peninsular: Dertosa.
Las fotografías que hemos usado para la
obtención del modelo fotogramétrico
pertenecen a dos fases distintas de trabajo. En
una primera fase tenemos un modelo en el que
aparecen las sepulturas con las losas que cubren
los cuerpos que hay en el interior mientras que
en el segundo modelo podemos apreciar como
los cuerpos ya han sido correctamente
excavados y listos para su extracción y posterior
conservación.
Tal y como se comenta en el caso anterior,
muchas de las fotografías no han sido realizadas
para el fin que aquí proponemos. Fueron
tomadas en el 2010 más como fruto de
documentación y un recuerdo por partes de
algunos de los miembros del equipo de
excavación (ninguna de las fotos usadas iba a ser
utilizada en el informe o las memorias
posteriores). La cámara utilizada fue una sencilla
Kodak EasyShare m-1033 con disparo
automático. Se obviaron las distancias focales y
los valores ISO, aspectos muy a tener en cuenta
a la hora de afrontar proyectos con técnicas de
documentación SFM (Structure From Motion)
VIDO et al., 2013). (Fig. 8)
Figura 8: Nube de puntos de los enterramientos de
Tortosa generada con software SFM.
En el caso que nos ocupa, la obtención de
modelos tridimensionales de estos
enterramientos puede ayudarnos a tener un
recuerdo vivo para el estudio de la posición de
los individuos inhumados, así como del carácter
de sus tumbas, recogiendo perfectamente
detalles que nos van a permitir tener un marco
cronológico. Tal es el caso de la reutilización de
una inscripción romana usada como parte de la
pared del enterramiento.
Otro de los aspectos importantes a tener en
cuenta cuando obtenemos un modelo
tridimensional es la difusión de ese mismo
elemento. Por desgracia, en muchas ocasiones,
una vez excavado y documentado un yacimiento
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nos vemos en la obligación de proceder a un
desmonte o a enterrar de nuevo esas estructuras,
previamente protegidas con geotextil para su
conservación. Este es el motivo por el que
personas que se encuentren de visita por la zona
no podrán disfrutar del monumento o
yacimiento. Además, a partir de estos modelos
es posible generar sistemas de visualización,
entre los que podemos destacar entornos de
Realidad Virtual/Aumentada o recorridos
interactivos. En un ejemplo como este,
completado con las fotografías usadas para las
memorias, contaríamos con más detalle en
alguna de las zonas que aparecen menos
definidas en nuestro modelo.Sin embargo,
recordemos que se trata de resultados
preliminares obtenidos a partir de 56 imágenes,
sobre las que aún no han sido editadas máscaras
de información. (Fig. 9)
6. CONCLUSIONES
En el presente trabajo hemos visto la
versatilidad de las técnicas de documentación a
través de procesos fotogramétricos. La creciente
aceptación de este tipo de estudios, apoyados en
tecnología de bajo coste, promete afianzarse
como una de las maneras más precisas y fiables
de documentar el Patrimonio.
Además, hemos podido comprobar la
posibilidad de recuperar información que se
creía perdida, bien por la desaparición de los
restos arqueológicos o por la incorrecta
documentación de los mismos. Una selección de
imágenes tomadas durante las actuaciones
arqueológicas ha sido introducida en software de
tipo SFM (Structure From Motion), lo que permitió
generar los modelos tridimensionales
correspondientes, dotados de geometría y
texturas fiables y de buena calidad métrica. Cabe
señalar que las tomas usadas en el proceso de
producción de los diversos modelos no fueron
pensadas para la realización de un trabajo
fotogramétrico. De ahí que hayamos usado el
epíteto de “fotogrametría involuntaria” para
denominar el flujo de trabajo descrito.
El proceso abre una vía para la recuperación de
datos perdidos, la restitución de yacimientos
destruidos y la creación modelos 3D que ayuden
a complementar la información ya existente
sobre determinado elemento patrimonial.
Además, los resultados obtenidos son idóneos
para fomentar la difusión a través de, por
ejemplo, recorridos virtuales o inmersión en
entornos de Realidad Virtual/Aumentada.
Para acabar este artículo, creemos que es
necesario mirar hacia el futuro e intentar
vislumbrar hasta donde nos pueden llevar las
posibilidades que el desarrollo de esta técnica
nos propone. Quizás dentro de poco tiempo sea
posible generar modelos tridimensionales
relativamente precisos a partir de imágenes
tomadas por cámaras diferentes en momentos
distintos. Un ejemplo práctico a este respecto se
puede llevar a cabo, hoy día, desde nuestro
ordenador personal: podemos acudir a internet,
teclear “Templo de Atenea Niké” y seleccionar
un grupo de fotografías de la galería de imágenes
de Google que, una vez procesadas por un
software fotogramétrico, den lugar a un modelo
tridimensional semiautomático del famoso
templo de la Acrópolis. Estamos en los albores
de que esto sea posible y, todo ello, contando
cada vez con un menor número de imágenes,
pues los softwares de procesado serán cada vez
más potentes.
Figura 9: Modelo 3D de los enterramientos romanos de
Tortosa
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AGRADECIMIENTOS
A Aldo Petri, arqueólogo y director del yacimiento “Las Olivas” de Pinto (Comunidad de Madrid,
España). A Jorge J. Vega y al equipo de Argea Consultores, S. L.
A Ignacio Pavón Soldevila y David M. Duque Espino, a quienes agradecemos la desinteresada cesión
de las imágenes de “La Ayuela”.
A todo el Grup de Recerca i Seminari de Protohistoria i Arqueologia (GRESEPIA) de la Universitat
Rovira i Virgili por los estudios realizados en la ciudad de Tortosa y por hacer posible parte de este
trabajo.
A los profesionales de Global Mediterránea, que se encargaron de realizar una excelente
documentación in situ de los restos del horno de cal de Montesa.
A Daniel Tejerina, por sus sabios consejos.
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... En los últimos años, la fotogrametría digital se ha incorporado y extendido en el ámbito de la arqueología, no sólo por sus ventajas técnicas, sino también por generar resultados de alta resolución capaces de reemplazar a técnicas mucho más costosas como puede ser el uso de la luz estructurada, los escáneres 3D y el LIDAR (Light Detection and Ranging). Dentro de sus principales aplicaciones podemos considerar: levantamiento y documentación a gran escala, ampliación y mejoramiento de las técnicas de documentación y representación (por ejemplo, el levantamiento de plantas de una excavación arqueológica, la reproducción virtual de arte parietal), el levantamiento espacial de sitios arqueológicos, la recreación virtual de objetos y arquitectura compleja, la digitalización de colecciones, el uso de modelos 3D para la conservación y el mantenimiento del patrimonio, divulgación de resultados, entre otros (Adami, Fassi, Fregonese, & Piana, 2018;Aparicio Resco, Carmona Barrero, Fernández Díaz, & Martín Serrano, 2014;Cots, Vilà, Diloli, Ferré, & Bricio, 2018;Dellepiane, Dell'Unto, Callieri, Lindgren, & Scopigno, 2013;Iturbe, Cachero, Cañal, & Martos, 2018;Moyano, 2017). Estos usos suponen una ventaja significativa en relación a las técnicas tradicionales de registro arqueológico (dibujo a mano alzada, fotografías 2D, levantamiento de planos con instrumental óptico), y al mismo tiempo permiten un acceso a los resultados de nuestro trabajo de manera más ágil, aprovechando las plataformas digitales de comunicación. ...
... Por último es importante tener en cuenta que la fotogrametría como técnica de levantamiento 3D permite documentar de forma geométrica y con gran calidad visual el patrimonio (Adami et al., 2018;Aparicio Resco et al., 2014;Cots et al., 2018;Iturbe et al., 2018, entre otros), por lo que es necesario tener control de todo el proceso de creación de nuestros modelos 3D. Para ello será inevitable utilizar fichas de levantamiento o metadatos que incluyan tanto los datos de cada elemento óseo (unidad anatómica, taxón), como también la información técnica del software y cámara utilizada, cantidad de fotos realizadas, diseño de tomas fotográficas (ángulo de toma fotográfica, contrastes del fondo, tipo y cantidad de luz) y los parámetros del modelo obtenido (puntos, vértices de la malla, resolución de la textura, errores, entre otros). ...
Article
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p>Photogrammetry has recently been incorporated into archaeological research, replacing much more expensive techniques while still generating high resolution results. This technique converts two dimensional (2D) images into three-dimensional (3D) models, allowing for the complex analysis of geometric and spatial information. It has become one of the most used methods for the 3D recording of cultural heritage objects. Among its possible archaeological uses are: digitally documenting an archaeological dig at low cost, aiding the decision-making process (Dellepiane et al., 2013); spatial surveying of archaeological sites; 3D model generation of archaeological objects and digitisation of archaeological collections (Adami et al., 2018; Aparicio Resco et al., 2014; Cots et al., 2018; Iturbe et al., 2018; Moyano, 2017). The objective of this paper is to show the applicability of 3D models based on SfM (Structure from Motion) photogrammetry for archaeofauna analyses. We created 3D models of four camelid (Lama glama) bone elements (skull, radius-ulna, metatarsus and proximal phalange), aiming to demonstrate the advantages of 3D models over 2D osteological guides, which are usually used to perform anatomical and systematic determination of specimens. Photographs were taken with a 16 Megapixel Nikon D5100 DSLR camera mounted on a tripod, with the distance to the object ranging between 1 and 3 m and using a 50mm fixed lens. Each bone element was placed on a 1 m tall stool, with a green, high contrast background. Photographs were shot at regular intervals of 10-15º, moving in a circle. Sets of around 30 pictures were taken from three circumferences at vertical angles of 0º, 45º and 60º. In addition, some detailed and overhead shots were taken from the dorsal and ventral sides of each bone element. Each set of dorsal and ventral photos was imported to Agisoft Photoscan Professional. A workflow (Fig. 4) of alignment, tie point matching, high resolution 3D dense point cloud construction, and creation of a triangular mesh covered with a photographic texture was performed. Finally the dorsal and ventral models were aligned and merged and the 3D model was accurately scaled. In order to determine accuracy of the models, linear measurements were performed and compared to a digital gauge measurement of the physical bones, obtaining a difference of less than 0.5 mm. Furthermore, five archaeological specimens were selected to compare our 3D models with the most commonly used 2D camelid atlas (Pacheco Torres et al., 1986; Sierpe, 2015). In the particular case of archaeofaunal analyses, where anatomical and systematic determination of the specimens is the key, digital photogrammetry has proven to be more effective than traditional 2D documentation methods. This is due to the fact that 2D osteological guides based on drawings or pictures lack the necessary viewing angles to perform an adequate and complete diagnosis of the specimens. Using new technology can deliver better results, producing more comprehensive information of the bone element, with great detail and geometrical precision and not limited to pictures or drawings at particular angles. In this paper we can see how 3D modelling with SfM-MVS (Structure from Motion-Multi View Stereo) allows the observation of an element from multiple angles. The possibility of zooming and rotating the models (Figs. 6g, 6h, 7d, 8c) improves the determination of the archaeological specimens. Information on how the 3D model was produced is essential. A metadata file must include data on each bone element (anatomical and taxonomic) plus information on photographic quantity and quality. This file must also contain the software used to produce the model and the parameters and resolution of each step of the workflow (number of 3D points, mesh vertices, texture resolution and quantification of the error of the model). In short, 3D models are excellent tools for osteological guides.</p
... This mesh can be merged together with the rest of vestiges, improving the realism of the initial reconstruction. A similar strategy has been used previously in the literature such as in (Aparicio Resco et al., 2014) and (López Romero, 2014). Figure 5 displays two screenshots to illustrate this procedure which combines Agisoft PhotoScan with Blender to embed realistic photogrammetric models into virtual reconstructions. ...
Conference Paper
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Mobile devices provide an increasingly sophisticated support to enhanced experiences and understanding the remote past in an interactive way. The use of augmented reality technologies allows to develop mobile applications for indoor exploration of virtually reconstructed archaeological places. In our work we have built a virtual reconstruction of a Roman Villa with data arising from an urgent partial excavation which were performed in order to build a car parking in the historical city of Valladolid (Spain). In its current state, the archaeological site is covered by an urban garden. Localization and tracking are performed using a combination of GPS and inertial sensors of the mobile device. In this work we prove how to perform an interactive navigation around the 3D virtual model showing an interpretation of the way it was. The user experience is enhanced by answering some simple questions, performing minor tasks and puzzles which are presented with multimedia contents linked to key features of the archaeological site.
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In this paper a stratigraphic recording methodology is presented after a practial experience at the lo Boligni archaeological site. This experience has allowed, on the basis of cenital stereo-photo pairs, the digitalization of interfacial surfaces through high density point clouds renderization as the excavation went on, in order to obtain a Three-dimmensional Cummulative Model (TCM) of the stratigraphical sequence. It will be exposed the way some easy and affordable digital tools are used at the excavation in order to achieve a massive data recovery, and how their integration in CAD and GIS environments opens new possibilities for the everyday archaeological information treatement.
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In recent years, the continuing development of architectural survey techniques based on point clouds captured by laser scanning has revolutionized the field of documentation prior to intervention, management or research in heritage. No clutch, affirming that these techniques have displaced others, such as photogrammetry, that have played an important role in the field of architectural survey, is a precipitated guess. Among other advantages, photogrammetry offers the ability to capture missing realities, lacking the materialness required for the use of laser scanner. In that vein, this paper describes the work of photogrammetric survey, location of parts and graphical anaparástasis of prior state to collapse of the Keep of the Castle of Constantine.
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Desde la Topografía hemos estado trabajando en obtener la modelización tridimensional de elementos arqueológicos haciendo uso de los sistemas láser escáner de corto, medio y largo alcance. Hemos efectuado el modelado de piezas arqueológicas para museos, levantamientos de yacimientos para equipos científicos y documentación general de áreas de interés cultural. En este artículo pretendemos exponer cómo habiendo llegado a un punto de vista lleno de escepticismo, en el que se podía pensar que la realidad virtual había encontrado un límite en la representación de la arqueología, se puede iniciar un nuevo camino. Proponemos una búsqueda de nuevos modos y procedimientos de análisis con la información recopilada, en definitiva de nuevos documentos para la interpretación científica de la arqueología que participen en la creación de conocimiento, desde las nubes de puntos adquiridas en campo. En este trabajo exploramos los documentos de análisis que son utilizados actualmente en el proceso de creación de modelos de realidad virtual e iniciamos la búsqueda de nuevos planteamientos.
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La "Nueva Arqueología" desarrolló una nueva metodología para el estudio de los restos funerarios. En los últimos años se han producido nuevos avances, centrados en su mayor parte en los resultados de la Antropología y los análisis químicos sobre los restos humanos. La teoría también ha sido renovada por los nuevos enfoques post-procesuales que dan más importancia a la propia perspectiva de los arqueólogos y a varios grupos sociales antes subestimados como las mujeres y los niños. La práctica de la Arqueología de la Muerte está siendo cuestionada en la actualidad por consideraciones de tipo étnico y religioso que reclaman respeto a sus comunidades, y algunos casos han planteado su incompatibilidad con la legislación con la legislación del mundo "occidental". The "New Archaelogy" developed methological standars for archaelogical research centered on funerary remains. New methodological tools have been achieved on the last years, mostly centered on anthropological and chemical results applied to buried bones. Theory has also been renewed by several post.processual approaches that give more importance to the archaeologist's perspective and to several previously underestimated groups and women children. The practice of funerary archaeology in now challenged by ethnic and religious beliefs that claim respect for their communities, and some cases are incompatible with legislation of the "western" world.
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The explanations of burial customs provided by previous anthropologists are examined at length together with the assumptions and data orientations that lay behind them. Both the assumptions and explanations are shown to be inadequate from the point of view of systems theory and from a detailed examination of the empirical record. A cross-cultural survey drawn from the Human Relations Area Files shows that associations do exist between measures of mortuary ritual variety and structural complexity. It was found that both the number and specific forms of the dimensions of the social persona commonly recognized in mortuary ritual vary significantly with the organizational complexity of the society as measured by different forms of subsisence practice. Moreover, the forms that differentiations in mortuary ritual take vary significantly with the dimensions of the social persona symbolized. Hence, much of contemporary archaeological conjecture and interpretation regarding processes of cultural change, cultural differentiation, and the presence of specific burial customs is inadequate as well as the ideational propositions and assumptions underlying these notions. Inferences about the presumed "relationships" compared directly from trait lists obtaining among archaeological manifestations are useless without knowledge of the organizational properties of the pertinent cultural systems.
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La aplicación de técnicas fotogramétricas de bajo coste como herramienta base para la realización de estudios sobre el patrimonio presenta en la actualidad un importante interés. Entre otras aportaciones, la fotogrametría genera importantes mejoras en el desarrollo de técnicas de lectura de paramentos (disciplina de la arqueología de la arquitectura). Hasta la fecha, se han desarrollado numerosos trabajos de aplicación de estas técnicas fotogramétricas que realizan un análisis desde un punto de vista técnico aislado. En el presente trabajo se presenta un nuevo punto de vista más global, que analiza el aspecto fotogramétrico integrado dentro del contexto de trabajo arqueológico. De esta forma, el producto fotogramétrico se constituye como la base documental fundamental para esta disciplina arqueológica, siendo sus necesidades las que marquen la metodología de desarrollo. Para el análisis del método, se presentan los resultados de su aplicación a la muralla este de la Fortaleza de la Mota de Alcalá la Real (Jaén).