El patrimoni en 3D | Patrimoni Cultural. Generalitat de Catalunya

Històries del patrimoni

El patrimoni en 3D

T’expliquem les tècniques que estan fent servir els museus més avançats per crear models tridimensionals de monuments i objectes, i les possibilitats insospitades que obren aquestes tecnologies

Que és un model 3D?

La millor manera d’explicar-ho és provant-ho. Aquí al costat tens el model 3D de la fíala del carnisser. Fes clic en el botó de play i espera que es carregui. Amb el ratolí podràs girar-lo en totes les direccions i veure’l per tots els costats amb totes les seves formes. Podríem dir que és una maqueta digital de l’objecte. En el món del patrimoni aquestes representacions tridimensionals poden ser tan petites com una arracada romana o tan grans com tot un monestir medieval.

Les tècniques per crear-los

Aquests models poden fer-se de dues maneres:
- A partir de la realitat amb tècniques de captació d’imatge com la fotogrametria o de captació de volums com l’escanejat 3D.
- Modelant directament en un programa de disseny 3D.

Fotogrametria: obtenció de models 3D a partir de fotografies

La fotogrametria consisteix en l'elaboració de models 3D a partir de fotografies. Aquestes es capturen de forma que les imatges se superposin entre elles. Un programa especialitzat processa les imatges, obté els punts coincidents i a partir d’aquí calcula la seva ubicació en l’espai. D’aquesta manera es genera un núvol de punts que reprodueix la forma de l’objecte original. Si unim aquests punts amb línies, es forma una xarxa de triangles (la malla) en la superfície dels quals podem afegir el color i la textura que  han registrat les fotografies. Ja tenim el model 3D creat. En aquests moments els programes més utilitzats en fotogrametria són Metashape i RealityCapture. En aquest vídeo pots veure tot el procés en detall.

Escàner 3D, enregistrant punts de posició

Els escàners 3D enregistren punts de posició mitjançant un feix làser, en el cas dels escàners làser, o a través de la projecció de trames de llum blanca en els escàners de llum estructurada.

L’escàner làser funciona llençant un feix de llum que impacta en la superfície de l’objecte i retorna al dispositiu deixant registrada la posició de l’impacte. Repetint de forma automatitzada aquesta operació cada pocs mil·límetres es va enregistrant amb molta precisió la forma tridimensional de l'element escanejat. Processant aquesta informació amb programes com Leica Cyclone, Scene o ReCap obtenim el núvol de punts, que igual que amb la fotogrametria ens permet crear models tridimensionals.

De vegades per construir la malla de forma més controlada es fan servir altres programes com ara Meshlab. Els escàners de llum estructurada no utilitzen feixos làser sinó línies o trames de llum blanca. El dispositiu capta la deformació d’aquestes línies en la superfície de l’objecte i calcula el núvol de punts en un programa propi. Aquí també tens un altre vídeo que ho explica.

Disseny 3D, modelant objectes digitals

La tècnica emprada per crear objectes digitals a partir de modelatge és el disseny 3D. Aquesta tècnica permet dibuixar o esculpir digitalment un model 3D. En ser creat des de zero, pot ser molt fidel a la realitat o per contra ser una creació totalment nova.

El procediment és molt similar, un cop creada la forma amb una malla, se li poden afegir textures, que també poden ser captades de la realitat o inventades.

Alguns dels programes de disseny 3D són 3DS Max, Blender o SketchUp.

Usos dels models 3D en Patrimoni Cultural

Els models 3D s’utilitzen des de fa molts anys en els efectes especials del cinema o en els videojocs 3D. En el patrimoni cultural també fa dècades que s’utilitzen però de forma molt puntual. En els últims anys però, els avenços tècnics han fet que moltes institucions i professionals del patrimoni tinguin aquesta tecnologia a l’abast, perfeccionant alguns dels processos que ja feien i també començant camins totalment nous. Veiem alguns exemples.
 
Restauració/Conservació: En el món de la restauració, la utilització de models 3D pot servir per detectar degradacions o deformacions invisibles d’una altra manera. També portar un registre d’aquestes patologies al llarg del temps, repetint periòdicament la captura de dades. En obres fragmentades ens permet fer l’estudi dels encaixos sense necessitat de manipular-les directament. També permet crear motlles dels fragments absents o suports perfectament adaptats a la peça.

Documentació: Fins fa uns anys la documentació d’elements patrimonials, especialment d’edificis es feia amb fotografies i plànols. D’aquí a uns anys serà difícil trobar bases de dades documentals sense models 3D, perquè ens permeten un registre íntegre de la informació i una visualització molt més propera a la realitat. En els casos de monuments en perill o en zones de conflicte, una documentació tan detallada com aquesta pot ser molt útil per afrontar reconstruccions parcials o totals.

Investigació: Quan publiquem un model 3D d’una escultura barroca o d’una destral prehistòrica estem posant a l’abast dels investigadors de tot el món un recurs valuosíssim. Poder veure l’objecte des de tots els punts de vista, ampliar-lo, fins i tot canviar el punt des del qual s’il·lumina i descobrir així irregularitats en la seva superfície... És gairebé com tenir l’original a les mans. En alguns casos seguirà sent imprescindible per a l’investigador fer el viatge i comprovar algun detall in-situ, però sabrà exactament què pot esperar de l’original.
 
Difusió: La capacitat que tenim ara de mostrar objectes tridimensionals a Internet, a qualsevol dispositiu, fins i tot a tauletes tàctils o telèfons mòbils ens permet arribar a un públic amplíssim i apropa el patrimoni al públic més jove. Els models 3D també obren noves possibilitats de comunicació, com la utilització de la Realitat Augmentada, en la qual l’objecte apareix en pantalla integrat en l’entorn que està captant la càmera del telèfon, o la Realitat Virtual, en la que amb unes simples ulleres VR de cartó podem veure l’objecte, en tres dimensions, de forma totalment realista.

On trobar-los?

Vols comprovar per tu mateix tot això que t’hem explicat? Pots començar per explorar el repositori en línia més conegut en el món del patrimoni: Sketchfab. És el YouTube dels models 3D. El seu funcionament és molt similar, pots veure models, però també pots obrir-te un compte i pujar els teus. O crear galeries amb els models que més t’agradin. Pots mirar els que hem anat publicant en el nostre canal.

3DHop en canvi és un visor de models 3D, desenvolupat per un grup d'investigació, especialment pensat per a museus i institucions patrimonials. En el seu apartat de galeria, podreu veure alguns exemples de la seva utilització.

Casos d’èxit

L'ús de models 3D en el Patrimoni ha donat lloc a propostes molt interessants. L’Smithsonian Institution és probablement la primera institució cultural que ha iniciat l’escanejat massiu de les seves col·leccions.La galeria del British Museum a Sketchfab té més de 10.000 seguidors, i no és estrany si tenim en compte la quantitat i sobretot la qualitat dels objectes i dels seus models virtuals. A Catalunya el Museu d'Arqueologia de Catalunya ha estat un pioner i disposa d’una excel·lent selecció d’objectes.

El cas de Vilamuseu és especial, imprimeix en 3D models d’objectes de la seva col·lecció per arribar a públics amb dificultats visuals a través del sentit del tacte.
I respecte al patrimoni en perill, hi ha diverses iniciatives (CyArk, Rekrei i altres) que documenten el patrimoni que està en risc per causes diverses, sigui per conflictes armats o per perill de desastres naturals.

En el cas d’Ullastret 3D, s’ha traspassat tot el coneixement científic i arqueològic sobre la ciutat ibèrica a un model 3D. Aquesta reconstrucció virtual ha estat utilitzada per crear fotografies, vídeos i experiències immersives que apropen tot aquest coneixement al públic d’una forma molt atractiva. En l’exposició Re-descobrint Centcelles el MNAT va aplicar aquestes tecnologies per presentar la darrera proposta de reconstrucció arquitectònica sobre la Vil·la Romana de Centcelles combinant la fotogrametria i reconstrucció 3D del monument. A Empúries han fet servir també la tecnologia 3D per reconstruir virtualment una casa romana, la Domus dels Mosaics.