El patrimonio en 3D | Patrimonio Cultural. Generalitat de Cataluña.

Historias del patrimonio

El patrimonio en 3D

Te explicamos las técnicas que estan utilizando los museos más avanzados para crear modelos tridimensionales de monumentos y objetos, y las posibilidades que abren estas tecnologías

¿Qué es un modelo 3D?

La mejor manera de explicarlo es manipulándolo. Aquí al lado tienes el modelo 3D de la fíala del carnicero. Clica el botón play y espera a que se cargue. Con el ratón podrás girarlo en todas las direcciones y verlo desde todos los lados con todas sus formas. Podríamos decir que es una maqueta digital del objeto. En el mundo del patrimonio cultural estas representaciones tridimensionales pueden ser tan pequeñas como un pendiente romano o tan grandes como todo un monasterio medieval.

Las técnicas para crearlos

Estos modelos pueden hacerse de dos formas:
- A partir de la realidad con técnicas de captación de imagen como la fotogrametría o de captación de volúmenes como el escaneado 3D
- Modelando directamente en un programa de diseño 3D
 
Fotogrametría: obtención de modelos 3D a partir de fotografías

La fotogrametría consiste en la elaboración de modelos 3D a partir de fotografías. Estas se capturan de forma que las imágenes pueden superponerse entre sí. Un programa especializado procesa las imágenes, obtiene los puntos coincidentes y, a partir de ello, calcula su ubicación en el espacio. De esta forma, se genera una nube de puntos que reproduce la forma del objeto original. Si unimos estos puntos con líneas, se forma una red de triángulos (la malla) a cuya superficie podemos añadir el color y la textura que han registrado las fotografías. Ya tenemos creado el modelo 3D. Actualmente, los programas más utilizados en fotogrametría son Metashape y ReallityCapture. En este vídeo podrás ver el proceso en detalle.

Escáner 3D: registro de puntos de posición

Los escáneres 3D registran los puntos de posición mediante un haz láser, en el caso de los escáneres láser, o a través de la proyección de tramas de luz blanca en los escáneres de luz estructurada.

El escáner láser funciona lanzando un haz de luz que impacta en la superficie del objeto y retorna al dispositivo, y deja registrada la posición del impacto. Repitiendo de forma automatizada esta operación cada pocos milímetros, se va registrando con mucha precisión la forma tridimensional del elemento escaneado.
Si procesamos esta información con programas como Leica Cyclone, Scene o ReCap obtenemos la nube de puntos que, igual que con la fotogrametría, nos permite crear modelos tridimensionales.

En ocasiones, para construir la malla de forma más controlada se utilizan otros programas, como Meshlab.Los escáneres de luz estructurada no emplean haces láser sino líneas o tramas de luz blanca. El dispositivo capta la deformación de esas líneas en la superficie del objeto y calcula la nube de puntos en un programa propio. Aquí tienes otro vídeo que lo explica.

Diseño 3D, modelando objetos digitales

La técnica empleada para crear objetos digitales a partir de modelaje es el diseño 3D, que permite dibujar o esculpir digitalmente un modelo 3D. Al ser creado desde cero, puede ser muy fiel a la realidad o, por el contrario, ser una creación totalmente nueva.

El procedimiento es muy similar: una vez creada la forma con una malla, se le pueden añadir texturas, que también pueden ser captadas de la realidad o inventadas.

Algunos de los programas de diseño 3D son 3DS Max, Blender o SketchUp.

Usos de los modelos 3D para el patrimonio cultural

Los modelos 3D se utilizan desde hace muchos años en los efectos especiales del cine o en los videojuegos 3D. En el patrimonio cultural también hace décadas que se utilizan pero de forma muy puntual. En los últimos años, gracias a los avances técnicos, esta tecnología se ha puesto al alcance de muchas instituciones y profesionales del patrimonio, lo que les ha permitido perfeccionar algunos de los procesos que realizaban y les ha abierto también caminos totalmente nuevos. Veamos algunos ejemplos.
 
Restauración/Conservación: En el mundo de la restauración, la utilización de modelos 3D puede servir para detectar degradaciones o deformaciones invisibles de otra forma, y también para llevar un registro de estas patologías a lo largo del tiempo, repitiendo periódicamente la captura de datos. En obras fragmentadas nos permite realizar el estudio de los encajes sin necesidad de manipularlas directamente. También permite  crear moldes de los fragmentos ausentes o soportes perfectamente adaptados a la pieza.
 
Documentación: Hasta hace unos años la documentación de elementos patrimoniales, especialmente de edificios, se hacía con fotografías y planos. Dentro de unos años, será difícil encontrar bases de datos documentales sin modelos 3D, ya que nos permiten un registro íntegro de la información y una visualización mucho más cercana a la realidad. En los casos de monumentos en peligro o en zonas de conflicto, una documentación tan detallada como esta puede ser muy útil para afrontar reconstrucciones parciales o totales.

Investigación: Cuando publicamos un modelo 3D de una escultura barroca o de un hacha prehistórica estamos poniendo al alcance de los investigadores de todo el mundo un recurso valuosísimo, que permite ver el objeto desde todos los ángulos, ampliarlo, incluso cambiar el punto desde el que se ilumina y descubrir así irregularidades en su superficie... Es prácticamente como tener el original en las manos. En algunos casos seguirá siendo imprescindible para el investigador hacer el viaje y comprobar algún detalle in situ, pero sabrá exactamente qué puede esperar del original.
 
Difusión: La capacidad que tenemos ahora de mostrar objetos tridimensionales en internet, en cualquier dispositivo, incluso en tabletas táctiles o teléfonos móviles nos permite llegar a un público amplísimo y acercar el patrimonio al público más joven. Los modelos 3D también abren nuevas posibilidades de comunicación, como la utilización de la realidad aumentada, en la que el objeto aparece en pantalla integrado en el entorno que está captando la cámara del teléfono, o la realidad virtual, en la que con unas simples gafas VR de cartón podemos ver el objeto, en tres dimensiones, de forma totalmente realista.

¿Dónde encontrarlos?

¿Quieres comprobar por ti mismo todo lo que te hemos explicado? Empieza por explorar el repositorio en línea más conocido en el mundo del patrimonio cultural: Sketchfab. Es el YouTube de los modelos 3D. Su funcionamiento es muy similar: puedes ver modelos, pero también puedes abrir una cuenta y subir los tuyos. O crear galerías con los modelos que más te gusten. Puedes echar un vistazo a los que hemos ido publicando en nuestro canal.

En cambio, 3DHop es un visor de modelos 3D, desarrollado por un grupo de investigación, especialmente pensado para museos e instituciones patrimoniales. En su apartado de galería, podrás ver algunos ejemplos de su utilización.

Casos de éxito

El uso de modelos 3D en el ámbito del patrimonio cultural ha dado lugar a propuestas muy interesantes. La Smithsonian Institution es probablemente la primera institución cultural que ha iniciado el escaneado masivo de sus colecciones. No es de extrañar que la galería del British Museum en Sketchfab tenga más de 10.000 seguidores si tenemos en cuenta la cantidad y sobre todo la calidad de los objetos y de sus modelos virtuales. En Cataluña, el Museu d'Arqueologia de Catalunya ha sido pionero en este ámbito y dispone de una excelente selección de objetos.

El caso de Vilamuseu es especial, ya que imprime en 3D modelos de objetos de su colección para llegar a públicos con dificultades visuales a través del sentido del tacto.
Asimismo, respecto al patrimonio en peligro, existen diversas iniciativas (CyArk, Rekrei, entre otras) que documentan el patrimonio que se encuentra en riesgo por causas diversas, ya sea por conflictos armados o por peligro de desastres naturales.

En el caso de Ullastret 3D, todo el conocimiento científico y arqueológico sobre la ciudad ibérica se ha traspasado a un modelo 3D. Esta reconstrucción virtual se ha utilizado para crear fotografías, vídeos y experiencias inmersivas que acercan todo ese conocimiento al público de una forma muy atractiva. En la exposición Re-descobrint Centcelles (Re-descubriendo Centcelles), el MNAT aplicó estas tecnologías para presentar la última propuesta de reconstrucción arquitectónica sobre la villa romana de Centcelles, en la que se combinan la fotogrametría con la reconstrucción 3D del monumento. Más abajo encontrarás los enlaces para que puedas disfrutar de todos ellos. En Empúries han utilizado también la tecnología 3D para reconstruir virtualmente una casa romana, la Domus dels Mosaics.