románico norte - fundación sta. maría la real - románico

13
P. M. Lerones et al., AR&PA 2010 1 Restauración y Simulación Virtual de Policromías en Sta. Mª. de Mave: Un Ejemplo de Nuevas Formas de Explotación del Patrimonio Pedro Martín Lerones * , José Mª. Llamas Fernández Jaime Gómez García-Bermejo, Eduardo Zalama Casanova Fundación CARTIF Parque Tecnológico de Boecillo, P. 205 47151-Boecillo (Valladolid), España Jesús Castillo Oli Fundación Sta. Mª. la Real Monasterio de Santa María la Real 34800-Aguilar de Campoo (Palencia), España Resumen El empleo de las TICs en el estudio, conservación y difusión del Patrimonio está dando lugar a experiencias empresariales que permiten poner en valor y ofrecer nuevas formas de explotación de bienes de interés cultural. Además, favorecen la profesionalización cualificada y no deslocalizable en el sector. Una aplicación concreta de gran interés es la restauración y simulación de policromías en 3D en un inmueble significativo. Esta aplicación consiste en la proyección con cañones convencionales de modelos virtuales obtenidos por medición láser, a los que se les dota de una textura artificial para reproducir su apariencia en un momento dado. Sin hacer intervención física alguna, se puede emular la policromía que tenía originalmente (incluso donde ya no existe), su evolución en el tiempo, o mostrar estos u otros aspectos alternativos simplemente con fines divulgativos y didácticos. El presente artículo describe la metodología seguida con este fin, que implica el desarrollo de un novedoso procedimiento que permite combinar la información geométrica del inmueble (captada mediante un escáner láser), con la de color (captada por una cámara fotográfica), permitiéndose sustituir esa información de color por una o varias imágenes de otro lugar, o específicamente diseñadas para mostrar aspectos concretos. Con este procedimiento se evitan los problemas de distorsión inherentes a la proyección directa de imágenes en dos dimensiones. Como ejemplo práctico en una zona amplia, y de manera pionera en España, se ha creado el modelo digital correspondiente al interior del ábside central de la iglesia conventual de Sta. Mª. de Mave (Palencia). En la parte de la cúpula se han superpuesto diferentes imágenes, ninguna de las cuales muestra la situación real actual. Las composiciones creadas, se han proyectado de forma secuenciada sobre la cúpula por medio de un único cañón, posicionado y orientado convenientemente, al que está conectado el PC portátil donde se alojan. De esta manera se da cuenta del potencial de estas aplicaciones y el valor añadido que ofrecen al sitio, de clara repercusión económica y social. * Persona de contacto. Dirección de correo electrónico: [email protected]

Upload: others

Post on 02-Jul-2022

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

1

Restauración y Simulación Virtual de Policromías en Sta. Mª. de Mave: Un Ejemplo de Nuevas Formas de Explotación del Patrimonio

Pedro Martín Lerones*, José Mª. Llamas Fernández

Jaime Gómez García-Bermejo, Eduardo Zalama Casanova Fundación CARTIF

Parque Tecnológico de Boecillo, P. 205 47151-Boecillo (Valladolid), España

Jesús Castillo Oli

Fundación Sta. Mª. la Real Monasterio de Santa María la Real

34800-Aguilar de Campoo (Palencia), España

Resumen El empleo de las TICs en el estudio, conservación y difusión del Patrimonio está dando lugar a experiencias empresariales que permiten poner en valor y ofrecer nuevas formas de explotación de bienes de interés cultural. Además, favorecen la profesionalización cualificada y no deslocalizable en el sector. Una aplicación concreta de gran interés es la restauración y simulación de policromías en 3D en un inmueble significativo. Esta aplicación consiste en la proyección con cañones convencionales de modelos virtuales obtenidos por medición láser, a los que se les dota de una textura artificial para reproducir su apariencia en un momento dado. Sin hacer intervención física alguna, se puede emular la policromía que tenía originalmente (incluso donde ya no existe), su evolución en el tiempo, o mostrar estos u otros aspectos alternativos simplemente con fines divulgativos y didácticos. El presente artículo describe la metodología seguida con este fin, que implica el desarrollo de un novedoso procedimiento que permite combinar la información geométrica del inmueble (captada mediante un escáner láser), con la de color (captada por una cámara fotográfica), permitiéndose sustituir esa información de color por una o varias imágenes de otro lugar, o específicamente diseñadas para mostrar aspectos concretos. Con este procedimiento se evitan los problemas de distorsión inherentes a la proyección directa de imágenes en dos dimensiones. Como ejemplo práctico en una zona amplia, y de manera pionera en España, se ha creado el modelo digital correspondiente al interior del ábside central de la iglesia conventual de Sta. Mª. de Mave (Palencia). En la parte de la cúpula se han superpuesto diferentes imágenes, ninguna de las cuales muestra la situación real actual. Las composiciones creadas, se han proyectado de forma secuenciada sobre la cúpula por medio de un único cañón, posicionado y orientado convenientemente, al que está conectado el PC portátil donde se alojan. De esta manera se da cuenta del potencial de estas aplicaciones y el valor añadido que ofrecen al sitio, de clara repercusión económica y social.

* Persona de contacto. Dirección de correo electrónico: [email protected]

Page 2: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

2

Palabras clave: 3D scanning; 3D modelling; 3D texture mapping; texture integration; texture matching. 1. Introducción Aunque conocidos desde hace tiempo, la utilización de los escáneres láser para medición tridimensional precisa en Arquitectura y Patrimonio ha debido esperar a que se produjeran notables avances en la electrónica y en la capacidad de cálculo de los ordenadores. Prácticamente hasta el año 2003 eran herramientas reservadas a los centros de investigación, y, en la actualidad, gracias, sobre todo, a la capacidad de procesamiento a 64-bits de los ordenadores a que se transcriben los datos que obtienen, constituyen una alternativa o un complemento a métodos clásicos como la topografía y la fotogrametría [Lisinger-2005; Lambers et al.-2007; Al-Khedera, Al-Shawabkeh y Haala-2009]. Las dos tecnologías en que se basan los escáneres láser de medio-largo alcance son la “diferencia de fase” y el “tiempo de vuelo” [Bradshaw-1999]. Ésta última es equiparable a la empleada por los distanciómetros, los teodolitos motorizados y las estaciones totales que se manejan convencionalmente con el mismo fin. En cualquiera de los dos casos, colocando el escáner en diferentes posiciones, éste emite un haz láser que recorre automáticamente la superficie considerada (en interior y/o exterior), y, con arreglo a una resolución geométrica prefijada, se van obteniendo las coordenadas geométricas (X, Y, Z) respecto de la posición del escáner de cada uno de los puntos de la nube a que se va dando lugar. Opcionalmente pueden obtenerse las coordenadas de color (R, G, B) de esos puntos por medio de cámaras digitales que, o bien se alojan en el interior del escáner, o bien se acoplan externamente a él. De esta forma la perspectiva de las fotografías que se tomen será ortogonal al barrido del láser en la zona a digitalizar, permitiéndose relacionar directamente los puntos de cada imagen (2D) con los puntos medidos por el láser (3D). No obstante, el color computado varía a lo largo del escaneado en función de la luminosidad ambiental, y también se haya limitado por la resolución geométrica. Estos problemas se encuentran formalmente planteados en distintos trabajos como el de Xu, Ye y Fan [2002]. Para dar lugar a un modelo digital 3D fiel al original, se les busca solución teniendo en cuenta magnitudes radiométicas inherentes a los datos registrados, como la radiancia de las imágenes [Yu, Ferencz y Malik-2001] o la reflectancia y la reflectividad de las superficies medidas [Bernardini y Rushmeier-2002; Shi y Duan-2007]. Sin embargo suponen una solución laboriosa, poco operativa desde un punto de vista práctico. Además, habiéndose analizado los principales equipos disponibles en el mercado, se advierte que cuando la cámara es interna, su resolución no es elevada y el cristal de protección del sistema óptico reduce la captación de luz, por lo que resulta una imagen de baja calidad. Cuando la cámara es externa, el campo de visión de los escáneres suele ser mucho mayor que el de ésta. En ambos casos se pierde flexibilidad para capturar las imágenes con el mejor ángulo y condiciones de iluminación posibles.

Page 3: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

3

Estos motivos y el análisis de los trabajos de Beraldin et al [2005] y Chung y Liao [2005], nos llevan a complementar la adquisición de datos (X, Y, Z) + (R, G, B) con un estudio fotográfico del emplazamiento de forma completamente independiente. La labor que esto supone no se traduce en incremento de tiempo adicional alguno, ya que mientras el escáner adquiere datos de una superficie, o en cualquier otro momento a conveniencia, se van tomando las fotografías necesarias. Además, se tiene la ventaja de utilizar cámaras digitales profesionales no predeterminadas, contrariamente a lo que sucede con las asociadas a los escáneres. Puesto que es necesario el continuo en la información registrada para que las características geométricas de las superficies digitalizadas aparezcan claramente definidas, la nube de puntos global que describe el emplazamiento original ha de convertirse en un modelo poligonal, que, por sencillez, es una malla de triángulos. Los motivos son sobrados: se conserva intacta la información de la nube, los triángulos son la figura matemática más sencilla para unir entre sí puntos vecinos, y, al mismo tiempo, son los que presentan el menor coste de procesamiento computacional [Remondino-2003; Arayici-2007]. Las herramientas comerciales disponibles para establecer una relación directa entre las fotografías obtenidas y la malla derivada de la medición 3D del emplazamiento, ofrecen tres alternativas: (i) que las imágenes obtenidas sean ortofotos desde el estacionamiento elegido; (ii) que la cámara con que han sido tomadas presente una calibración conocida; (iii) que la perspectiva de las imágenes sea libre, pero limitando la resolución del resultado. Por estos motivos, se ha desarrollado una técnica específica, y su software asociado, con tres características básicas: permite la superposición de fotografías a la malla con independencia del punto de vista con que han sido tomadas; no se requiere de calibración previa de la cámara empleada; y opera a cualquier resolución. La gran versatilidad y el fuerte carácter innovador que constituyen conjuntamente estas características suponen un avance frente a estudios recientes como el de Kersten, Lindstaedt y Vogt [2009]. Por supuesto, puede utilizarse para superponer no sólo fotografías del lugar, sino imágenes de todo tipo (en tamaño y contenido). Se pueden generar así modelos tridimensionales con información de color que servirán de base para aplicaciones de interés en los diferentes niveles de intervención en Patrimonio: investigación; protección; conservación; restauración; y difusión. Concretamente, un modelo digital 3D resultante de la aplicación de esta nueva técnica, puede ser proyectado en interiores1 por medio de cañones sobre la zona correspondiente del elemento original del que deriva, dispuestos en una posición y orientación adecuadas. Se posibilitan así tanto las restauraciones virtuales (mostrando cómo sería originalmente, o emulando el resultado de la actuación prevista –incluso guiando ésta-), como las simulaciones de policromías y materiales alternativos (por ej. su evolución en el tiempo o el aspecto en bronce de elementos en piedra). En ningún caso se requerirá de intervención física alguna sobre el elemento a estudio, vislumbrándose y divulgándose de forma muy gráfica su aspecto anterior, posible o futuro. Existen resultados de interés a nivel internacional, pero ceñidos a objetos de pequeño tamaño, donde es un referente la proyección de un modelo 3D cuya información de color es una imagen renderizada que emula el aspecto en el siglo XIX de la cabeza y 1 La iluminación es controlable en un interior, hecho no factible en exteriores.

Page 4: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

4

pecho de la Virgen Blanca de la Catedral de Vitoria (España) [Peral, Sagasti y Sillauren-2005]. Sin embargo, la proyección en áreas extensas presenta desarrollos embrionarios, tanto más incipientes cuanto morfológicamente más compleja sea la superficie sobre la que proyectar. El presente artículo seguidamente detalla la metodología que hemos empleado y los resultados logrados sobre la cúpula del interior del ábside central de la iglesia románica de Sta. Mª. de Mave (Palencia), donde se ha proyectado un modelo 3D de la zona al que se han superpuesto cuatro imágenes artificiales. Finalmente expone las conclusiones y futuras líneas de investigación con las que se pretenden realizar desarrollos que solucionen la creciente demanda profesional y social de estas tareas. 2. Metodología Las pinturas (policromías), como expresión simbólica del imaginario colectivo, son una clara evidencia de lo profusa y vivamente decorados que se encontraban determinados lugares históricos. Eran algo consustancial al lugar, aunque la mayor parte de las veces no existen sobre el relieve que hoy todavía apreciamos. Esta ausencia descontextualiza el aspecto primigenio o concebido para muchos lugares que hoy en día se visitan, siendo un hecho especialmente acusado en el arte románico. Tras la eliminación, mecánica o química, del mortero o suciedad bajo la que suelen aparecer, su recuperación es también una labor de personal altamente cualificado, económicamente costosa y muy laboriosa en tiempo, con un grado de intervención manual absoluto. Esta recuperación nunca es total, y se restringe a la estabilización de los hallazgos en el estado que se encuentren (Fig.1), por lo que no está permitido completar o añadir información directamente sobre ellas.

Fig.1: Estado final tras la restauración (izqda.) e inicial (dcha.) de las policromías de la nave de la epístola

en la iglesia de Sta. Mª. de Mave (Palencia). Fuente: Fundación Santa Mª. la Real [www.romaniconorte.org]

Por medio de cañones proyectores, pueden focalizarse modelos digitales tridimensionales fototexturados sobre zonas concretas del emplazamiento emblemático elegido para complementar o emular esas policromías. La proyección supondrá, por

Page 5: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

5

simple captación visual, un aporte de información adicional sustancial a especialistas o visitantes. El fundamento de la proyección es la superposición de imágenes a la malla resultado de la triangulación de la nube de puntos dada por el escáner. Dicha superposición lleva aparejado el desarrollo de un software específico, basado en una calibración imagen (2D) / malla (3D) por el método de Tsai [1987] o su equivalente de Zhang [2000]. De acuerdo con Blais y Beraldin [2006], en primer lugar se determinan los parámetros intrínsecos2 y extrínsecos3 de la cámara empleada. Posteriormente, son calculadas las matrices de calibración que permiten obtener la relación entre la posición de los puntos medidos por el escáner (coordenadas mundo X, Y, Z), con su posición en el plano imagen de la fotografía a superponer (coordenadas r, c). Para la estimación de los parámetros referidos se requiere de puntos de control [Iwakiri y Kaneko-2006], que, en nuestro caso son un mínimo de once4, obtenidos mediante la selección de puntos comunes en la fotografía y en la malla (Fig.2).

Fig.2: Correspondencia 2D /3D por marcación de puntos de control respectivos.

2 Son aquéllos que caracterizan las propiedades inherentes de la cámara y su óptica (distancia focal, desplazamiento del centro de la imagen y coeficientes de distorsión). 3 Son los que definen la posición y orientación de la cámara con respecto al sistema de referencia absoluto. 4 Según exige el método de calibración referido.

Page 6: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

6

Uno de los problemas más comunes en la superposición, sobre todo en exteriores, es que las fotografías utilizadas pueden haber sido tomadas en diferentes condiciones de iluminación (hora del día, fecha, condiciones meteorológicas, variación de parámetros de la cámara, o de ésta misma). En estos casos es necesario homogeneizar los niveles de color entre las imágenes. Se tienen dos posibilidades al respecto: (1) mediante la utilización de programas informáticos de edición fotográfica, igualando la media RGB o HIS5 de las imágenes a emplear, donde se toma como referencia, para modificar el resto, a aquellas que se consideran idóneas; (2) tratar de regular el brillo y el contraste de las imágenes superpuestas en el programa de tratamiento y edición de datos 3D donde se cargue el modelo resultante de la superposición. La primera de las posibilidades indicadas es preferible, si bien la segunda, de menor coste temporal, está indicada en cambios leves. El problema descrito se haya minimizado cuando se dispone de un ambiente de luz controlada, donde se puede conseguir uniformidad lumínica durante un período de tiempo suficientemente largo, hecho admisible en interiores. El proceso de superposición se repite con todas las imágenes necesarias con independencia del formato, tamaño y resolución absoluta o relativa de las mismas. Puede que tengan que editarse las junturas entre las submallas en que se considere ha de dividirse la global para mejorar el rendimiento computacional. Incluso pueden recortarse convenientemente para que se ciñan a la superposición realizada. Se obtiene así un modelo digital de gran realismo, que resulta ser un mallado optimizado con “piel” fotográfica (Fig.3). Obviamente, si la malla sobre la que se interviene presenta agujeros, esta operación no tiene lugar, y si las imágenes hubieran sido tomadas con una cámara solidaria al escáner, la superposición es directa.

a

5 Los seres humanos no describimos un determinado color por medio de las componentes RGB, sino mediante tres características distintas: la tonalidad (H – sinónimo de color), la intensidad o brillo (I – luminosidad de un tono) y la saturación (S – intensidad de color).

Page 7: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

7

b

Fig.3: Considerando una malla que describe el interior del triple ábside de la iglesia de Sta. Mª. de Mave: (a): Superposición de fotografías en el ábside central; (b): Ortoimagen obtenida tras la superposición

completada en los tres ábsides. También la superposición puede realizarse con imágenes que no son las fotografías que corresponden, o con representaciones específicamente preparadas. El modelo 3D fototexturado resultante queda alojado en un ordenador convencional al que pueden conectarse uno o varios cañones proyectores. Si bien es cierto que puede calcularse previamente la disposición preferible de los proyectores en un programa CAD al que se importa el modelo 3D originado, en la mayoría de los casos esa disposición no es factible de una manera práctica, o implica montajes no acordes con la estética o la funcionalidad del lugar. Más bien suele precederse a la inversa: la manipulación del modelo en un ordenador permite entonces conseguir virtualmente la mejor perspectiva posible en la que colocar los cañones (Fig.4).

Fig.4: Modelo 3D que muestra la superposición de una imagen de un pantocrátor tipo sobre la cúpula del

ábside central de Sta. Mª. de Mave (Palencia). La perspectiva corresponde a la visualización de ese pantocrátor desde el suelo de la nave central.

Page 8: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

8

Puede hacerse una captura de pantalla de esa perspectiva y tener una imagen a focalizar por los cañones que se ajusta exactamente a la zona en que se proyecta, puesto que compendia el efecto de la tercera dimensión. De esta forma se minimizan los errores por distorsión inherentes a la proyección directa equivalente de las imágenes utilizadas en la superposición (habiéndolas corregido previamente en perspectiva). A su vez, para que la proyección se observe nítidamente con cañones convencionales, hemos verificado la iluminancia en el interior del monumento elegido no debe ser superior a 400 lx, hecho que se verifica comúnmente en los inmuebles románicos, justificándose su elección para iniciar las actividades de I+D que venimos describiendo. Si se utilizasen varios proyectores, siguiendo los estudios de Majumder y Steves [2004], y Peral, Sagasti y Sillauren [2005], se deben controlar, corregir y uniformizar las proyecciones parciales que provienen de cada uno de los cañones a utilizar, actuando sobre sus parámetros ópticos y teniendo en cuenta la coloración de la superficie sobre la que se realiza la proyección y las condiciones de iluminación ambiental. No obstante la proyección múltiple continúa sin ser resuelta, destacando el intento de unificación de los aspectos a ser considerados por parte de Damera-Venkata, Chang y Di Carlo [2007]. 3. Resultados La iglesia de Sta. Mª. de Mave (Palencia), por su pureza constructiva, es uno de los lugares emblemáticos de la antigua Merindad de Aguilar de Campoo6, que constituye la mayor concentración de monumentos de arte románico del mundo. La empresa Patrimonio y Restauración, S.L.U encargó su digitalización en Noviembre de 2009, habiéndose utilizado un escáner LEICA HDS-3000 de tecnología “tiempo de vuelo” para la adquisición de la nube de puntos; el programa PolyWorks para la creación y edición de la malla de triángulos en una estación de trabajo DELL Precision Workstation T5500 (procesamiento a 64 bits); el programa RapidForm como entorno donde visualizar y editar la superposición de texturas en otra estación DELL Precision PWS670 (procesamiento a 32 bits), donde también se aloja el programa específicamente desarrollado para esa operación; y, finalmente, un proyector ACER X-1260 de tecnología DLP7 para plasmar sobre la cúpula del interior del ábside central la secuencia de imágenes prevista. Desde luego, un primer resultado, inherente a la superposición misma, es que si se realiza con las fotografías de la zona correspondiente al original, y se genera un modelo

6 Situada en el norte de España, se trata de un territorio de más de 1700 km2, que abarca el noreste de las provincias de Palencia, el noroeste de la de Burgos y el sur de Cantabria. Se encuentra en fase de tramitación su declaración de patrimonio de la humanidad por la UNESCO y prevista también la presentación de candidatura a patrimonio europeo en este año 2010. 7 Digital Light Processing, es una tecnología usada en proyectores y televisores de proyección, donde la imagen es creada por espejos microscópicos dispuestos en una matriz sobre un chip semiconductor. Cada espejo representa un píxel en la imagen proyectada, siendo las matrices de 800×600, 1024×768 (nuestro caso), y 1280×720 algunos de los tamaños comunes. La ventaja de esta tecnología estriba en producir imágenes suaves, sin saltos, aunada con una buena profundidad y contraste del color.

Page 9: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

9

3D orientado según el sistema de coordenadas espacial del lugar (incluso puede georreferenciarse), permite obtener la proyección ortogonal de cualquier alzado, creándose ortoimágenes de gran calidad a voluntad, como la mostrada anteriormente en la Fig.3b. Estas ortoimágenes pueden hacerse a cualquier resolución y no requieren de corrección de distorsiones, lo que les confiere una clara ventaja frente a las ortofotos convencionales. En cuanto a los resultados propios de la proyección, se ha considerado el caso más simple, como es la utilización de un único cañón. Este caso se toma de punto de partida para ensayar, analizar y anticipar problemas en montajes posteriores de cada vez mayor complejidad. De este modo, se partió de la superposición de una imagen de un pantocrátor (formato JPG, 1760 x 1213 px) en la malla del interior del triple ábside, justo sobre la zona de la cúpula del central, obteniéndose las matrices de transformación que permiten dicha superposición y dándose lugar a un modelo 3D transcribible en un fichero de formato VRML texturado. Para poder utilizar ordenadores convencionales se hizo la captura de pantalla de la zona del modelo 3D a proyectar, una vez que se orientó según la perspectiva desde la que debe hacerse. La imagen fruto de la captura fue editada para que se ciñera al área de la cúpula, focalizándose entonces desde un PC portátil, lo que permite moverse cómodamente con él por la iglesia, y contribuye a reducir el tamaño del montaje a realizar. Para esta focalización se han de tener en cuenta las especificaciones técnicas del cañón proyector. En nuestro caso se traducen en un rango de proyección de 1- 12 m, con una uniformidad del 85% en el brillo y el contraste como principales parámetros a considerar. La perspectiva buscada corresponde al eje de la nave central, mirando hacia el altar, con un ligero desplazamiento hacia la derecha, sustentado el cañón en un soporte metálico sobre el suelo que permite ajustar la angulación necesaria. La disposición del montaje de prueba se muestra en la Fig.5, siendo 11 m (aprox)8 la distancia entre el proyector y el centro del cuarto de esfera que es la cúpula, cubriéndose un área de 18 m2 (aprox)9.

Fig.5: Vista del montaje realizado para la simulación virtual de policromías en Sta. Mª. de Mave

(Palencia). Obsérvese el proyector y cableado provisional en el suelo de la nave central.

8 Cálculos realizados en PolyWorks sobre el modelo 3D.

Page 10: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

10

Una vez obtenidas las matrices de transformación, puede modificarse la imagen asociada al fichero VRML, mostrándose el efecto de la nueva imagen superpuesta a la malla. Otras tres imágenes fueron así utilizadas, haciéndose las pertinentes capturas de pantalla con objeto de dar cuenta del potencial educativo y de difusión del Patrimonio que supone la metodología descrita (Fig.6).

a b

c d Fig.6: Secuenciación de la proyección realizada en Sta. Mª. de Mave (Palencia): (a) pantocrátor; (b)

rosetón gótico; (c) puesta de sol; (d) la Tierra vista desde el espacio. En la transición entre las cuatro imágenes proyectadas se provoca un efecto de retardo que permite atenuar cada una e ir haciendo aparecer progresivamente la siguiente, hecho utilizado para simular con el pantocrátor el proceso de deterioro y desaparición de una pintura románica que pudiera haber existido en la cúpula (Fig.7). Adicionalmente, el fichero VRML resultante de la superposición puede ser visualizado en cualquier navegador estándar o empleado para aplicaciones multimedia o de realidad virtual y aumentada [Beraldin, Picard y El-Hakim-2005; Bruno et al.-2009; Noh, Ismail y Sunar-2009].

Page 11: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

11

Fig.7: Atenuación de la proyección del pantocrátor para simular el deterioro cromático de una pintura

románica a lo largo del tiempo. Otro aspecto de interés es la independencia entre la resolución geométrica y la cromática una vez hecha la superposición, pudiéndose simplificar la malla y mantenerse la imagen empleada, pues se conserva la matriz de transformación. De hecho, las pruebas realizadas con PolyWorks han permitido reducir el número de triángulos de que consta la malla hasta en un 40%. Se tiene así la posibilidad de utilizar ordenadores poco potentes para el manejo de los modelos 3D generados, o que éstos puedan ser colgados en Internet. 4. Conclusiones y Futuras Investigaciones El empleo de escáneres láser de largo alcance permite obtener modelos 3D manipulables por computador, muy precisos desde el punto de vista geométrico, y que encuentran multitud de aplicaciones en investigación, protección, conservación, restauración y difusión del Patrimonio cultural. Concretamente, estos modelos pueden texturizarse con imágenes reales o artificiales mediante desarrollos informáticos específicos basados en métodos de calibración 2D /3D contrastados. El resultado se puede proyectar mediante cañones convencionales sobre la zona que geométricamente describen en el emplazamiento original, haciéndose patente la viabilidad técnica y económica de su utilización para la simulación virtual de policromías, con el montaje más sencillo posible, sobre un sitio emblemático como es Sta. Mª. de Mave (Palencia). Se satisface así el objetivo de mostrar su potencialidad, tanto desde un punto de vista especializado, como de carácter general. Al disponer de un ordenador, la proyección podría simultanearse con narraciones y efectos visuales alternativos. Todas estas labores requieren de personal cualificado en nuevas tecnologías, que puede residir en la zona, y, que, por tanto, supone la creación de puestos de trabajo estables directos (catalogación 3D, diversificación y ampliación de contenidos, nuevos montajes, mantenimiento, etc) asociados a un recurso no deslocalizable como es un inmueble o conjunto de interés cultural. Montajes no discordantes más complejos en el emplazamiento elegido, u otro de interés, se vislumbran como posibles, habiéndose de estudiar y resolver los problemas asociados a proyecciones múltiples, que vendrán dados por los parámetros ópticos de cada cañón proyector, las regiones de solapamiento entre proyecciones, la coloración de la

Page 12: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

12

superficie y la iluminación ambiente. A ellos están dirigidas las tareas de I+D que se vienen realizando para atender a la cada día más creciente demanda de actividades que supongan una diferenciación y un innovador valor añadido a un sitio de interés en Patrimonio. Agradecimientos Queremos dejar constancia expresa del interés de la Fundación Sta. Mª. la Real y la empresa “Patrimonio y Restauración” en la aplicación de las tecnologías de digitalización 3D en el sector cultural. Ambas han hecho posible este trabajo bajo el proyecto 05/08/PA/0004, subvencionado por la ADE de Castilla y León, y desarrollado dentro del Plan de Intervención Románico Norte, promovido por la Junta de Castilla y León en colaboración con los Obispados de Palencia y Burgos. También queremos hacer mención de la disponibilidad y confianza que mostró para con nosotros el personal de la posada “El Convento de Sta. Mª. de Mave”. Bibliografía 1. Al-Khedera, S; Al-Shawabkeh, Y; Haala, N (2009): “Developing a documentation system for desert

palaces in Jordan using 3D laser scanning and digital photogrammetry”. Journal of Archaeological Science, Vol. 36, No. 2, p. 537-546.

2. Arayici, Y. (2007): “An approach for real world data modelling with the 3D terrestrial laser scanner for built environment”. Automation in Construction, Vol. 16, No. 6, p. 816-829.

3. Beraldin, J.A.; Picard, M.; El-Hakim, S.F. et al. (2005): “Combining 3D technologies for cultural heritage interpretation and entertainment”. Conference Videometrics VIII, Vol. 5665, p. 108-118, San Jose- CA (EE.UU), 18 - 20 Enero.

4. Bernardini, F.; Rushmeier, H. (2002): “The 3D model acquisition pipeline”. Computer Graphics Forum, Vol. 21, No. 2, p. 149-172.

5. Blais. F.; Beraldin, J.A. (2006): “Recent developments in 3D multi-modal laser imaging applied to cultural heritage”. Machine Vision and Applications, Vol. 17, No. 6, p. 395-409.

6. Bradshaw, G. (1999): “Non-contact Surface Geometry Measurement Techniques”. Image Synthesis Group, Trinity College, Dublin (Ireland).

7. Bruno, F.; Bruno, S.; De Sensi, G.; Luchi, M-L.; Mancuso, S.; Muzzupappa, M. (2009): “From 3D reconstruction to virtual reality: A complete methodology for digital archaeological exhibition”. Journal of Cultural Heritage, Vol. 11, No. 1, p. 42-49.

8. Chung T.T.; Liao, C.Y. (2005): “An integrated scanning system for reconstructing 3D color models of general objects”. IEEE International Conference on Mechatronics (ICM), p. 477-482 , Taipei (Taiwan), 10 - 12 Julio.

9. Damera-Venkata, N.; Chang, N. y Di Carlo J. (2007): “A unified paradigm for scalable multi-projector displays”. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 13, No. 6, p. 1360-1367.

10. Iwakiri, Y.; Kaneko, T. (2006): “High-precision texture mapping on 3D free-form objects”. Electronics and Communications in Japan Part II – Electronics, Vol. 89, No. 9, p. 24-32.

11. Kersten, T.P.; Lindstaedt, M.; Vogt, B. (2009): “Preserve the Past for the Future - Terrestrial Laser Scanning for the Documentation and DeformationAnalysis of Easter Island's Moai”. Photogrammetrie Fernerkundung Geoinformation, No. 1, p. 79-90.

12. Lambers, K.; Eisenbeiss, H.; Sauerbier, M. et al. (2007): “Combining photogrammetry and laser scanning for the recording and modelling of the Late Intermediate Period site of Pinchango Alto, Palpa, Peru”. Journal of Archaeological Science, Vol. 34, No. 10, p. 1702-1712.

13. Linsinger, S. (2005): “3D Laser versus stereo photogrammetry for documentation and diagnosis of buildings and monuments (pro and contra)”. CIPA 2005 XX International Symposium, Torino (Italy), 26 Septiembre – 1 Octubre.

14. Majumder, A. y Stevens, R. (2004): “Color nonuniformity in projection-based displays: Analysis and solutions”. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 10, No. 2, p. 177-188.

Page 13: Románico Norte - Fundación Sta. María la Real - Románico

P. M. Lerones et al., AR&PA 2010

13

15. Noh, Z.; Ismail, A.W.; Sunar, M.S. (2009): “Exploring the Potential of Using Augmented Reality Approach in Cultural Heritage System”. 2nd International Conference on Advanced Computer Theory and Engineering (ICACTE 2009), Vols. 1 y 2, p. 711-718, 25-27 Septiembre.

16. Peral, R.; Sagasti, D.; Sillaurren, R. (2005): “Virtual Restoration of Cultural Heritage Through Real-Time 3D Models Projection”. Proceedings of the 6th International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, VAST (2005), Oct 30-Nov 4, Pisa (Italia).

17. Remondino, F. (2003): “From point cloud to surface: the modelling and visualization problem”. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol.XXXIV-5/W10. International Workshop on Visualization and Animation of Reality-based 3D Models, Tarasp-Vulpera (Suiza), 24–28 Febrero.

18. Shi, C.M.; Duan, X.Y. (2007): “3D simulation technology of cultural relics in the digitalized Yin ruins”. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4563, p. 718-727.

19. Tsai, R.Y. (1987): “A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology using Off-the-self TV Cameras and Lenses”. IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. 3, No. 4, p. 323-344.

20. Xu, Z.Q.; Ye, S.H.; Fan, G.Z. (2002): “Color 3D reverse engineering”. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 129, No. 1-3, p. 495-499.

21. Yu, Y.Z.; Ferencz, A.; Malik J. (2002): “Extracting objects from range and radiance images”. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 7, No. 4, p. 351-364.

22. Zhang, Z. (2000): “A flexible new technique for camera calibration”. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 22, No. 11, p. 1330-1334.