Tradición e innovación: la documentación gráfica en arqueología

Los arqueólogos siempre hemos hecho gala de un interés inusitado por lo antiguo. Y no hablo, necesariamente, de cosas de cientos o miles de años. Las cartas de nuestros abuelos, los libros amarillentos con décadas sobre sus espaldas o las estruendosas máquinas de escribir también nos llevan de vuelta al pasado. Da la impresión de que quizás estemos dotados de una incómoda sensibilidad para volver atrás en el tiempo e imaginar, con mayor o menor acierto, la vida de aquellos que nos precedieron. 

A estos viajes al pasado no se puede acudir sin una cámara de fotos, una libreta y un lápiz, con los que registrar aquellos retazos de Historia que funcionan, precisamente, como engranajes para la acelerada máquina del tiempo que es nuestra mente. Los primeros "arqueólogos", con todas las comillas necesarias, empezaron así: ataviados con con sus taccuini o cuadernos de dibujo que les permitían quedarse con parte de aquella sensación de estar viviendo otras vidas. No en vano "puede ser más útil un lápiz pequeño que una memoria muy grande".

Según avanzaron los s. XIX y XX, y hasta la llegada de la fotografía, la única forma de registrar gráficamente las excavaciones arqueológicas fueron los dibujos a mano que realizaban arqueólogos o dibujantes profesionales (y no hay que olvidar que, en muchas ocasiones, estas figuras acababan fusionándose). El uso extendido de la fotografía en la práctica arqueológica no desterró los dibujos de campo ni las anotaciones a mano, que siguen resultando muy útiles, porque recogen las impresiones directas de los arqueólogos (los lectores del libro de la tierra) y conservan un encanto que siempre resulta especial. 

Todos los arqueólogos conservamos cuadernos repletos de anotaciones, croquis y dibujos tomados directamente sobre el terreno de las excavaciones que, como quien dice, nos han visto nacer.

En la actualidad, la escalada de las llamadas nuevas tecnologías (escáner láser, fotogrametría digital, diseño 3D, realidad aumentada, etc.) está llevando a su aplicación masiva en arqueología y, junto a ello, a la obnubilación de muchos arqueólogos, que quedan cegados por el destello de estas herramientas cercanas a la ciencia ficción. Obviamente las ventajas que las nuevas tecnologías aportan a nuestra disciplina son impresionantes y suponen un cambio, estoy seguro, tan grande como el que provocó el uso de la fotografía, pero eso no significa que debamos hacer borrón y cuenta nueva, montarnos en nuestros trajes espaciales y acabar con los métodos, técnicas y estética de la arqueología tradicional. 

La tecnología debe engarzarse con la práctica arqueológica, ser consciente de las necesidades de ésta y actuar en consecuencia, sin pisotearla. A partir de ahora, con seguridad, será cada vez menos necesario dedicar horas y horas a realizar precisos dibujos arqueológicos de forma manual en el campo, pues esta práctica puede ser sustituida con facilidad por levantamientos fotogramétricos que permitan obtener no sólo dibujos mucho más precisos de forma más rápida sino también modelos 3D con texturas fotográficas de alta calidad. Sin embargo, los cuadernos de campo no deberían desaparecer, ni los croquis de estructuras y unidades estratigráficas que se realizan en ellos, pues, por muchos modelos 3D que tengamos, los arqueólogos debemos entender primero el yacimiento real. Los modelos fotogramétricos no dejan de ser dibujos ultraprecisos: para realizarlos correctamente es necesario entender aquello que en ellos se representa.

Dicho esto, la última tecnología no tiene por qué estar en lucha con la tradición arqueológica. La infografía que tenéis más abajo busca precisamente los caminos de esa unión entre tradición e innovación. No se trata símplemente de un dibujo artístico que busque parecer una ilustración de campo y conservar parte del encanto que las caracteriza. Todo lo que hay en la imagen tiene su sentido arqueológico: los modelos fotogramétricos de la basílica y la columna que permiten observar el yacimiento con precisión; el fondo que ubica los restos de la basílica en el entorno real del yacimiento de Segóbriga; los personajes que permiten al espectador hacerse una idea del tamaño de lo representado; el croquis de la planta de la aedes que permite ubicar la columna levantada; la cota de altura aproximada de la columna; el título de lo representado; etc. De este modo, 3D y 2D se fusionan para ofrecer una imagen moderna que no desestima métodos, técnicas ni estética propios de la arqueología tradicional.

Hipótesis de anastilosis de una columna de la Aedes de la Basílica Imperial de Segóbriga.

Optimizando modelos fotogramétricos: la cabeza de Agripina de Segóbriga

La fotogrametría digital, que nos permite obtener modelos tridimensionales a partir de fotografías, en muchas ocasiones nos va a jugar malas pasadas. Es el caso de los modelos de objetos de mármol, por ejemplo, o, en general, de los objetos de cualquier material que produzca cierto brillo ante el impacto de la luz. A la hora de llevar a cabo un proyecto de documentación del patrimonio histórico nos vamos a encontrar, en muchas ocasiones, con que debemos realizar el levantamiento de un objeto de mármol o alabastro, frecuentemente esculturas, y una vez generamos la geometría nos sorprende una molesta multitud de pequeños bultos distorsionando la superficie de nuestro objeto.

Fig.1. Como se observa en la imagen, la geometría obtenida por PhotoScan genera multitud errores, los famosos "bultos".

Cuando creamos la textura observamos que, debido al enrojecimiento de las fotografías, la textura fotográfica sale también excesivamente oscura y teñida de un tono carmesí que no corresponde con el color original del mármol que nos muestra la pieza al observarla al natural. Por ello, para mantener el rigor en el proceso de documentación, debemos igualar el tono de la textura con el de las fotografías que muestren el tono más fiel de la pieza. 

Fig.2. Captura de pantalla del proceso de retoque de color de la textura en Photoshop.

Posteriormente debemos importar el .obj de nuestra pieza a Blender donde vamos a poder solucionar el problema de los molestos bultos que aparecen en la superficie del objeto. Usaremos para ello la herramienta de esculpido digital que nos ofrece este software y el pincel de alisado/suavizado para así ir poco a poco solucionando los problemas de malla que presenta nuestro objeto. Debemos tener cuidado, eso sí, de usar un pincel pequeño y con poca fuerza porque si no corremos el riesgo de modificar la geometría de nuestro objeto en exceso, eliminando la definición de sus formas y falseando parte de su información tridimensional.

Captura de pantalla del proceso de eliminación de bultos en Blender. A la izquierda el modelo sin modificar, a la derecha el modelo ya modificado. 

Además, podemos modificar el material de nuestro objeto para que la pieza gane un ligero brillo y que de la sensación de que estamos verdaderamente ante una pieza de mármol. Para ello podemos mezclar en nuestro objeto dos tipos de material: la textura fotográfica en mate y un material brillante de color blanco. Tenemos que dar muy poca predominancia a este último, eso sí, porque si no se vuelve excesivamente brillante nuestra pieza, acercándose más a la porcelana que al mármol. De cualquier modo, esto es algo que hay que hacer, de nuevo, fijándonos en la propia pieza e imitando sus propiedades físicas.

Configuración de nodos en Blender Cycles usada para el material de la pieza, combinando mate con un ligerísimo brillo.

El resultado final es bastante bueno y nos permite disponer de un modelo fotorrealista a partir del cual realizar infografías, exposiciones, paneles, animaciones, reconstrucciones de policromía, etc. En definitiva, podemos trabajar con un modelo optimizado que no presenta errores de geometría, textura ni material. 

Renderizado de la pieza tras su optimización.

Fotogrametría y Blender para la anastilosis de una columna romana

Anastilosis de una columna de la basílica imperial de Segóbriga.

Las columnas han sido siempre uno de los restos arqueológicos que más ha llamado la atención a anticuarios, arqueólogos y curiosos. Son en ocasiones los únicos vestigios de la vída en el pasado que han resistido en pie, surgiendo desde las entrañas de la tierra, como los dedos de una antigua civilización que se niega a ser sepultada en el olvido, que busca arañar siglo tras siglo nuestras conciencias. 

Así, a partir de las columnas se ha creado toda una teoría de la evolución de la arquitectura clásica, dando lugar incluso a los órdenes arquitectónicos con una fiebre tal que permitiría hablar a algún freudiano de síndromes de inferioridad sexual. Sea como fuere, estos elementos arquitectónicos constituyen la quintaesencia de la arqueología clásica y son la imagen de cualquier perfil de un yacimiento. 

Pese a todo, la inmensa mayoría de las columnas que hoy se observan en los yacimientos no se encontraron en pie sino fragmentadas bajo capas de estratos. Desde muy pronto, sin embargo, se puso de moda la anastilosis de las columnas romanas sobre los propios restos excavados, es decir, volver a reconstruirlas de nuevo en aquel lugar donde antaño se levantaron. Estos símbolos de la gloria dormida se erigían imponentes de nuevo para recordar que allí existieron antiguas civilizaciones. 

En muchos otros casos, sin embargo, no se ha realizado una anastilosis real y se ha optado por dejar algunos restos in situ, en el lugar donde fueron encontrados, u organizados en almacenes. Dejando de lado la polémica sobre si debemos o no realizar reconstrucciones de este tipo sobre los yacimientos excavados, la arqueología virtual se presenta como una solución muy interesante para mostrar al público la posición original de las partes de una columna. Gracias a un proceso de anastilosis virtual -que incluye documentación fotogramétrica, mediante PhotoScan, y montaje de las piezas en un entorno 3D, en este caso valiéndonos del software Blender- se puede tener una idea no sólo de dónde se levantó determinada columna sino también del tamaño de la misma y de su presencia en el yacimiento, y todo ello sin intervenir directamente sobre el sitio o sobre las piezas. 

De este modo, podéis ver en la imagen inferior la anastilosis virtual de una de las columnas de la basílica de Segóbriga, realizada en base a levantamientos fotogramétricos de una basa, un tambor del fuste y un capitel -además del levantamiento del entorno de la Aedes-. De este modo se puede observar la altura que tendría el edificio que allí se levantaba hace 2000 años e incluso comenzar a plantear una anastilosis real a partir de estas pruebas que nos muestran cómo sería el resultado de esa actuación sobre el yacimiento.

Fotocomposición del modelo fotogramétrico de la Aedes de la basílica y de la columna reconstruida.

Segóbriga: la fotogrametría como base para la reconstrucción 3D

Hace unos meses comenzamos un pequeño proyecto de colaboración con la empresa de arqueología virtual Balawat y el Parque Arqueológico de Segóbriga (Saelices, Cuenca) para mostrar cómo la fotogrametría constituía una de las técnicas más adecuadas para documentar y visualizar el estado actual de un yacimiento sobre el que se puede levantar una precisa reconstrucción virtual. Para ello, y a partir de la información facilitada por el equipo técnico del Parque, modelamos el extremo sur de la Basílica del Foro, es decir, la zona de la Aedes. A continuación podéis ver algunas imágenes del modelo tridimensional de esta zona del yacimiento en su estado actual:

El modelo fotogramétrico fue creado en Photoscan a partir de 364 fotografías con las que se generaron varias nubes de puntos. Éstas fueron fusionadas antes de crear la geometría y el texturizado. Posteriormente tuvimos que llevar a cabo un proceso de limpiado de varias sombras en la textura fotográfica. Esto demuestra que un levantamiento fotogramétrico, pese a su aparente sencillez, en ocasiones requiere invertir mucho tiempo en la fase de postproceso en laboratorio.

Los profesionales de Balawat ya realizaron hace unos años varias infografías en torno al Foro de Segóbriga. La más conocida, quizás, es la que podéis ver bajo estas líneas, donde se explican todas las partes de este complejo de arquitectura pública romana. La parte documentada mediante fotogrametría coincide con el extremo sur de la Basílica Imperial, es decir, la parte de la derecha del edificio columnado que puede verse al fondo del foro.

A partir del modelo fotogramétrico obtenido se pueden posicionar las hipótesis reconstructivas en 3D directamente sobre los restos arqueológicos conservados. Esto puede permitir la realización de nuevas infografías que consigan transmitir de forma más sencilla la relación entre el estado actual de las ruinas y su apariencia en la época florenciente de su uso. En el siguiente vídeo podéis observar algunas de las posibilidades que ofrece éste modelo de la Aedes de la Basílica:

P.D.: Especial agradecimiento a los profesionales de Balawat por permitirme colaborar con ellos en este trabajo. Es un placer trabajar codo con codo con una empresa tan importante para la arqueología virtual de España como es ésta. Sus grandes trabajos hablan por sí solos. También agradecer la colaboración a la dirección científica del Parque Arqueológico de Segóbriga por su disponibilidad y facilidades.

Diseño 3D + 2D: reconstrucción virtual de la Puerta del Mercado de Guadalajara

En muchas ocasiones se achaca cierta frialdad a las reconstrucciones virtuales realizadas por ordenador. Resultan quizás artificiales, desprovistas de la imperfección que caracteriza a la realidad. Pero esto no tiene porqué ser así. Una de las posibilidades para obtener una reconstrucción virtual más personal y sugerente es el combinar las técnicas de diseño 3D y diseño 2D. Así lo he hecho con el modelo de la Puerta del Mercado de Guadalajara, que se emplazaría donde hoy está la Plaza de Sto. Domingo:

El proceso seguido permite obtener una imagen atractiva pero totalmente rigurosa arqueológicamente. El modelo 3D está reconstruido en Blender a partir de las planimetrías diseñadas por los arqueólogos que estudiaron los restos de la puerta, posteriormente se ha añadido el escudo de Carlos V que se situaba sobre la puerta y que hoy se encuentra en el patio del Palacio de Antonio de Mendoza. Para ello ha sido realizado el modelo fotogramétrico del mismo mediante una buena toma fotográfica y su procesado en PhotoScan. Posteriormente se realiza un renderizado de la escena y sobre éste se lleva a cabo la fase de diseño 2D en Photoshop, añadiendo detalles como los personajes que sirvan para mostrar el tamaño de la construcción, el humo que emerge de la ciudad, la vegetación, el contorno de los objetos, etc.

En este pequeño vídeo podéis ver parte del proceso de creación de la imagen así como las distintas capas que se superponen para obtener el resultado final:

Suciedad y realismo en las reconstrucciones virtuales

Una de las claves para que cualquier reconstrucción virtual resulte realista y cercana es la suciedad. El mundo real nunca se encuentra como una caja de blu-ray a la que acabamos de quitarle el plástico, al contrario, el mundo real es sucio, imperfecto, lleno de parches y roturas, chorretones y manchas que hacen de él algo más vivo. Es por ello por lo que nuestras reconstrucciones virtuales resultarán más cercanas, más reales y más creíbles si las acompañamos de todos estos pequeños detalles.

No es algo que estemos inventando hoy. Observamos por ejemplo esta reconstrucción del Castillo de Windsor realizada por Wencesllas Hollar en 1658. (No olvidemos por qué se trata de una reconstrucción: resultaba imposible dibujar desde este punto de vista el edificio a mediados del s. XVII por lo que realizar esta imagen implicaba un ejercicio de reconstrucción de todos las partes del edificio y su entorno). Aquí podéis ver un detalle de la misma en el que se aprecian bien los detalles que le confieren un gran realismo:

Atentos a la parte inferior de las murallas y los lienzos de las casas: está oscurecida, las esquinas y sitios más estrechos también, se marcan en el suelo las huellas de las rodadas de carros, la vegetación está esbozada y las líneas están hechas a mano alzada, ninguna es totalmente recta. Es esta imperfección la que hace realista el dibujo. Los grabados de otros artistas, como del bueno de Piranesi, nos muestran estos mismos detalles, en ocasiones sobrecargando las imágenes de vegetación, grietas y suciedad, como se puede ver en éste, de la Porta Maggiore de Roma:

Esto es lo que hace también que reconstrucciones 3D como las de Eduardo Barragán resulten tan sugestivas. Veamos por ejemplo este pequeño vídeo sobre la Itálica Romana y fijémonos en los detalles de las texturas, en su irregularidad y en la suciedad que las acompaña y que hace que las mismas no resulten repetitivas.

Así se observa también en la magnífica reconstrucción del palacio húngaro de Simontornya:

Con las reconstrucciones virtuales tenemos el problema de que su esbozo no es un puñado de líneas realizadas a mano alzada sino formas geométricas básicas (cubos, cilindros, esferas, etc.) por lo que naturalmente tienden a la línea recta y a una excesiva perfección que resulta poco realista. Es por ello por lo que debemos intentar caminar hacia la irregularidad en los renders de nuestras reconstrucciones finales: acompañarlas de elementos que impriman credibilidad pero que no distraigan de lo que verdaderamente importa (la forma del edificio, sus usos, etc.). Así intenté llevarlo a cabo en la reconstrucción virtual del Templo A de Illeta dels Banyets, realizada en Blender a partir de la planimetría arqueológica del mismo (ver más sobre esta reconstrucción). Pese a que se buscaba dar una estética de videojuego que permitiera una mejor comprensión de las distintas partes del edificio, la suciedad de muros y otros detalles aportan un gran realismo:

O en la reconstrucción de la Puerta del Mercado de la muralla medieval de Guadalajara, hoy ya perdida. En la imagen inferior podemos ver una comparativa realizada durante el proceso de creación de esta reconstrucción virtual en la que se observa la diferencia entre el modelo sin ensuciar (arriba) y sucio (abajo) y donde queda patente el aumento del realismo gracias a la modificación de la textura:

En muchas ocasiones no añadimos estos detalles a las reconstrucciones virtuales porque obviamente requiere un trabajo mucho mayor, más artesanal y complicado, pero creo que es necesario que comencemos a invertir tiempo en dar estos detalles a nuestras reconstrucciones pues significan mucho para aquel que las observa. 

Hace poco me he hecho con la Wacom Intuos Pro gracias a la cual se hace mucho más intuitivo y sencillo el añadido de suciedad a las texturas de Blender. Existen dos ventajas fundamentales al trabajar con la herramienta de "texture painting" de Blender con la wacom en vez de con el ratón: 1) el propio dibujo a mano alzada resulta mucho más útil y permite realizar los trazos cómodamente y con mayor rapidez y 2) permite tener un control completo de la fuerza del trazo. Es decir, si trabajamos con el ratón hay que modificar el parámetro "strength" en las herramientas de "texture painting" siempre que queramos cambiar la fuerza del trazo sobre nuestro objeto, sin embargo, al trabajar con la wacom sólo debemos configurar la fuerza máxima que deseamos y tendremos total control de la misma en Blender gracias a la presión que ejerzamos en la tableta gráfica con el bolígrafo. 

Izquierda: ejemplo de texture painting realizado en pocos minutos con la tableta gráfica. Derecha: factor "strength" que se modifica de forma automática gracias a la presión ejercida sobre la wacom.

Documentación fotogramétrica de piezas arqueológicas de La Alcudia de Elche (III)

La primera entrada del año viene cargada de novedades, ya no sólo en cuanto al proyecto de documentación de piezas arqueológicas de La Alcudia de Elche sino en relación con uno de los software fotogramétricos más importantes del mercado actual: Agisoft PhotoScan. Ha sido publicada recientemente la versión 1.0.0 del programa, que incluye importantes cambios a la hora de crear nuestros modelos fotogramétricos.

Quizás el más importante es la existencia de un nuevo paso intermedio: la creación de la nube de puntos densa. Anteriormente se pasaba directamente de la alineación de las imágenes, que te creaba una nube de puntos sencilla, a la creación de la geometría, por lo que se tenía menos control del resultado final de todo este proceso y nuestro modelo 3D podía tener ciertos fallos que se hacía complejo eliminar. Ahora podemos crear la nube de puntos densa después de alinear nuestras imágenes y limpiarla con precisión, es decir, eliminar aquellos grupos de puntos erróneos, para después crear la geometría. 

A parte de que la posibilidad de trabajar con esta nube de puntos densa permite tener un control mucho mayor sobre el proceso de creación del modelo 3D, también hace que cambie el sistema de tiempos de este proceso. Es decir, ahora la mayor cantidad de tiempo se invierte en la creación de esta nube de puntos mientras que antes era en la geometría y, en general, da la impresión de que se PhotoScan se ha vuelto más rápido a la hora de llevar a cabo los cálculos matemáticos de creación del modelo. 

Los modelos que consigue PhotoScan son ahora de mejor calidad que nunca y esto va a hacer que de otro paso más frente al resto de software fotogramétricos, que se siguen quedando a la zaga. Es posible probar la versión completa del programa durante un mes descargándola de su página web: 

http://www.agisoft.ru/products/photoscan/professional/

En la segunda edición del "Curso de Introducción a la Fotogrametría Digital y su uso en Patrimonio" se explicará éste software además de otros de libre acceso pues creemos que ésta es una de las herramientas fotogramétricas más útiles que existen por el momento.

Por otro lado, sigo trabajando con algunas de las piezas que fotografiamos hace unos meses en La Alcudia de Elche, realizando los modelos 3D no sin dificultades debido a la complejidad de algunas partes de las piezas (por ejemplo, la zona interior de las asas o de la propia pieza cerámica), que hacen que el trabajo sea tedioso pero que los resultados finales sean muy buenos. 

Aquí tenéis el renderizado del modelo 3D de una crátera íbera de la Alcudia fechada en el s. I a.C. que se ha identificado con un vaso ritual. Representa el rostro de una mujer alado en una de sus caras y, en la otra, dos rostros masculinos entre los que se disponen dos serpientes cruzadas. Hay quien dice que estamos ante una escena de epifanía de una diosa. 

Disponer del modelo 3D de esta pieza de cerámica nos daría la posibilidad, por ejemplo, realizar un dibujo arqueológico preciso de la misma con gran facilidad y precisión pues podemos seccionar el modelo de la pieza para obtener la sección y dibujar sobre ortofotos de la misma. Esto permite además que nos demos cuenta de las irregularidades que tiene en ocasiones la cerámica de la antigüedad, sobre todo la protohistórica, pese a que esté hecha a torno.

Además, nos permite obtener también, de forma sencilla, el despliegue de la decoración de toda la pieza. Estas imágenes son muy útiles para publicaciones y, en definitiva, para entender mejor la pieza en su conjunto: