Reconstituirea, Validarea Si Valorificarea Artefactelor Istorice

Încadrarea temei de cercetare în domeniul științific

Introducere

Tema de cercetare propusă se încadrează în domeniul științific al ingineriei industriale având ca scop realizarea unui web site interactiv care va include medii de realitate virtuală care va include diferite modele 3D obținute utilizând tehnici de digitizare. Modelele 3D reprezentând artefactele restaurate vor fi valorificate cu ajutorul mediilor virtuale interactive (medii de realitate virtuală și realitate augmentată).

Ingineria industrială este o ramură a ingineriei care se ocupă cu optimizarea proceselor sau a sistemelor complexe. Aceasta este axată pe dezvoltarea, îmbunătățirea, implementarea și evaluarea sistemelor integrate care înglobează oameni, bani, echipamente, energie, materiale precum și științele matematice. Principiile și metodele de proiectare au rolul cel mai important pentru a specifica, prezice și să evalueze rezultatele. Conceptele de bază se suprapun considerabil cu anumite discipline orientate spre business cum ar fi gestionarea operațiunilor.

Inginerii industriali folosesc cunoștințele și abilitățile lor de a îmbunătăți procesele sistematice, prin utilizarea analizei statice, comunicarea interpersonală, proiectare, planificare, control al calității, managementul operațiunilor, simularea pe calculator și de rezolvare a problemelor. [1]

Termenul ”industrială” aplicat inițial datorită axării pe fabricație poate induce în eroare, domeniul acesta a crescut pentru a cuprinde orice abordare metodica sau cantitativa pentru a optimiza modul în care funcționează un proces, sistem sau o organizație.

Realizarea obiectivelor temei de cercetare necesită cunoștințe avansate din domeniul inginerie precum utilizarea softurilor CAD (Proiectare asistată de calculator) [2], utilizarea tehnologiilor de scanare 3D utilizarea softurilor de realizarea a mediilor de realitate virtuală și realitate augmentată.

Noutatea și importanța temei abordate

Utilizarea tehnicilor de digitizare și de prezentare a diferitelor obiecte utilizând medii virtuale nu reprezintă o noutate, dar utilizarea tehnicilor AHP / QFD/ TRIZ pentru a satisface cerințele speciale ale utilizatorilor aplicațiilor de realitate virtuală reprezintă o noutate. Metoda AHP (Analytical Hierarchy Process) este utilizată pentru a determina gradul de importanță a cerințelor utilizatorilor. Procedura QFD este folosită pentru a traduce cerințele utilizatorului mediului virtual în cerințele tehnice de realizare a mediului virtual. Iar procedura TRIZ este utilizată pentru a rezolva conflictele dintre diferite cerințe ale mediului virtual.

TRIZ este folosită de asemenea pentru a traduce cerințele clienților în caracteristici tehnice de realizare a mediului virtual.

Prima utilizare a patrimoniului virtual ca un exponat de muzeu, precum și derivarea termenului de “tur virtual” a fost in 1994 sub forma unei vizite virtuale prin interiorul reconstrucției virtuale a castelului Dudley din Anglia, castel ce datează din anul 1550. Acest mediu virtual a fost realizat de inginerul Colin Johnson, iar regina Elisabeta a II-a a fost unul din primii utilizatori al unui sistem de tur virtual, ea a fost invitată la deschiderea oficială din 24 iunie 1994 (Figura 1). Datorită faptului că oficialii reginei au solicitat descrieri și instrucțiuni referitoare activităților prezentate, aceste sistem a fost numit “tur virtual” fiind o încrucișare între “tur roial” și “realitate virtuală”. [3]

Figura 1. Turul virtual al castelului Dudley prezentat în 1994 [4]

Termenul de realitate virtuală a fost propus pentru întâia oară în iulie 1989 în cadrul salonului Texpo`89, San Francisco, de către Jaron Lanier, directorul companiei VPL Research, specializată în periferice de imersiune. Acesta a afirmat că realitatea virtuală reprezintă un sistem ce „ recreează relația noastră cu lumea fizică într-un nou plan, nici mai mult, nici mai puțin”. Astfel Lanier prezintă lumea ca având o nouă posibilitate tehnică, aceasta reprezentând conceptul de realitate virtuală. Viziunea acestui concept a condus la dezvoltarea modelării 3D. [5]

În ultimii ani, tehnicile de scanare 3D cu laser au început să fie folosite mult mai frecvent ca și instrument de achiziție de modele 3D pentru diferite obiecte, chiar și pentru obiectele de patrimoniu cultural. Datorită faptului că acestea au devenit accesibile și foarte precise, acestea sunt utilizate ca mijloc de înregistrare a dovezilor arheologice. Multe proiecte similare legate de patrimoniul virtual se concentrează pe aspectele tangibile ale patrimoniului cultural, precum reconstituirea modelelor 3D, dar trec cu vederea de multe ori aspecte intangibile ale patrimoniului cultural asociate cu artefactele și cu siturile în care acestea au fost descoperite. Aspectele tangibile ale patrimoniului cultural nu sunt inseparabile de cele intangibile iar o metodă ce le poate combina este utilizarea mediilor de realitate virtuală și augmentată interactive pentru a realiza tururi virtuale accesibile tuturor celor care sunt interesați.

Utilizarea tehnologiilor avansate de scanare, modelare, vizualizare și nu reprezintă o noutate, dar în ultimii ani acestea au avansat și permit scanarea în detaliu.

Primul articol publicat în domeniul arheologie digitale, pentru care s-a utilizat un scanner 3D a fost publicat în Elsevier, Journal of Archaeological Science în Volumul 25, Ediția 9, în septembrie 1998. Articolul este intitulat ”Ultrasonic Cave Mapping”(Cartografiere unei peșteri cu ultrasunete), peșteră scanata cu ajutorul laserului cu ultrasunete se află în Yealmpton, Devon. [6]

Cercetarea în acest domeniu a luat amploare odată cu avansarea tehnologiilor, în prezent există scanere 3D care permit preluarea formei 3D cu o acuratețe foarte ridicată (câțiva µm) dar permit și preluarea culorii (texturi de tip UV map).

O noutate o reprezintă și implementarea obiectelor 3D obținute prin scanare pe telefoane inteligente și tablete, pentru a realiza aplicații ce vor putea în viitor să ofere ghiduri interactive vizitatorilor muzeelor. Majoritatea muzeelor de prestigiu au început demersuri de realizare ale acestor ghiduri interactive utilizând aplicații ce pot fi încărcate pe telefoane inteligente sau tablete.

Importanța temei de cercetare rezultă din posibilitatea conservării și valorificării artefactelor Dacice din Munții Orăștiei. Conservarea se va realiza prin realizarea modelelor 3D virtuale pentru artefacte (atât forma cât și culoarea acestora) iar valorificarea se va realiza prin crearea aplicațiilor de realitate virtuală și augmentată.

În contextual actual se pune un accent foarte mare pe digitizarea și conservarea digitală, în capitolul următor sunt prezentate toate aspectele legate de tehnicile de digitizare încurajate de către Comisia Europeana. Echipamentele disponibile în cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca pot fi utilizate pentru a digitiza artefactele de Patrimoniu Cultural.

Digitizarea și conservarea digitală – portalul Europeana.eu

Tehnicile de digitizare a patrimoniului cultural prezintă un interes foarte ridicat. În 27 octombrie 2011, Comisia Europeană a adoptat o recomandare cerând statelor membre UE să își intensifice eforturile, să își direcționeze resursele și să implice sectorul privat în procesul de digitizare a materialului cultural. [7]

Recomandarea invită statele membre să:

Facă disponibile 30 de milioane de obiecte prin intermediul Europeana până în 2015, inclusiv toate capodoperele din Europa care nu mai sunt protejate de drepturi de autor, de asemenea să se regăsească toate materialele digitizate cu fonduri publice în această bază de date;

Să își consolideze strategiile și să adapteze legislația pentru a asigura conservarea pe termen lung a materialului digital;

Să își traseze obiectivele pentru digitizarea materialului cultural aferent fiecărui stat;

Să îmbunătățească condițiile-cadru pentru accesibilitatea online și utilizarea materialului cultural;

Să contribuie la dezvoltarea în continuare a Bibliotecii Digitale Europeana;

Digitizarea obiectelor poate să implice diferite aspecte, orice stocare a informațiilor în format digital poate fi considerat un proces de digitizare. Diferite echipamente de digitizarea a manuscriselor sunt prezentate în Figura 2, în cazul acestui tip de digitizare informațiile sunt stocate în format digital sub forma unor poze.

Figura 2. Echipamente utilizate la digitizare manuscriselor [8, 9]

Două echipamente care permit obținerea geometriei și a modelului 3D sunt prezentate în Figura 3, în cazul acestui tip de digitizare informațiile sunt stocate în format digitale concepute pentru a stoca date tridimensionale.

Figura 3. Echipamente utilizate la digitizarea obiectelor [10, 11]

Europeana.eu este un portal care funcționează ca o interfață către milioane de cărți, picturi, filme, obiecte de muzeu, înregistrări din arhive care au fost digitizate în Europa. Aproximativ 1500 de instituții din Europa au contribuit la proiectul Europeana. Printre acestea se află muzee de prestigiu precum Muzeul din Louvre sau British Library. Colecțiile tuturor instituțiilor permit utilizatorilor să exploreze patrimoniul cultural și științific din preistorie până în zilele noastre.

În aprilie 2005 președintele Jacques Chirac împreună cu prim-miniștrii din Germania, Spania, Italia, Polonia și Ungaria au înaintat o scrisoare către președintele Comisiei Europene, José Manuel Durão Barroso. Această scrisoare recomanda crearea unei biblioteci virtuale europene, pentru a face patrimoniul cultural al Europei accesibil tuturor. [12]

Acest portal a fost lansat în noiembrie 2008, permițând inițial accesul la 4,5 milioane de obiecte digitale, iar în iulie 2010 numărul acestora a ajuns la 10 milioane. [13]

Obiectele digitale care pot fi găsite în cadrul portalului Europeana nu sunt stocate pe un server central, ele sunt stocate pe rețelele instituțiilor culturale care le-au digitizat. Europeana colectează informații contextuale (metadate) despre elementele inclusiv o imagine. Utilizatorii caută aceste informații contextuale pe portalul Europeana, iar în cazul în care doresc să acceseze întregul conținut, utilizatorii au un link către site-ul institutului care deține conținutul.

Membrii Uniunii Europene care au contribuit cu cele mai multe obiecte digitizate sunt: Germania (4.605.503 de fișiere aferente digitizării, reprezentând 13.92% din totalul fișierelor indexate în baza de date Europeana), Franța (3.561.306 de fișiere aferente digitizării, reprezentând 10.76 %) și Olanda (2.987.360 de fișiere, reprezentând 9.03%). Țările contribuitoare pe portalul Europeana, nu trebuie să fie neapărat Membrii ai Uniunii Europene, așadar Norvegia se află în topul țărilor contribuitoare (1.753.332 de fișiere, reprezentând 5.3%) (Figura 4).

Cu toate că Norvegia nu face parte din Uniunea Europeană, această țară, împreună cu Islanda și Liechtenstein au creat un proiect de finanțare ce reprezintă un pilon foarte important de digitizare a Patrimoniului Cultural European. Aceste granturi sunt oferite pentru 16 state membre ale Uniunii Europene, printre care și România. O sumă de 200 de milioane de euro a fost alocată pentru aceste granturi în perioada 2009-2014. România beneficiază de finanțare în valoare de 20,8 milioane de euro pentru sectorul cultural. [14]

În România, Programul Conservarea și revitalizarea Patrimoniului Cultural și natural este implementat de către Ministerul Culturii prin Unitatea de Management a Proiectului (UMP), în calitate de Operator de Program, în parteneriat cu Directoratul Norvegian pentru Patrimoniul Cultural, în calitate de partener de program.

Figura 4. Procentul de contribuție a țărilor pe platforma Europeana

România se află la coada acestui clasament cu doar 60.411 de fișiere digitizate și indexate, reprezentând doar 0.18% din totalul fișierelor disponibile pe platforma Europeana. Este important de precizat că Romania nu a contribuit cu nici un model 3D digitizat până în prezent. Cele 60.411 de fișiere digitizate și indexate sunt repartizate conform schemei prezentate mai jos (Figura 5) [15].

Figura 5. Distribuția tipurilor de fișiere indexate de către România pe portalul Europeana

Principalele instituțiile din România care au contribuit cu fișiere digitizate pe platforma Europeana sunt următoarele, Institutul Național al Patrimoniului, CIMEC, Televiziunea Română, Librăria Academiei Române, Biblioteca Județeană Panait Istrati din Brăila și Biblioteca Județeană V. A. Urechia din Galați. Aceste instituții au participate la diferite proiecte de digitizare a Patrimoniului Cultural European finanțate din fonduri europene precum: Athena, CARARE, The European Library, AthenaPlus [16].

În cadrul raportului anual din 2012 al platformei Europeana [17] publicat în aprilie 2013 sunt preconizate numărul fișierelor digitale care vor fi disponibile în 2015. România în 2011 a inclus în această bază de date 35.852 de fișiere, iar până în martie 2013, a ajuns la un total de 55.868 de fișiere,

Conform raportului publicat de Europeana se preconizează că până în 2015 România va digitiza și indexa in jur de 789.000 de obiecte. Dintre toate țările contribuitoare la Europeana, România are preconizată cea mai crescută rată de digitizare între 2013 și 2015. În prezent există diferite proiecte de digitizare a Patrimoniului Cultural, dar în marea majoritate procesul de digitizare este realizat de către specialiști străini, partenerii români din aceste proiecte fiind diferite muzee care doresc să își digitizeze cele mai importante exponate.

Platforma Europeana.eu reprezintă cea mai mare bază de date pentru obiectele de Patrimoniu Cultural și este accesată anual de 9 milioane de vizitatori unici din întreaga lumea [18].

Cei mai mulți vizitatori ai acestui portal sunt din SUA, Germania și Spania. Cu toate acestea un interes sporit îl au locuitorii din India, precum se poate vedea statistica oferită de site-ul de monitorizare al traficului web alexa.com, pentru portalul Europeana.eu (Figura 6).

Cu toate că portalul Europeana este axat pe obiecte de Patrimoniu Cultural European, cei mai mulți vizitatorii ai acestei baze de date sunt din SUA. Acest lucru se datorează faptului că diferite departamente din cadrul Universităților din America colaborează cu instituțiile europene în procesul de digitizare. Cele mai importante departamente de cercetare care acționează în domeniul arheologie digitale sunt: Institutul de arheologie digitală din cadrul Universității din Arkansas [19], Centrul de științe interdisciplinare de artă, arhitectură și arheologie din cadrul Universității din California, San Diego [20] și Laboratorul de arheologie digitală din cadrul Universității din Texas, Austin [21]. Conform unui studiul întocmit în 2013, peste 75% dintre locuințele din America sunt conectate la Internet [22].

Figura 6. Procentul vizitatorilor portalului Europeana.eu conform alexa.com [23]

Portalul Europeana.eu reprezintă cea mai bogată sursă de documentare referitoare la Patrimoniul Cultural European, interfața acestui site este ușor de utilizat, oferind un motor de căutare optimizat pentru a filtra milioanele de fișiere cu ușurință, această platformă este prezentată în Figura 7.

Figura 7. Interfața de căutare a site-ului Europeana, setat să filtreze toate modele 3D [24]

În partea din stânga este prezentat motorul de căutare a bazei de date Europeana. În data de 28.04.2014 atunci când a fost realizat acest studiu, această bază de date conține 33.079.242 de fișiere în diferite formate catalogate astfel:

Fișierele reprezentând poze în format digital: 20.118.640;

Fișierele în format text: 12.217.485;

Fișierele în format audio: 497.302;

Fișierele în format video: 230.802;

Fișierele în format 3D: 15.013;

Utilizând datele referitoare la numărul fișierelor disponibile pe Europeana am calculat procentul aferent fiecărui tip de fișiere. Aceste procente sunt prezentate în Tabelul 1, doar 0.045% din totalul obiectelor încărcate în baza de date aferente patrimoniului cultural European conțin modele 3D digitizate.

Tabel 1. Procentul aferent fiecărui tip de fișier din baza de date Europeana

Dacă modelele 3D sunt filtrate de asemenea după limbajul descrierii din baza de date a rețelelor care stochează modelele 3D, din totalul de 15.013 mare majoritate 13.617 sunt stocate pe în baze de date ale unor institute din Germania și acestea au descrieri detaliate doar în limba germană.

Dacă selectăm să fie filtrate modelele 3D în funcție de descrierea obiectelor în limba engleză (Figura 8) în câmpul de filtre, doar 97 de modele 3D sunt disponibile.

Figura 8. Filtrarea modelelor 3D din baza de date Europeana în funcție de limba utilizată în descriere [25]

Dacă selectăm unul dintre cele 97 de artefacte care au atașat de asemenea un model 3D obținut cu ajutorul tehnologiilor de scanare cu laser. Prin intermediul portalului Europeana avem acces doar la o parte din informațiile aferente fiecărui obiect. Dacă selectăm un obiect vom fi direcționați către pagina obiectul, în Figura 9 este afișată pagina unei dălți din bronz, acest artefact este unul dintre cele 97 obiect care conțin și modele 3D încărcate în baza de data Europeana.

Figura 9. Informațiile stocate în baza de date Europeana pentru dalta de bronz [26]

Pentru a avea acces la mai multe informații legate de artefact, inclusiv la modelul 3D trebuie accesat site-ul institutului care s-a ocupat de digitizare trebuie accesat. Link-ul către acest site este prezentat în parte stângă a interfeței platformei Europeana. Pentru dalta de bronz institutul de arheologie și cercetare McDonald s-a ocupat de digitizare acesteia, sub îndrumarea Profesorului Barry Kemp (Figura 10).

Figura 10. Informații suplimentare în legătura cu digitizarea dălții de bronz [27]

Pentru vizualizarea metadatelor acestui model 3D scanat, se accesează fișierul în format PDF din categoria Metadata. Pentru acest artefact fișierul cu metadata are 5 pagini structurare astfel:

pagina 1- Descrierea proiectului;

pagina 2- Informații aferente scanării;

pagina 3- Informații aferente registrației;

pagina 4- Informații aferente geometriei scanate,

pagina 5- Informații aferente imaginilor

Descrierea proiectului este următoarea (Figura 5)

Numele proiectului: Virtual Arnarna Museum

Numărul atribuit obiectului: 38538

Descrierea obiectului: daltă de bronz (bronze adze)

Locația desfășurării scanării: Arnarna, Egipt

Data scanării: 5 Martie 2009

Mediului ambient utilizat la scanare: în interiorul muzeului

Detalii scanare: Konica Minolta VIVID 9i; mm; Seria: 1001198

Informații referitoare la paletarul de culori: Scanerul VIVID 9i utilizează un sistem de captura RGB intern. Un sistem de iluminare în trei puncte a fost folosit pentru a ilumina obiectul, astfel umbrele de pe obiect au fost minimizate.

Rezoluția estimată: 0.163

Numărul total de scanări în cadrul proiectului: 8

Descrierea seturilor finale de date pentru arhivă: fișierele obținute în urma procesului de scanare, set de date înregistrate, set de date premesh, set de date mesh, imagini

Baza de date oferă poze în format *.JPG ale artefactului. Pentru acest artefact sunt disponibile 3 poze în format electronic. (Figura 11)Iar pentru vizualizarea modelului în 3D se poate accesa format 3D PDF (Figura 12), acest PDF conține modelul 3D procesat și optimizat, acest fișier are doar 3MB, modelul 3D fiind optimizat (numărul de puncte și de poligoane este redus).

Figura 11 Fișier în format JPG al daltei de bronz digitizate în cadrul proiectului [28]

Figura 12. Fișierul în format PDF 3D [29]

Această daltă din bronz digitizată face parte din proiectul Amarna [30] și reprezintă prima bază de date cu modele 3D care are descrierea în limba engleză și a fost încărcată în baza de date a portalului Europeana. Acest proiect este prezentat pe larg în cadrul capitolului “Stadiul actual al proiectelor similare”. Avantajul utilizării modelelor 3D în format PDF îl reprezintă faptul că astfel utilizatorii nu trebuie să își instaleze diferite softuri de tip plugin pentru a interacționa cu modelele 3D. Versiunea gratuită a softului Adobe Reader, disponibilă pe site-ul http://get.adobe.com/reader/ permite vizualizarea fișierelor de tip PDF 3D. [31]

Obiectivele tezei și caracterul inovativ

Obiectivul principal în cadrul acestei teze, este realizarea unui web site pentru promovarea, validarea și valorificarea obiectelor de Patrimoniu Cultural digitizate.

Obiectivele secundare sunt:

dezvoltarea unei metodologii de scanare cu laser a artefactelor;

dezvoltarea unei metodologii de restaurare a artefactelor distruse/incomplete;

dezvoltarea unei metodologii de optimizare a modelelor 3D obținute cu ajutorul scanerelor 3D;

realizarea unei aplicații de realitate virtuală care va conține modele 3D optimizate

realizarea unei aplicații de realitate augmentată ce va permite ghiduri interactive în muzee sau situri arheologice;

Caracterul inovativ îl reprezintă utilizarea tehnicilor și a instrumentelor specifice planificării, proiectării, construirii și a îmbunătățirii calității pentru a realiza site-ul web ce va conține medii de realitate virtuală și aplicația de realitate augmentată.

Metoda Analytical Hierarchy Process (AHP) care presupune o analiză ierarhică, această procedură cuprinde procedee de evaluare atât subiective cât și obiective, oferind un mecanism util de verificare a consecvenței proceselor, procedeelor și a variantelor de evaluare propuse.

Această metodă va fi implementată în patru etape și anume:

Etapa de stabilire a criteriilor și a legăturilor ierarhice între criterii

Etapa de stabilire a ponderilor criteriilor

Etapa de ierarhizare a soluțiilor

Etapa de evaluare a soluțiilor

Metoda Quality Function Deployment (QFD) va fi aplicată în trei etape:

Etapa de planificare a mediului virtual;

Etapa de planificare a componentelor mediului virtual;

Etapa de creare a mediului virtual;

Metoda Teoriei de rezolvare inventivă a problemelor (TRIZ) va fi aplicată în trei etape:

Generalizarea unei metode specifice prin compararea ei cu o problemă standard analoagă;

Compararea acestei probleme standard cu o soluție analogă standard

Transferul soluției standard către problema identificată

Caracterul inovativ se regăsește de asemenea în cadrul metodei de optimizare a modelelor 3D obținute cu ajutorul tehnicilor de scanare cu laser.

Dezvoltarea unei metodologii de digitizare a artefactelor

Pentru dezvoltarea unei metodologii de digitizare a artefactelor se va realiza o analiză a metodelor de digitizare, precum scanarea 3D, fotogrametria, modelarea asistată de calculator, etc.

În articolul Creation and preservation of digital cultural heritage, publicat în ediția a doua a jurnalul Journal of Ancient History and Archaeology (Figura 13) am analizat diferite moduri de digitizare a obiectelor de patrimoniu cultural.

Figura 13 Jurnalul Journal of Ancient History and Archaeology [32]

Digitizarea utilizând scanarea cu laser este prezentată în Figura 14. Avantajul cel mai mare al acestui tip de digitizare îl reprezintă acuratețea cu care este captată geometria artefactului, de asemenea unele soluții permit achiziționarea paletei de culori și poziționarea acesteia direct pe suprafața modelului 3D.

Figura 14 Scanerele utilizate pentru digitizarea obiectelor de patrimoniu [33]

Fotogrametria este știința care utilizează fotografii pentru a realiza diferite măsurători. Există de asemenea soluții software care pot genera modele 3D utilizând poze. Soluția Autodesk 123D catch utilizată este prezentată în Figura 15.

Figura 15 Modelul 3D generat utilizând 4 poze ale unui monument [33]

Dezvoltarea unei metodologii de reconstituire a artefactelor incomplete

Dezvoltarea metodologiei și realizarea mai multor studii de caz printre care și restaura digitală a un scut dacic fragmentat găsit în sit-ul arheologic de la Piatra Roșie. În 1954 C. Daicoviciu publică în monografia cetății dacice de la Piatra Roșie această piesă care se va dovedi excepțională din perspectiva artei dacice târzii. Scutul cu reliefuri figurate este realizat din tablă de fier.

Restaurarea și conservarea acestei piese a oferit șansa obținerii unor detalii suplimentare. Astfel a fost posibilă precizarea formei registrelor ornamentate, grosimea inițială a tablei (între 0,8 -1,5 mm) și alte detalii tehnice prezentate în Figura 16 schița a fost realizată de C. Opriș iar în continuare desenelor executate de Voichița Clinci. Iar Schița din Figura 30 b, reprezintă profilul scutului, cu dimensiunile sale (în mm) (după I.Korodi) [34].

Figura 16 Schițele scutului dacic de la Piatra Roșie [34]

Conform precizării din cartea Ephemeris Napocensis [34], ornamentele se desfășoară pe trei registre concentrice în jurul unui medalion central. După o bordură lisă (mărginită la exterior de o zonă îngroșată, în care se află orificii destinate fixării pe un suport ) există un șir de astragale, urmând apoi un brâu tordat. Tot un brâu tordat mărginește și spre interior un registru semilunar decorat cu motivul frunzelor de lotus. Din următorul registru s-au păstrat puține fragmente. Acestea sugerează reprezentarea unui animal din care s-au păstrat labele anterioare, câteva fragmente de blană precum și niște vrejuri vegetale care are putea aparține eventual viței-de-vie. Registrul următor este alcătuit dintr-un șir de palmete și de frunze e lotus. Medalionul central este dominat de silueta unui bour în mers spre stânga, sub acesta se află o palmetă ascuțită, flancată în ambele părți de câte una mai mică. În fața animalului se află silueta unui mic arbore iar deasupra lui imaginea probabilă a unui șarpe/dragon aceasta a fost este interpretat de către C. Daicoviu ca fiind „ o frunză alungită de palmier”.[34]

În anul 1949, pe la începutul verii, o echipă de arheologii, condusă de C. Daicoviciu, urcă panta anevoioasă a dealului de la Piatra Roșie (Figura 17) [35], cu unelte și provizii, îndreptându-se către una dintre gospodăriile din apropierea cetății. Acolo urmau să-și stabilească tabăra pentru următoarele două luni și jumătate. [36]

Figura 17. (a) locația cetății de la Piatra Roșie, (b) stadiul actual al fortificațiilor [35, 37]

S-a săpat intens, cu o echipă numeroasă, s-au dezvelit zidurile și turnurile cetății precum și clădirile de pe platou, și s-au investigat câteva terase amenajate de daci. Obiectele descoperite au luat calea muzeului din Cluj: ceramică de diverse feluri, de la cea mai fină la cea obișnuită, arme, unelte, monede, dar și obiecte de lux, care arată rafinamentul și nivelul de trai al dacilor care au locuit în cetate. Un candelabru de bronz cu trei brațe, de import, o mască de bronz cu figura unei divinități feminine, despre care s-a spus că ar putea fi Bendis, și alte obiecte care ne sugerează cum ar fi arătat universul dacilor de la Piatra Roșie. Dar cel mai remarcabil obiect ce provine de la Piatra Roșie, și care a ajuns un fel de emblemă a acestei cetăți, avea să se descopere pe o terasă aflată imediat sub platoul cetății, în interiorul unei clădiri cu două încăperi. Săpând pe lângă fundația de piatră, au fost descoperite câteva fragmente din tablă de fier forjat, frumos ornamentate [38].

Lucrurile aveau să se schimbe spectaculos, după o jumătate de secol. În anul 2002, Piatra Roșie a fost călcată de tâlhari, care au măturat întreaga suprafața a cetății cu detectoare. La doar câțiva metri depărtare de clădirea cercetată în 1949, într-o groapă săpată în coasta dealului, fuseseră ascunse de daci alte câteva astfel de scuturi. Detectorul de metale trebuie să fi semnalat cu insistență că în acel loc se află mult metal, iar cei care au săpat acolo în disprețul legii probabil au fost uimiți de ce au găsit: un pachet de discuri de fier, sudate între ele din pricina oxidării. Piesele au luat calea străinătății, iar câteva au fost recuperate de statul român în anul 2011. Dar înainte de asta, în 2003, în cursul unei acțiuni de curățare a cetății de vegetație, arheologii clujeni au descoperit, în groapa făcută de braconieri, câteva fragmente din marginea unui scut, dar și fragmente din decorul interior, care sugerează că în medalionul central se afla reprezentat tot un animal ierbivor. În anul 2011, în cursul unei expertize a gropii cu pricina, solicitată de Parchetul de pe lângă Curtea de Apel a Tribunalului din Alba-Iulia, arheologii au găsit alte fragmente din marginea unui scut: nu mai exista nici un dubiu, din acea groapă fuseseră extrase discuri de fier forjat, ornamentate, din aceeași categorie de artefacte cu piesa descoperită în 1949 [38].

O astfel de piesă fragmentară a ajuns la Muzeul Național de Istorie a Transilvaniei din Cluj-Napoca, prin donația unuia dintre vinovați, iar acum este în curs de restaurare. În medalionul său central este reprezentat un leu, iar dedesubt două gâște. Alte patru discuri au ajuns în case de licitație din afara țării. Două au fost recuperate în anul 2011 (Figura 18) – unul având reprezentat în centru un grifon, iar altul un bour – și se află la Muzeul Național de Istorie din București, în vreme ce alte două sunt în curs de recuperare. [38]

Figura 18. Cele două scuturi valorificate de tâlhari în SUA și repatriate în 2011

Poliția a întrat în posesia actelor de cumpărare a scuturilor prin care aceste scuturi au fost vându-te dealerului american pentru prețul de 45.000 $[38]

La data de 5 septembrie 2010, autoritățile britanice de la punctul de control la intrarea în tunelul Folkestone din departamentul Kent au găsit în autoturismul unui cetățean român, stabilit în Anglia, 145 de monede Koson din aur, 12 monede romane și trei monede bizantine din aur care erau puse în urmărire prin Interpol, cetățeanul român se deplasa către o casă de licitații din Osnabrueck, Germania pentru a efectua tranzacții ilegale cu bunuri sustrase din siturile românești. Inculpatul mai este cercetat pentru exportul ilegal al două scuturi din siturile arheologice protejate din România. [39]

Odată cu aprofundarea cercetărilor cu privire la circumstanțele în care au fost sustrase aceste artefacte. Cu ocazia investigațiilor efectuate asupra unui inculpat din Cluj, au fost identificate, între alte artefacte oferite spre vânzare, fragmente de scut, ce au fost predate de inculpat muzeului din Cluj, împreună cu cca 4000 de artefacte colecționate de braconierii siturilor arheologice, pentru valorificarea ilegală pe piața internațională a antichităților. [38]

Două scuturi aflate într-o stare mai bună nu au fost încă repatriate, acestea sunt prezentate în Figura 19. Aceste două scuturi se pot utiliza ca și referințe ale reconstituirii scutului fragmentat.

Figura 19 Cele două scuturi care încă nu au fost repatriate [39]

Astfel dacă se observă cele 4 scuturi dacice prezentate anterior, se poate observa că restaurarea făcută în anul 1954 de către C. Daicoviciu este greșită, scutul restaurat are atât elementele unui scut cu bour cât și piciorul unui grifon (Figura 20). Singurul mod de restaurare a acestui obiect îl reprezintă restaurarea digitală, datorită faptului că această tablă este foarte subțire și lipită cu un lipici de suport.

Figura 20. Evidențierea problemei scutul restaurat în 1954 de către C. Daicoviu

Pozele din Figura 20 au fost făcute în primăvara anului 2012, atunci când scutul a fost digitizat cu ajutorul scanerul VIUScan din cadrul laboratorului de măsurări și scanare 3D al Universității Tehnice din Cluj-Napoca. Acest scanner este portabil iar scanarea s-a realizat în cadrul Muzeului de Istorie Națională a Transilvaniei sub atenta supraveghere a muzeografilor Răzvan Mateescu și Paul Pupeză.

Așadar complexitatea acestei restaurări este una foarte ridicată, restaurarea digitală a acestui scut necesită utilizarea cunoștințelor din diferite domenii precum:

scanarea 3D cu laser,

proiectarea asistată de calculator tehnică

modelarea 3D cu ajutorul softurilor artistice, pentru a remodela elemente lipsă

Iar pentru a valorifica această reconstituire sunt necesare cunoștințe din următoarele domenii:

Realitate virtuală, pentru a optimiza și prezenta modelul 3D în diferite medii virtuale

Realitate augmentată, pentru a include acest model 3D într-un ghid audio și vizual prin intermediul muzeul, oferind astfel vizitatorilor posibilitatea de a vedea reconstituirea 3D utilizând tabletele și telefoanele mobile personale

Dezvoltarea unei metodologii de optimizare a modelelor 3D

Această optimizare a modelelor 3D permite introducerea acestor modele 3D în diferite aplicații de realitate virtuală și realitate augmentată. Modelul 3D trebuie optimizat pentru a putea fi creată o replică fizică a acestuia utilizând fie un proces aditiv fie unul reductiv.

În cadrul tezei voi dezvolta o metodologie de optimizare a modelelor 3D care au rezultat în urma unor scanări laser. Variantele de optimizare a modelului 3D luate în considerare sunt atât cele disponibile în aplicații CAD dedicate, precum CATIA, Geomagic sau Meshlab, dar vor fi analizate și programele de reducere a modelor 3D realizate cu ajutorul softurilor de programare, precum MATLAB Această metodologie va avea și o etapă de împărțire a obiectului scanat, în această etapă scanarea este descompusă în componente (în cazul ansamblurilor) sau în părți componente (de exemplu părțile originale și cele reconstituite).

Pentru a avea o acuratețe cât mai mare a scanării, scanarea a fost segmentată în 17 cuburi cu latura de 100 de mm, astfel scanerul VIUscan oferă cea mai mare rezoluție a suprafeței scanate. Segmentarea este ilustrată în Figura 21, zonele încadrate cu roșul reprezintă zonele de interes pentru restaurarea scutului cu bour de la Piatra Roșie, iar zonele cu verde reprezintă potențialele zone care făceau parte din scutul cu grifon.

Figura 21. (a) Segmentarea scutului în cuburi cu latura de 100mm, (b) – etapele de scanare a zonei 1-10 începând cu poziționarea țintelor, scanarea cu laser, suprafața rezultată și textura acestuia

Elementele de pe margine nu au fost scanate integral, pentru că acestea nu prezintă detalii, fierul fiind foarte erodat în aceste zone, dar pentru zona 1-10 detaliile scutului cu bour au fost foarte bine achiziționate de scanerul 3D cu laser, după cum se poate vedea în Figura 17 b.

Scanarea a fost realizată în primăvara anului 2012 sub îndrumarea lui Călin Neamțu din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca de către mine și colegii mei de doctorat care au teme de cercetare tot din domeniul arheologiei digitale, Badiu Ionuț (Restaurarea vaselor ceramice utilizând tehnici CAD/CAM) și Buna Zsolt Levente (Elaborarea unor metodologii de validare a patrimoniului cultural în format digital)

În primăvara anului 2012, lucram pentru realizarea disertației “Reconstituirea unui atelier de fierărie dacic”. În total au fost scanate și restaurate digital în jur de 30 de obiecte din fier în cadrul acestei teme de cercetare.

În urma scanării complete a celor 17 segmente a rezultat un fișier ce are următoarele caracteristici:

Numărul vertexilor este de 9.674.670

Numărul triunghiurilor este de 17.928.940

Dimensiunea fișierul în format CATIA Part are 1.036.976 KB

Zona scanată se poate încadra elipsă de 655 mm x 606 mm

Zona în care este încadrat scutul cu bour (împreună cu decorul acestuia) se poate încadra într-un cerc cu diametrul de 310 mm

Optimizarea acestui model 3D este necesară pentru a putea integra reconstituirea acestui model în aplicații de realitate virtuală/augmentată, de asemenea pentru a restaura acest artefact fizic utilizând tehnici aditive sau reductive.

Utilizarea tehnicilor QFD, TRIZ și AHP de dezvoltarea inovativă a unui muzeu virtual interactiv

Pe baza cercetărilor efectuate pentru realizarea disertației cu titlul “Reconstituirea unui atelier de fierărie dacic” am realizat împreună cu Călin Neamțu și alți colegi o metodologie de optimizare a modelelor 3D și introducerea acestora în diferite medii virtuale.

Articolul “ Using virtual reality to teach history” a fost prezentat în cadrul conferinței ICVL (International Conference on Virtual Learning) 2012 care a avut loc între 2-3 noiembrie 2012 la Universitatea Transilvania din Brașov. Metodologia de lucru (Figura 22) prezentată în cadrul acestei conferințe implică crearea unei aplicații de realitate virtuală găzduită pe internet. Datorită acestui fapt modelele 3D nu trebuie să aibă o dimensiune foarte mare în MB.

Figura. 22 Metodologia necesară pentru dezvoltarea aplicației de realitate virtuală [40]

Într-un mediul virtual mai complex, precum este reconstrucția mediul virtual al unui atelierului de fierărie dacic, trebuie să fie adăugate unele caracteristici suplimentare, precum un peisaj care ar ajuta atelierului să se îmbine mai bine cu mediul virtual, de exemplu un peisaj forestier. Scopul principal al acestui mediu virtual este de a oferi informații utilizatorului, atunci când acesta dorește să le primească. Aplicația (Figura 23) are create diferite interacțiuni utilizând un buton “Teach Me” iar de aici se pot accesa diferite elemente precum, animații, link-uri, fișiere în format video/audio, prezentări Power Point.

Figura 23. Mediile virtuale interactive prezentate în cadrul conferinței ICVL 2012 [40]

În cadrul cercetării pe durata studiilor de doctorat vreau sa dezvolt medii virtuale compatibile cu sistemul Oculus Rift [41] pentru a crea medii virtuale cu imersie totală.

Utilizarea tehnicilor QFD, TRIZ și AHP de dezvoltare inovatoare pentru un ghid muzeal interactiv de realitate augmentată

În 26 septembrie 2013, am prezentat articolul “ METHODOLOGY TO CREATE 3D MODELS FOR AUGMENTED REALITY APPLICATIONS USING SCANNED POINT CLOUDS în cadrul conferinței VAMCT 2013 din Delphi, Grecia.

Metodologia de optimizare a modelelor 3D obținute cu ajutorul tehnicilor de scanare 3D și integrarea acestora în medii de realitate augmentată, prezentată în cadrul acestei conferințe este ilustrată în Figura 24 a iar echipamentele utilizate sunt prezentate în Figura 24 b.

Figura 24. (a) Metodologia de optimizare a modelelor 3D obținute prin scanare 3D și implementarea lor în medii de realitate augmentată, (b) – echipamentele utilizate pentru scanare 3D

Aplicația de realitate augmentă este prezentată în Figura de mai jos, în total au fost introduse 12 modele 3D, această aplicație utilizează poză ca și markere digitale pentru a suprapune modelele 3D peste anumite elemente din lumea reală (Figura 25).

Figura 25 Aplicația de realitate augmentată prezentată în cadrul Conferinței VAMCT 2013, Delphi, Grecia

În cadrul cercetării pe durata studiilor de doctorat vreau sa dezvolt un mediu de realitate augmentată avansate ce va răspunde nevoilor utilizatorilor. Pentru realizarea acestui obiectiv am să utilizeze tehnicile de dezvoltare inovatoare QFD, TRIZ și AHP.

Documentarea aferentă domeniului ales

Cu toate că arheologia virtuală reprezintă un concept nou, care s-a dezvoltat în ultimii ani datorită dezvoltării din domeniul graficii asistate de calculator și a tehnicilor de scanare 3D, acest domeniul are o documentație foarte vastă, atât în domeniul mediilor virtuale/augmentate cât și în domeniul metrologiei și a prelucrării CNC.

Baza electronică de jurnale, Science Direct conține un număr foarte mare de articole legate de arheologie digitală cele mai importante sunt:

Jurnal Elsevier indexat ISI, Journal of Archaeological Science (ISSN:0305-4403) [42] factor impact 1.8 (Figura 27).

Figura 26. Jurnal Elsevier – Journal of Archaeological Science [42]

Acest jurnal este axat pe aplicarea tehnicilor științifice și a metodologiilor utilizate în arheologie.

Jurnal Elsevier indexat ISI, Journal of Cultural Heritage (ISSN:1296-2074) [43] factor impact 1.2 (Figura 28).

Figura 27. Jurnal Elsevier – Journal Cultural Heritage [43]

Acest jurnal multidisciplinar axat pe conservarea obiectelor de patrimoniu și pe sensibilizarea publicului larg. Jurnalul se concentrează pe o metodologie nouă specifică domeniului de conservare a patrimoniului cultural.

Jurnal Elsevier indexat ISI, Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage (ISSN:2212-0548) [44] (Figura 29).

Figura 28. Jurnal Elsevier – Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage [44]

Jurnalul pentru aplicații în Arheologie și Patrimoniu Cultural (DAACH) este un jurnal online, în care oamenii de știință pot publica modele digitale 3D ale site-urilor arheologice, monumentelor sau artefactelor din întreaga lume însoțite de articole academice asociate.

Revista își propune să păstreze modelele patrimoniul cultural digital în format electronic pentru a oferi acces comunității științifice pentru a facilita dezbaterea academică. Acest jurnal oferă posibilitatea cercetătorilor să publice modele 3D online care permit utilizatorilor să le exploreze în voie. Acest jurnal va oferi accesul către toate modelele 3D, nu doar către fișiere în format, text, randări 2D sau video-uri. De asemenea toate modele 3D trebuie să fie însoțite de metadate, documentație, precum și un articol în care se prezintă istoria acestuia, starea sa de conservare și modul în care a fost realizat modelul 3D.

Jurnal Elsevier indexat ISI, Computer & Education (ISSN:0360-1315) [45] factor impact 2.7 (Figura 30)

Figura 29. Jurnal Elsevier – Computer & Education [45]

Acest jurnal conține lucrări axate pe cunoaștere, învățământ , dezvoltarea sistemelor de formare, grafică, simulări, proiectare asistată de calculator și de utilizare a realității virtuale într-un context educațional.

Jurnal Elsevier indexat ISI, International Journal of Human-Computer Studies (ISSN 1071-5819) [46] factor impact de 1.4 (Figura 31)

Figura 30 Jurnal Elsevier – International Journal of Human- Computer Studies

Jurnal Elsevier indexat ISI, Expert Systems with Applications (ISSN:0957-4174) [47] factor de impact de 1.9 (Figura 32)

Figura 31 Jurnal Elsevier – Expert Systems with Applications

Jurnal Springer – Virtual Reality (ISSN:1359-4338) [48] – factor impact 0.3 (Figura 33)

Figura 32. Jurnal Springer – Virtual Reality [48]

Jurnal Springer – Machine Vision and Applications (ISSN:0932-8092) [49] factor impact 1.1 (Figura 34)

Figura 33. Jurnal Springer – Machine Vision and Applications [49]

Stadiul actual al proiectelor similare

Proiectul Amarna

Amarna (cunoscut sub numele de el-Amarna sau Tell el-Amarna) este situl arheologic a capitalei construite de faraonul Akhenaten în anul 1353 î.Hr. [50]

În primăvara anului 2008 și 2009, cercetătorii de la Universitatea din Arkansas, Centrul pentru Tehnologii Avansate Spațiale (Katie Simon și Christopher Goodmaster) s-au alăturat misiunii arheologice de la Amarna (proiect condus de Barry Kemp din cadrul Institutului de cercetare arheologică McDonald) aducând cu ei un scanner laser 3D Konica Minolta VIVID 9i [51].

Împreună aceștia au lucrat la proiectul de digitizare a invetarului din Amarna. (Figura 35).

Figura 34. Logo-ul proiectului Amarna [30]

Scanerul Konica Minolta VIVID 9i (Figura 36) este unul dintre cele mai avansate scanere din linia VIVID. Acest scanner combină sistemul de scanare cu laser cu cel de fotogrametrie, rezultând un sistem extrem de precis de digitizare (până la 50 µm) [52].

Figura 35. Scannerul VIVID 9i din cadrul Universității din Arkansas [53]

Prezentarea metodologia utilizate în cadrul acestui proiect, este prezentată pe site-ul Universității din Arkansas, pe pagina proiectului Amarna [54].

În timp ce laserul se deplasează pe suprafața obiectului, se colectează o serie de coordonate x, y și z a punctelor (nor de puncte) iar acestea sunt transferate în timp real pe un calculator, ele pot fi vizualizate în spațiul digital în 3D. Acest scanner are integrat un aparat de fotografiat digital care înregistrează imagini color în timpul procesul de scanare. Astfel geometria spațiului tridimensional al artefactului scanat este definit în coordonate x, y și z iar texturarea acestuia se realizează utilizându-se imaginile color achiziționate.

Pentru a scana un artefact complet, trebuie făcute mai multe scanări din diferite părți. Pentru a facilita acest lucru scannerul VIVID 9i vine împreună cu un suport de susținere a artefactelor scanate care se poate roti precis cu câte 60 de grade între fiecare scanare. De asemenea scanări suplimentare pentru a colecta datele aferente zonelor de sus și de jos a artefactelor sunt necesare pentru a reîntregii virtual artefactul.

După ce artefactul a fost scanat integral, datele achiziționate de scanner au fost importat în softul PolyWorks pentru a fi îmbinate într-o singură suprafață. Alte operații de procesare sunt necesare pentru a elimina datele inutile și pentru a curăța norii de puncte. Suprafața creată în acest soft conține informații referitoare doar la geometria artefactului.

Pentru a obține o reprezentare exactă a culorii artefactelor, este esențial ca obiectul să fie iluminat uniform, astfel încât să nu existe umbre sau schimbări ale intensității culorii atunci când obiectul se rotește. În cazurile în care au existat neconcordanțe de culoare continuă, aceste date au fost importate softul Inus pentru a ajusta RGB-ul (Figura 37).

Figura 36. Sistemul utilizat pentru achiziția geometriei și a texturii [55]

După ce modelul 3D este reconstituit și texturat acesta este convertit în diferite formate precum: VRML, 3D PDF și OBJ. Două rezoluții diferite au fost salvate pentru fiecare artefact pentru a permite utilizarea acestora pe platforme diferite.

În total au fost descoperite în jur de 24.000 de artefacte din 1979 până în 2014, iar scopul celor implicați în proiect e acela a digitiza întregul inventar de obiecte pentru a le face disponibile online tuturor celor interesați.

Un număr de 40 de artefacte au fost digitizate (Figura 38) în 2011 utilizându-se scannerul VIVID 9i, toate aceste modele 3D împreună cu metadatele aferente au fost integrate în baza de data Europeana.

Figura 37. Vizualizarea modelor 3D digitizate în cadrul proiectului Amarna [56]

Proiectul de digitizare Archaic Heraion

Proiectul este condus de Philip Sapirstein, profesor de istorie din cadrul Universității Nabraska-Lincoln împreună cu Universitatea din Pennsylvania, scopul acestuia este de a reconstitui și a digitiza rămășițele arhitecturale din sanctuarul grecesc Mon Repos, din Corfu. Cu toate că săpăturile din timpul campaniei din 1914 și din 1960 au recuperat sute de fragmente arhitectonice și mii de alte obiecte din sanctuar, mare majoritate a acestora nu au fost publicate și nu sunt accesibile publicului.

Acest proiect este unul dintre primele studii de cercetare în domeniul arheologic, bazat în întregime pe documentare 3D (Figura 39). Inventarul complet de 550 de fragmente arhitectonice inventariate în muzeul din Corfu au fost digitizate în toamna anului 2010. Iar între 2010 și 2011 aceste modele au fost procesate și publicate online.

Figura 38. Proiectul de digitizare a muzeului de la Corfu [57]

Metodologia utilizată pentru digitizarea artefactelor este prezentată pe site-ul proiectului [58]. Pentru digitizarea acestor artefacte a fost utilizat scannerul VIUscan, același tip de scanner care se află în laboratorul de măsurări din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca. Avantajul principal al acestui scanner îl reprezintă ușurința cu care se poate scana. În total cele 554 de artefacte aflate în inventarul muzeului din Corfu au fost scanate în 35 de zile.

Scanerul portabil VIUscan este capabil să producă o rețea poligonală fațetată cu muchii de până la 0.1 mm. În practică această rezoluție produce atât de multă informație încât calculatorul utilizat în timpul scanării, în cazul acestui proiect un laptop nu poate procesa în timp util înregistrarea tuturor măsurătorilor. Cele mai multe obiecte din cadrul acestui proiect au fost scanate la rezoluții apropiate de 1 mm, variind între 0.5 și 2 mm. Astfel scanarea a progresat mult mai rapid, iar rezoluția este destul de bună pentru a înregistra în detaliu caracteristicile esențiale ale obiectelor scanate în cadrul acestui proiect, care au între 10 și 80 de cm.

Acest scanner 3D este echipat și cu un aparat de fotografiat care înregistrează simultan culorile suprafeței scanate. Aceste informații sunt stocate separat ca și o imagine 2D denumită “textură”, iar modul de poziționare a acesteia pe geometria artefactului se realiză cu ajutorul unui sistem de stocare a coordonatelor.

Rezoluția acestei camere foto variază, dar în cele mai bune condiții ea poate înregistra până la 10 probe pe mm. Obiectele de la Mon Repos au fost scanate cu o rezoluție ce variază între 4 și 8 probe pe mm, ceea ce înseamnă că detaliul fotografic este de aproximativ 5 ori mai mare decât geometria modelului [59].

Toate cele 554 de artefacte pot fi vizualizate pe site-ul proiectul (Figura 40), sistemul de vizualizare a modelelor 3D permite de asemenea măsurarea modelelor 3D, astfel încât vizitatorii să își facă o părere referitor la dimensiunea acestor artefacte, unele artefacte au 80 de cm.

Figura 39. Vizualizarea modelelor 3D digitizate în cadrul proiectului [60]

Proiectul 3D – COFORM

Acest proiect are ca scop creșterea capacității de digitizare a artefactelor tangibile ale patrimoniului cultural din întreaga lume. Consorțiul 3D – COFORM (Figura 24) reunește 19 parteneri, în special parteneri de bază ai proiectului EPOCH (European Network of Excellence în Open Cultural Heritage) [61] pentru a forma o echipă puternică.

Figura 40. Proiectul 3D COFORM [62]

EPOCH este o rețea care unește aproximativ o sută de instituții culturale europene care și-au unit eforturile pentru a îmbunătăți calitatea și eficiența utilizării tehnologiilor de informație și comunicație în domeniul Patrimoniului Cultural. Membrii acestei rețele include: departamente universitare, centre de cercetare, instituții de patrimoniu, muzee și agenții naționale de patrimoniu.

Printre partenerii proiectului 3D COFORM se regăsesc muzee importante din Europa, precum Muzeul Victoria și Albert, Muzeul din Luvru și Muzeul din Florența. Aceste instituții au intenția declarată de a dezvolta capacitatea de digitizare 3D și de integrare a acestor obiecte pe platforma Europeana.

Proiectul abordează aspecte precum, scanarea 3D, procesarea scanărilor, semantica de formă, proprietățile materialelor, metadate aferente artefactelor și elementele aferente provenienței acestora.

Patrimoniul Muzeului Victoria și Albert și Muzeul din Florența. Modelele digitizate ale Muzeului Victoria și Albert sunt prezentate în Figura 42.

Figura 41. Vizualizarea modelelor digitizate ale Muzeului Victoria și Albert din cadrul proiectului 3D – COFORM [63]

Stadiul actual al metodologiilor de optimizare a modelelor 3D

Optimizarea modelelor 3D, în special a celor obținute în urma unui proces de scanare 3D reprezintă un proces necesar pentru a putea introduce modelul 3D in diferite medii de realitate virtuală, realitate augmentată sau pentru procesare utilizând tehnici CAM sau de printare 3D.

Odată cu creșterea numărului de scannere 3D și cu utilizarea lor tot mai frecventă au crescut de asemenea și numărul de algoritmi de reconstrucție și de optimizare a norului de puncte. Cu toate acestea mulți cercetători, în special cei care lucrează pe partea de programare nu au acces la facilități de scanare sau modele poligonale dense.

Metodologiile dezvoltate în cadrul Universității din Stanford

Cercetătorii din cadrul Universității din Stanford a creat o bază de dată cu modele 3D pentru a veni în sprijinul acestor cercetători, această bază de date conține de asemenea și algoritmii de optimizare a modelelor 3D [64].

Primele digitizări din această bază de date au fost realizate cu scanerul Cyberware 3030 prezentat în Figura 43 în partea din stânga, cu excepția statuetei Lucy, care a fost scanată cu scanerul pentru statuete mari Stanford, proiectat de Digital Michelangelo Project. Ambele scanere utilizează metoda triangulației iar procesarea norilor de puncte a fost realizată cu softul scanerului Cyberware. Singurele modele care nu au fost procesate cu acest soft sunt statuetele Happy Buddha și Dragonul, acestea au fost procesate utilizându-se algoritmul de analiză a spațiului realizat de Brian Curless [65].

Figura 42. Scanerul Cyber Ware 3030 (stânga) și scanerul pentru statuete mari Stanford (dreapta) [66]

Prezentarea modelelor 3D obținute prin scanare cu laser din baza de date a laboratorului de grafică asistată de calculator din cadrul Universității Stanford este prezentată în Tabelul 2. Toate aceste fișiere pot fi descărcate accesând site-ul http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/

Primele scanărilor realizate în cadrul Universității Stanford au fost procesate cu ajutorul unui algoritm ICP modificat, care este prezentat în lucrarea “Zippered Polygon Meshes from Range Images”, din 1994 din cadrul conferinței SIGGRAPH 1994 [67]. Acest articol este prezentat pe site-ul Universității din Stanford la sectiunea papers a site-ului http://www-graphics.stanford.edu/papers/zipper/. Modelele 3D scanate și prezentate în acest articol sunt foarte detaliate, acestea sunt prezentate în Figura 44.

Figura 43 Modele 3D scanate și procesate utilizând algoritmul Zipper, statueta din stânga este formată din 360.000 de poligoane iar receptorul din dreapta din aproximativ 160.000 de poligoane [67]

Al doilea algoritm dezvoltat în cadrul acestei Universități are denumirea de „volumetric merging”, acesta a fost prezentat în anul 1996 în cadrul Conferinței SIGGRAPH din 1996 [68]. Acest algoritm (Figura 45) a fost utilizat pentru a îmbina diferite scanări, rezultatul acestuia este prezentat în Figura de mai jos pe modelul 3D al unei statuete scanate a unui dragon.

Figura 44 Algoritmul de îmbinare prezentat în articolul “A Volumetric Method for Building Complex Models from Range Images” [68]

Modelele 3D scanate în cadrul laboratorului de scanare 3D al Universității Stanford sunt prezentate în Tabelul de mai jos, împreună cu informații adiționale pentru fiecare model.

Tabel 2 Analiza modelelor 3D din baza de date a Universității Stanford

Cercetarea în domeniul optimizării modelelor 3D reprezintă un domeniu de interes, această optimizare reprezintă un proces critic prin care modelele 3D generate cu ajutorul unor scanere 3D pot să fie implementate în diferite aplicații de realitate virtuală/augmentată.

Metoda adaptivă de simplificare a modelelor 3D

Metoda adaptivă de simplificare pentru modelele generate din nori de puncte elaborată de Zhiwen Yu, Hau-San Wong, Hong Peng și Qianli Ma și prezentată în jurnalul Computer-Aided Design [82]. Metodologia de simplificare din cadrul articolului “ASM: An adaptive simplification method for 3D point-based models” analizează eficiența celor mai des utilizate metode de simplificare (Figura 46) și anume: a) înlăturarea vertexilor, b) aglomerarea vertexilor, c) contracția geometriei și d) simularea particulelor (Figura 47).

Figura 45. a) înlăturarea vertexilor (vertex removal) și b) aglomerarea vertexilor (vertex clustering) [82]

Figura 46. c) Contracția (Contraction) și simularea particulelor (Particle simulation) [82]

Tabelul 3 enumeră proprietățile diferitelor metode de simplificare. Cu toate acestea cele mai multe dintre aceste metode nu sunt concepute pentru suprafețe realizate din nori de puncte, iar în urma scanării cu laser majoritatea modelelor 3D sunt obținute din nori de puncte [82].

Tabel 3 Eficiența utilizării diferitelor metode standard de simplificare a norilor de puncte

Metoda ASM propune selectarea probelor din arborele ierarhic iterativ al norului de puncte bazat pe o serie de criterii de simplificare, până la obținerea numărului necesar de eșantioane. În final, se introduce utilizează o aglomerare locală pentru a conserva caracteristicile geometrice ale suprafeței inițiale. Autorii acestei lucrări au introdus de termenul de “sample error”(eroarea eșantionului) pentru a evalua eroarea introdusă în procesul de aglomerare [82].

Primul pas este acela de realizare al arborelui ierarhic. Acest arbore este construit și organizat utilizând parametrul k, acest algoritm împreuna cu ilustrarea modului de funcționare sunt prezentate în Figura 48.

Figura 47. Algoritmul de construire al arborelui ierarhic al modelelor 3D formate din nori de puncte [82]

Autorii acestui articol au realizat trei criterii de finalizare a procesului de construire al arborelui ierarhic.

Primul criteriul denumit “Cardinality based criterion” (Criteriul cardinal), finalizează procesul de construire al arborelui atunci când |Ni| dintr-un nod Ni este mai mic decât pragul ∈ (N).

Al doilea criteriu este denumit “Radius based criterion” (Criteriul razei). Algoritmul este încheiat atunci când raza Ri al clusterului de noduri Ni este mai mic decât pragul ∈ (N) (unde Ri este egal cu distanța maximă dintre puncte și față de centrul nodului)

Ultimul criteriu denumit „Surface variance based criterion”(Criteriul influențat de variația suprafeței) este încheiat utilizând următoarea ecuație (Figura 48).

Figura 48. Ecuația criteriului influențat de variația suprafeței [82]

Rezultatele utilizării acestui algoritm se pot observa în Figura 33, pe modelul 3D scanat a unui șold (Figura 50).

Figura 49. Efectele criteriilor de simplificare asupra modelului 3D al unui șold scanat [82]

Pentru a evalua efectul criteriilor de simplificare, autorii au comparat rezultatele obținute. Modelul 3D inițial are 530.169 de puncte, geometria acestuia fiind foarte densă iar modelele 3D simplificate au în jur de 3000 de puncte doar. Săgețile din Figura 50 evidențiază diferența de curbură medie a unei regiuni. Criteriul de variație a suprafeței păstrează această curbură cel mai bine [82].

Modelul 3D optimizat are o calitate ridicată a suprafeței iar valorile MEV(Maximum Error Value) reprezentând valoarea maximă a erorii și AEV(Average Error Value) reprezentând valoarea medie a erorii au valorile minime. Acest lucru se datorează faptului că acest algoritm utilizează mai puține puncte pentru a reprezenta zonele cu o variație mai mică și mai multe puncte pentru a reprezenta zonele cu o variație mai mare [82].

Metoda adaptivă ASM a fost programată astfel încât să permită o mai bună distribuție a punctelor în zonele cu o variație mai mare. Iar această metodă permite păstrarea caracteristicilor geometrice ale suprafeței inițiale.

Optimizarea și estimarea norilor de puncte cu caracteristici ascuțite

Această metodă a fost elaborată de Yutao Wang, Hsi-Yung Feng, Félix-Étienne Delorme, Serafettin Engin, și prezentată în articolul “An adaptive normal estimation method for scanned point clouds with sharp features” a fost publicat în Jurnalul Elsevier Computer-Aided Design în 2013 [83].

Problema studiată în acest articol este modul de estimare a vectorului normal fiecărui suprafeței utilizând fiecare punct, fără a schimba poziția punctelor. Problema principală este aceea de a estima normalele fără a introduce erori datorate procesului de scanare (scan noise). Atunci când suprafața scanată conține caracteristici ascuțite, acestea fiind foarte des întâlnite în special în cadrul pieselor mecanice, estimarea normalei devine un proces greu de estimat.

Tehnicile obișnuite de compensare a erorilor datorate procesului de scanare denumit „scan noise”, netezesc de asemenea suprafața acest proces având un efect drastic asupra zonelor ascuțite, aceste normale rezultate nu sunt evaluate cu exactitate în jurul trăsăturilor piesei scanate, ceea ce are un impact negativ. Aceste tehnici de netezire sunt prezentate în Figura 51 b. Dacă normalele din jurul suprafețelor ascuțite pot fi estimate cu precizie, caracteristicile acestora vor fi bine conservate bine iar suprafața reconstruită va reprezenta corect geometria obiectului fizic (Figura 51 c).

Figura 50 a) zona scanată b) efectele utilizării metodelor care nu estimează normalele suprafețelor c) rezultatele utilizării metodei propuse de autori [83]

Metoda propusă estimează normala într-un punct P prin crearea unui plan local. Studiul inițial de creare a unu plan local a fost realizat și publicat în articolul “Surface Reconstruction from Unorganized Points” în anul 1992 [84].

Autorii au analizat diferiți algoritmi de estimare a normalelor, algoritmi realizați de diferiți cercetători și publicați în diferite jurnale, rezultatele sunt prezentate în Figura 52.

Figura 51 Rezultatele diferiților algoritmi de estimare a normalelor suprafețelor din cadrul articolului “An adaptive normal estimation method for scanned point clouds with sharp features” [83]

Comparativ cu metodele de estimare neiterative, metoda propusă necesită mai mult timp de procesare. Componenta care necesită cel mai mult timp în metoda propusă de autori este aceea de a evalua coeficientul caracteristicilor fiecărui punct. Cu toate acestea timpul adițional de procesare produce o suprafață care se pretează mai bine pentru post-procesare[83].

În mod similar cu metodele existente de estimare a normalelor, metoda propusă produce zone cu caracteristici zimțate ale linilor. Timpul de procesare pentru modelul 3D al angrenajului care este format din 459.994 de puncte este de 230 de secunde, conform tabelului prezentat în articol. Autorii au testat algoritmul pe diferite seturi de nori de puncte, aceștia sunt prezentați în tabelul 4 [83].

Tabel 4 Timpul de procesare a diferitelor seturi de nori de puncte [83]

Stadiul actual de valorificare a patrimoniului cultural

Valorificarea patrimoniului cultural utilizând realitatea virtuală

Realitatea virtuală (expresie provenită din engleză, de la virtual reality sau VR) reprezintă medii artificiale create pe calculator, care oferă o simulare a realității, în ultimii ani aceste tehnologii au evoluat atât de mult încât utilizatorul poate avea impresia de imersiune (prezență fizică în mediul virtual) aproape de cea reală.

Articolul “From 3D Reconstruction to Virtual Reality: A complete methodology for digital archaeological exhibition” publicat în 2010 în jurnalul Elsevier – Journal of Cultural Heritage prezintă metodologia (Figura 53) necesară implementării reconstituirilor 3D în diferite medii virtuale [85].

Figura 52. Metodologia realizării mediilor virtuale utilizând reconstituiri 3D [85]

Autorii acestui articol au realizat și un sistem de realitate virtuală portabil pe care l-au denumit „Virtual Transportable Museum” (Figura 54). Costurile pentru realizarea acestuia sunt în jurul sumei de 15.000 € [85].

Figura 53 Modele 3D reconstituite și sistemul de realitate virtuală portabil [85]

Valorificarea patrimoniului cultural utilizând realitatea augmentată

Realitatea augmentată (expresie provenită din engleză, Augmented reality sau AR) reprezintă un sistem ce permite interacționarea cu diferite elemente suprapuse mediului real. De obicei pentru a vizualiza aceste elemente utilizatorul are nevoie de o camera web, un dispozitiv mobil cu camera (tableta sau telefon) sau cu ajutorul unor ochelari speciali. Așadar modul de vizualizare a lumii reale este mediat de către un dispozitiv care permite suprapunerea diferitelor elemente peste lumea reală.

La data de 19 ianuarie 2014 vizitatorii Muzeului National din Bavaria au avut acces la un tur interactiv ce utilizează realitatea augmentă pentru a construi o punte de legătura între piesele istorice exponate și vizitatorii muzeului (Figura 55) [86].

Figura 54 Turul interactive realizat de Metaio pentru Muzeul National din Bavaria [86]

CHESS (Cultural Heritage Experiences through Socio-personal Interactions&Storytelling) este un proiect co-finanțat de Comisia Europeană, iar acest proiect are ca scop integrarea cercetării interdisciplinare în personalizare, adaptare, interacționare, realitate virtuală și realitate augmentată pentru a veni în sprijinul științelor muzeale, cognitive, de învățare. Obiectivul principal al acestui proiect este de cercetare, implementare și evaluare a unor povești interactive personalizate care să permită vizitatorilor să experimenteze un conținut cultural inedit (Figura 56) [87].

Figura 55 Prezentarea programului CHESS [87]

La data de 2 aprilie 2014, dna Máire Geoghegan-Quinn(Figura 57), comisarul european pentru cercetare, inovare și știință, a vizitat Muzeul Acropole din Athena și a experimentat sistemul de tur interactiv muzeal realizat în cadrul programului CHESS [88].

Figura 56. Vizita comisarului european pentru cercetare, inovare și știință la Muzeul Acropolis [88]

Valorificarea patrimoniului cultural utilizând tehnici CAM

Fabricația asistată de calculator (CAM, Computer Aided Design) reprezintă utilizarea unui soft pentru a controla mașini-unelte, utilaje conexe în procesul de fabricație. Accesibilitatea tot mai mare pentru imprimante și scanere 3D are un impact foarte puternic asupra activității muzeale.

Muzeul Semitic din cadrul Universității Harvard (Figura 58) a utilizat imprimante și scanere 3D pentru a recrea un leu de ceramică, care a fost distrus în urmă cu 3000 de ani, atunci când asirienii au atacat orașul mesopotamian Nuzi [89].

Figura 57. Muzeul Semitic din cadrul Universității Harvard

În 4 decembrie 2012 a fost publicat un articol în Harvad Gazette în care a fost prezentat procesul de scanare și printare 3D a leului de ceramică deteriorat. Cercetătorii au început să recreeze statueta de 60 de cm lungime. Proiectul acesta va îmbina fragmentele statuii originale deținute de Muzeu cu elementele 3D realizate cu ajutorul unei imprimante 3D. Muzeul deține doar două fragmente, labele din față și o bucată mai mare a părții din spate, inclusiv cele 2 picioare. Înainte ca restaurarea să fie începută, firma Learning Sites a realizat modelul 3D al celor 2 piese existente pentru a conserva starea inițială a statuetei [90].

Conform muzeografului Adam Aja, în templul în care a fost descoperită statueta leului au mai fost găsite încă două statuete care reprezintă leii în picioare, muzeografii consideră ca în total ar fi fost 4 astfel de statuete, două care reprezintă leii în postura ridicată și două care reprezintă leii în poziția de repaus. [90]

Cele două statuete care reprezintă leii în picioare sunt deținute de către Muzeul de Artă al Universității Harvard iar cei doi lei care sunt în poziția de repaus sunt expuși în cadrul Muzeului Semitic din 1998.

În 2013 aceste statuete au fost excluse de pe lista exponatelor celor două muzee pentru a permite cercetătorilor să le restaureze. Ele vor fi expuse din nou atunci când lucrarea de restaurare va fi finalizată, probabil la sfârșitul anului 2014. În Figura 59 se pot vedea elementele originale și elementele restaurate cu ajutorul tehnicilor CAM. [90]

Figura 58 Restaurarea statuetei utilizând tehnici CAM [90]

Infrastructura de cercetare necesară

Infrastructura de cercetare necesară temei de doctorat “Reconstituirea, validarea și valorificarea artefactelor istorice utilizând tehnici CAD/CAM” este foarte vastă și înglobează echipamente din diferite domenii, precum:

proiectare asistată de calculator (stații grafice pentru procesarea și reconstituirea digitală a artefactelor)

metrologiei (scanare 3D și alte echipamente de măsurare și achiziție a modelelor 3D);

realității virtuale (sisteme de proiecție, sisteme de realitate virtuală imersivă);

realitate augmentată (echipamente ce permit redarea mediilor de realitate augmentată);

fabricația asistată de calculator (mașini CNC, imprimante 3D);

Analiza modului de funcționare a scanerelor 3D cu laser

În prezent pe piață există diferite dispozitive care pot fi numite scanere 3D (Figura 60). Orice echipament care măsoară lumea fizică utilizând lasere, lumini sau raze X și care generează nori de puncte sau suprafețe poligonale poate fi considerat un scanner 3D. Aceste echipamente pot fi divizate în diferite categorii de scanere, precum digitizatoare 3D, scanere cu lumină albă, computer tomografic, LIDAR și altele. Factorul de unire al tuturor acestor dispozitive îl reprezintă posibilitatea de a capta geometria obiectelor fizice cu sute de mii sau milioane de măsurători. În cazul digitizării patrimoniului cultural, există scanere 3D specializate, care permit achiziția texturii. Această achiziție reprezintă un factor important în crearea unor replici digitale fidele obiectelor reale.

Figura 59. Prezentarea diferitelor tipuri de scanere 3D [91]

Scanerele 3D se bazează pe diferite principii de imagistică, unele scannere 3D se pretează scanărilor de apropiere iar altele scanărilor de rază lungă (utilizate în special pentru a scana clădiri întregi).

În fiecare zi, mii de companii utilizează scanere 3D pentru a realiza următoarele obiective:

crearea modelor 3D CAD ale pieselor reale

îmbunătățirea produselor existente

verificarea calității diferitelor produse comparând piesele fabricate cu modelele CAD

scanarea clădirilor pentru a crea diferite aplicații

scanarea obiectelor și monumentelor pentru a le restaura/conserva

realizarea diferitelor proteze medicale

În domeniul digitizării obiectelor de patrimoniu, scanerele 3D care se pretează cel mai bine pentru acest domeniu se împart în 2 categorii în funcție de distanța de focalizare:

Scanere 3D cu rază scurtă de acțiune (distanța focală este mai mică de 1 metru)

Scanere 3D laser ce utilizează metoda triangulației

Această metodă utilizează fie o linie laser sau un laser punctiform, un senzor care preia lumina laserului care este reflectată de obiectul scanat și utilizând metoda triangulației, sistemul calculează distanța dintre obiect și scaner.

Această metodă este ilustrată în Figura 61, prezentată pe site-ul firmei RapidForm.

Figura 60. Ilustrarea metodei triangulație [92]

Distanța dintre sursa laserului și senzorul de captare a luminii laser se poate determina foarte precis, de asemenea și unghiul dintre laser și senzor. Unda laser reflectată de pe suprafața obiectului este captată de senzorul de lumină astfel se determină precis distanța dintre sursa laser și suprafața obiectului.

Scanere 3D laser ce utilizează lumină structurată

Scanerele cu lumină structurată utilizează de asemenea metoda triangulației, dar aceste sisteme proiectează o serie de modele liniare pe suprafața obiectului scanat. Astfel, examinând marginile fiecărei linii proiectate, sistemul calculează distanța de la scaner la suprafața obiectului. Ilustrarea modului de funcționare a scanerelor 3D cu lumină structurată este prezentat în Figura 62.

Figura 61. Ilustrarea metodei triangulației utilizând lumină structurată [93]

Avantajele și dezavantajele celor două tipuri de scanere 3D cu rază scurtă de acțiune.

Tabel 5 Avantajele și dezavantajele scanerelor 3D cu rază scurtă de acțiune [91]

Scanere 3D cu rază lungă de acțiune (distanța focală este mai mare de 2 metrii)

Scanere 3D cu laser pe bază de impulsuri

Aceste tipuri de scanere pe bazează pe conceptul vitezei luminii, această viteză este cunoscută foarte precis, astfel sistemul calculează distanța calculând cât timp este necesar pentru ca lumina laser să ajungă la obiect și este reflectată înapoi către senzor. Aceste scanere utilizează sisteme foarte precise ce pot măsura timpul în picosecunde. Prin rotirea laserului și a senzorului, scanerul poate scana până la 360 grade în jurul poziției sale. Modul de funcționare este ilustrat în Figura 63.

Figura 62. Ilustrarea modul de funcționare a scanerelor 3D pe bază de impulsuri laser [94]

Scanere 3D cu laser ce utilizează defazajul (Phase-shift)

Modul de funcționare a acestora este similar cu cel bazat pe impulsuri laser. Scanerul trimite impulsuri laser către obiectul scanat, dar de asemenea modulează puterea fasciculul laser și apoi sistemul compară faza laserului trimis și întors către senzor. Scanarea 3D utilizând acest tip de tehnologie este mult mai precisă. Ilustrarea modului de lucru este prezentată în Figura 64.

Figura 63. Ilustrarea modului de funcționare a scanerelor 3D ce utilizează defazajul [95]

Avantajele și dezavantajele celor două tipuri de scanere 3D cu rază lungă de acțiune.

Tabel 6 Avantajele și dezavantajele scanerelor 3D cu rază lungă de acțiune [91]

Analiza scanerelor 3D cu laser disponibile pe piață

În prezent există foarte mulți producători (Figura 48) care comercializează diferite scanare 3D. Cei mai mari producători sunt: Creaform, Surphaser, Faro, Leica Geosystems, Trimble, Steinbichler, NextEngine, Barcoding, Maptek, Topcon, 3D digital Corp, Shape Grabber. [96]

Figura 64. Producătorii principali de scanare 3D laser [96]

Există de asemenea pe piață și soluții de scanare 3D mult mai accesibile, precum David laser scanner. Această firmă a realizat un soft, ce permite crearea unui scaner 3D utilizând o cameră web și un laser line sau un video proiector. Această soluție oferă rezultate rapide, cu toate că precizia acestei digitizări nu este la fel de ridicată precum precizia scanărilor realizate cu echipamentele profesionale. Scanarea unei amprente utilizând acest sistem este prezentată în Figura 66.

Figura 65. Rezultatul digitizării utilizând soluția David Laser scanner [97]

Analiza echipamentelor utilizate în domeniul realității virtuale

Aceste echipamentele se împart în mai multe categorii:

Echipamente montate pe cap

Oculus Rift este un echipament de realitate virtuală produs de firma Oculus Vr Inc [98]. Creatorul acestui echipament a pornit acest proiect în 2012 cu ajutorul platformei KickStarter. Misiunea acestei platforme este de a ajuta aducerea proiectelor creative la viață prin finanțarea acestora de către diferiți donatori din toată lumea. La data de 3 martie 2014, platforma Kickstarter a primit peste 1 miliard de dolari în angajamente de la peste 5.7 milioane de donatori care au finanțat peste 135.000 de proiecte din diverse domenii precum: filme, muzică, spectacole, realizare de produse, etc. [99].

Unul dintre cele 135.000 de proiecte a fost și Oculus rift (Figura 67), care la data de 1 septembrie 2012 Oculus Rift a fost finanțat de 9.522 de persoane. In total au fost adunați 2.437.429 $, suma cu care a contribuit fiecare donator a fost între 10$ și 5000$. În schimbul donaților, producătorul acestui echipament ia recompensat pe donatori cu diferite obiecte promoționale, precum postere, tricouri, iar pentru cei care au donat peste 275$ au primit (până în noiembrie 2012) și un prototip al sistemului de realitate virtuală [100].

Figura 66. Donații pentru realizarea sistemului Oculus Rift prin cadrul platformei KickStarter [100]

Prototipul Oculus Rift a reprezentat un proiect foarte ambițios care se bucura de o popularitate foarte mare iar în 25 martie 2014 Facebook a achiziționat această firma, plătind 2 miliarde de $. Fondatorul firmei care a produs sistemul Oculus Rift era un tânăr de 19 ani care a decis să își încerce norocul pe platforma KickStarter pentru a dezvolta cel mai bun sistem de realitate virtuală montat pe cap. În 25 martie 2014, în vârstă de 21 de ani, Palmer Luckey (fondatorul Oculus) a spus că inițiat a fost sceptic, dar a fost convins mai târziu că parteneriatul cu compania lui Mark Zuckerberg (Facebook) (Figura 68) iar permite să dezvolte sistemul de realitate virtuală mult mai repede, astfel acest produs va avea un impact mai mare atât in industria jocurilor cât și în multe alte domenii precum: medicină, inginerie, arheologie digitală, arhitectură, design interior, etc. [41].

Figura 67. În stânga este prezentat sistemul de realitate virtuală Oculus Rift, iar în dreapta este prezentat fondatorul Facebook utilizând acest sistem de realitate virtuală

Pe piață există și alte echipamente similare, dar Oculus Rift reprezintă cel mai stabil sistem de realitate virtuală montat pe cap care a reușit să rezolve problemele legate de imersiunea utilizatorului în mediu virtual. Sistemul realizează o vizualizare 3D stereoscopică, oferind și senzația de adâncime a mediului virtual. Spre deosebire de un televizor sau un monitor 3D acest lucru este realizat prin prezentarea imaginilor unice și paralele pentru fiecare ochi. În același mod percep ochii imagini din lumea reală, creând astfel o experiență mult mai naturală și confortabilă.

Sistemul oferă un câmp vizual de aproximativ 110°, cuprinzând mai mult decât câmpul vizual normal al unui om (Figura 69) [101] și cu mult mai mult decât poate să cuprindă un display precum un monitor sau un televizor 3D. Combinația dintre un câmp vizual mai larg, împreună cu sistemul de urmărire a poziției capului creează o experiență captivantă de vizualizare a unui mediu virtual.

Figura 68. Comparația câmpului vizual oferit de sistemul de realitate Oculus Rift față de câmpul vizual al unui om

Sisteme de realitate virtuală cu proiecții pe mai mulți pereți

În cazul acestor sisteme, mediul virtual este proiectat pe mai mulți pereți. EON Icube (Figura 70) este un sistem ce oferă o imersiune completă a utilizatorilor prin intermediul unor ochelari ce oferă o viziune stereoscopică și un sistem ce conține între 3 și 6 pereți, imersiunea este completă atunci când sunt utilizați toți cei 6 pereți. Dezavantajul cel mai mare al acestui sistem îl reprezintă gabaritul foarte mare, în tehnologii precum Oculus rift, generarea mediului virtual este realizată de către un singur calculator, doar în zona activă a câmpului vizual al utilizatorului. În acest sistem întreg mediul virtual este proiectat pe pereți acestui sistemului iar utilizatorul se deplasează în interiorul său.

Figura 69 Prezentarea sistemul de realitate virtuală EON Icube [102]

Sunt necesare considerații suplimentare referitoare la spațiul alocat acestui sistem, după cum se poate observa în Figura 53, pentru a realiza proiecțiile din spate pe acești pereți ai sistemului de realitate virtuală este necesar un spațiu mult mai larg. Sistemul complet, cu 6 pereți necesită un spațiu cu înălțimea de 9 metri, de asemenea cu un platformă ridicată pentru a putea proiecta imaginea și dedesubt, în cazul sistemelor cu 3-4 pereți, proiectarea imaginii pe platforma pe care se deplasează utilizatorul se realizează de sus. Acest tip de sistem oferă o imersiune perfectă dar costurile de achiziție a echipamentelor și în special întreținerea acestora este foarte mare.

Sistemul utilizează un controler pentru a interacționa cu lumea virtuală, astfel ei pot să manipuleze cu ușurință diferite obiecte 3D în cadrul mediului virtual. Vizualizarea stereoscopică este completată de un sistem audio 3D integrat.

Echipamente de interacționare cu lumea virtuală

DG5-VHand Glove (Figura 71) este un dispozitiv inovator ce permite detectarea mișcărilor mâinii. Aceasta permite măsurarea cu precizie a mișcărilor degetelor incorporând 9 axe ( 3 axe pentru accelerometru, 3 axe giroscopice și 3 axe magnetometrice). Designul inovator permite utilizatorilor să îndepărteze toți senzorii și circuitul electronic al acesteia, astfel încât mănușa poate fi curățata fără probleme. Mănușa poate fi alimentată direct de la USB sau se poate utiliza bateria internă ce permite o utilizare de 6 ore continuă [103].

Figura 70. Mânușa DG5-VHand utilizată pentru a interacționa cu mediul virtual [103]

SpacePilot pro (Figura 72) utilizează un sistem cu 6 grade de libertate (6DoF, 6 Degrees of Freedom) și acesta este conceput special pentru a manipula conținutul digital. Se pot utiliza diferite mișcări precum, cele de împingere, de tragere, de răsucire sau de înclinare a acestui controler pentru a avea acces la diferite comenzi precum, zoom, deplasare, rotație, etc. [104].

Figura 71 Prezentarea echipamentului SpacePilot Pro [104]

În prezent există o gamă foarte largă de produse disponibile pentru a interacționa cu mediul virtual, inclusiv dispozitive haptice. Termenul haptic provine din limba greacă și face referința la simțul atingerii sau al contactului. Sistemele care permit deplasarea în mediile de realitate virtuală în mod pasiv, nu solicită un efort fizic, natural și realist din partea utilizatorului. În acest caz folosirii unui sistem haptic al sistemului de locomoție utilizatorul poate fi deplasat de către sistem în mod independent, poate coordona un mecanism de control al deplasării sau poate efectua deplasări în realitate pentru a-și modifica poziția în mediul virtual. [105]

Analiza echipamentelor utilizate în domeniul realității augmentate

Realitatea augmentată (expresie provenită din engleză, Augmented reality sau AR) reprezintă un sistem ce permite interacționarea cu diferite elemente suprapuse mediului real. De obicei pentru a vizualiza aceste elemente utilizatorul are nevoie de o camera web, un dispozitiv mobil cu camera (tableta sau telefon) sau cu ajutorul unor ochelari speciali. Așadar modul de vizualizare a lumii reale este mediat de către un dispozitiv care permite suprapunerea diferitelor elemente peste lumea reală.

Echipamente ce utilizează o cameră (video/web) și un display (Figura 73).

Figura 72. În stânga este prezentat un sistem ce utilizează o cameră web și un monitor, iar în dreapta este prezentat un sistem ce utilizează o camera video și un proiector [106, 107].

Echipamente ce utilizează camera video a dispozitivelor mobile (Figura 74)

Figura 73. Echipamente mobile utilizate pentru a vizualiza aplicații de realitate augmentată [108, 109]

Ochelari care permit realizarea mediilor de realitate augmentată (Figura 75)

Figura 74. Prezentarea modului de funcționare Epson T-200 și Google Glass [110, 111]

Analiza echipamente CAM utilizate în arheologia digitală

Datele obținute în urma scanării cu laser pot fi folosite pentru a crea replici cu ajutorul echipamentelor CAM (Computer Aided Manufacturing) Aceste echipamente se încadrează în două categorii principale în funcție de tipul procesului:

Procese aditive

În cazul proceselor aditive, replica este confecționată din straturi succesive de pulbere de metal, plastic, etc. Acest proces poartă numele de sinterizare selectivă cu laser. Imaginea prezentată în Figura 76, prezintă un craniu ce a fost realizat utilizând această tehnică [112]. Craniul restaurat este al regelui Richard al III-lea, în ciuda importanței sale istorice, biserica în care trupul său a fost îngropat a fost distrusă iar Oamenii de știință din cadrul Universității din Leicester au lansat un efort de a redescoperi sit-ul în care a fost înmormântat Richard al III-lea și apoi au identificat rămășitele utilizând referințe istorice și teste ADN.

Figura 75. Procese aditive de realizare a replicilor [112] [113]

Procese reductive

În cazul proceselor reductive se utilizează mașini CNC, iar modelul 3D este frezat utilizându-se un set de date 3D. Astfel se pot face replici naturale utilizându-se diferite materiale. În figura 77 este prezentat procesul reductiv de realizare a unei sculpturi medievale. Aceasta datează din 1340 și se află în inventarul Muzeului Național din Liverpool.

Figura 76. Prelucrarea pe CNC a unei sculpturi medievale [113]

Documentarea referitoare la soluțiile software

Analiza soluțiilor software pentru procesarea scanărilor 3D

Fiecare producător al echipamentelor de scanare 3D oferă și un soft cu ajutorul căruia se poate observa scanarea în timp real și se poate interveni asupra norului de puncte scanat pentru a procesa scanarea. Scanerul VIUScan [114] din cadrul Laboratorului de măsurări și scanare 3D din Cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca este însoțit de softul VXelements [115]. VXelements (Fig 78) este format din următoarele trei module: VXscan, VXprobe și Vxshot, aceste trei module oferă o foarte mare versabilitate pentru a procesa datele achiziționate.

Figura 77. VXelements [116]

Scanerul Kreon Zephyr [117] utilizează softul Polygonia [118]. Polygonia este un soft ușor de utilizat ce oferă posibilitatea filtrării, umplerea găurilor și de asemenea permite utilizatorului să definească cu precizie toți parametrii de scanare. (Figura 79)

Figura 78. Polygonia [117, 118]

Există de asemenea și soluții software premium care pot fi utilizate pentru procesarea scanărilor 3D, cele mai importante sunt: CATIA și Geomagic studio.

CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) este un soft CAD/CAM/CAE dezvoltat de compania franceză Dassault Systèmes și comercializat în întreaga lume de IBM [119].

Datorită dezvoltării tehnologiilor de scanare 3D, au fost implementate în CATIA (Figura 80) următoarele modulele: “Digitized Shape Editor”, “Quick Surface Reconstruction” și “Shape Sculptor”, pentru a exista o sinergie cât mai bună între scanerele 3D și CATIA.

Figura 79. CATIA [120]

Geomagic conține un set de instrumente complet pentru a transforma datele 3D scanate în suprafețe de înaltă precizie. Acest soft încorporează instrumente automate care permit utilizatorilor să producă modele de calitate într-un timp foarte scurt. (Figura 81)

Figura 80. Geomagic Studio [121, 122]

Meshlab este un soft pentru procesarea datelor care rezulta în urma scanării cu laser. Acesta este un soft gratuit și open-source, aflat sub cerința GPL (General Public License). Acesta este un soft foarte des utilizat în domeniul arheologiei digitale pentru a procesare scanările 3D (Figura 82) [123].

Figura 81. MeshLab [123]

MATLAB este un limbaj de nivel înalt care permite procesarea, vizualizarea și programarea diferitelor elementelor printre care și nori de puncte obținuți în urma proceselor de scanare. Folosind MATLAB (Figura 83) se pot analiza date, dezvolta algoritmi, crea modele și aplicații. Limbajul, instrumentele și funcțiile predefinite permite explorarea diferitelor soluții și abordări mult mai rapid decât limbaje de programare tradiționale precum C/C++ sau Java [124].

Figura 82. MATLAB [124, 125]

CloudCompare este un soft de procesare a norilor de puncte (Figura 84). Acesta a fost inițial conceput pentru a efectua comparații între doi nori de puncte (cum sunt cele obținute cu ajutorului unui scanner laser). Softul utilizează o structură de tip octree [126], aceasta este o structură de tip părinte-copil în care fiecare nod are exact opt copii. Aceste structuri sunt folosite pentru a partiționa un spațiu tridimensional. Datorită structurii de tip octree pot fi prelucrați nori de puncte uriași (până la 120 de milioane de puncte) [127].

Figura 83. CloudCompare [127, 128]

Analiza soluțiilor software CAD

CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) prin intermediul modului “Generative Shape Design” (Figura 85) permite modelarea rapidă a formelor complexe. Acest modul oferă un set mare de instrumente pentru crearea și editarea modelelor 3D, trecerea din acest modul către modulele utilizate pentru procesarea datelor achiziționate de scanere 3D se face cu ușurință.

Figura 84. Generative Shape Design – CATIA

3ds Max este dezvoltat de către firma Autodesk și reprezintă un soft puternic de modelare / animație și simulare. 3ds Max (Figura 86) oferă instrumente eficiente, fluxuri de lucru simplificate pentru a ajuta la creștere productivității în cazul modelelor complexe, de înaltă rezoluție [129].

Figura 85. 3ds Max [129]

Mudbox este un soft utilizat pentru a realiza sculpturi 3D. Acest soft este dezvoltat de către Autodesk și permite realizarea sculpturilor 3D de înaltă rezoluție digitală și creare de texturilor [130].

Mudbox este asemănător sculpturii reale în lut (Figura 87) punând la dispoziție sculptorului uneltele și materialele digitale necesare realizării oricărui tip de sculptură.

Figura 86. Mudbox [130]

Blender este un program gratuit și open-source utilizat pentru a modela 3D, acest soft este utilizat pentru a crea efecte vizuale, animații, modele 3D, aplicații 3D interactive. Modulurile principale include: Modelarea 3D, procesare UV, texturare, simulare fluide, simulare particule, sculptura 3D, editare video [131]. Acesta este un program foarte complex ce necesită foarte multe ore de studiu chiar și după ce sunt înțelese elemente de bază, acest lucru se datorează complexității și a gamei foarte variate de module pe care le inglobează. Blender (Figura 88) a fost îmbunătățit constant și a avut parte de rescrieri substanțiale ale codului inițial. Acest soft are o gamă largă de opțiuni comparabile cu cele comerciale, dar are și multe zone în care este depășit de competitori, precum ar fi lipsa revizualizării fonturilor, lipsa modelării pe bază de NGon. [132]

Figura 87. Blender [131]

Analiza soluțiilor software CAM

CATIA este un pachet software ce îmbină CAD și CAM. Modul de lucru “Machining” (Figura 89) înglobează diferite aspecte ale fabricației asistate de calculator. Cu ajutorul acestui soft se pot simula diferite procese de fabricației iar la final se poate genera codul CNC.

Figura 88. CATIA Machining [133]

PowerMill este un soft dezvoltat de firma Delcam acesta are o istorie de peste 40 de ani, permite prelucrări multi-axe, oferă o viteză de calcul foarte bună și permite editarea traiectoriilor (Figura 90).

Figura 89. PowerMILL [134]

Analiza soluțiilor softuri pentru realizarea mediilor de realitate virtuală

EON Studio este dezvoltat de către firma EON. EON studio (Figura 91) permite realizarea mediilor de realitate virtuală imersivă și interactivă. Acesta permite importarea a peste 18 formate de modele 3D și utilizează peste 100 de noduri și 100 de funcții pentru a dezvolta foarte rapid diferite aplicații de realitate virtuală. Dezavantajul acestui soft îl reprezintă prețul ridicat, cu toate acestea softul poate fi descărcat și utilizat gratuit 30 de zile.

Figura 90. EON studio [135]

3DVIA Studio Pro este un mediu interactiv de creație care a fost conceput special pentru a procesa fișiere mari de date CAD și pentru a le utiliza în diferite simulări, jocuri sau aplicații de instruire virtuală. Acest soft a fost deschis publicului gratuit în varianta sa Beta în perioada: martie 2010 – ianuarie 2014. (Figura 92) [136]

Figura 91. 3DVIA Studio Pro [136]

Unity este un engine de realizare a aplicațiilor 3D (Figura 93). Acesta este utilizat în special în industria jocurilor PC pentru a realiza diferite aplicații ce pot fi integrate în browserele de internet, pe platforme desktop, pe console dar și pe dispozitive mobile. Prețul acestuia este foarte avantajos fiind de 1500$ / tipul de platformă sau se poate opta pentru un abonament lunar de 75$/lună. Dezavantajul principal apare atunci când utilizatorul vrea să dezvolte aplicații ce vor rula atât pe Windows cât și pe iOS și Android, fiind necesare 3 licențe diferite. [137]

Figura 92. Unity [138]

Cryengine 3 este o soluție software extrem de avansată ce permite realizarea mediilor virtuale fotorealistice (Figura 94). Dezavantajul principal al acestui sistem este faptul că necesită foarte multe resurse, așadar aplicațiile nu pot fi implementate pe echipamente mobile (telefoane inteligente și tablete) și de asemenea nu pot fi încărcate utilizând un browser de internet. Acest soft este utilizat pentru a crea filme, simulări de înaltă calitate, jocuri și aplicații interactive. Acest soft are un preț de doar 10 euro/luna de asemenea producătorul nu impune taxe speciale în cazul în care utilizatorul dorește să comercializeze aplicația realizată. [139]

Figura 93. Cryengine 3 [140]

Unrealengine 4 este un soft ce permite realizarea mediilor virtuale interactive. Scopul producătorului, firma EPIC este acela de a pune la îndemâna tuturor celor interesați un sistem complet împreună cu codul sursă al programului dezvoltat în C++ (Figura 95). Prețul acestui soft este de 19$/luna și 5% din veniturile brute rezultate din vânzarea aplicației [141].

Figura 94. UnrealEngine 4 [142]

Analiza soluțiilor software pentru realizarea mediilor de realitate augmentată

Metaio Creator este o soluție software ușor de folosit ce permite crearea aplicațiilor de realitate augmentată. Metaio Creator utilizează limbajul de programare AREL Scripting. Aplicația permite utilizarea mai tipuri de markere clasice precum, markerele alb-negru 2D printate sau utilizarea unei imagini. Softul permite și utilizarea norilor de puncte (“point cloud tracking”) și identificarea muchiilor (“edge-based tracking”). Metaio oferă și soluția SDK pentru a avea acces la aceste scripturi.

Pașii pentru realizarea unei aplicații sunt ilustrați în Figura 96, pentru a publica aplicația pe echipamente mobile precum (smartphone-uri și tablete) este necesară utilizarea sistemului de cloud metaio. [143]

Metaio este liderul mondial în domeniul cercetării realității augmentate. Peste 100.000 de dezvoltatori au realizat peste 1000 de aplicații care sunt utilizate în diferite domenii precum: marketing și publicate, aplicații industriale, medicină, aplicații de valorificare a patrimoniului cultural. Peste 30 de milioane de utilizatori au instalat aplicația ce permite vizualizarea și interacțiunea cu aplicațiile Metaio. [144] Prețul acestei soluții este destul de mare, 490 € pentru Metaio Creator, acest soft nu necesită cunoștiințe avansate de programare pentru a realiza diferite aplicații de realitate augmentată, dar varianta Metaio SDK care permite modificarea codului surse costă 2950 €. Ambele soluții pot fi descărcate în varianta basic license, dar utilizatorii sunt restricționați doar la anumite caracteristici.

Figura 95. Metaio Creator [143]

ARToolkit este o bibliotecă aferentă realității augmentate, aceasta conține un număr mare de scripturi ce permit identificarea unui reper din lumea reală utilizat pentru a raporta poziția, orientarea și dimensiunea modelului virtual. Configurația clasică a sistemelor ce implementează AR prin ARToolkit conține un calculator, o cameră web și un marker.

Dintre avantajele pe care le prezintă această bibliotecă reprezintă posibilitatea de a se utiliza mai mulți marker. Cu toate acestea, soluțiile bazate pe markeri rămân dependente de condițiile de iluminare și de vizibilitatea markerului. [145]

Documentația aferentă acestei biblioteci este foarte vastă și poate fi accesată utilizând link-ul http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/documentation/. Figura 97 prezintă o aplicație de realitate augmentă realizată cu ajutorul bibliotecii ARToolKit, soluția aceasta este prezentată pe site-ul prezentat mai sus și utilizează o pereche de ochelari.

Figura 96. ARToolKit [146]

Vuforia SDK este o soluție de realizarea a aplicațiilor de realitate augmentată pentru dispozitivele mobile precum smartphoneuri și tablete. Această soluție utilizează tehnologii din domeniul computer vision pentru a recunoaște și a urmări imagini plane (markere 2D) dar și modele 3D în timp real. Vuforia SDK suportă o varietate de tipuri de markere 2D și markere 3D complexe. Caracteristicile suplimentare permit identificarea reperelor chiar dacă această sunt parțial acoperite. Vuforia oferă interfețe de programare a aplicațiilor (API) în C++, Java, Objective-C și limbajele .Net printr-o extensie a engine-ului Unity. Astfel se pot realiza atât aplicații pentru iOS cât și pentru Android, aplicațiile fiind compatibile cu o gamă foarte largă de dispozitive mobile. O aplicație dezvoltă cu acest soft este prezentată în Figura 98.

Figura 97 Vuforia SDK [147]

Infrastructura de cercetare disponibilă

Infrastructura de cercetare a Universității Tehnice din Cluj-Napoca necesară realizării temei de doctorat este foarte vastă înglobând atât echipamente de scanare, soluții software cât și echipamentele necesare realizării unor replici utilizând atât procese aditive (imprimante 3D) cât și procese reductive (centre de prelucrare CNC).

Laborator de măsurare și scanare 3D

Mașină de măsurat în coordonate (ABERLINK Axiom CMM 3D, Volum de lucru: 600x510x400 mm, Rezoluție: 0.001 mm, Acuratețe B89: 0.008/300mm, VDI(U3): 0.0029 + L/250 Cap de măsurare video, sistem de palpare Reninshaw)

Mașină de scanat suprafețe 3D (RENISHAW Cyclone 2, Volum de lucru: 600x500x370 mm, Rezoluție: 0.001 mm, Repetabilitate: 0,005 mm, Viteză scanare: 1000-3000 mm/min, Nr. puncte achiziționate: 400 pcte/sec.)

Echipament de măsurat și scanat multisenzor (Werth Scope MB, senzori : optic, palpare și scanner laser. Volumul de lucru: X = 650 mm, Y = 750 mm, Z = 500 mm, MPE E101.8 + L/500) μm; E202.0 + L/400) μm)

Mașină de măsurat în coordonate (Abelink Axiom TOO NC, MPE 3.5µm+L/250mm ISO 10360-2:2009, 3.5µm+L/250mm,VDI/VDE 2617 sistem de palpare Reninshaw cu cap semi-automat)

Brațe de măsurare și scanare (CIMCORE Stinger II, portabil, 5 Kg, Volum de lucru: 7 m3, Repetabilitate: 0,05 mm. Microscribe G2X, portabil, precizie 0.22mm)

Cap laser de scanare (Kreon Zephyr, Nr. Puncte achiziționate: 30.000 puncte/sec)

Scanner de textură și culoare (Creaform VIUScan, precizie 50 μm, 18.000 puncte/sec., rezoluție textura 50 – 250 DPI,Acuratețe 0.050 mm)

Echipamente de măsurare digitale (Șublere si micrometre digitale)

Laborator de realitate virtuală

Sistem realitate virtuală (proiector 3D EON Icatcher + EON Virtual Studio + DG5 –Vhand)

Monitoare 3D

Proiector 3D

Soluții software disponibile

Software DELCAM (complet inclusiv PowerINSPECT și module de simulare NC);

Software TRACECUT

Software CATIA

Software DELMIA

Software AutoCAD

Software SolidWorks

Software 3ds Max

Echipamente pentru realizarea replicilor reale

Centru de prelucrare Microcut Challenger

Imprimantă 3D RepRap

RP systems: LOM 1015, FDM 1650

Selective Laser Sintering equipment (SLS 2000)

Selective Laser Melting equipment: MCP Realizer SLM 250

CNC Turning Center

Toate aceste soluții vor fi completate de către soluțiile software gratuite prezentate în cadrul acestui raport.

Inventarul Muzeul Național de Istorie a Transilvaniei

În prezent, patrimoniul Muzeului Național de Istorie a Transilvaniei număra peste 400.000 de obiecte, cuprinzând numeroase unicate, piese rare sau de valoare excepțională.

Cercetătorii clujeni, fie de la Universitate, Institutul de Arheologie sau Muzeu, au avut șansa de a investiga zona cea mai bogată și reprezentativă pentru civilizația dacică, cuprinzând cetăți și așezări civile din Munții Orăștiei. De aici provin piesele de fier, de argint sau bronz, din piatră sau ceramică, elocvente mărturii ale înaltului nivel de civilizație atins de locuitorii Daciei preromane, mai cu seamă în preajma capitalei.

Marii beneficiari ai îndelungatelor și sistematicelor cercetări din zona Sarmizegetusei Regia sunt muzeele din Cluj și Deva în patrimoniul cărora se află majoritatea vestigiilor descoperite. În același timp beneficiază de munca arheologilor – cercetători și publicul ce vizitează ruinele rămase și dumneavoastră, stimați vizitatori ai muzeului nostru. Muzeul Național de Istorie a Transilvaniei are, cu siguranță, cea mai bogată colecție de materiale dacice provenind din cetățile și așezările din Munții Orăștiei, lor adăugându-li-se și altele, dezvelite tot prin strădaniile arheologilor clujeni pe alte șantiere din interiorul arcului carpatic. Între acestea sunt de amintit Morești, Sf. Gheorghe-Bedehaza, Merești, Pecica (Ziridava), Porolissum, Căpâlna, Șura Mică ș.a.

Piesele expuse ilustrează existența celor mai variate unelte și arme din fier a unor artefacte din alte materiale produse în Dacia preromană dar, în același timp, și numeroase piese de import provenind din spațiul învecinat sau mai îndepărtat cu care Dacia preromană a întreținut fructuoase relații comerciale. [148]

Colaborarea între Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca și Muzeul Național de Istorie a Transilvaniei în digitizarea artefactelor 3D a început în 2009. Împreună cu colegii implicați în această colaborare am participat la diferite evenimente de diseminare a cercetărilor și de prezentare a modelelor 3D în diferite medii de realitate virtuală și realitate augmentată (Figura 99)

Figura 98 Prezentarea mediilor de realitate virtuală și realitate augmentată

În cadrul acestei colaborări s-a realizat o bază de date cu modele 3D, această bază de date înglobează atât artefacte digitizate cât și reconstituiri (Figura 100)

Figura 99 Baza de date cu modele 3D

Am participat la Ziua Porților Deschise a sitului Sarmizegetusa Regia în anul 2011, 2012 și 2014 unde împreună cu colegii din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca (Călin Neamțu, Badiu Ionuț și Buna Zsolt) am digitizat artefactele găsite de către arheologi. (Figura 101)

Figura 100 Ziua Porților Deschise Sarmizegetusa 2012

Cu ocazia evenimentului Ziua Porților Deschise din 2014 (Figura 102) a sitului arheologic Sarmizegetusa Regia am prezentat publicului diverse medii de realitate virtuală și realitate augmentată realizate în cadrul cercetărilor tezei de doctorat.

Figura 101 Prezentarea aplicației de realitate augmentată ce prezintă reconstituirile digitale ale templelor dacice

Probleme identificate în cadrul domeniului de cercetare

Cea mai importantă problemă identificată în cadrul domeniului de cercetare este legată de optimizarea modelelor 3D obținute în urma scanării cu laser. Scanarea cu laser generează modele 3D foarte fidele artefactelor reale, dar mărimea fișierelor este foarte mare, făcând necesară reducerea numărului de poligoane a acestora pentru a putea integra modelele 3D în aplicații de realitate virtuală și realitate augmentată.

În prezent aplicațiile de realitate augmentată implementate pe echipamentele mobile sunt optimizate pentru a procesa modele 3D cu un număr maxim de 30.000 de poligoane.

O parte din această cercetare a fost prezentată în cadrul conferinței 1st International Workshop on Virtual Archaeology Museums & Cultural Tourism (Figura 103), conferință ce a avut loc între 25-28 septembrie 2013 în Delphi, Grecia.

Figura 102 Prezentarea din cadrul conferinței Virtual Archaeology Museums & Cultural Tourism 2013

Lucrarea prezentată“Methodology to create 3D models for augmented reality application using scanned point clouds” analizează influența procesului de reducere a numărului de poligoane asupra artefactelor digitizate cu tehnici de scanare cu laser. În figura 104 sunt prezentate cele două tipuri de filtrare ale unui nor de puncte obținut în urma scanării 3D.

Figura 103 Filtrarea norului de puncte a unui vas scanat

În cadrul lucrării prezentate la Conferința din Grecia am utilizat 4 soluții software pentru a analiza modelele 3D optimizate. Aceste modele 3D optimizate au fost compare cu suprafața inițială scanată, iar rezultatele sunt prezentate în Figura 105.

Figura 104 Deviațiile geometrice în mm dintre modelele 3D optimizate și modelul 3D inițial

Cele 4 soluții software pe care le-am utilizat sunt prezentate în Figura 106. Acestea sunt următoarele: CATIA, Geomagic Studio, MATLAB și Meshlab. Această analiză a fost realizată pe modelul 3D al unui clește dacic și pe al unui ciocan.

Figura 105 Două modele 3D analizate în cadrul articolului

Realizarea mediilor de realitate virtuală și realitate augmentată care să utilizeze modele 3D achiziționate cu ajutorul tehnicilor de scanare cu laser reprezintă o sarcină complexă.

Utilizarea unui sistem de management al modelelor bazat de LOD (Level of Detail) este necesar pentru crearea unei aplicații de realitate virtuală optime.

Realizarea unei aplicații de realitate virtuală care să poate fi accesată cu ajutorul unui browser de internet și care să permite accesul către modele 3D neoptimizate este o altă problemă identificată în cadrul domeniul de cercetare.

Există soluții software precum Unity care permit realizarea mediilor de realitate virtuală interactive direct în browserul de internet iar stocarea modelelor 3D optimizate se face direct în cadrul aplicației. Dar stocarea modelelor 3D de neoptimizate, care au dimensiuni foarte mari (de exemplu în cazul scutului fragmentat digitizat, modelul 3D scanat are peste 1GB). Încărcarea acestui model pe un site reprezintă o problemă majoră.

Realizarea unei aplicații de realitate augmentată care să identifice corect exponatele din cadrul expoziției și să poată să suprapună diferite metadate în timp real.

Realizarea unei replici reale a scutului Dacic fragmentat reprezintă o sarcină complexă ce necesită cunoștințe din domeniul reverse engineering și al proiectării asistate de calculator pentru a pregăti modelul pentru printare 3D.

Concluzii

Scopul principal al acestui raport îl reprezintă cercetarea stadiului actual și prezentarea soluțiile hardware și software disponibile. Pentru a realiza cercetarea stadiului actual am analizat proiecte similare derulate de către alți cercetători, am analizat publicațiile aferente mai multor domenii precum: arheologia digitală, tehnici de reverse engineering, realitate virtuală, realitate augmentată

Având în vedere infrastructura vastă din cadrul laboratorului de măsurare și scanare 3D din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca, se pot digitiza artefactele cu un grad foarte mare de fidelitate.

Pentru a realiza un mediu virtual care să corespundă nevoilor utilizatorilor sunt necesare utilizarea diferitelor metode inovative precum AHP, TRIZ, QFD. De asemenea mediul virtual va trebui să fie disponibil prin intermediul unui browser de internet pe diferite echipamente.

Momentan nu există o metodologie standardizată pentru realizarea restaurării artefactelor fragmentate, aflate într-un stadiu avansat de degradare. Aceste metodologii sunt realizate în funcție de caracteristicile obiectului digitizat

Validarea și valorificarea artefactelor se poate realiza utilizând diferite medii de realitate virtuală, realitate augmentată și replici reale. Toate acestea facilitează diseminarea, oferind atât cercetătorilor cât și publicului larg acces la o gamă largă de informații referitoare la aceste artefacte.

Pentru a realiza aplicații de realitate augmentă implementă pe smartphone-uri și tablete este necesar ca modele 3D să fie optimizate. Această optimizarea trebuie realizată în medii controlate, pentru a se putea observa efectele acestui proces.

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele cercetărilor efectuate au fost diseminate prin publicarea următoarelor articole științifice în reviste sau în volumele unor conferințe internaționale:

Călin NEAMȚU, Radu COMES, Răzvan MATEESCU, Rareș GHINEA, Filip DANIEL, USING VIRTUAL REALITY TO TEACH HISTORY, PROCEEDINGS OF ICVL 2012, ISSN 1844-8933 the 7th INTERNATIONAL CONFERENCE ON VIRTUAL LEARNING, MODELS & METHODOLOGIES, TECHNOLOGIES, SOFTWARE SOLUTIONS, 2012 pp. 301-310;

Adela HODOR, Petru BERCE, Radu COMES SOME CONSIDERATIONS ABOUT 3D REPLICATION OF COMPLEX SURFACES, ACTA TECHNICA NAPOCENSIS series: Applied Mathematics and Mechanics, Vol.56, Issue I, March, 2013. ISSN 1221 – 5872 pp 153-158;

Radu COMES, Călin NEAMȚU, Zsolt BUNA, Ionuț BADIU, Paul PUPEZĂ, METHODOLOGY TO CREATE 3D MODELS FOR AUGMENTED REALITY APPLICATIONS USING SCANNED POINT CLOUDS, 1st International Workshop on Virtual Archaeology Museums & Cultural Tourism, 25-28 septembrie, Delphi, Grecia.

Zsolt Buna, Daniela POPESCU, Radu COMES Călin NEAMȚU, Ionuț BADIU, Răzvan MATEESCU, ENGINEERING CAD TOOLS IN DIGITAL ARCHAEOLOGY, 1st International Workshop on Virtual Archaeology Museums & Cultural Tourism, 25-28 septembrie, Delphi, Grecia.

Daniela POPESCU, Radu COMES, Călin NEAMȚU, Florin POPIȘTER, USING AUGMENTED REALITY IN METROLOGY FOR TECHNICAL DRAWINGS AND CAD DATA MANAGEMENT, 11th INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE Coordinate Measuring Technique, 2014 , 2-4 aprilie 2014, Bielsko-Biala, Polonia;

Radu COMES, Zsolt BUNA, Ionuț BADIU, CREATION AND PRESERVATION OF DIGITAL CULTURAL HERITAGE, Journal of Ancient History and Archaeology, Vol.1, Issue 2, August, 2014, ISSN 2360-266X, pp. 50-56;

Zsolt BUNA, Radu COMES, Ionuț BADIU, PARAMETERISED DATABASE CREATION FOR CONSTRUCTION ELEMENTS OF MONUMENTS, Journal of Ancient History and Archaeology, Vol.1, Issue 3, Octombrie, 2014, ISSN 2360-266X, pp. 92-98;

Radu COMES, Daniela POPESCU, Florin POPIȘTER, Zsolt BUNA, Ionuț BADIU, TRACKING METHODS USED IN AUGMENTED REALITY MANUFACTURING, International Conference on Production Research – Regional Conference Africa, Europe and the Middle East and 3rd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, 1-5 iulie, Cluj-Napoca, Romania;

Ionuț BADIU, Daniela POPESCU, Amalia CENUȘĂ, Zsolt BUNA, Radu COMES USING CAD SOFTWARE TO REDUCE THE AMOUNT OF DATA IN CASE OF DIGITAL PRESERVATION OF CULTURAL HERITAGE, International Conference on Production Research – Regional Conference Africa, Europe and the Middle East and 3rd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, Cluj-Napoca, 1-5 iulie , Romania;

Florin Popișter, Daniela POPESCU, Radu COMES, Rareș Ghinea SCALLOP CALCULUS IN DIRECT MILLING ROUGHING TOOL PATHS OBTAINED USING ORIENTED GRAPH THEORY, International Conference on Production Research – Regional Conference Africa, Europe and the Middle East and 3rd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, Cluj-Napoca, 1-5 iulie , Romania;

Bibliografie

1. What do industrial engineers do? [cited 2014 April 29]; Available from: http://mime.oregonstate.edu/academics/undergrad/ie/job-descrip.

2. Computer-aided design. [cited 2014 April 30]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design.

3. Hemingway, J., An Illustrated Chronicle of the Castle and Barony of Dudley 1070 – 1757 2006. 180.

4. Tur virtual Dudley. [cited 2014 April 27].

5. Popovici, D.M., O incursiune în medii virtuale 3D. 2007.

6. Sellers, W.I. and A.T. Chamberlain, Ultrasonic Cave Mapping. Journal of Archaeological Science, 1998. 25(9): p. 867-873.

7. Digital Agenda for Europe. [cited 2014 April 29]; Available from: http://ec.europa.eu/digital-agenda/en/digitisation-digital-preservation].

8. Dunhuang manuscript digitisation. [cited 2014 April 29]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Dunhuang_manuscript_digitisation.jpg.

9. Archive book scanner. [cited 2014 April 29]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Internet_Archive_book_scanner_1.jpg.

10. VIUscan handheld 3D scanner. [cited 2014 April 29]; Available from: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/VIUscan_handheld_3D_scanner_in_use.jpg.

11. Goscan 3D scanner. [cited 2014 April 29]; Available from: http://www.goscan3d.com/sites/default/files/assets/galleries/product-photo/heriatge_preservation_3d_scanning_statue.jpg.

12. Letter regarding the creation of a virtual European library. [cited 2014 April 30]; Available from: http://ec.europa.eu/information_society/activities/digital_libraries/doc/letter_1/index_en.htm.

13. Europeana.eu. [cited 2014 April 29]; Available from: http://ro.wikipedia.org/wiki/Europeana.

14. Fonduri Norvegiene pentru digitizare. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.fonduri-patrimoniu.ro/proiecte-mari_doc_33_cerere-de-proiecte-mari_pg_0.htm.

15. Files provided from Romania. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.europeana.eu/portal/search.html?query=*%3A*&rows=24&qf=COUNTRY%3Aromania.

16. Instituțiile din România care au contribuit la Europeana. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.europeana.eu/portal/search.html?query=*%3A*&rows=24&qf=COUNTRY%3Aromania.

17. Raport Europeana. [cited 2014 May 10]; Available from: http://pro.europeana.eu:9580/documents/858566/99cea5ba-46ce-4037-a913-a9c81080079b.

18. Vizitatori Europeana. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.worthofweb.com/website-value/europeana.eu.

19. Institutul de arheologie digitală – Arkansas. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.cast.uark.edu/home/research/cultural-heritage/institute-for-digital-archaeology.html.

20. Centrul de științe interdisciplinare de artă, arhitectură și arheologie – UC. [cited 2014 May 10]; Available from: http://culturalheritage.calit2.net/cisa3/img/CISA3_Newsletter_December2012_Final.pdf.

21. Laboratorul de arheologie digitală Texas. [cited 2014 May 10]; Available from: https://www.ischool.utexas.edu/about/labs/digital_archaeology_lab.

22. Accesul la Internet in America. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.census.gov/prod/2013pubs/p20-569.pdf.

23. Localizarea vizitatorilor Europeana. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.alexa.com/siteinfo/europeana.eu.

24. Europeana search. [cited 2014 April 30]; Available from: http://www.europeana.eu/portal/search.html?query=*%3A*&rows=24&qf=TYPE%3A3D.

25. Europeana filter by language of description. [cited 2014 April 30]; Available from: http://www.europeana.eu/portal/search.html?query=*%3A*&rows=24&qf=TYPE%3A3D&qf=LANGUAGE%3Aen.

26. Bronze Adze on Europeana. [cited 2014 April 30]; Available from: http://www.europeana.eu/portal/record/2020708/53E8D851012F7725FBAD92F11981F711CD500055.html?start=30&query=*%3A*&startPage=25&qf=TYPE%3A3D&qf=LANGUAGE%3Aen&rows=24.

27. Bronze Adze on Archaeology data service. [cited 2014 April 30]; Available from: http://archaeologydataservice.ac.uk/archives/view/amarna_leap_2011/downloads.cfm?obj=yes&obj_id=38538&.

28. Poza dalta digitizata. [cited 2014 April 30]; Available from: http://archaeologydataservice.ac.uk/catalogue/adsdata/arch-1077-1/dissemination/jpg/38538/38538_Images/38538_05.jpg.

29. Dalta de bronz PDF 3D. [cited 2014 May 5]; Available from: http://archaeologydataservice.ac.uk/catalogue/adsdata/arch-1077-1/dissemination/pdf/38538/38538.pdf.

30. Proiectul Amarna. [cited 2014 May 6]; Available from: http://www.amarnaproject.com/index.shtml.

31. Adobe Reader PDF 3D. [cited 2014 May 20]; Available from: http://get.adobe.com/reader/.

32. Journal of Ancient History and Archaeology. [cited 2014 August 30]; Available from: http://jaha.org.ro/.

33. Comes, R., Z. Buna, and I. Badiu, CREATION AND PRESERVATION OF DIGITAL CULTURAL HERITAGE. JOURNAL OF ANCIENT HISTORY AND ARCHAEOLOGY, 2014. 1(2).

34. Gelu Florea, L.S., Observatii cu privire la scutul de la Piatra Rosie. 1996: Ephemeria Napocensis 47-61.

35. Cetatea de la piatra Rosie. [cited 2014 May 31]; Available from: http://www.piatra-rosie.ro/images/stories/piatra2.jpg.

36. Comoara dacilor de la Piatra Rosie. [cited 2014 May 31]; Available from: http://adevaruldespredaci.ro/comoara-dacilor-de-la-piatra-rosie-2/.

37. Zidul fortificatiei de la Piatra Rosie. [cited 2014 May 31]; Available from: http://www.piatra-rosie.ro/images/stories/colt_resize.jpg.

38. Cele 2 scuturi repatriate in 2011. [cited 2014 May 31]; Available from: http://www.capodopere2019.ro/umbo-de-scuturi-de-parad-dacice.html.

39. Articol repatrierea scuturilor. [cited 2014 May 31]; Available from: http://www.monitorulcj.ro/actualitate/26524-un-clujean-arestat-preventiv-pentru-export-ilegal-al-unor-tezaure-sustrase-din-situl-de-la-sarmizegetusa#sthash.WlRJFRxS.dpbs.

40. Calin Neamtu, R.C., Razvan Mateescu, Rares Ghinea, Filip Daniel, the 7th INTERNATIONAL CONFERENCE ON VIRTUAL LEARNING, MODELS. Proceedings of ICVL 2012, 2012: p. 301-310.

41. Facebook achizitioneaza sistemul de VR Oculus Rift. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.gamespot.com/articles/oculus-creator-explains-why-facebook-buyout-makes-sense/1100-6418544/.

42. Jurnal Elsevier – JoAS. [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.journals.elsevier.com/journal-of-archaeological-science/.

43. Jurnal Elsevier – JoCH. [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.journals.elsevier.com/journal-of-cultural-heritage/.

44. Jurnal Elsevier – DAACH [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.journals.elsevier.com/digital-applications-in-archaeology-and-cultural-heritage/.

45. Jurnal Elsevier – C&E. [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.journals.elsevier.com/computers-and-education/.

46. Jurnal Elsevier IJoHCS. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www.journals.elsevier.com/international-journal-of-human-computer-studies/.

47. Jurnal Elsevier – ESwA. [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.journals.elsevier.com/expert-systems-with-applications.

48. Jurnal Springer – Virtual Reality. [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.springer.com/computer/image+processing/journal/10055.

49. Jurnal Springer – MVaS. [cited 2014 May 5]; Available from: http://www.springer.com/computer/image+processing/journal/138.

50. Wikipedia Amarna. [cited 2014 May 6]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Amarna.

51. The Virtual Amarna Project. [cited 2014 May 6]; Available from: http://archaeologydataservice.ac.uk/archives/view/amarna_leap_2011/index.cfm.

52. Scanner 3D VIVID 9i. [cited 2014 May 6]; Available from: http://www.3dscanco.com/products/3d-scanners/3d-laser-scanners/konica-minolta/.

53. VIVID 9i Universitatea din Arkansas [cited 2014 May 6]; Available from: http://gmv.cast.uark.edu/wp-content/uploads/2013/03/KM_setup8.jpg.

54. Metodologie digitizare. Available from: http://amarna.cast.uark.edu/howwedidit.html.

55. Textura RGB Amarni Project. [cited 2014 May 6]; Available from: http://amarna.cast.uark.edu/images/scanning1.png.

56. Vizualizarea modelelor 3D Amarna. [cited 2014 May 6]; Available from: http://amarna.cast.uark.edu/.

57. Digitizare Corfu. [cited 2014 May 6]; Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/methods.html.

58. Metodologie digitizare Corfu. [cited 2014 May 6]; Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/methods.html.

59. Vizualizarea modelului 3D scanat – Corfu. [cited 2014 May 7].

60. Vizualizarea modelelor 3D Corfu. [cited 2014 May 6]; Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/evidence.html.

61. Site EPOCH. [cited 2014 May 7]; Available from: http://www.epoch-net.org/.

62. Proiectul 3D COFORM. [cited 2014 May 07]; Available from: http://www.3d-coform.eu/.

63. Vizualizarea modelelor 3D COFORM. [cited 2014 May 7]; Available from: http://www.3dcoform.eu/x3domCatalogue/.

64. Modele 3D – Stanford University. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/.

65. Brian Curless space analize [cited 2014 May 16]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/papers/spacetime/.

66. Scanerul 3D CyberWare 3030. [cited 2014 May 16]; Available from: http://cyberware.com/products/scanners/ms.html.

67. Greg Turk, M.L., Zippered Polygon Meshes from Range Images. Computer Graphics (SIGGRAPH 1994 Proceedings), 1994: p. 311-318.

68. Brian Curless, M.L., A Volumetric Method for Building Complex Models from Range Images. Computer Graphics (SIGGRAPH 1996 Proceedings), 1996.

69. Stanford – Bunny. [cited 2014 May 16]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/stanford-bunny-cebal-ssh.jpg.

70. Georgia Tech – Bunny 3D model. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www.cc.gatech.edu/projects/large_models/bunny.html.

71. Stanford – Happy Buddha. [cited 2014 May 16]; Available from: https://graphics.stanford.edu/papers/curless_thesis/happy.jpg.

72. Georgia Tech – Happy Buddha 3D model. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www.cc.gatech.edu/projects/large_models/happy.html.

73. Stanford – Dragon. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/dragon.jpg.

74. Georgia Tech – Dragon 3D model. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www.cc.gatech.edu/projects/large_models/dragon.html.

75. Stanford – Armadillo. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/armadillo.jpg.

76. Venkat Krishnamurthy, M.L., Fitting Smooth Surfaces to Dense Polygon Meshes. Computer Graphics (SIGGRAPH 1996 Proceedings), 1996.

77. Stanford – Lucy. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/lucy-vray_28_mil_poly_hdri_gi.jpg.

78. Stanford – Asian Dragon. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/xyzrgb/dragon.jpg.

79. Stanford – Vellum manuscript. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/xyzrgb/manuscript.jpg.

80. Andrew Gardner, C.T., Tim Hawkins, Paul Debevec, Linear Light Source Reflectometry Computer Graphics (SIGGRAPH 2003 Proceedings), 2003.

81. Stanford – Thai Statue. [cited 2014 May 17]; Available from: http://www-graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/xyzrgb/statue.jpg.

82. Yu, Z., et al., ASM: An adaptive simplification method for 3D point-based models. Computer-Aided Design, 2010. 42(7): p. 598-612.

83. Wang, Y., et al., An adaptive normal estimation method for scanned point clouds with sharp features. Computer-Aided Design, 2013. 45(11): p. 1333-1348.

84. Hoppe Hugues, D.T., Duchamp Tom, McDonald John, Werner Stuetzle, Surface Reconstruction from Unorganized Points. Computer Graphics (SIGGRAPH 1992 Proceedings), 1992.

85. Bruno, F., et al., From 3D reconstruction to virtual reality: A complete methodology for digital archaeological exhibition. Journal of Cultural Heritage, 2010. 11(1): p. 42-49.

86. Metaio – aplicatie muzeu. [cited 2014 May 18]; Available from: http://www.metaio.com/press/press-release/2014/dld-conference-and-augmented-reality-experts-at-metaio-present-interactive-museum-tour-in-munich/.

87. Proiectul – CHESS. [cited 2014 May 18]; Available from: http://www.chessexperience.eu/v2/.

88. Comisar European pentru cercetare, inovare si stiinta – Muzeul Acropolis. [cited 2014 May 19]; Available from: http://www.chessexperience.eu/v2/news/162-european-commissioner-for-research-experiences-chess-at-the-acropolis-museum,-02-04-2014.html.

89. Restaurare CAM. [cited 2014 May 18]; Available from: http://mw2013.museumsandtheweb.com/paper/please-feel-the-museum-the-emergence-of-3d-printing-and-scanning/.

90. Statueta restaurată la Harvard. [cited 2014 May 18]; Available from: http://news.harvard.edu/gazette/story/2012/12/an-ancient-statue-re-created/.

91. Diferite tipuri de scanere 3D. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.rapidform.com/media/2011/04/3dscanners.png.

92. Metoda triangulației. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.rapidform.com/media/2011/10/01.jpg.

93. Scanare 3D laser – lumină structurată. [cited 2014 May 10]; Available from: http://www.rapidform.com/media/2011/10/02.jpg.

94. Scanare 3D laser – impulsuri laser. [cited 2014 May 11]; Available from: http://www.rapidform.com/media/2011/10/03.jpg.

95. Phase shift 3D scanners. [cited 2014 May 11]; Available from: http://www.rapidform.com/media/2011/10/04.jpg.

96. Top 12 producători scanere 3D. [cited 2014 May 11]; Available from: http://www.technavio.com/blog/top-12-3d-scanner-manufacturers.

97. David laser scanner. [cited 2014 May 11]; Available from: http://www.david-3d.com/.

98. Firma Oculus Vr Inc. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.oculusvr.com/.

99. Platforma Kickstarter – finatare. [cited 2014 May 25]; Available from: https://www.kickstarter.com/1billion?ref=promo&ref=PromoNewsletterMar0314.

100. Kickstarter Oculus Rift. [cited 2014 May 25]; Available from: https://www.kickstarter.com/projects/1523379957/oculus-rift-step-into-the-game.

101. Campul vizual al unui om. [cited 2014 May 25]; Available from: http://hsimed.gtri.gatech.edu/images/1472_figure_2.jpg.

102. Prezentare Eon Icube. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.eonreality.com/eon-icube-2/.

103. Manusa DG5-Vhand. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.vrealities.com/products/data-gloves/dg5-vhand-glove-3-0.

104. Prezentare Space Pilot Pro. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.3dconnexion.com/fileadmin/user_upload/manuals_docs/english_intl/3dx_featureguide_spacepilotpro_en_intl.pdf.

105. Stavar, A.C., Compensarea deplasării utilizatorului la navigarea în medii virtuale imersive prin sisteme haptice. 2011, Universitatea Transilvania din Brasov.

106. Live Augmented Reality-National Geographic. [cited 2014 May 25]; Available from: https://www.youtube.com/watch?v=D0ojxzS1fCw.

107. Augmented reality book. [cited 2014 May 25]; Available from: https://popartoys.com/.

108. Realitate Augmentata Museum ROM, Canada. [cited 2014 May 25]; Available from: http://culturegrabblog.files.wordpress.com/2012/09/ultimate-dinos-exhibit-images-0023.jpg.

109. Aplicatie de realitate augmentata in muzee. [cited 2014 May 25]; Available from: http://mw2013.museumsandtheweb.com/wp-content/uploads/2013/02/alexander.figure4.jpeg.jpg.

110. Ochelari AR – Epson. [cited 2014 May 25]; Available from: http://img.talkandroid.com/uploads/2014/01/Moverio_BT-200_Smart_Glasses_01.png.

111. Ochelari AR – Google. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.socialmediation.com/wp-content/uploads/2013/08/GoogleGlass.png.

112. Procese aditive. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.digitalclassicist.org/wip/wip2010-06al.pdf.

113. Printare 3D – Craniu. [cited 2014 May 25]; Available from: http://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/imaging/3d-printing-the-skull-of-king-richard-iii.

114. scaner 3D – VIUscan. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.metronom.com.au/3dlaser_scanner/viuscan.html.

115. VXElements. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.nosco.com.sg/vxelements.

116. VXelements. [cited 2014 May 26]; Available from: http://i1.ytimg.com/vi/Bmb5Z36FGNk/maxresdefault.jpg.

117. Kreon Zephyr. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.kreon.fr/zephyr/.

118. Polygonia. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.kreon3d.com/software/.

119. Prezentare Catia. [cited 2014 May 25]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/CATIA.

120. Procesare Craniu – CATIA. [cited 2014 May 25]; Available from: https://c1.staticflickr.com/5/4102/4762465397_d0d295cab8_z.jpg.

121. Geomagic. [cited 2014 May 25]; Available from: http://www.ultimatesolutions-sa.com/upload/images/geomagic_logo-tagline.jpg.

122. Geomagic cultural heritage. [cited 2014 May 25]; Available from: http://farm5.staticflickr.com/4043/4531224150_706318941b_o.jpg.

123. Mesh lab. [cited 2014 May 25]; Available from: http://meshlab.sourceforge.net/.

124. MATLAB. [cited 2014 May 26]; Available from: http://www.mathworks.com/products/matlab/.

125. MATLAB point clouds. [cited 2014 May 26]; Available from: http://read.pudn.com/downloads140/sourcecode/graph/600857/MyCrust/Bunny__.jpg.

126. Definitie Octree. [cited 2014 May 26]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Octree.

127. CloudCompare. [cited 2014 May 26]; Available from: http://www.danielgm.net/cc/.

128. CloudCompare – Stanford Bunny. [cited 2014 May 26]; Available from: http://www.danielgm.net/cc/release/notes/20131020/bunny_slice_contour_extraction.jpg.

129. 3ds Max. [cited 2014 June 8]; Available from: http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview.

130. Mudbox. [cited 2014 June 8]; Available from: http://www.autodesk.com/products/mudbox/overview.

131. Blender. [cited 2014 June 8]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Blender_(software).

132. Despre Blender. [cited 2014 June 8]; Available from: http://ro.wikipedia.org/wiki/Blender.

133. Catia CAM. [cited 2014 June 8]; Available from: http://www.camcoe.com/images/catmilstd.jpg.

134. PowerMill. [cited 2014 June 8]; Available from: http://www.baron.ind.br/en/noticias/powermill/.

135. EON studio. [cited 2014 June 8]; Available from: http://eonreality.i3dsoftware.com/wp-content/uploads/2013/04/ScreenHunter_01-Mar.-28-14.16.jpg.

136. 3DVIA Studio Pro. [cited 2014 June 8]; Available from: http://www.crescentinc.co.jp/product/studiopro/images/keyv.jpg.

137. Pret Unity. [cited 2014 June 8]; Available from: https://store.unity3d.com/products/pricing.

138. Muzeu Virtual realizat cu Unity. [cited 2014 June 8]; Available from: http://nwn.blogs.com/.a/6a00d8341bf74053ef0133f1f9dea2970b-500wi.

139. Prezentare Cryengine 3. [cited 2014 June 8]; Available from: http://www.crytek.com/cryengine/cryengine3/overview.

140. Mediu virtual fotorealistic Cryengine 3. [cited 2014 June 8]; Available from: http://media.moddb.com/images/downloads/1/36/35702/cryengine-3-sdk.jpg.

141. Pret Unreal Engine 4. [cited 2014 June 8]; Available from: https://www.unrealengine.com/blog/welcome-to-unreal-engine-4.

142. Captura Unreal engine 4. [cited 2014 June 8]; Available from: http://i0.wp.com/www.cgmeetup.net/home/wp-content/uploads/2014/03/Unreal-Engine-4-Tools-Demonstration-4.jpg?resize=960%2C540.

143. Metaio Creator. [cited 2014 June 9]; Available from: http://www.realareal.com/wp-content/uploads/2013/06/metaio_creator.png.

144. Metaio – lider AR. [cited 2014 9 June]; Available from: http://www.metaio.com/press/press-release/2014/metaio-rd-lab-releases-6d-augmented-reality-holodeck-technology-to-developers/.

145. Popovici, D.M., Realitate virtuala si augmentata. Pro Universitaria.

146. ARToolKit. [cited 2014 9 June]; Available from: http://artoolkit.sourceforge.net/.

147. Vuforia SDK. [cited 2014 9 June]; Available from: http://img.talkandroid.com/uploads/2014/01/Qualcomm_Vuforia_Smart_Terrain_01-630×362.png.

148. Colectia de istorie Dacica MNIT. [cited 2014 9 June]; Available from: http://www.mnit.ro/colectii/.