Stadiul Actual Privind Utilizarea Tehnicilor Cad Cam Pentru Reconstituirea Vaselor Ceramice

Introducere

Încă din cele mai vechi timpuri, strămoșii noștri au creat diverse obiecte făcute de mână pentru utilizarea lor în viața de zi cu zi. Obiectele ceramice fac parte din această categorie și au fost utilizate în diverse activități zilnice inclusiv în cele de cult. Ceramica este materialul arheologic cel mai des descoperit în situri dar, din nefericire, de cele mai multe ori acesta este fragmentat și incomplet. Utilizarea zilnică a acestor obiecte duce la uzura lor sau la o deteriorare parțială/totală, făcându-le astfel inutile, dar există și situații de tipul „intervenției divine” (cum ar fi catastrofele naturale sau umane: războaie etc.) care favorizează păstrarea ceramicii intacte pentru generațiile viitoare.

Ceramica (din grecescul κεράμιον Keràmion) denumește un material obținut prin modelarea și arderea argilei. Aceeași denumire se dă și artei și tehnicii de fabricare a obiectelor prin modelarea și arderea argilelor, denumită și arta ceramicii, precum și obiectelor de argilă făcute prin omogenizarea amestecului plastic, modelarea, decorarea, smălțuirea, uscarea și arderea lui [1].

Arta prelucrării lutului este foarte veche. În istoria artei, prin ceramică și obiecte de artă din ceramică se înțeleg tot felul de vase realizate pentru scopuri artistice sau pentru păstrarea, transportarea și conservarea lichidelor, semi-lichidelor, solidelor alimentare și a obiectelor de artă. De exemplu, într-o peșteră din provincia Hunan, China, au fost descoperite mai multe piese de ceramică cu o vechime estimată la 17.500 – 18.300 de ani [2]. Ceramica a fost folosită pentru prima oară acum 26.000 de ani, de către vânătorii-culegători din Moravia [3] care este o regiune din centrul Europei, în estul Republicii Cehe.

În urma săpăturilor arheologice rezultă o cantitate foarte mare de obiecte din ceramică. Aceste obiecte sunt de diferite tipuri și întrebuințări, mai mult fragmentate decât întregi, lucrate mai mult sau mai puțin îngrijit. Ceramica este un document istoric și artistic care din punct de vedere al raportului numeric este pe primul loc între categoriile de materiale care fac obiectul restaurării [4].

Justificarea necesității și oportunității temei de cercetare abordate

Tema de cercetare intitulată Utilizarea tehnicilor CAD/CAM pentru reconstituirea vaselor ceramice își propune să vină în ajutorul arheologilor pentru că, de cele mai multe ori, restauratorii nu au timpul sau resursele financiare necesare pentru a reconstitui toate obiectele ceramice descoperite, fragmentele sfârșind a fi păstrate în depozite. Uneori reconstituirea nu se poate realiza deoarece, potrivit normelor în vigoare, se pot restaura piese din care se păstrează minim 50% din original [5]. Cea mai bună soluție la aceste probleme este reconstituirea virtuală a obiectelor ceramice.

Arheologia digitală se află la granița dintre inginerie și arheologie, unde inginerii utilizând tehnici și metode de reverse engineering pot ajuta arheologii ȋn reconstituirea artefactelor istorice. Digitizarea a pătruns cu pași repezi ȋn domeniul arheologic și se poate vorbi deja de biblioteci și muzee digitale, care sunt văzute ca și prezervare a documentelor originale, dar și pentru reconstituirea trecutului. Ingineria industrială ȋmpreună cu domeniile asociate participă la dezvoltarea unei metodologii de digitizare, reconstituire și valorificare 3D.

Procesul de reverse engineering își are originea în industria japoneză, care utilizează acest proces pentru creșterea producției în condițiile în care creșterea concurenței privind produsele se află în plină ascensiune. El este procesul de descoperire a principiilor de funcționare a unui dispozitiv sau sistem prin analiza structurii, funcției și operațiilor acestuia. De obicei, ingineria inversă implică dezasamblarea sau descompunerea sistemului sau dispozitivului respectiv și analizarea în detaliu a funcționării sale, cu scopul de a realiza un nou dispozitiv sau sistem similar, care nu copiază nimic din cel original.

Astfel, reverse engineering a devenit o știință inginerească și este utilizat pentru reducerea ciclului de obținere a produselor, iar de cele mai multe ori acest proces a fost utilizat fără realizarea propriu-zisă a unui prototip.

Astfel, se utilizează echipamente de măsurare tridimensională sau scanere laser însoțite permanent de un program de prelucrare a datelor digitale. Aceste date sunt semnale de intrare pentru prelucrarea cu programe de tip CAD/CAM, iar rezultatele obținute pot fi supuse simulării și animării componentelor. Lucrarea de față, utilizează acest proces pentru digitizarea fragmentelor în scopul reconstituirii vaselor ceramice.

Încadrarea temei de cercetare în domeniul științific

Tema de cercetare propusă se încadrează în domeniul științific al ingineriei industriale care este definit ca fiind o ramură a ingineriei care se ocupă cu producția eficientă de bunuri industriale influențată de elemente de fabricare și design, de gestionarea materialelor și a energiei și de integrarea muncitorilor în cadrul sistemului global. Aceasta este axată pe dezvoltarea, îmbunătățirea, implementarea și evaluarea sistemelor integrate care includ oameni, bani, cunoștințe, informații, echipamente, energie, materiale, precum și științele matematice, fizice și sociale, alături de principiile și metodele de anticipare și evaluare a rezultatelor care pot fi obținute de la astfel de sisteme sau procese.

Această tehnică de a ”imortaliza” aceste obiecte de arta pentru viitoarele generații, unele cu o valoare foarte mare, este de o noutate aparte și într-o continuă dezvoltare susținută.

Metode de digitizare

Procesul de Reverse Engineering este prezentat în literatura de specialitate ca fiind procesul care permite duplicarea unei componente existente prin captarea dimensiunilor fizice, a caracteristicilor și a proprietăților materialului. Metodele disponibile pentru digitizarea obiectelor se clasifică în metode cu contact și metode fără contact. Pentru categoria de vase ceramice studiată se recomandă scanarea fără contact, deoarece obiectele prezintă fragilitate și pot fi deteriorate în momentul în care palpatorul întâlnește suprafața fragmentelor ceramice.

Fotogrametria

Literatura de specialitate prezintă procesul de fotogrametrie ca fiind o metodă de reconstituire a artefactelor istorice în lipsa probelor existențiale, deoarece acest procedeu utilizează imagini analogice și digitale pentru reproducere.

Fotogrametria are ca principal scop determinarea formei și dimensiunilor plane sau spațiale cu ajutorul fotografiilor. Aceste fotografii se numesc fotograme deoarece îndeplinesc anumite condiții, în special condiții metrice. În concluzie putem defini fotogrametria ca fiind știința și tehnica care se ocupă cu obținerea fotografiilor privind obiectele de măsurat și extragerea de pe acestea a proiecțiilor ortogonale (ex.: planuri, hărți, profile etc.). Tot în cadrul fotogrametriei, un alt scop al acesteia este acela de a recunoaște și a identifica o imagine fotografică, această operație purtând denumirea de fotointerpretare.

Fotointerpretarea are la rândul ei ca principală preocupare determinarea caracteristicilor cantitative și calitative ale obiectelor din spațiul înconjurător pe baza acestor fotograme. Putem spune că fotogrammetria – fotointerpretarea este știința și tehnica care are ca scop obținerea fotogramelor, recunoașterea și identificarea imaginilor, cât și determinarea formei și dimensiunilor obiectelor și materializarea acestora în formă analogică și/sau digitală.

Fotogrametria a apărut ca urmare a randamentului scăzut pe care îl ofereau metodele clasice topografice de măsurare a suprafețelor întinse și reprezentarea acestora la diferite scări.

De asemenea această problemă s-a accentuat în momentul în care construcțiile inginerești, a hidroameliorațiilor, sistematizărilor etc., au început să se dezvolte și să solicite în permanență măsurarea topografică a zonelor terestre și reprezentarea acestora pe planuri topografice (1:100 – 1:1000) cât mai repede și mai precis posibil. Deoarece metodele clasice topografice nu ofereau rapiditatea de care aveau nevoie lucrările inginerești tot mai intensive, pentru realizarea măsurătorilor necesare și elaborarea planurilor s-a hotărât căutarea unor noi metode de măsurare mai rapide și cu un randament mai mare. Astfel, s-a ajuns să se folosească tehnica fotografiei, pentru înregistrarea zonelor terestre pe suprafețe cât mai mari, concomitent cu aplicațiile geometriei proiective și perspective pentru stabilirea unor raporturi matematice între fotografiile obținute și obiectele fotografiate și transformarea acestor imagini în planuri și hărți topografice corespunzătoare zonelor fotografiate cu ajutorul unor aparate adecvate.

După cum am menționat mai sus, fotogrametria a apărut din necesitatea întocmirii rapide și precise a planurilor și a hărților topografice de zone (regiuni) terestre cât mai mari. De aici a fost doar un pas până când aceasta s-a extins la alte tipuri de aplicații, unele de teren, altele de laborator.

Metoda digitală a revoluționat fotogrametria. Aceste tipuri de aparate nu analizează fotografii analogice (pozitive sau negative), ci imagini digitale. Fiind o știință din domeniul măsurătorilor terestre, fotogrametria servește la redactarea hărților și planurilor topografice, dar se folosește pe scară largă și în alte sfere de activitate precum arhitectura, scene pentru investigații ale poliției sau chiar medicina (chirurgie plastică).

Fotogrametria este potrivită pentru efectuarea funcției de creeare a modelelor 3D ale obiectelor folosind procesarea imaginilor, obținând produse finale în sistem 3D, ca mai apoi să utilizeze noile instrumente și produse de modelare 3D. Tehnica de modelare 3D bazată pe imagini demonstrează caracterul util al fotogrametriei digitale în modelarea și vizualizarea 3D cu precizie a obiectelor reale care prezintă forme geometrice regulate. Precizia cu care se obțin modelele 3D (sub un pixel) corespunde aplicațiilor de reconstrucție din domeniul conservării patrimoniului istoric, fotogrametria constituind astfel cea mai bună alternativă la tehnicile clasice de măsurare. În general, fotogrametria digitală este știința utilizării computerelor pentru obținerea dimensiunilor obiectelor fotografiate. Implică, de obicei, analiza uneia sau mai multor fotografii/fotograme sau video existente cu programe specializate de fotogrametrie pentru a determina relații spațiale [6]. Fotogrametria cuprinde procedee pentru determinarea si reprezentarea suprafețelor de profil pe baza unor fotografii obținute prin fotografierea vaselor [7].

Fotogrametria digitală la mică distanță își găsește aplicabilitate în numeroase domenii, precum medicină, arheologie și conservarea patrimoniului istoric și cultural, datorită numeroaselor și binecunoscutelor sale avantaje: metoda de măsurare este fără contact direct cu obiectul studiat, rezultatele sunt precise și fiabile, culegerea datelor se face într-un timp scurt și implică costuri reduse, imaginile sunt preluate și memorate, putând fi consultate și remăsurate oricând în viitor [6].

Prin aplicarea unor procedee de orientare și transformări de fotogrametrie digitală, este posibilă deducția coordonatelor 2D sau 3D de la una sau două fotografii. Metoda este obiectivă și fiabilă și poate fi ajutată de programele CAD (Figura 1). Aceasta este relativ simplă și are costuri reduse și poate fi folosită pentru obiectele cu un grad ridicat de complexitate, dar deoarece se bazează pe fotografii, există necesitatea unui spațiu adecvat [8].

Figura 1: Generarea vasului utilizând metoda fotogrametriei.

Cea mai importantă caracteristică de reconstituire pe bază de imagini, este aceea că artefactul nu este atins în timpul procesării. Aceasta este o cerință frecvent întâlnită la artefactele fragile. Un set de puncte corespunzătoare sunt identificate manual, din imaginile secvențiale preluate, pe două sau mai multe imagini care acoperă aceeași porțiune din artefact. Astfel, sunt extrase cu ajutorul principiilor din fotogrametrie, coordonatele 3D pentru prelucrare [9]. În unele cazuri, pentru artefactele de dimensiuni mari se montează ținte codate pe suprafața acestora, în scopul măsurării cu o precizie cât mai mare a coordonatelor în timpul procesării fotogrametriei. Achiziția imaginilor uneori nu este chiar simplă, deoarece aici intervin și condițiile meteo, reflexia lumii și temperaturile înalte afectând calitatea imaginilor. Pentru a preveni aceste inconveniente, capturile se realizează în ore și zile diferite, selectând cea mai bună captură elaborată. Pentru orientarea automată a imaginilor se utilizează programe care detectează și identifică automat țintele codate din imagini [10].

Acest proces este utilizat și în combinație cu scanarea laser, cu scopul de a face față provocărilor din orice domeniu privind rezoluția, precizia și cerințele operaționale pentru digitizarea artefactelor istorice. Funcția principală a acestei asocieri, este de a genera textura artefactului digitizat prin scanarea cu laser și interpretarea funcției geometrice dintre imagini și norul de puncte creat. Fotogrametria este o tehnică de măsurare rapidă care produce modele prin utilizarea de informații din culori, lumină, iar scanarea cu laser pe de altă parte captează perfect geometria 3D din orice obiect, excluzând obiectele care reflectă lumina sau cele transparente, obținând automat o rezoluție înaltă, prin urmare o combinație a celor două tehnici este benefică [11].

Scanarea

Orice dispozitiv care măsoară un obiect utilizând lasere, lumini sau raze X și care generează mai apoi nori de puncte sau suprafețe poligonale poate fi considerat un scanner 3D. Aceste echipamente pot fi clasificate în diferite categorii de scanere, precum digitizatoare 3D, scanere laser, scanere cu lumină albă, computer tomografic, LIDAR și altele. Factorul comun care unește aceste dispozitive îl reprezintă posibilitatea de a capta geometria obiectelor fizice cu sute de mii sau milioane de măsurători.

În prezent există diferite abordări ale scanării 3D bazate pe diferite principii de imagistică, unele tehnologii fiind ideale pentru scanarea cu raza scurtă, în timp ce altele fiind mai potrivite pentru scanarea cu rază medie sau lungă.

A. Scanere laser 3D cu rază scurtă de acțiune (având distanța focala mai mică de un metru)

A.1. Scanere laser 3D care utilizează metoda triangulației

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

Distanța dintre sursa laserului și senzor este determinată foarte precis, precum și unghiul dintre laser și senzor. În urma reflecției undei laser de pe suprafața obiectului scanat, sistemul determină unghiul și distanța de la senzor la obiect.

Figura 2: Reprezentarea metodei triangulației [12].

A.2. Scanere laser 3D care utilizează lumina structurată

Scanerele cu lumina structurală utilizează de asemenea metoda triangulației, dar aceste sisteme proiectează o serie de modele liniare pe suprafața obiectului scanat. Apoi, prin examinarea marginilor fiecărei linii a modelului, se calculează distanța de la scanner la suprafața obiectului.

Figura 3: Reprezentarea metodei triangulației utilizând lumina structurală [13].

Avantajele și dezavantajele celor două tipuri de scanere laser 3D cu rază scurtă de acțiune sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabelul 1: Avantajele și dezavantajele scanerelor laser 3D cu rază scurtă de acțiune.

B. Scanere 3D cu rază medie și lungă de acțiune (având distanța focala mai mare de doi metri)

B.1. Scanere laser 3D bazate pe impulsuri laser

Aceste scanere bazate pe impulsuri laser se axează pe un concept simplu și foarte precis al vitezei luminii. Astfel, sistemul identifică distanța dintre senzor și obiect, calculând timpul de reacție necesar pentru ca lumina laser sa ajungă pe suprafața obiectului și să fie reflectată înapoi spre senzor. Astfel, aceste sisteme procesează informațiile pentru câteva milioane de impulsuri laser cu o acuratețe măsurabilă in picosecunde. Prin rotirea laserului și a senzorului (de obicei cu ajutorul unei oglinzi), scanerul poate scana pana la 360 de grade în jurul său.

Figura 4: Reprezentarea metodei de scanare bazată pe impulsuri laser [14].

B.2. Scanere laser 3D care utilizează metoda defazajului

Procedeul de funcționare a acestor scanere laser 3D este unul asemănător cu cel întâlnit la scanerele bazate pe impulsuri laser. Scanerul trimite impulsuri laser asupra suprafeței obiectului care se dorește a fi scanat, iar noutatea constă în modularea puterii fasciculului laser, ca mai apoi sistemul să compare faza laserului trimisă și întoarsă către senzor.

Figura 5: Reprezentarea metodei de scanare care utilizează defazajul [15].

Avantajele și dezavantajele celor două tipuri de scanere laser 3D cu rază medie și lungă de acțiune prezentate în Tabelul 2.

Tabelul 2: Avantajele și dezavantajele scanerelor laser 3D cu rază medie și lungă de acțiune.

Tehnologia scanării laser se numără printre cele mai recente metode de colectare a geodatelor. Are aplicabilitate mai ales în domeniile în care se folosesc date 3D cu precizie ridicată. Principiul scanării laser pe scurt este următorul: se trimite un fascicul laser care măsoară distanța de la sursă la suprafața sau obiectul cercetat. În același timp, se înregistrează și direcția. Prin evaluarea parametrilor se obțin informații despre obiectul care a fost scanat. Produsul principal al scanării laser este un set de coordonate 3D ale punctelor reflectate numit „nor de puncte”. Cu ajutorul procedurilor automate, semi-automate și manuale, aceste puncte sunt clasificate prin procesări ulterioare. În unele cazuri, poate fi folosită informația intensității reflexiei, eventual culoarea reală a fiecărei reflexii (în cazul achizițiilor simultane a imaginilor digitale ale obiectelor este posibilă colorarea „norului” cu ajutorul acestor fotografii). Rezultatul final al prelucrării datelor scanate laser, poate fi, spre exemplu, un model foarte detaliat al suprafeței sub forma unui model de triangulație sau un model vector 3D general [16].

Scanarea fără contact este cel mai des întâlnită în domeniul studiat și se împarte în mai multe categorii. Scanarea optică prin triangulație este raportată ca utilizând locația și unghiurile între sursa de lumină și senzorul dispozitivului foto pentru a deduce poziția. Un dispozitiv fotosensibil, de obicei o cameră video, detectează reflexia suprafeței utilizând triangulația geometrică de unghi și distanțe cunoscute, calculând astfel poziția unui punct relativ de pe suprafața de referință. Aceste scanări sunt, prin urmare, măsurători relative ale suprafeței de interes unde sunt utilizare surse de lumină de diferite tipuri de energie, iar laserele sunt de cele mai comune tipuri [17].

Obiectivele propuse

Principalele obiective ale lucrării sunt următoarele:

Cearea unei baze de date parametrizate cu principalele familii de vase dacice în vederea utilizării lor în operații de reconstituire.

Crearea unui script pentru generarea automată a profilelor pentru diferite familii de vase ceramice antice.

Utilizarea metodei fotogrametriei și a scanării laser pentru realizarea unei metodologii de reconstituire a vaselor ceramice.

Analiza stadiului actual privind literatura de specialitate aferentă temei de cercetare

Arheologie, din grecescul αρχαιοζ-archaios care înseamnă vechi și λογοζ-logos care înseamnă studiu, se definește ca fiind știința care se ocupă cu studiul trecutului istoric al societății omenești, al stadiului la care a ajuns societatea omenească în diverse epoci, pe baza monumentelor, a obiectelor de artă etc., aparținând diferitelor culturi materiale din antichitate, din evul mediu etc., descoperite prin săpături.

Elsevier este un furnizor mondial de soluții informatice care îmbunătățesc performanțele științei, sănătății și a tehnologiei profesionale, facilitează accesul la informație cu scopul documentării și luării deciziei celei mai bune. Uneori face descoperiri extraordinare care evidențiază limitele cunoașterii și progresului uman. Elsevier oferă soluții digitale cu acces prin intermediul internetului la urmatoarele baze de date: ScienceDirect, Scopus, Elsevier Research Intelligence și ClinicalKey. Are o îndelungată tradiție în publicarea de articole, fiind fondat în anul 1880. Anual publică circa 25.000 de articole în cele peste 2.200 de jurnale academice [18].

Cele mai importante jurnale academice privind arheologia digitală și care alcătuiesc platforma ScienceDirect sunt enumerate în cele ce urmează.

Journal of Cultural Heritage este un jurnal Elsevier multidisciplinar care are ca obiective promovarea științei și a tehnologiei care contribuie la conservarea și valorificarea patrimoniului cultural. Ocazional, chestiuni tematice sunt publicate ca suplimente electronice, disponibile pe ScienceDirect. Deține un factor de impact pentru anul curent de 1.111, iar pentru ultimii cinci ani de zile unul de 1.392. Este indexat ISI având ISSN-ul: 1296-2074 [19].

Figura 6: Journal of Cultural Heritage [19].

Journal of Archaeological Science este un jurnal lunar în cadrul căruia se publică lucrări de cercetare originale și articole revizuite considerabil și care sunt de o importanță arheologică semnificativă. Jurnalul se adresează arheologilor și oamenilor de știință care au ca activitate dezvoltarea tehnicilor științifice și metodologiilor pentru toate domeniile arheologice.

Jurnalul oferă un forum internațional pentru arheologi și oameni de știință din medii științifice foarte diferite care împărtășesc un interes comun în dezvoltarea și aplicarea unor metode științifice. În acest mediu virtual au loc dezbateri majore pentru îmbunătățirea calității și fiabilității informațiilor științifice obținute în cercetările arheologice [20].

Deține un factor de impact pentru anul în curs de 2.139, iar pentru ultimii cinci ani de zile unul de 2.369. Este indexat ISI, având ISSN-ul: 0305-4403.

Figura 7: Journal of Archaeological Science [20].

Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage este un jurnal Elsevier academic online, în care oamenii de știință pot publica modele digitale 3D ale site-urilor arheologice, monumente și vestigii însoțite de articole academice asociate.

Jurnalul își propune să păstreze modele digitale de patrimoniu cultural în format electronic și să asigure accesul comunității științifice pentru a facilita dezbaterea academică. DAACH oferă oamenilor de știință posibilitatea de a publica modelele lor online cu interactivitate completă, astfel încât utilizatorii să le poată explora în voie. Acesta este unic în faptul că se axează și pe publicarea de modele 3D ale patrimoniului cultural, nu doar către fișierele în format text, a randărilor 2D sau cele în format video. Toate modelele trebuie să fie însoțite de metadate, de documentație, cât și de un articol în care este explicată istoria, starea de conservare precum și modul în care a fost realizat modelul 3D [21].

Jurnalul este indexat ISI având ISSN-ul: 0305-4403.

Figura 8: Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage [21].

Computer-Aided Design este un jurnal Elsevier care oferă mediului academic și din industrie lucrări cheie privind cercetarea și dezvoltarea aplicațiilor de proiectare asistată de calculator.

Revista invită la publicare lucrări care doresc să anunțe lansarea de aplicații noi și deosebit de importante, într-o gamă largă de subiecte care acoperă toate etapele procesului de design, de la crearea conceptului până la fabricare [22].

Deține un factor de impact pentru anul în curs de 1.515, iar pentru ultimii cinci ani de zile unul de 1.929. Este indexat ISI, având ISSN-ul: 0010-4485.

Figura 9: Computer-Aided Design [22].

International Journal of Historical Archaeology este un jurnal Springer în cadrul căruia se prezintă cercetarea recentă teoretică, metodologică și specifică siturilor arheologice. Satisface nevoile arheologilor, studenților, istoricilor, a celor care militează pentru prezervarea siturilor arheologice, precum și a celor care practică discipline apropiate.

Este indexat ISI, având ISSN-ul: 1092-7697 pentru varianta printată, respectiv 1573-7748 pentru varianta electronică [23].

Figura 10: International Journal of Historical Archaeology [23].

Archaeologies este jurnalul Congresului Mondial de Arheologie și oferă un loc de întâlnire pentru dezbateri și teme de actualitate prin articole, rapoarte și recenzii. Domeniile de interes includ arheologia publică, interacțiunea tradițiilor locale și globale, arheologia teoretică, implicarea disciplinei în proiecte de identitate, drepturile și etica referitoare la bunurile culturale, probleme de achiziție, de custodie, de conservare și de afișare [24].

Figura 11: Archaeologies [24].

Journal of Archaeological Research este un jurnal Springer care adună laolaltă cele mai recente cercetări internaționale, având o gamă largă de subiecte. Acesta îmbunătățește accesul către informație și literatura de specialitate prin publicarea de articole critice originale, fiecare având un format de 25-40 de pagini.

Deține un factor de impact pentru ultimii doi ani de 2.333, iar pentru ultimii cinci ani de zile unul de 2.600. Este indexat ISI, având ISSN-ul: 1059-0161 pentru varianta printată și 1573-7756 pentru varianta electronică [25].

,

Figura 12: Journal of Archaeological Research [25].

Analiza proiectelor și a temelor de cercetare similare

Digitizarea și conservarea digitală – portalul Europeana.eu

Europeana.eu este un portal internet care funcționează ca o interfață către milioane de cărți, picturi, filme, obiecte de muzeu și înregistrări din arhive care au fost digitizate în Europa întreagă. Mona Lisa de Leonardo da Vinci, Fata cu cercel de perla opera lui Johannes Vermeer, lucrările lui Charles Darwin și Isaac Newton și muzica lui Wolfgang Amadeus Mozart sunt unele dintre cele mai importante opere de pe Europeana.eu [3].

Aproximativ 2000 de instituții din Europa au contribuit la proiectul Europeana. Printre acestea se află muzee de prestigiu cum ar fi Rijksmuseum, British Library și Muzeul Louvre, dar și arhive regionale și muzee locale din fiecare membru al Uniunii Europene. Împreună, colecțiile acestora permit utilizatorilor să exploreze patrimoniul cultural și științific din preistorie până în zilele noastre [3].

Prototipul portalului a fost lansat în noiembrie 2008 [1], permițând inițial accesul la 4,5 milioane de obiecte digitale, iar în iulie 2010 numărul acestora a ajuns la 10 milioane [2].

Figura 13: Interfața site-ului Europeana, căutarea modelelor 3D [5].

Europeana și proiectele care contribuie la conținutul site-ului Europeana.eu au fost finanțate de către Comisia Europeană în cadrul programului eContentplus, Programul Tehnologiilor Informaționale și Comunicațiilor prin politica de sprijin (ICT PSP) și programe similare. Pentru a participa la o gamă largă de proiecte, care sunt finanțate exclusiv de către Comisie în proporție de 50-100% din costurile care nu includ cheltuieli de regie, Europeana este, de asemenea, dependentă de un element de finanțare de la ministerele de cultură și educație ale statelor membre.

Conform evaluărilor, costul estimat al digitizării colecțiilor totale ale muzeelor, arhivelor și bibliotecilor din Europa, inclusiv a materialelor audiovizuale pe care aceste instituții le dețin, este de aproximativ 100 de miliarde EUR (Tabelul 3).

Tabelul 3: Costul mediu total estimat al digitizării tuturor colecțiilor din muzeele, arhivele și bibliotecile din Europa.

Această cifră include digitizarea a 77 de milioane de cărți, 24 de milioane de ore de programe audiovizuale, 358 de milioane de fotografii, 75,43 milioane de opere de artă și 10,45 miliarde de pagini de arhive.

Accesul la modelele 3D de pe site-ul Europeana.eu este foarte facil. Spre exemplu, pentru cercetare am dorit să vizualizez modelul cu numele “Red Bottle”, așa cum se poate observa în figura de mai jos.

Figura 14: Detalii artefact 3D pe site-ul Europeana [19].

Odată selectat modelul care se dorește a fi vizualizat, site-ul ne pune la dispoziție informații referitoare la numele creatorului, perioada și era din care provine obiectul, data la care a fost creat și data la care a fost descoperit de către arheologi, cei care au contribuit la descoperirea lui, o scurtă descriere despre artefact, informații despre dimensiunile obiectului, instituția de care aparține, sursa care l-a publicat spre vizualizare, țara de origine si țara care a facilitat expoziția lui, limba în care sunt detaliate informațiile, site-ul care găzduiește metadata și unde îl putem vizualiza efectiv într-un PDF 3D și eventual proiectul din care el face parte.

Iar dacă dorim să vedem toate metadatele aferente acestui artefact, le putem descărca. Pentru vizualizarea acestui artefact se poate utiliza un fișier în format PDF 3D, sau putem descărca direct modelul 3D; în cazul de față acesta este în format .obj, iar arhiva are 41 de MB.

Figura 15: Metadate aferente artefactului 3D selectat [18].

Figura 16: Vizualizare model 3D în format PDF 3D [20].

Pe site-ul indicat al artefactului selectat sunt disponibile detalii atât despre artefactul în sine, cât și despre descrierea proiectului din care face parte. Informațiile referitoare la proiect conțin: numele proiectului, institutul de arheologie și cercetare care s-a ocupat de digitizare, numele profesorului sub a cărui îndrumare a avut loc digitizarea, numărul de înregistrare al artefactului în baza de date a muzeului, denumirea obiectului scanat, locația, data, condițiile în care s-a studiat, detalii despre scanerul folosit, numele companiei care a efectuat aceste servicii, o estimare a rezoluției folosite, numărul total al obiectelor scanate în proiect, descrierea de seturi de date finale pentru arhivă, harta planimetrică a zonelor de acoperire prin scanare, note suplimentare în proiect și imagini din timpul studiului. Informațiile specifice artefactului sunt strâns legate de metadate: numele scanărilor salvate, numărul norilor de puncte rezultați din scanare, tehnologia de scanare, detalii despre lentilele folosite, numărul de înregistrare a metadatei, numărul erorilor exprimat în unități, numărul total de puncte la finalul înregistrării, precum și formatul în care s-a salvat modelul 3D.

Figura 17: Pdf Metadata Red bottle [21].

Proiectul Architecture and Architectural Sculpture in 3D

Proiectul intitulat Architecture and Architectural Sculpture in 3D aparține celor de la Universitatea din Pennsylvania, Muzeu de Arheologie și Antropologie, care au avut ca obiectiv scanarea obiectelor din patrimoniul sanctuarului arhaic din Mon Repos, Corfu. Acest grup de cercetători au fost finanțați pentru acest proiect prin programul „ACLS Digital Innovation Fellowship” de către ACLS (American Council of Learned Societies) care susține proiecte de cercetare bazate pe mijloace digitale, în toate disciplinele știintelor sociale și umaniste. Se dorește ca proiectele unor solicitanți de succes să ajute la dezvoltarea progresului bursei de studiu umaniste digitale prin extinderea înțelegerii privitor la natura sa și prin exemplificarea infrastructurii robuste necesare creării unor astfel de lucrări. 2013-2014 a marcat al nouălea an al programului ACLS Digital Innovation Fellowship, generos finanțat de Fundația Andrew W. Mellon [22].

Cercetătorii au în prezent un catalog cu un număr total de 550 fragmente excavate din sanctuar și uploadate în format tridimensional [26].

Afișarea modelelor 3D este posibilă din browser, prin apăsarea butonului stânga al mouse-ului pe una dintre pictogramele obiectului dorit spre vizualizare. Odată deschisă aplicația se poate vizualiza artefactul, rotirea acestuia se face prin apăsarea și menținerea butonului stânga al mouse-ului. Aplicația are încorporate, de asemenea, și fotografii și informatii despre fiecare piesă în parte, cum ar fi materialul din care au fost realizate (teracota, piatră, țiglă, calcar sau marmură), tipul vasului (placă de piatră sub formă de cap de leu cu gura de scurgere pentru apa, antefix, disc decorat cu o rozetă, țiglă plană netedă, plăci de acoperiș simple și plăci de coamă de acoperiș, teracota de la altă cladire sanctuar, calcar sub formă de coloane, cât și capătul acesteia, elemente de ordinul doric, blocuri pentru pereți din calcar, plăci de acoperiș din marmură, plăci de pavaj din marmură și ornamente arhitecturale), afișarea numărului total disponibil de obiecte pentru fiecare tip în parte, numărul de înregistrare în catalogul muzeului a tuturor modelelor, dimensiunile obiectului afișate în centimetri (înălțime, lățime, adâncime), greutatea afișată în kilograme, volumul afișat în kg/l și scara dimensională la care este afișat modelul. Dacă se dorește, este posibilă și descărcarea scanărilor originale de înaltă rezoluție a fragmentelor publicate. Mai multe din obiectele originale sunt expuse în Muzeul Arheologic din Corfu, dar cea mai mare parte este inaccesibilă publicului, cu excepția acestei expoziții virtuale [22].

Figura 18: Fragment de vas 3D [27].

Aceasta șansă de a oferi publicului larg posibilitatea de a putea vizualiza într-un mod cât mai dinamic numeroase obiecte de artă, care din motive de securitate sau administrative nu sunt disponibile în expoziții sau sunt la o mare distanță de utilizator, este de apreciat și necesită o îmbunătățire continuă.

Proiectul The Digital Archaic Heraion este unul dintre primele studii de arhitectură veche bazat în întregime pe documentare 3D. Crearea „muzeului virtual” 3D s-a desfășurat în două etape: în prima fază s-au realizat scanările din Corfu, iar în a doua fază s-au procesat modele în vederea publicării lor. Totalitatea celor 550 de fragmente arhitecturale inventariate în muzeul din Corfu au fost scanate 3D în toamna anului 2010. Modelele realizate au fost prelucrate și publicate în spațiul online un an mai târziu și anume în 2011.

Scanările obiectelor s-au realizat cu ajutorul unui scanner VIUscan model 2010 oferit de către cei de la Creaform. Scanerul este un dispozitiv portabil care surprinde nu numai prin captarea fidelă a suprafețelor având o precizie de 10 microni, dar și prin opțiunea de a prelua textura obiectului.

Figura 19: Echipamentul 3D folosit in cadrul proiectului [28].

Scanarea obiectelor s-a realizat surprinzător de repede. Scanerul creează un model relativ repede: un fragment având o dimensiune redusă (cu o suprafață de aproximativ 10 cm) poate fi procesat în câteva minute, în timp ce fragmentul cel mai mare care s-a scanat în cadrul acestui proiect de la Mon Repos, leu-trompa de apă MR1, scanarea a durat 4 ore. Scanarea celor 550 de fragmente de la muzeul din Corfu a fost finalizată în circa 35 de zile.

Desigur, timpul pentru finalizarea unei scanări variază considerabil în funcție de dimensiunea și complexitatea obiectului, precum și de setările privitoare la calitatea scanărilor. VIUscan este capabil să producă o rețea poligonală cu muchii mici de pînă la 0,1 mm. Cu toate acestea, în practică, dat fiind nivelul de detaliu sporit al unei astfel de reprezentări, resursele laptopului care înregistrează măsurătorile sunt rapid copleșite. Majoritatea obiectelor găsite la Corfu au fost scanate folosind o rezoluție apropiată de 1mm, variind între 0,5 și 2 mm. Scanarea a progresat mult mai rapid, iar modele rezultate au suficiente elemente de detaliu pentru înregistrarea caracteristicile esențiale ale obiectelor pe suprafețe de 10-80 cm. Modelele 3D nu sunt o replică perfectă a obiectului original, din moment ce scanarea lor s-a redus la o rețea de măsurători cu o precizie de doar 0,5mm, muchiile și elementele mici au fost estompate.

Scanerul VIUscan este dotat cu un aparat de fotografiat care captează textura suprafeței scanate. Informațiile despre culorile fotografiate sunt stocate ca o imagine separată 2D, sau „mapă de textură” ale cărei coordonate sunt stocate în geometria 3D. Rezoluția texturii a variat, dar în cele mai bune condiții posibile camera VIUscan a putut înregistra chiar și 10 probe pe o suprafață de un milimetru. În practică, camera a avut dificultăți în a crea o imagine clara cu mai mult de opt probe per milimetru. Obiectele de la Mon Repos au fost scanate cu o rezoluție de textură variind între 4-8 probe per mm, ceea ce înseamnă că detaliul fotografic este de aproximativ 5 ori mai mare decât geometria modelului.

VIUscan este un scaner ca utilizează lumina structurată, care generează o undă laser de lumină pe obiect în scopul de a reconstrui contururile 3D. Pentru a capta toate suprafețele obiectului, operatorul este nevoit să se deplaseze lent cu scanerul de-a lungul întregii suprafețe care se dorește a fi scanată. Datorită acestei deplasări constante din timpul procesului de scanare, scanerul trebuie să țină cont de poziția sa cu referințe la punctele fixe. Acest model de scaner utilizează o rețea de „obiecte de poziționare”, acestea fiind mici puncte albe reflectorizante prin care scanerul poate estima locația și orientarea sa. Deoarece punctele poziționate pe piesa ce urmează a fi scanată acoperă suprafața sa, scanerul trebuie să intuiască geometria suprafeței originale și textura. Punctele sunt relativ mici, iar acestea au fost plasate pe porțiuni deteriorate sau uniforme ale obiectului, în scopul de a păstra cele mai importante detalii ale artefactului.

Cercetătorii acestui proiect au utilizat o metodă nu foarte practică și mai ales nu foarte rodnică în ceea ce privește calitatea suprafeței scanate și anume, au ales să utilizeze o placă neagră independentă având poziționate pe ea puncte reflectorizante care solicită ca obiectele să fie absolut stabile în timpul scanării. Abordarea proprie a fost să fixez direct „țintele” pe suprafața obiectului. Într-adevăr există un dezavantaj în utilizarea acestui procedeu, existând posibilitatea ca suprafața pe care se lipesc punctele de poziționare să se deterioreze odată cu îndepartarea lor. În caz personal, având de a face cu vase ceramice din material ceramic, riscul de deteriorare este scăzut. În mod asemănător, și cei din Corfu, manevrând obiecte din ceramică, marmură și piatră, puteau să recurgă la această practică. Motivul pentru care nu au făcut-o este de la sine înțeles: o abordare cât mai simplă și, de ce nu, mai superficială. Avantajul major este acela că, având punctele de poziționare pe obiect și scanerul memorând pozițiile lor, putem roti obiectul chiar în timpul scanării, și astfel se scanează întreaga suprafață (și baza inferioară a vasului).

Pentru a rezolva această problemă, cei din Corfu au fost nevoiți să scaneze obiectele în două sisteme separate de coordonate: una pentru partea superioară și cea de a doua pentru partea inferioară. Rezultatele scanărilor și-au arătat imediat limitele, observându-se multe suprafețe lipsă din reconstruția unui artefact, așa cum se poate vedea în imaginile de mai jos.

Figura 20: Vizualizare obiect 3D [29].

Proiectul Amarna

Numele proiectului, Amarna, este un nume modern pentru capitala antica construita sub domnia faraonului egiptean Akhenaton in jurul anului 1350 i.Hr si care a fost abandonata la scurt timp dupa moartea sa. Aceasta asezare a fost conceputa de catre faraon ca loc sacru pentru zeul soarelui Aten.

Proiectul s-a bucurat de acordul si cooperarea guvernului egiptean, in special al Consiliului Suprem al Antichitatilor. Proiectul Amarna are ca obiective: explorarea arheologica a orasului antic Amarna, conservarea a ceea ce a mai ramas din orasul vechi, promovarea studiului si descoperirilor istorice, arheologice, a vietii traditionale cat si a mestesugurilor din intreaga regiune [18].

In primavara anului 2008 si 2009 o echipa de cercetatorii de la Universitatea din Arkansas, Centrul pentru Tehnologii Avansate Spatiale (Katie Simon si Christopher Good Master) s-au alaturat misiunii arheologice britanice de la Amarna (conducator de proiect fiind Barry Kemp) aducand cu ei un scanner laser 3D. Modelul scanerului este Konia Minolta VIVID 9i si reprezinta unul din cele mai avansate scanere 3D laser de pe piata oferind posibilitatea scanarii diferitelor obiecte cu dimensiuni foarte mici pana la unele cu dimensiuni foarte mari, toate cu o inalta acuratete si precizie [18, 30].

Figura 21: Scanerul laser 3D Konica Minolta VIVID 9i [30].

Procesul de digitizare in cadrul proiectului a inceput cu scanarea obiectelor originale descoperite in cadrul siteului arheologic. In timpul deplasarii undei laserului pe intreaga suprafata a obiectului, se colecteaza o serie de coordonate pe axele x, y, si z a punctelor (reprezentand norul de puncte) care sunt trimise catre calculator si care se pot vizualiza in spatiul virtual 3D. Scanarul VIVID 9i are incorporat un dispozitiv de fotografiat digital oferindu-i astfel posibilitatea de a inregistra imagini color in timpul procesului de scanare. Ca urmare, fiecare obiect este localizat in spatiul tridimensional avand valori pe axele x, y si z, precum si textura rezultata din fotografiile capturate.

Figura 22: Modul de scanare a artefactelor in cadrul proiectului Amarna [31].

Datorita faptului ca scanerul scaneaza doar o singura latura a obiectului, care este indreptata inspre obiectiv, pentru scanarea completa a artefactului s-au realizat mai multe scanari. Pentru a facilita procesul s-a realizat un suport de sustinere care se poate roti precis 60 de grade intre fiecare scanare. Chiar si asa, de obicei, sunt necesare scanari suplimentare pentru completarea modelului 3D cu date din zonele de varf si de la bază.

Urmatorul pas in acest proces este de a imbina scanarile realizate intr-o singura scanare si respectiv suprafata. Pentru acest scop pentru procesarea datelor se utilizeaza softul PolyWorks, produs de catre cei de la InnovMetric. Softul citeste mai multe scanari pe care le combina automat intr-un nor de puncte unic cu o singura suprafata. O varietate de pasi de editare sunt necesari pentru a elimina datele inutile si pentru a curata norul de puncte.

Pentru a obtine o reprezentare fidela a culorii obiectului este esential ca obiectul sa fie iluminat uniform in momentul rotirii sale pentru a nu exista nici o urma de umbra sau schimbare a intensitatii culorii. Pentru asigurarea acestei iluminari uniforme s-a realizat o incinta de iluminare pentru scanarea artefactelor (Figura 23). In cazurile in care s-au obtinut neconcordatele nedorite legate de culoarea obiectului, datele au fost inserate si procesate in softul Inus Technology's Rapidform in vederea ajustarii.

Figura 23: Incinta de iluminare [31].

In cadrul muzeului virtual Amarna, modelele sunt disponibile spre a fi descarcate in trei formate: VRML, 3D PDF si OBJ si la doua rezolutii de date: mici si mari.

Artefactele rezultate in urma acestui proiect sunt parte componenta a bazei de date Europeana.

Figura 24: Modele 3D realizate in cadrul proiectului Amarna [32].

Proiectul 3D COFORM

Proiectul are ca scop, precum toate proiectele pe care le-am prezentat pana acum, scanarea 3D, modelarea 3D, studiul formei, al proprietățile materialelor, si metadatele obiectelor din cadrul patrimoniului cultural. Consortiul 3D-COFORM reuneste 19 parteneri, in special fosti parteneri de baza in cadrul proiectului EPOCH. Din acesti parteneri fac parte: Muzeul Albert si Victoria, Muzeul Luvru, Muzeul din Florența, Muzeul din Roma, Muzeul din Cipru si cel din Berlin. Toate aceste instituții au intenția declarată de a dezvolta capacitatea de digitizare 3D si publicarea rezultatelor pe platforma Europeana [33, 34].

Figura 25: Proiectul 3D-COFORM [35].

Proiectul 3D-MURALE

Proiectul 3D Measurement and Virtual Reconstruction of Ancient Lost Worlds of Europe (3D-MURALE) este un proiect care s-a desfasurat in perioada 01.11.2000 – 31.10.2003 in cadrul platformei 2020-HORIZONT. Proiectul a avut un cost de 2.027.925 EUR, iar finantarea in valoare de 1.494.474 EUR a fost suportata de catre Uniunea Europeana. In cadrul proiectului au colaborat mai multe universitati de prestigiu din Europa: Universitatea Brunel – Anglia, Universitatea din Leuven – Belgia, Universitatea ETH Zurich – Elvetia, Universitatea Tehnica din Viena – Austria, Universitatea Tehnica din Graz – Austria alaturi de companii private: Imagination Computer Services Gesmbh – Austria, Eyetronics N.V – Belgia. [36]

Acest proiect a avut ca scop crearea si dezvoltarea de continut multimedia utilizand aparate si instrumente de masurare, de reconstituire si vizualizare a ruinelor arheologice in mediu virtual. Activitatea arheologică s-a desfășurat în orasului antic Sagalassos din Turcia [37] care este unul dintre cele mai mari situri arheologice greco-romane din Marea Mediterana si care dateaza din secolul 4 î.Hr. [37]

În scopul de a face informațiile accesibile pentru utilizatorii din întreaga lume, proiectul 3D-MURALE se bazează pe sistemul de componente, precum: inregistrare, reconstituire, baza de date si vizualizare de componente. Instrumentele de inregistrare sunt dezvoltate pentru masurarea de terenuri, stratigrafie, cladiri, blocuri de constructii, cioburi de ceramica si statui identificate in situl arheologic. Rezultatele acestor masuratori vor fi stocate in sistemul de baze de date 3D-Murale. Sistemele de reconstructie utilizeaza tehnici grafice 3D pentru a combina componentele individuale masurate, elementele reconstituite ale cladirilor, ceramica din cioburi de ceramica, statuete din fragmente de statuie si stratografia din totalitatea descoperirilor in urma excavarilor. Un model integrat va fi realizat din peisaje, cladiri si diferite artefacte din diferite epoci, aratand reconstituirile acelor perioade sau starea actuala. Modelul prelucrat este pregatit la o inalta calitate pentru vizualizarea stereoscopica si la o calitate mai scazuta pentru vizualizarea pe internet. Experienta vizuala va include, de asemenea, afisarea stratigrafiei. Orice artefact individual (element de constructie, fragmente de vase, vase ceramice intregi, blocuri de pietra sau statui) poate fi interogat prin intermediul bazei de date, iar rezultatul interogarii poate fi vizualizat pe internet (data excavarii, marimea artefactului, numarul de inventar, materialul din care este realizat, perioada din care provine) [38].

Clasificarea si reconstructia fragmentelor ceramice arheologice se bazeaza pe linia de profil, care este o sectiune transversala pe suprafata fragmentului in directia axei de simetrie. Datele de intrare pentru estimarea formei profilului sunt un set de puncte produse de sistemul de achizitie. Orientarea fragmentului se realizeaza automat si profilul este calculat. O cautare eficienta a fragmentelor in baza de date existenta face ca imbinarile si asamblarile intre fragmentele de vase sa fie cat mai fidele cu putință [39].

Figura 26: a) Fragment de vas; b) generare automată a profilului; c) fragment reconstituit, sectiune de profil și fragmentul de vas.

Etapele realizarii reconstituirii conform proiectului sunt:

Orientarea automată:

determinarea axei de rotație;

înregistrarea;

generarea profilului.

Segmentarea automată a profilului:

Determinarea caracteristicilor de formă;

Determinarea descrierii;

Segmentarea pe baza curburii;

Generarea operațiilor elementare;

Generarea unei descrieri (bază de date arhivată).

Reconstrucția automată:

Clasificarea automată;

Reconstrucția părții lipsă a profilului;

Reconstrucția vasului;

Căutarea fragmentelor deja arhivate ale aceluiași vas;

Potrivirea fragmentelor.

Figura 27: Potrivirea fragmentelor în scopul de a obține un model complet 3D.

Proiectul CultLab3D

Proiectul CultLab3D este realizat de către Institutul Fraunhofer IGD, lider mondial în cercetarea aplicată în domeniul Visual Computing. Acesta include grafică pe calculator precum si realitate virtuală și augmentată. Acest institut este foarte activ având în desfășurare mai multe proiecte legate de digitizarea patrimoniului cultural. CultLab3D se axează pe industrializarea si automatizarea întregului proces de digitizare 3D a artefactelor patrimoniului cultural. În cadrul proiectului se folosesc cele mai recente și moderne tehnologii de scanare optică, oferind astfel o abordare cuprinzătoare rapidă, și economică a digitizării modelelor 3D. Clasificarea, interpretarea și arhivarea bazei de date se realizează la cea mai bună calitate posibilă prin automatizarea continuă a proceselor [40]. CultLab3D se confruntă cu cereri tot mai mari pentru digitizarea 3D în masă în cadrul domeniului arheologiei și patrimoniului cultural. Soluționarea acestei cereri se bazează pe dezvoltarea de soluții complete, simple de utilizat și economice. De asemenea, se lucrează la noi provocări care apar din această expansiune a mediului virtual, cum ar fi posibilitățile de stocare pe termen lung a milioane de modele virtuale 3D, realizarea unor modele 3D cât mai fidele, o definiție generală și cu forță juridică obligatorie a drepturilor asupra modelelor 3D reconstituite, cât și strategii pentru certificarea provenienței fiecărui artefact virtual [41].

Muzeele și instituțiile culturale care beneficiează de serviciile acestei organizații dețin în posesie milioane de artefacte. Colecția Fundației Patrimoniului Cultural Prussian din Berlin în colaborare cu alte muzee este estimată la șase milioane de artefacte, din care doar 10% dintre ele sunt prezentate publicului larg, în timp ce 90% rămân „ascunse” publicului larg. Alte avantaje în urma derulării proiectului sunt: disponibilitatea arbitrară și concomitentă de artefacte, utilizarea replicilor virtuale în expoziții hibride, reducerea împrumuturilor scumpe dintre muzee evitând în acest fel daunele care pot surveni la obiectele originale, evitarea costurilor de asigurare și a drepturilor de proprietate [42].

Tehnologiile CultLab3D acoperă un spectru larg al domeniilor de aplicare:

Artefacte mici și mijlocii:

Digitizarea cu ajutorul unei stații de lucru „Pipeline”

Stația de lucru „Pipeline” este capabilă să digitizeze artefacte cu o greutate de până la 50 kg, cu o înălțime și un diametru de 60 cm la cea mai bună calitate posibilă. Primele rezultate indică un timp de procesare a datelor de numai cinci minute, în funcție de complexitatea geometrică a fiecărui artefact.

Figura 28: Prezentarea stației de lucru „Pipeline” [43].

Artefacte mari:

Robot autonom de scanare

Robotul este utilizat în cazul în care artefactele au dimensiuni prea mari pentru a fi procesate cu ajutorul stației de lucru „Pipeline”, ca de exemplu în cazul statuilor sau a sculpturilor. Robotul este omnidirecțional și este ideal pentru utilizarea lui in spații mici având în componența sa patru roți, precum și o serie de senzori pentru a consemna mediul din jurul său și pentru a detecta obstacolele. Mai mult, robotul este alcătuit dintr-un scanner care utilizează lumina structurală și un braț automatizat care se mișcă pe axa verticală. Cu ajutorul lui se pot digitiza artefacte cu dimensiuni de până la 2500 cm înălțime și aproape orice dimensiune în diametru.

Figura 29: Robotul autonom de scanare [44].

Monumente, clădiri și situri arheologice

Dispozitiv de scanare de la înălțime (dronă)

Dispozitivul de scanare de la înălțime cu ajutorul unei drone va fi realizat și pus în funcțiune în decursul anului acesta (2014).

Figura 30: Dispozitiv de scanare de la înălțime [45].

Prima scanare din cadrul proiectului a avut loc în Sala Medievală a Muzeului Liebieghaus Skulpturensammlung din Frankfurt în perioada 21-27.07.2014. O primă impresie în urma acestei scanări a fost transmisă de către Martin Ritz, reprezentantantul Frankfurt IGD și responsabilul pentru această digitizare: “Prin acest prim test, am dobândit un număr mare de perspective foarte valoroase”. Procesul de scanare nu a cuprins doar captarea geometriei și texturii artefactului, dar și proprietățile optice ale materialului, cum ar fi reflexia și absorbția. O altă părere autorizată este ceea a domnului Prof. Dr. Vinzenz Brinkmann, șeful colecției de antichități de la Liebieghaus Skulpturensammlung: “Cel care cunoaște modul în care a trebuit să lucrăm până acum, va înțelege miracolul facilității de scanare? Cu totul noi modalități de studiu științific se vor deschide acum muzeelor din întreaga lume”.

Sculptura scanată și reconstituită digital a fost „Apollo Belvedere” realizată între anii 1497-1498 de către sculptorul renascentist Pier Jacopo Alari Bonacolsi (1460–1528).

Figura 31: Scanarea și reconstituirea sculpturii „Apollo Belvedere” [46-48].

Proiectul 4D-CH-World

Acest proiect este conceput tot de către Institutul Fraunhofer IGD și are drept scop analizarea, proiectarea, cercetarea, dezvoltarea și validarea unui sistem inovator de integrare a celor mai recente progrese care se fac în vizualizarea și învățarea computerizată, în modelarea 3D și realitatea virtuală, toate acestea într-un timp cât mai scurt, la costuri cât mai mici ale reconstituirii orașelor, cetăților și hărților în varianta 4D. Prin urmare, sprijină obiectivele Uniunii Europene, ale bibliotecii digitale EUROPEANA și UNESCO Memory of the World (MoW) pentru a crește dorința de cunoaștere a culturii, istoriei si identității europene. Scopul principal al proiectului este de a permite istoricilor, arhitecților, arheologilor, oamenilor de știință din domeniul reconstrucțiilor a studia, a înțelege și a genera noi idei referitoare la unele scene istorice și a traiului de zi cu zi a strămoșilor noștri [49, 50].

Figura 32: Reconstituiri ale unei cetăți în cadrul proiectului 4D-CH-World.

Figura 33: Reconstituirea virtuală a circului Ausonius [51-53].

Figura 34: Reconstituirea virtuală 3D a orașului Florența [53, 54].

Proiectul ITN-DCH

Proiectul ITN-DCH “Initial Training Network for Digital Cultural Heritage: Projecting our Past to the Future” se desfășoară tot sub supravegherea Institutului Fraunhofer IGD și este unul dintre cele mai mari proiecte finanțate de către Uniunea Europeană prin platforma FP7 pentru conservarea și protecția patrimoniului cultural [55].

Proiectul a fost pornit în data de 1 octombrie 2013 și are un consorțiu format din 14 parteneri cu drepturi depline și 8 membri asociați din diverse medii: academic, cercetare, industrie, muzee și biblioteci. Scopul proiectului este de a instrui 500 de persoane în zona de digitizare, conservare și protecție a patrimoniului cultural. Dorința profesorilor este de a crea un profil academic puternic și aptitudini și competențe orientate spre piață, fapt ce va contribui în mod semnificativ la perspectivele de carieră ale cursanților. Durata proiectului este de patru ani și va fi coordonată de către laboratorul Digital Heritage al Universității Tehnologice din Cipru. Valoarea totală a finanțării este de 3.71 milioane de euro [56].

Proiectul C-Space

Scopul acestui proiect este de a încuraja oamenii să se familiarizeze cu domeniul Realității Augmentate. Scenariul proiectului deschide calea viziunii asupra viitorului, prin care devine posibilă realizarea în timp real a reconstrucțiilor 3D de scene dinamice de înaltă rezoluție disponibile pe tablete si smartphone-uri pentru sute sau chiar mii de utilizatori simultan. Conform acestei viziuni, fluxurile video ale scenelor sunt utilizate la o calitate extrem de ridicată, iar detaliile mediului înconjurător oferă o adevărată experiență a îmbinării dintre două lumi: cea reală și cea virtuală. [57]

Figura 35: Realitate augmentată pe ecranul unui smartphone [58].

Proiectul Cisa3

Din februarie 2007, Centrul Interdisciplinar de Științe pentru Artă, Arhitectură și Arheologie (CISA3), a jucat un rol important în utilizarea și dezvoltarea unor instrumente și tehnici pentru a reconstitui și a analiza istoria marilor opere de artă, a structurii monumentelor precum si a artefactelor arheologice. CISA3 realizeaza metodologii și soluții la problemele de conservare a artei în timp ce formeaza o nouă generație de experti interdisciplinari pentru acest domeniu care este in curs de dezvoltare. Munca se realizeaza in echipa si sunt legate parteneriate cu Institutul de Telecomunicații și Informatică din San Diego California (Calit2), cu Scoala de Inginerie Jacobs si cu Divizia pentru Artă și Științe Umane [59]. Proiectul este finanțat cu 3,2 milioane de dolari pe o perioada de cinci ani [60].

Din 2010 Fundația Națională pentru Știință a dat startul unui proiect pe termen lung care are ca obiectiv formarea unei școli de doctorat care să creeze noi generații de oameni de știință specializați pe diagnosticarea patrimoniului cultural și dezvoltare de noi tehnologii pentru exploatări si expediții în cadrul Societății Naționale de Geografie [60].

Există o multitudine de fragmente din ceramica colectate de catre arheologi, care oferă doar o imagine parțială a artefactelor. Departamentul Digital Pottery Informatics din cadrul proiectului are ca scop sitematizarea colectiei numeroase de ceramică intr-o bază de date care are menirea de a deveni vizibilă tuturor cercetătorilor din întreaga lume prin intermediul internetului. Sistemul integrează noi metode pentru reconstrucția virtuală 3D a ceramicii, fie prin scanarea 3D directă a obiectului sau prin aplicarea de algoritmi pentru reconstrucția rapidă 3D bazată pe procesarea imaginilor 2D.

Proiectul este coordonat de catre Neil G. Smith si Thomas Levy și colaborează cu Avshalom Karasik si Uzy Smilansky de la Institutul de Știință Weizmann din Israel.

La scanarea fragmentelor ceramice s-a utilizat un scanner laser 3D FlexScan cu o mare precizie care utilizează lumina structurală. Scanerul are funcția de a capta textura obiectelor pe care le scaneaza. Odata ce scanarea 3D a fost realizată, un calcul matematic face ca forma exactă si pozitia vasului sa fie determinată. Rezultatul final constă fie în ilustratii 2D, fie în modele virtuale 3D, si poate fi manipulat vizual in trei dimensiuni (inclusiv in 3 medii imersive). Rezultatele cu aceste date interesante vor putea fi accesate prin intermediul Google Earth si alte astfel de instrumente care permit localizarea geografica precisa pe harta a ceramicii care a fost descoperită de catre arheologi [61].

Figura 36: Fragment de vas digitizat in cadrul proiectului CISA3 [61].

Proiectul Clepsydra

Centrul de digitizare a patrimoniului cultural Clepsydra a luat naștere la sfârșitul anului 2006 și a fost înființat prin programul operațional Societatea Informatică a Ministerului Economiei si Finanțelor din Grecia. Proiectul își desfășoară activitatea în momentul de față în cadrul Institutului Cultural și de Tehnologie Educațională din cadrul Centrului de Cercetare Athena, în orașul Xanthi.

Proiectul este axat pe digitizarea, conservarea, gestionarea, promovarea si diseminarea patrimoniului cultural și este specializat pe digitizarea și înregistrarea artefactelor din diferite perioade de timp.

Clepsydra oferă soluții integrate 2D și 3D pentru proiectele de digitizare. Infrastructura din cadrul proiectului este capabilă să asigure rezultate de înaltă calitate și, în același timp soluții alternative, iar personalul poate realiza proiecte de digitizare de la etapele inițiale de planificare până la implementare și finalizare. Clepsydra își promovează tehnologiile de digitizare prin participarea la proiecte de cercetare și conferințe științifice.

Infrastructura proiectului include:

– un scanner laser 3D color utilizat pentru obiectele mobile și care captează simultan geometria, textura și informații despre reflexia suprafeței obiectului scanat. Sistemul oferă cea mai mare rezoluție de scanare și precizie geometrică disponibilă momentan pe piață. Lumina ambientală nu afectează procesul de scanare cu acest scaner, prin urmare nici unul dintre efecte (zone întunecate) nu sunt vizibile pe obiect;

– un scaner laser 3D căruia îi este limitată deplasarea datorită încorporării acestuia în brațul de măsurat cu șase grade de libertate Sigma Single Point care are o precizie de ± 0,076 mm. Sistemul este capabil să capteze 20.000 de puncte pe secundă. Scanerul este dotat cu doua camere digitale plasate pe fiecare parte a capului de scanare, astfel încât captarea să nu fie întreruptă în situațiile în care o cameră este blocată;

– un sistem automat de digitizare color 3D pentru obiecte mobile care se bazează pe echipamente profesionale fotografice de iluminat, camere foto digitale și o masă rotativă controlată de un software special. Rezultatele de digitizare ale sistemului sunt caracterizate printr-o complexitate scăzută, oferind posibilitatea publicării lor pe internet, având totodată o textură de o calitate înaltă. Această procedură automată de scanare permite sistemului sa fie utilizat pentru digitizarea în masă a obiectelor;

– un sistem de digitizare color 3D pentru obiecte mobile care se bazează pe camere digitale si un soft specializat. Sistemul funcționează în combinație cu cel anterior în scopul de a extinde domeniul de aplicabilitate pentru obiecte mai mari care nu pot fi plasate pe masa de lucru din cauza greutății sau formei lor;

– un aparat de fotografiat 3D bazat pe tehnica luminii structurale. Acest aparat este utilizat atunci cand pentru reconstituirea completă a unui obiect sunt necesare mai multe poze din diferite unghiuri. Această tehnică se aplică atunci când obiectele nu pot fi deplasate;

– un scaner laser color 3D complet portabil pentru achiziția rapidă și de înaltă calitate a norilor de puncte prin intermediul tehnologiei LIDAR. Aceasta posibilitate a scanării a unei suprafețe de peste 1000 m cu o precizie de 7 mm este conditionata de efectuarea capturii de la o distanță de 100 m și având un unghi de captare de 360 de grade. Este un sistem fiabil pentru digitizarea de monumente sau zone urbane;

– un program special pentru modelare bazat pe fotografii și măsurători. Printr-un proces de interpolare a mai multor fotografii realizate unui anumit monument din diferite unghiuri, ținând cont de unele caracteristici comune, softul poate crea un model 3D precis;

– două scanere dimensionale color pentru digitizarea de cărți și documente. Acestea au încorporate o lentilă de scanare, senzori de imagine CCD de înaltă calitate și dispozitiv de luminare de culoare albă pe baza de LED [62].

Figura 37: Procesul de scanare din cadrul proiectului Clepsydra [63].

Documentarea referitoare la soluțiile de reconstituire a vaselor ceramice

Programul Qp

Programul Qp [64] poate fi utilizat pentru modelarea 3D a vaselor ceramice cu mâna, bazându-se pe imaginea profilului, dar nu numai, deoarece acestea pot fi generate și prin metode aleatorii. Utilizarea lui se face în scopul de a produce semiautomat un set de date privind vasele ceramice 3D, în formatul standard VRML. Modelele 3D produse prezintă caracteristici morfologice similare cu cele găsite în anumite categorii de vase antice cu forme grecești (Figura 22). Mai mult decât atât, ele sunt însoțite de metadate XML generate dinamic și compatibile cu MPEG-7.

Figura 38: Motor de cautare pe baza de conținut.

În același context se descrie și motorul de căutare bazat pe conținut pentru vasele ceramice 3D. Acesta utilizează tehnologia PHP, baza de date XML și descriptorul VMBA în scopul stocării metadatelor în bazele de date compatibile cu MPEG-7 [65]. Pentru aceasta se pornește de la ideea de identificare a compatibilității a formelor 3D întregi sau fragmentate prin codificarea unor imagini folosind descriptori de formă 2D. Aceste imagini descriu proiecțiile ortogonale ale reliefului de pe suprafața exterioară a veselor ceramice, care au fost normalizate în ceea ce privește scalarea, poziționarea și orientarea folosind un algoritm automatizat. Totodată, pentru a identifica forma dorită, această bază de date utilizează și schițe modelate manual pentru rularea motorului de cautare, unde sunt prezentate eventualele forme posibile compatibile cu forma interogată (Figura 39).

De asemene, se pot realiza următoarele:

ȋncărcarea formelor de vase pentru identificarea categoriei din care fac parte;

afișarea vaselor după numarul de ȋnregistrare;

afișarea după categoria de complexitate;

afișarea ȋntr-o singura pagină a obiectelor digitizate;

afișarea ȋntr-o singura pagină a obiectelor modelate manual;

afișarea ȋntr-o singura pagină a obiectelor cu textură;

afișarea grafică a categoriilor de vase [66].

Figura 39: Motor de cautare pe baza de schițe [65].

Dincolo de arhivarea digitală a ceramicii scanate 2D și 3D, proiectul Pottery Informatics Query Database codifică profilele fragmentelor ceramice prin reprezentări matematice. Această metodă de conservare digitală permite interogarea rapidă desfasurată printr-o abordare matematică asemănătoare cu online Basic Local Alignment Search Tool12 pentru asocierea rapidă a unor cantități mari de profile, a vaselor digitizate între ele bazate pe trăsături morfologice similare (Figura 24). PIQD este un instrument online care permite elevilor și studentilor de a testa ipoteze umaniste legate de datele ceramice în moduri în care publicațiile convenționale sau cu alte baze de date nu le pot furniza. Structura regională spatială a datelor ceramice este livrată de interfața bazei Google Earth (PIQD 2012).

Un tip de bază offline este Pottery Classification and Reconstruction Tool care efectuează cu o rapiditate și precizie mare, clasificarea profilelor vaselor ceramice. Instrumetul permite arheologilor și nu numai, de a vizualiza și manipula modelele 3D create din profilele 2D parțiale ale vaselor ceramice [67].

Figura 40: Baza de date pentru identificarea tipurilor de fragmente [68].

Software-ul Shape-from-Silhouette 3D Scanner

Software-ul include un algoritm de implementare de bază de tipul formă-prin-siluetă și generează nori 3D de puncte colorate și rețele triunghiulare, folosind un set de imagini care descriu obiectul din diferite unghiuri.

Figura 41: Software-ul Shape-from-Silhouette 3D Scanner [69].

Algorithm for the automated scale,position and orientation normalisation of complete and nearly complete 3D vessels

Software-ul poate fi utilizat pentru normalizarea automată a replicilor ceramice 3D complete sau aproape complete, în ceea ce privește scalarea, poziționarea și orientarea acestora. Algoritmul detectează axa de simetrie, anexele și poziția gurii. Acesta poate fi utilizat pentru diferite aplicații, precum: calculul variației de formă a unui vas în cadrul unei categorii de vase bazată pe formă, extragerea de descriptori de formă 3D pentru recuperarea bazată pe conținut (potriviri de formă) sau ca un instrument suplimentar în cercetările și analizele ceramice.

Figura 42: Interfața programului algoritm pentru scalarea, poziționarea și orientarea automată.

Documentarea referitoare la soluțiile software care pot fi utilizate în reconstituirea vaselor ceramice

Soluții software care utilizează metoda fotogrametriei

Software-ul Autodesk 123D Catch

Autodesk 123D Catch este o aplicație care poate prelua o serie de fotografii obișnuite și pe care le transformă în modele digitale 3D. Nu este nevoie de un aparat foto cu o rezolutie foarte mare, in schimb conditia majora este ca imaginile sa fie clare. Pentru realizarea unei suprafete complete (mesh) este nevoie de un minim de 30-40 de fotografii (60-90 ar fi ideal). Fotografiile trebuie realizate in modul panoramic 360 de grade.

Figura 43: Simularea procesului de fotografiere a unui obiect [70].

Dupa inserarea fotografiilor softul le proceseaza si realizeaza meshul obiectului (in cazul exemplului dat, o statueta).

Figura 44: Etapele de realizare a modelului 3D [70].

Utilizand comanda Delete eliminam zona care nu este de interes, precum ar fi podeaua pe care a fost asezata statueta.

Figura 45: Software-ul 123D Catch, comanda Delete, pentru eliminarea

suprafeței nedorite [71].

Software-ul CALIB

Calib este un program dezvoltat de către profesorul Vasilis Tsioukas de la Universitatea Aristotele din Thessaloniki, Grecia, care se utilizează pentru calibrarea camerelor foto digitale. Calibrarea camerei înseamnă, de fapt, determinarea distanței focale, a distorsiunii obiectivului, a lățimii și înălțimii senzorului camerei și a coordonatelor punctului principal XP, YP.

Principiul calibrării constă în realizarea unui set de 9 fotografii în jurul „tablei de șah” (care a fost în prealabil listată pe o pagină A4), 4 fotografii ținând camera în poziție dreaptă, alte 4 cu camera rotită la 90 grade și o fotografie deasupra foii de calibrare pentru calculul parametrilor de orientare interioară.

Figura 46: Modalitatea de realizare a fotografiilor pentru

calibrarea camerei digitale [6].

Software-ul PhotoScan Agisoft Software

AgiSoft PhotoScan este o soluție avansată de modelare 3D bazată pe imagini utilizată pentru crearea de conținuturi 3D profesionale și de calitate. Fundamentată pe tehnologia de ultimă oră de reconstrucție 3D din mai multe imagini, acest produs folosește imagini arbitrare și este eficient atât în condiții controlate de utilizator, cât și în condiții nedirijate. Fotografiile pot fi realizate din orice poziție, cu condiția ca obiectul care se dorește a fi reconstruit să fie vizibil în cel puțin 2 dintre acestea. Procesele de aliniere a imaginilor și reconstrucție a modelelor 3D sunt total automatizate (Figura 47). Programul permite alinierea imaginilor importate fără a fi necesare ținte sau condiții de fotografiere speciale.

Figura 47: Automatizarea procesului de reconstrucție a modelelor 3D [6].

Fluxul de lucru total automatizat oferă posibilitatea și utilizatorilor obișnuiți de a procesa, într-un limbaj natural, fără a fi necesare cunoștințe avansate de modelare, mii de imagini aeriene sau terestre folosind un computer pentru a obține produse finale ce constau în date fotogrammetrice profesionale.

Dintre avantajele cele mai importante ale programului, se menționează:

traingulație la mică distanță sau aeriană;

generarea norilor de puncte la diferite rezoluții;

generarea modelelor poligonale;

stabilirea unui sistem de coordonate al modelului și georeferențierea acestuia;

crearea unor Modele Digitale de Altitudine;

generarea ortofotoplanurilor,

procesarea imaginilor multispectrale.

Acest program specializat de modelare 3D suportă importuri de tipul JPEG, TIFF, PNG, BMP, JPEG Multi-Picture Format (MPO). Ca și fișiere exportate, acestea pot fi de tipul: Wavefront OBJ, 3DS Max, PLY, VRML, COLLADA, Universal 3D, FBX, PDF.

Principiile de bază ale AgiSoft PhotoScan sunt următoarele:

utilizarea la sesiunile de fotografiere a unei camere digitale care să aibă o rezoluție rezonabilă (de preferat 5MPixeli sau mai mult);

alegerea unor obiective ale camerelor digitale cu unghi mare de vizualizare pentru o mai bună reconstrucție a relațiilor spațiale dintre obiectele fotografiate;

planificarea sesiunii de fotografiere;

evitarea fotografierii obiectelor sau scenelor plane sau fără textură;

evitarea fotografierii obiectelor lucioase sau transparente, în cazul în care se dorește crearea modelului 3D al unui obiect cu o textură lucioasă este de preferat ca sesiunea de fotografiere să se desfășoare pe vreme înnorată;

evitarea obstrucționării câmpului de vizualizare către obiectul studiat;

evitarea fotografierii obiectelor în mișcare;

fotografiile realizate să respecte acoperirile longitudinale și transversale necesare (acoperirea longitudinală se încadrează în intervalul 60% < ax < 70%, iar acoperirea transversală se încadrează în intervalul 25% < ay < 30%);

captarea scenelor cele mai importante din locații multiple (3 sau mai multe);

imaginile nu trebuie decupate sau transformate geometric înainte de a fi inserate în program;

este de preferat să se realizeze mai multe fotografii decât necesar, decât să fie mai puține;

dacă se dorește crearea unui model 3D la scară reală, în teren se vor identifica și amplasa pe teren puncte (buloane) care vor fi folosite pentru stabilirea sistemului de coordonate de referință și a scării modelului; se măsoară cu ruleta distanța între aceste puncte de referință;

Software-ul 3DSOM Pro

3DSOM Pro este un instrument pentru crearea unui conținut 3D de calitate profesională cu ajutorul unor imagini statice. O gamă largă de obiecte pot fi modelate inclusiv cele cu forme complexe. Forma obiectului este extras în mod automat din procesarea imaginilor care sunt folosite pentru a realiza o retea 3D de înaltă calitate. Cu ajutorul softului se pot realiza modele virtuale care pot fi inserate mai apoi in scene 3D, crează modele care pot fi mai apoi publicate pe web inclusiv cu ajutorul propriului script in format Java, se mai pot crea animații, filme și materiale de marketing și expoziții toate realizate pe baza modelelor 3D.

Cu ajutorul instrumentelor de modelare 3D interactive softul oferă posibilitatea de editare suprafetei cum ar fi posibilitatea de nivelare, aplatisare, operațiuni de tip booleene de impingere si tragere. Aceste instrumente pot fi utilizate și pentru regiuni editarea suprafetelor concave pentru a modela castroanelor, canilor, ulcioarelor si vaselor [72].

Figura 48: Software-ul 3DSOM Pro 2.1 [72].

Software-ul BMP2OBJ

Acest soft convertește o imagine în format BMP într-o plasă de triunghiuri 3D (mesh). Acest mesh poate fi exportat mai apoi în fisiere de tip RAW XYZRGB, XYZ, OBJ și STL (Ascii).

Figura 49: Realizarea plasei de triunghiuri 3D in software-ul BMP2OBJ [73].

Soluții software pentru procesarea scanărilor 3D

Software-ul VXelements

VXelements proceseaza datele primite direct de la scanerul VIUScan care este parte integranta din laboratorul de masurari a departamentului nostru si cu care sau realizat majoritatea scanarilor care s-au intreprins. Acest scanner este portabil, manipulabil manual, color care poate pune la dispoziție rezultate extrem de precise.

Are posibilitatea de a capta fiecare detaliu oferind înalta rezoluție și precizie atât geometrică cât și din punct de vedere al texturii, pentru o reprezentare exactă a obiectului scanat. Textura și geometria obiectelor sunt automat preluate pe baza unui unic sistem de referință și sunt aliniate cu o precizie de 100%, eliminând pasul de aliniere a acestora care apare în mod uzual după procedura de scanare. Mulțumită sistemului de iluminare încorporat, scanerul preia culorile sRGB, indiferent de condițiile de iluminare ambientale. Nu sunt necesare dipozitive de poziționare sau urmărire externe. Sistemul inovativ care utilizează tinte de poziționare permite operatorului să deplaseze obiectul în ce mod dorește. Scanerul poate fi folosit practic în orice loc și în orice condiții, deoarece nu necesită un sistem de referință extern, este ușor și poate fi folosit prin manipulare manuală. Încape într-o carcasă de dimensiunile unei serviete, ușor de transportat în cazul lucrului pe site sau de la o locație la alta.

Figura 50: Scanând la Muzeul National de Istorie al Transilvaniei din Cluj-Napoca

Figura 51: Caracteristicile Scanerului VIUscan [74].

Figura 52: Scanarea unui fragment de vas utilizând scanerul portabil VIUScan.

Software-ul Polygonia

Polygonia este un soft ușor de utilizat care cu ajutorul scanerul Kreon Zephyr se obține o scanare fără contact a suprafețelor. Oferă posibilitatea filtrării norilor de puncte obținuți, umplerii golurilor, crearea modelelor 3D poligonale exportabile in format STL și altele. Softul permite operatorului posibilitatea de a defini cu exactitate toți parametrii de scanare [75].

Figura 53: Nori de puncte și mesh [75].

Figura 54: Braț Romer Stinger II.

Figura 55: Realizarea scanararii chiupului utilizând brațul Romer Stinger II.

Software-ul MATLAB

MATLAB este un mediu de dezvoltare pentru calcul numeric și analiză statistică ce conține limbajul de programare cu același nume, creat de MathWorks. MATLAB permite manipularea matricilor, vizualizarea funcțiilor, implementarea algoritmilor, crearea de interfețe și poate interacționa cu alte aplicații. Chiar dacă e specializat în calcul numeric, există pachete care îi permit să interacționeze cu motoarele de calcul simbolic gen Maple. Un pachet adițional, Simulink, oferă posibilitatea de a realiza simulări ale sistemelor dinamice utilizând modele matematice. MATLAB e utilizat pe larg in industrie, în universitați și e disponibil cross-platform, sub diverse sisteme de operare: Windows, Linux, UNIX și Mac OS [76].

Figura 56: Logo Soft MATLAB [77].

Soluții software pentru procesarea CAD

Software-ul CATIA

Digitizarea și proiectarea vaselor ceramice care alcătuiesc biblioteca digitizată a acestui proiect a fost realizată cu softul Catia V5. CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) este o suită software comercială multiplatformă CAD/CAM/CAE dezvoltată de compania franceză Dassault Systemes și comercializată în întrega lume de IBM. Scrisă în limbajul de programare C++, CATIA este temelia suitei software a Dassault Systemes.

Figura 57: Logo soft CATIA [78].

Softul Blender

Blender este un program software de grafică 3D gratuit. El poate fi folosit pentru crearea modelelor 3D, la texturare, la animația modelelor, la randare și crearea aplicațiilor interactive 3D. Cu ajutorul acestui soft și utilizând metoda fotogrametriei se pot realizat modele 3D cu o precizie ridicată ale vaselor ceramice, precum se poate observa în Figura 58.

Figura 58: Utilizarea metodei fotogrametriei in softul Blender

pentru realizarea unui vas ceramic [79].

Soluții software specializate pentru reconstituirea vaselor ceramice

Software-ul Qp

Acest soft poate fi utilizat pentru modelarea vaselor 3D cu sau fără mânere pe bază de imagini de profil. Qp este un instrument de care pot beneficia persoanele care nu au cunostințe speciale de modelare 3D. Este o platformă simplistă care poate modela vase 3D.

Programul conține un algoritm de simplificare Douglas-Peucker, o curbă de implementare Hermite Cubic Spline (controlată printr-un GUI) și un algoritm de triangulație personalizat.

Qp poate fi utilizat pentru generarea automată a unei baze de date cu vase 3D, cu metadate compatibile cu standardul MPEG-7, care poate fi folosit ca o bază de date de referință pentru dezvoltarea de descriptori pe bază de conținut.

Figura 59: Reconstituirea unui vas dupa profil în softul Qp [80].

Software-ul Shape-from-Silhouette 3D Scanner

Software-ul include un algoritm de implementarea de bază de tipul formă-prin-siluetă și generează nori 3D de puncte colorate și rețele triunghiulare, folosind un set de imagini care descriu obiectul din diferite unghiuri.

Figura 60: Software-ul Shape-from-Silhouette 3D Scanner [69].

Software-ul Voxelize

Acest software poate fi folosit pentru a transforma o rețea triunghiulară (VRML 1.0, Wavefront OBJ și 3D Studio) într-un nor volumetric colorat (voxeli). Fiecare voxel este descris ca fiind un vector cu valori întregi care indică coordonatele spațiale discrete și componentele spațiale ale culorii RGB. Voxelizarea se bazează pe tehnica clasică de intersectare a planelor. Software-ul utilizează biblioteca GLScene. Obiectul voxelizat poate fi exportat sub formă de fișier RAW sau VRML 2.0.

Figura 61: Software-ul Voxelize.

Concluzii

Ținând cont de numeroasele proiecte care se desfășoară în acest domeniu al arheologiei digitale se poate observa necesitatea pe piață a unei astfel de lucrări. Datorită acestui proces, vasele ceramice fragmentate pot fi reconstituite virtual și prezentate publicului larg.

Această lucrare ține pasul cu tendințele de utilizare a procesului de reverse engineering, modelare și vizualizare 3D, precum și cu evoluția echipamentelor în acest domeniu, necesare în ceea ce privește reconstituirea digitală a vaselor ceramice.

Abordările privind reconstituirea 3D a vaselor ceramice sunt variate, una pornind de la fotogrametrie, alta de la scanarea laser 3D, iar alta realizează generarea profilului.

Totodată colaborarea dintre domeniile de inginerie și arheologie este inevitabil una utilă, deoarece necesitatea cunoștințelor privind metadatele vaselor ceramice, reprezintă un punct important de la care pornește prelucrarea și reconstituirea digitală. Colaborarea dintre aceste două domenii aduce un plus de cunoaștere, în ceea ce privește cercetarea și fructificarea acesteia.

Digitizarea are ca scop protejarea integrității obiectelor de patrimoniu și în același timp asigurarea calității în ceea ce privește reconstituirile 3D.

Modelarea vine în ajutorul digitizării cu scopul de a da formă și aspect norului de puncte obținut pentru realizarea trecerii spre modulul de vizualizare 3D.

Reconstituirea artefactelor istorice, în scopul vizualizării 3D a adus un plus de cunoaștere atât în cadrul instituțiilor de profil cât și în învățământ, unde acestea sunt utilizate ca și material didactic pentru studiul interactiv cu elevii și studenții diferitelor culturi ale lumii.

Pe de alta parte, artefactele istorice reconstituite adunate în baze de date, reprezentă un punct de plecare în identificarea artefactelor descoperite în timpul săpăturilor arheologice ulterior reconstituirilor, pentru determinarea formei acestora. Aceste date pot fi utilizate în scopul depozitării, clasificării și reconstituirii într-un mediu virtual.

Plecând de la faptul că aceste reconstituiri au fost realizate virtual, informațiile oferite de acestea, împreună cu cele oferite din bazele de date, ajută reconstituirea manuală pentru efectuarea modelării cât mai fidelă și rapidă ale artefactelor.

Articole științifice proprii

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 3rd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, Cluj-Napoca, Romania, 1-5 iulie 2014

Călin Neamțu, Ionuț Badiu, Paul Pupeză, Rareș Ghinea, “Using Catia v5 for developing a parametric database for pottery”, 2nd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, pp: 509-512, ISSN: 1582-2559, Cluj-Napoca, România, 22-24 noiembrie 2012

Radu Comes, Zsolt Buna, Ionuț Badiu, “Creation and preservation of digital cultural heritage”, Journal of Ancient History and Archaeology, Vol. 1, No. 2, 2014, ISSN-2360-266X, pp: 50-56;

Zsolt Buna, Radu Comes, Ionuț Badiu, “Parameterised database creation for contruction elements of monuments”, Vol. 1, No. 2, 2014, ISSN-2360-266X, pp: 92-98;

Zsolt Buna, Daniela Popescu, Radu Comes, Ionuț Badiu, Răzvan Mateescu, “Engineering CAD tools in digital archaeology”, 1st International Workshop on Virtual Archaeology Museum & Cultural Tourism, 15-28 septembrie 2013, Delfi, Grecia;

Radu Comes, Călin Neamțu, Zsolt Buna, Ionuț Badiu, Paul Pupeză, “Digitized and optimized artefacts and the management of interactive 3D content on mobile devices ”, 1st International Workshop on Virtual Archaeology Museum & Cultural Tourism, 15-28 septembrie 2013, Delfi, Grecia;

Zsolt Buna, Daniela Popescu, Florin Popișter, Ionuț Badiu, “Reverse engineering methods for vintage car components re-creation”, International Conference on Production Research – Regional Conference Africa, Europe and the Middle East 3rd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, Cluj-Napoca, Romania, 1-5 iulie 2014;

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 3rd International Conference on Quality and Innovation in Engineering and Management, Cluj-Napoca, Romania, 1-5 iulie 2014.

Bibliografie

1. Anuntul in presa locala despre lansarea bibliotecii digitale.; Available from: http://www.evz.ro/ue-a-lansat-biblioteca-digitala-829207.html.

2. Descrierea proiectului Europeana.eu. Available from: http://ro.wikipedia.org/wiki/Europeana.

3. Descriere Europeana. Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Europeana.

4. Digital Agenda for Europe.

5. Interfața site-ului Europeana, căutarea tuturor modelelor 3D. Available from: http://www.europeana.eu/portal/search.html?query=3D&rows=12&start=73&qf=TYPE%3A3D.

6. Vîlceanu, D.i.C.B., Aplicații practice în fotogrammetria digitală. 2013.

7. RALUCA, C.d.M., TOPOGRAFIE GENERALĂ. 2010.

8. Pavlidis, G., et al., Methods for 3D digitization of Cultural Heritage. Journal of Cultural Heritage, 2007. 8(1): p. 93-98.

9. Koutsoudis, A., F. Arnaoutoglou, and C. Chamzas, On 3D reconstruction of the old city of Xanthi. A minimum budget approach to virtual touring based on photogrammetry. Journal of Cultural Heritage, 2007. 8(1): p. 26-31.

10. Barazzetti, L., et al., Photogrammetric survey of complex geometries with low-cost software: Application to the ‘G1′ temple in Myson, Vietnam. Journal of Cultural Heritage, 2011. 12(3): p. 253-262.

11. Kern, F., Supplementing laserscanner geometric data with photogrammetric images for modeling. Institute for Geodesy and Photogrammetry, 2001.

12. Rapidform.com. Ilustrarea metodei triangulatiei. Available from: http://www.rapidform.com/3d-scanners/.

13. Ilustrarea metodei triangulației utilizând lumina structurală. Available from: http://www.rapidform.com/3d-scanners/.

14. Ilustrarea metodei de scanare bazate pe impulsuri laser. Available from: http://www.rapidform.com/3d-scanners/.

15. Ilustrarea metodei de scanare bazată pe defazaj Available from: http://www.rapidform.com/3d-scanners/.

16. Geodis. Scanarea laser. Available from: http://servicii.geodis.ro/servicii/scanarea-laser.

17. Várady, T., R. R. Martin and J. Cox Reverse engineering of geometric models—an introduction. Computer-Aided Design 1997. 29(4): p. 255-268.

18. The Virtual Amarna Project. Available from: http://archaeologydataservice.ac.uk/archives/view/amarna_leap_2011/downloads.cfm?obj=yes&obj_id=12785&.

19. Detalii artefact 3D pe site-ul Europeana. Available from: http://www.europeana.eu/portal/record/2020708/uid_iid_2488837_DR_12785_pdf_1.html?start=1&query=red+bottle&startPage=1&qf=TYPE%3A3D&rows=24.

20. Vizualizare model 3D in format PDF 3D. Available from: http://archaeologydataservice.ac.uk/archiveDS/archiveDownload?t=arch-1077-1/dissemination/pdf/12785/12785.pdf.

21. Pdf Metadata Red bottle.

22. Programul ACLS Digital Innovation Fellowship”. Available from: http://www.acls.org/research/digital.aspx?id=798&linkidentifier=id&itemid=798.

23. Springer. International Journal of Historical Archaeology. Available from: http://link.springer.com/journal/10761.

24. Springer. Archaeologies. Available from: http://link.springer.com/journal/11759.

25. Springer. Journal of Archaeological Research. Available from: http://link.springer.com/journal/10814.

26. Architecture and Architectural Sculpture in 3D. Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/evidence.html.

27. Fragment de vas 3D. Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/object_view.php?inv=MR249.

28. Echipamentul 3D folosit in cadrul proiectului Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/methods.html.

29. Obiect 3D. Available from: http://sites.museum.upenn.edu/monrepos/evidence/object_view.php?inv=MR1977.

30. Scanarul laser 3D Konica Minolta VIVID 9i/910. Available from: http://www.3dscanco.com/products/3d-scanners/3d-laser-scanners/konica-minolta/.

31. Proiectul Amarna – How we did it. Available from: http://amarna.cast.uark.edu/howwedidit.html.

32. Modele 3D realizate in cadrul proiectului Amarna.

33. Project 3D-COFORM description. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/Institut/Abteilungen/Interaktive-Engineering-Technologien/Projekte/3D-COFORM.

34. Welcome to 3D-COFORM. Available from: http://www.3d-coform.eu/.

35. Proiectul 3D-COFORM – RESHAPING HISTORY.

36. Platforma 2020 HORIZONT – Proiectul 3D Measurement and Virtual Reconstruction of Ancient Lost Worlds of Europe (3D-MURALE). Available from: http://www.2020-horizon.com/3D-MURALE-3D-Measurement-and-Virtual-Reconstruction-of-Ancient-Lost-Worlds-of-Europe(3D-MURALE)-s50645.html.

37. Proiectul 3D-Murale. Available from: http://dea.brunel.ac.uk/project/murale/murale.html.

38. Proiectul 3D-Murale Concept.

39. Proiectul 3D-Murale – Reconstruction of Pottery. Available from: http://dea.brunel.ac.uk/project/murale/pottery.htm.

40. Proiectul CultLab3D. Available from: http://www.cultlab3d.de/.

41. Proiectul Cultlab3D – Motivații.

42. Proiect CultLab3D Structură. Available from: http://www.cultlab3d.de/scenarios.html.

43. IGD, F., Descrierea proiectului CultLab3D.

44. Ilustrarea robotului autonom de scanare Available from: http://www.cultlab3d.de/scenarios/robot.html.

45. Ilustrarea dispozitiv de scanare de la înălțime Available from: http://www.cultlab3d.de/scenarios/airborne.html.

46. Scanarea și reconstituirea sculpturii “Apollo Belvedere”. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/sites/default/files/PI_2014_15_Fraunhofer%20technology%20thrills%20Frankfurt%20museum.pdf.

47. 3D-scan of the sculpture of „Apollo Belvedere“. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/Institut/Abteilungen/Digitalisierung-von-Kulturerbe/AktuellesNews/Fraunhofer-technology-thrills-Fran.

48. 3D scanning facility of Fraunhofer IGD in use in a museum for the first time. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/Institut/Abteilungen/Digitalisierung-von-Kulturerbe/AktuellesNews/3D-scanning-facility-Fraunhofer-IG.

49. Descrierea proiectului 4D-CH-World. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/Institut/Abteilungen/Digitalisierung-von-Kulturerbe/Projekte/4D-Ch-World.

50. Prezentarea proiectului 4D-CH-World. Available from: http://www.4d-ch-world.eu/?page_id=13.

51. Ilustrarea reconstituirii circului Ausonius. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/node/3261.

52. Reconstituirea circului Ausonius.

53. The virtual City.

54. Anastasios Doulamisb, M.I., Nikolaos Doulamisa, Andreas Hadjiprocopisa,Dieter Fritschc, Olivier Baletd, Martine Juliend, Eftychios Protopapadakisb, Kostas Makantasisb, Guenther Weinlingere, Paul S.Johnsonse, Michael Kleine, Dieter Fellnerf, Andre Storkf and Pedro Santos, 4D Reconstruction of the Past. First International Conference on Remote Sensing and Geoinformation of the Environment, 2013. 8795(87950J).

55. Project ITN-DCH description Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/Institut/Abteilungen/Digitalisierung-von-Kulturerbe/Projekte/ITN-DCH.

56. Proiectul ITN-DCH Available from: http://www.itn-dch.eu/index.php/about-us/.

57. Proiectul C-Space. Available from: https://www.igd.fraunhofer.de/en/Institut/Abteilungen/Digitalisierung-von-Kulturerbe/Projekte/C-Space.

58. Augmented Reality pe smartphone Available from: http://www.c-spaceproject.eu/index.html.

59. Proiect Cisa3 – Welcome Art, Science and Cultural Heritage. Available from: http://cisa3.calit2.net/cisa3/.

60. Proiect CISA3 – Welcome.

61. Proiectul CISA3 – Digital Pottery Informatics. Available from: http://cisa3.calit2.net/arch/research/dpi.php.

62. Proiectul Clepsydra – Infrastructura de digitizare

63. Procesul de scanare din cadrul proiectului Clepsydra. Available from: http://clepsydra.ceti.gr/index.php?lang=en.

64. Koutsoudis, A., et al., Qp: A tool for generating 3D models of ancient Greek pottery. Journal of Cultural Heritage, 2009. 10(2): p. 281-295.

65. Koutsoudis, A., et al., 3D Pottery content-based retrieval based on pose normalisation and segmentation. Journal of Cultural Heritage, 2010. 11(3): p. 329-338.

66. Koutsoudis, A. and C. Chamzas, 3D pottery shape matching using depth map images. Journal of Cultural Heritage, 2011. 12(2): p. 128-133.

67. Goel, S.a.P.S., Computer Vision Aided Pottery Classification and Reconstruction. In proceeding of: INDO US Science and Technology Forum on Digital Archaeology, 2005.

68. Neil G. Smith, A.K., Tejaswini Narayanan, Eric S. Olson, Uzy Smilansky, Thomas E. Levy, The Pottery Informatics Query Database: A New Method for Mathematic and Quantitative Analyses of Large Regional Ceramic Datasets. Journal of Archaeological Method and Theory, 2012. 21(1): p. 212-250.

69. Softul Shape-from-Silhouette 3D Scanner Available from: http://www.ipet.gr/~akoutsou/sourcez.php.

70. Softul 123D Catch – Ghid de utilizare. Available from: http://www.123dapp.com/howto/catch.

71. Youtube – 123D Catch – Navigating your model.

72. Softul 3DSOM Pro 2.1. Available from: http://egyfullsoftware.blogspot.ro/2011/11/3dsom-v32.html.

73. Softul BMP2OBJ. Available from: http://www.ipet.gr/~akoutsou/sourcez.php.

74. Caracteristici scaner VIUScan.

75. Softul Polygonia. Available from: http://www.baces3d.com/en_polygonia.html.

76. Softul MATLAB.

77. Logo soft MATLAB. Available from: http://ipco-co.com/Workshop-COSIP.html.

78. Logo soft CATIA Available from: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:CATIA_logo.svg.

79. Youtube. Blender: how to make pottery (skimming through review). Available from: https://www.youtube.com/watch?v=Yq8wMHxuSZA&list=UUg9k39uG4Eu-B-7zQfkzTLw.

80. Reconstituirea unui vas dupa profil în softul Qp.