Introducción

La pregunta que surge al comienzo de la investigación es la razón del poco acceso que tiene la sociedad a los objetos tradicionales de las Islas Canarias. Un acceso limitado únicamente a la visita a ferias o actos que muchas veces, y por diferentes cuestiones, no podemos visitar, eliminando con ello la posibilidad de disfrutar y conocer una serie de piezas con un enorme valor patrimonial.

Unos objetos que son una herencia directa de la antigua sociedad canaria, que partían de la necesidad, unos objetos que nos cuenta como éramos, como vivíamos, de que nos alimentábamos, unos objetos que nos muestran la enorme capacidad que tenían las loceras, desde el desconocimiento y la pobreza más absoluta, para desarrollar útiles con una enorme riqueza formal y estética, que la mayoría de veces pasan y siguen pasando desapercibidas ante nuestros ojos.
La manera de hacer llegar esta riqueza a la sociedad ha sido el buscar otras formas de conservación y exposición, ya que si no proponemos nuevas maneras de hacer se seguirá perdiendo en el camino todo lo que hablábamos anteriormente, estas razones han sido las que han motivado a la realización de la investigación donde los resultados muestran otra manera de hacer las cosas y favorecer el acceso de los objetos canarios a la sociedad, ofreciendo con ello nuevas posibilidades de aplicación para usuarios e investigadores.

La conservación digital, junto a la divulgación de los objetos, ha sido el principal objetivo del estudio cambiando con ello las formas de hacer llegar la información al usuario. Para ello se realizó un análisis del uso actual de las nuevas tecnologías y aplicaciones utilizadas dentro del campo de la ingeniería y la comunicación, siendo la tecnología 3D nuestra principal área de estudio.

La investigación en este campo nos ha llevado al encuentro de nuevas opciones, de nuevos caminos, a la hora de mostrar, e incluso, reproducir los objetos. La posibilidad de interactuar con la pieza en tiempo real ha sido una parte importante del trabajo buscando con ello introducir los objetos en un nuevo contexto, en un nuevo lugar.

La utilización de herramientas de bajo coste también ha sido una constante durante el estudio, ya que, pueden dar un impulso a la integración del proceso aquí descrito en departamentos de investigación o en un contexto docente, permitiendo el acceso a modelos e imágenes tridimensionales de los objetos que de otra manera no sería posible.

Los resultados obtenidos conforman una nueva manera de acceder a la loza canaria y la posibilidad de su conservación y divulgación digital siendo posible visualizar el objeto en 3D desde casa. El trabajo ofrece técnicas para poder disfrutar del gran valor patrimonial de la loza canaria a través de la tecnología informática, y de todo lo que ha rodeado su fabricación. Ponemos en valor la importancia de la recuperación, representación y tratamiento digital para mostrar el conocimiento en áreas como humanidades digitales y ser de utilidad a docentes e investigadores.

El caso de estudio: la loza tradicional canaria en escena

Al final del siglo XIX y principios del XX existían en Canarias, concretamente entre la isla de Tenerife y la isla de Gran Canaria, casi 400 familias dedicadas a la elaboración de loza canaria, principalmente objetos para el uso doméstico con una enorme riqueza funcional, formal y estética. Durante el siglo XX se fueron perdiendo un poco de vista por la inclusión de otros muchos objetos, y otras técnicas de elaboración, procedentes del exterior.

A principio de los años 70 el interés se volvió a recuperar encabezado, principalmente, por el investigador Luis Diego Cuscoy. Su trabajo ha sido clave para poder obtener hoy una imagen científica y divulgadora del aborigen canario. Todo ello dio paso a la denominada nueva cerámica canaria donde el alfar de la Atalaya de Santa Brígida ha sido esencial, en lo que respecta a la isla de Gran Canaria a que la cerámica canaria volviese a ver un poco la luz.

– La vieja alfarera murió sin dejar herederos, las obras salidas de sus manos son hoy piezas de museo – (D. Cuscoy, 1971:176-177).

No es objeto del presente texto contar toda la historia de la loza, que la hay y es muy larga, sino contextualizar la importancia y las consecuencias del estudio aquí descrito, la posibilidad de ver los cacharros canarios desde otra perspectiva le da nuevas posibilidades para quien desee conocer más acerca de estos objetos, dándole otra nueva dimensión apoyados en las nuevas tecnologías. Una nueva relación entre el pasado y el presente, ofreciéndonos nuevas posibilidades y otra manera de mostrar los objetos en el futuro, y además, una oportunidad para la su conservación digital de nuestro patrimonio.

Image Based Modelling (IBM), técnica de escaneado 3D de los objetos

La visión tridimensional por ordenador incorpora un realismo sin precedente en la forma de visualizar e interactuar con ambientes gráficos, y acerca la realidad a lo digital y viceversa. En nuestro trabajo usamos un proceso para modelar objetos 3D desde fotografías, denominado Image Based Modeling (IBM), que consiste en convertir una fotografía a 3D mediante el uso de técnicas fotogramétricas, realizando unas complejas operaciones matemáticas que permiten determinar la geometría tridimensional de los objetos.

Esto se consigue mediante la combinación de imágenes individuales de diferentes puntos de vista, a través de un procedimiento que se conoce como paralaje. En particular la técnica IBM se basa en los principios de Structure from motion (SfM), que obtiene la estructura tridimensional de un objeto analizando la información o señales del movimiento a través de una variable temporal.

Esta técnica supone toda una revolución frente a la tradicional fotogrametría clásica que utiliza métodos matemáticos aún más complejos y un procesamiento de datos que, si bien procede de fotografías, lo hace bajo costosas tomas fotográficas referenciadas y con condiciones de difícil aplicación práctica.

La técnica de IBM permite generar un modelo basado en mallas que representa el objeto fotografiado. La malla es una superficie, normalmente de triángulos, que tiene fácil representación y visualización por ordenador.

Los principios generales de un sistema de este tipo son el aprovechamiento de las ubicaciones y correspondencias en las características de la imagen (puntos, líneas, esquinas, u otras características de alto nivel) en varias imágenes e inferir las localizaciones espaciales en 3D y las posiciones de la cámara.

Para los modelados que se realizan en el proyecto se ha utilizado Autodesk 123D Catch®, un software libre que pone al alcance del usuario, de una forma sencilla, la posibilidad de realizar modelos 3D de cierta complejidad de modelado. (http://www.123dapp.com/catch)

A ser el software libre y gratuito, no es necesario disponer de una licencia. Además, como el procesamiento se realiza en la nube, exime al usuario de contar con una máquina con gran capacidad de cálculo. Salvo que se manejen imágenes de gran tamaño, los datos a transferir no suponen horas de espera delante del ordenador.

Durante una semana de trabajo, en mayo de 2014, se escanearon varios objetos que fueron seleccionados por su tamaño y sencillez en sus formas buscando con ello mostrar de una manera clara la morfología del objeto y sus diferentes matices estéticos. Durante el proceso de escaneado destacar la importancia de la luz, habiendo realizado pruebas con iluminación natural y artificial. Los mejores resultados se obtuvieron con luz natural, y no menos importante, evitando las sombras, añadir que, en el estudio, las fotografías fueron tomadas entre las 18:30 y 19:30 horas obteniendo unos resultados óptimos.

El ciclo de trabajo, etapas y consideraciones previas.

Se trata de una técnica muy simple que puede ser reproducida sin muchas complicaciones ni conocimientos especializados de ningún tipo.

Las etapas del estudio.
El estudio realizado y sus resultado lo hemos dividido en tres etapas, la de digitalizado, visualización y la realización de una serie de pruebas de dimensión y escalado del modelo 3D.
Figura1

Consideraciones previas del escaneado del objeto.
La correcta realización de las fotografías es esencial ya que nos garantiza unos resultado óptimo, las consideraciones aquí expuestas han sido resultado de las pruebas realizadas y de suma importancia para el éxito del estudio, a continuación se enumeran los más importantes con el objetivo de que cualquier usuario o investigador pueda hacer uso de ellos, son las siguientes:

1. Buscar una buena localización para el objeto, es importante su localización y altura ya que nos va a permitir una mayor comodidad a la hora de realizar las fotografías.
2. La localización y la altura nos debe permitir sacar fotografías alrededor del objeto, teniendo en cuenta que debemos completar los 360 grados.
3. Alrededor del objeto no debe haber nada que nos estorbe en el momento de sacar las fotografías, ya que se recomienda sacar las imágenes a la misma distancia, el objeto deber estar en el interior de un circulo imaginario y se debe realizar un recorrido diametral del objeto.
4. El objeto debe estar en un espacio donde no le de directamente la luz del sol, es importante también el horario, en nuestro caso han sido tomadas entre las 18:30 y 19:00 horas, sin el uso del flash.
5. Se recomienda comenzar en un punto determinado, debemos tener un punto de referencia para que el recorrido sea circular alrededor del objeto, tomando fotos a una distancia regular, entre 1 y 2 metros de distancia, hasta concluir los 360º.
6. Se debe realizar el recorrido en tres alturas, una primera tomando imágenes del alzado de la pieza (20 – 25 fotos), una segunda altura subiendo y girando la cámara hacia la parte alta del objeto (8-10 fotos), y una tercera altura en planta del objeto (1-3 fotos).
7. El procedimiento se debe realizar hasta disponer de la cantidad de fotografías suficientes que cubran todos los detalles y ángulos de visión posibles del objeto a digitalizar.
8. Se debe tener en cuenta que el proceso de digitalización 3D se realiza en los servidores de Autodesk, lo cual implica estar conectado a internet para subir las imágenes.

El ciclo de trabajo en fases.
A continuación se describe el ciclo de trabajo de forma que pueda ser adoptado por cualquier investigador familiarizado con conceptos muy básicos de informática y fotografía a nivel de usuario:

1. Toma de fotografías del objeto
Este primer paso en sí mismo no encierra grandes complicaciones, únicamente se precisa que el objeto esté situado de forma que se pueda fotografiar a su alrededor y en todos los ángulos. Asimismo es importante contar con buena luz neutra sin que incida directamente sobre el objeto, para evitar que genere sombras, reflexiones, etc. Es importante cuidar que en las fotografías no aparezcan brillos o destellos producidos por la propia superficie del objeto. En el caso de la cerámica canaria, el material no supone ninguna dificultad teniendo en cuenta las características del material, ya que su superficie no es muy reflectante.

2. Procesamiento fotográfico y modelado 3D
Utilizamos Autodesk 123D Catch®, que permite realizar modelos 3D de cierta complejidad de modelado de forma semiautomática mediante la combinación de fotografías convencionales. Finalizado el proceso se obtiene el objeto modelado en tres dimensiones, que se visualiza en la interfaz del programa. Además, se pueden observar las posiciones de la toma de las fotografías y las imágenes utilizadas.

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Suele ser suficiente con una muestra de entre 18 y 40 fotografías dependiendo de la complejidad del objeto, que contemplen la figura desde varios ángulos, incluidas las vistas “desde arriba”, y “desde abajo”, como se ha enumerado en las condiciones previas, si procede, para poder completar el objeto en tres dimensiones. El promedio de tomas durante el estudio fue de 45 fotografías por objeto. Al final del proceso se obtiene un fichero con extensión nativa Autodesk.3dp (figura 2).

3. Comprobación de la malla y reparación de la base del objeto
Al finalizar el paso anterior se habrá obtenido una malla o superficie basada en triángulos que representa la geometría tridimensional del objeto. La formación de mallas de triángulos ha demostrado ser en este campo y en muchos otros de la ciencia y

la ingeniería la mejor estructura para representar digitalmente objetos en 3D. Cuando se obtiene el objeto modelado en Autodesk 123D Catch® es necesario comprobar minuciosamente la malla por si existieran imperfecciones que sea necesario modificar.

Una inspección minuciosa a la malla obtenida permite concluir que se trata de una superficie adecuada en relación al número de puntos y triángulos y las singularidades geométricas del objeto, lo que suele denominarse como adaptabilidad de la malla (Suárez et al., 2001). En las zonas con poca curvatura la malla tiene pocos puntos, mientras que en otras zonas del objeto se necesita mayor definición y por tanto se utilizan más puntos y triángulos.

La comprobación de la malla se ha realizado con el software de código abierto Blender® (Figura 3). Además, y muy importante, el objeto siempre tiene un punto de apoyo que no se puede fotografiar y se ha de corregir y añadir una base reconstruida. Para ello hemos utilizado el software Autodesk 123D Catch® en su versión online, y con ello minimizar el tiempo respecto a la obtención de los resultado del estudio (figura 4).

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Una de las tareas más delicadas ha sido la adición de la base y recorte de la malla, hay que añadir que, las fotografías recogen todo lo que se encuentra alrededor del objeto y esto hay que suprimirlo, limpiarlo. Posteriormente a la limpieza realizada se le ha añadido una base cerrando y mejorando su geometría, completando de esta manera la morfología del objeto (Figura 5).

4. La base del objeto: tratamiento de texturas con un editor de gráficos
De la fase anterior se obtiene un archivo en formato jpg con las texturas que definen, entre otras cosas, el perímetro de la base que se le ha añadido al objeto. Mediante un editor de gráficos se clona la textura, de tal manera que la parte reconstruida se asemeje lo más posible a la realidad.
En nuestro proyecto hemos utilizado Photoshop CS4®, pero se puede utilizar cualquier software alternativo. En esta etapa podemos mejorar la calidad de la textura, que incidirá positivamente en el realismo del modelo.
5. Edición de la escena, visualización final y publicación en la nube

El último paso del proceso es la publicación del objeto. Desde 2012 existen opciones para publicar estos formatos en la nube, como p3d, Sketchfab o Verold Studio. http://p3d.in https://sketchfab.com http://verold.com
Estas plataformas ofrecen alojamiento gratuito y posibilidades para compartir los modelos 3D, constituyendo una alternativa económica para investigadores e instituciones.

En nuestro proyecto hemos utilizado Sketchfab. https://sketchfab.com/models/a2aaef3b8f9946b99f3c95be91255412

La visualización 3D se ha desarrollado en los últimos años gracias a la tecnología WebGL, un estándar que permite visualizar gráficos en 3D en navegadores web multiplataforma. WebGL es promovido por un consorcio de tecnología sin ánimo de lucro denominado Khronos Group y permite mostrar gráficos en 3D acelerados por hardware (GPU) sin la necesidad de plug-ins, con el único requisito de que el navegador soporte OpenGL 2.0 u OpenGL ES 2.0. Técnicamente se trata de una API accesible mediante Javascript que permite usar la implementación nativa de OpenGL ES 2.0.

Sketchfab se encarga de ocultar y hacer trasparente al usuario la codificación de la malla del objeto al código WebGL que lo muestra en una pantalla del navegador, tanto en ordenadores personales como en dispositivos móviles (figura 6).

Existe una gran variedad de formatos de archivo que permiten representar objetos tridimensionales, pero no todos son abiertos o libres, o han sobrevivido a los constantes cambios y avances en software y los métodos asociados. OBJ es el formato de archivo de definición de geometría elaborado inicialmente por Wavefront Technologies y el usado en este trabajo. Es abierto y ha sido adoptado por otros proveedores de aplicaciones degráficos 3D, por lo que está aceptado universalmente.

OBJ representa sólo la geometría 3D: la coordenada espacial de cada vértice, las coordenadas u y v de los vértices de textura, las “normales” de cada vértices y las caras o polígonos (triángulos en nuestro caso) definidos como una lista de vértices, y vértices textura. Las letras u y v indican los ejes de la textura 2D porque x, y y z ya se utilizan para los ejes del objeto original 3D.

Por su parte, el formato MTL es un estándar definido también por Wavefront Technologies, y se trata de ficheros ASCII con las propiedades de reflexión de la luz de una superficie a los efectos de representación en la pantalla del ordenador, de acuerdo con el modelo de reflexión de Phong1.

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En este formato se especifica el archivo imagen raster que define la textura de la inscripción, que debe encontrarse en disco a la par que el fichero OBJ y el propio MTL. Suele ser un archivo jpg, que recoge de forma organizada todas las texturas, o extractos de las fotografías iniciales procesadas, que se almacenan en este fichero (figura 7).

Pruebas y test: comprobación del grado de precisión del modelo 3D
Una de las ventajas del image based modelling (IBM) es que es muy simple, económico y rápido. Pero además demostramos que es preciso en relación a las mallas superficiales obtenidas, ya que los modelos 3D resultantes representan con fidelidad las proporciones del objeto original, como hemos podido comprobar a partir del siguiente experimento:

1. Hemos realizado varias mediciones en el objeto, tomando distancias en x, y, z.

2. Posteriormente hemos realizado las mismas medidas en x, y, z, y sobre el correspondiente modelo 3D, usando como base de visualización y medida Autodesk 123D Catch®, Blender® y Cura Print Tool®

3. Hemos realizado la comparación entra las diferentes aplicaciones y analizado la dimensión del objeto en cada una de ellas para corroborar si el objeto carecía de dimensión.

En la figura 8 se muestra uno de los objetos escogidos para la realización de las pruebas, con indicación del elemento medido. Es importante añadir, después de las pruebas realizadas, que el objeto no es adimensional y su comprobación ha sido de suma importancia para los resultados y la continuación del estudio.

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La tabla 1 muestra las medidas originales obtenidas sobre el objeto original, así como las tomadas en Blender®, usando medida propia de pantalla, y las obtenidas Autodesk 123D Catch® y Cura Print Tool®. A pesar de que las unidades métricas no son las mismas, debido a la escala por defecto que adopta el software empleado, son útiles para calcular la proporción según los tres tipos de medidas.

La similitud de estas magnitudes, en comparación, nos indica que las medidas son similares y se encuentran dentro de una tolerancia admisible. Aunque no calculamos tolerancias específicas de las medidas, hemos asegurado que los cálculos de la proporción están en consonancia con la definición visual obtenida en el ordenador.

Dicho de otra forma, al comparar las medidas reales y las medidas obtenidas sobre el modelo mediante Autodesk 123D Catch®, Blender®, y Cura Print Tool® comprobamos que no hay diferencias sustanciales en el modelo tomado digitalmente.

Asimismo, adicionalmente a la similitud en medidas, nos está indicando preservación de la proporción, lo cual es relevante para concluir que las proporciones se preservan durante el proceso de modelado.

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Tabla 1. Comprobación de dimensión del objeto y análisis de medidas posterior al proceso de digitalizado tridimensional de la pieza.

Impresión 3D de un modelo: experiencia

El objeto del estudio era, como se comentó al principio del documento, la divulgación y conservación digital de la loza canaria; se ha querido ir más allá y se ha realizado la impresión 3D de un modelo ya digitalizado, con la intención de corroborar las pruebas y test que se han realizado.

Figura9

El archivo OBJ. lo hemos guardado con la extensión STL ( STereo Lithography ) que es un formato de archivo informático de diseño asistido por computadora (CAD) que define la geometría de los objetos 3D, excluyendo información como el color, texturas o propiedades físicas que sí incluyen otros formatos CAD.

Figura 10

El resultado es un objeto dimensional, con sus proporciones exactas al modelo digitalizado; no hay que olvidar que se ha obtenido este modelo partiendo de la toma de imágenes y de su posterior tratamiento, expuesto en este documento; se ha pasado de un modelo digital a un modelo real. Con el modelo impreso se ha querido dar por finalizado el estudio.

Conclusiones

La tecnología 3D está suponiendo toda una revolución, tanto económica como social. Ha supuesto dar un giro de 360 grados a la acostumbrada visión bidimensional de los objetos, de nuestro mundo, ya que nos permite una sensación de profundidad más cercana a la vida real.

El uso de la tecnología 3D en la conservación y divulgación digital del patrimonio es una realidad accesible al investigador mediante tecnologías de bajo coste como la que se ha aplicado en el estudio que hemos llevado a cabo y descrito en este documento.

Esto se consigue mediante la combinación de imágenes en 2D individuales tomadas de diferentes puntos de vista, que después de su procesamiento, nos permite determinar la geometría en el espacio del objeto, y no solo eso, ahora dicha tecnología nos permite, incluso, su reproducción, exposición virtual e incluso la posibilidad de interactuar con él en tiempo real.

Al comienzo del proyecto no se tenía ninguna referencia y como todo proceso de investigación se parte casi de cero con la incertidumbre de una posible solución, no se sabía por dónde empezar. Durante el camino se ha comprobado los grandes, enormes, avances tecnológicos que existen en la actualidad, y no menos importante, la facilidad respecto a su acceso y su uso.

La tecnología, en este caso, ha sido esencial para llegar a la solución, pero se debe añadir que si no existieran los objetos estudiados dicho avances hubieran sido inútiles, y el proceso aquí descrito no hubiera podido llevarse a cabo. La combinación entre tecnología, conservación y divulgación del patrimonio, entre presente y pasado, ha sido lo que ha marcado el éxito del proyecto y la obtención de una solución.

La solución descrita en este documento se acerca bastante a los objetivos planteados al principio del estudio, obteniendo unos resultados bastantes satisfactorios, cumpliendo con las expectativas del lugar a donde se quería llegar con esta investigación. Un proceso claro y sencillo de aplicar, no exigiendo tener unos grandes conocimientos técnicos, con un mínimo coste para quien desee utilizarlo, ofreciendo la posibilidad de visualizar el objeto desde cualquier sitio, utilizando el móvil, tableta u ordenador, en casa o en la calle.

La solución descrita en este documento se acerca bastante a los objetivos planteados al principio del estudio, obteniendo unos resultados bastantes satisfactorios, cumpliendo con las expectativas del lugar a donde se quería llegar con esta investigación. Un proceso claro y sencillo de aplicar, no exigiendo tener unos grandes conocimientos técnicos, con un mínimo coste para quien desee utilizarlo, ofreciendo la posibilidad de visualizar el objeto desde cualquier sitio, utilizando el móvil, tableta u ordenador, en casa o en la calle.

El estudio también muestra debilidades, el usuario debe cumplir con los requisitos enumerados para la correcta toma de imágenes, si no se cumplen, los resultados serán inferiores a los obtenidos, la visualización del objeto serán diferentes a los expuestos en este documento. Ha sido un trabajo donde se ha disfrutado del camino y aprendido mucho sobre los objetos de las islas, sobre nosotros y nuestro entorno.

El trabajo futuro planteado a partir de la investigación no es otro que seguir el hilo iniciado y seguir profundizando en diferentes aspectos en el proceso de digitalizado del objeto, además de una posible implantación del estudio como nuevas técnicas para los investigadores como una herramienta de estudio en distintas áreas de conocimiento dentro de un contexto patrimonial.

Créditos

Título del Trabajo: La Loza Tradicional Canaria: Conservación y divulgación digital mediante la tecnología
Autor: Juan Francisco Cabrera Rocha
Tutor: Jose Pablo Suárez Rivero