TECNOLOGIA

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O passado revelado pela ciberarqueologia

Ferramentas digitais são utilizadas no estudo de localidades antigas e na reconstituição do patrimônio histórico

DOMINGOS ZAPAROLLI | ED. 252 | FEVEREIRO 2017

 

Revista Pesquisa FAPESP
Podcast: Marcelo Zuffo
O uso intensivo de tecnologias digitais está proporcionando novas perspectivas para a investigação científica em arqueologia. Em novembro de 2016, o uso da técnica de escaneamento a laser permitiu a obtenção de um modelo tridimensional em alta resolução de um dos altos-fornos da Real Fábrica de Ferro São João de Ipanema, erguida em Iperó, interior paulista, a partir de 1810. A tecnologia também tem sido empregada como apoio à pesquisa sobre as atividades de povos primitivos em três sítios arqueológicos paulistas. Um polo de ciberarqueologia no Brasil, como é chamada a interação entre a computação e a arqueologia, é o Centro Interdisciplinar em Tecnologias Interativas (Citi), núcleo de apoio à pesquisa da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), coordenado pelo engenheiro Marcelo Zuffo. “A ciberarqueologia tem sido utilizada no mundo de forma crescente desde o começo deste século para reconstituir monumentos com o intuito de divulgação científica. Mas ainda são raras as aplicações da tecnologia digital de forma analítica, como apoio à investigação arqueológica”, explica o professor Astolfo Araújo, do Museu de Arqueologia e Etnologia (MAE) da USP.

O projeto é uma parceria entre o Citi e o MAE com o objetivo de estabelecer o uso de tecnologias digitais como ferramentas de apoio à investigação arqueológica em que também foi incorporado um terceiro parceiro, a Duke Immersive Virtual Environment (DiVE), na Universidade Duke, dos Estados Unidos, um dos principais centros tecnológicos de realidade virtual do mundo. Segundo Zuffo, a parceria permitiu à sua equipe entender as demandas dos arqueólogos e direcionar o uso das ferramentas de computação para esse fim.

A Fábrica de Ferro de Ipanema foi um dos primeiros locais onde foram utilizadas as técnicas de escaneamento digital. O antigo parque industrial já conta com um rico acervo iconográfico sobre a evolução de sua estrutura e dos processos produtivos em suas duas fases de operação. A primeira até 1895 e a segunda quando foi reativada durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1919). Esse material é estudado desde 2009 pelos pesquisadores de arqueometalurgia do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Poli-USP, sob a liderança do engenheiro Fernando Landgraf, que é também diretor-presidente do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). Landgraf conta que o escaneamento a laser trouxe informações inéditas sobre a estrutura interna do alto-forno e seu princípio de funcionamento. O forno é o reator no qual o minério de ferro é transformado em ferro metálico. A configuração da estrutura interna, denominada vazio interior, é um dos principais parâmetros da qualidade de operação do forno.

Ipanema conta com três altos-fornos, cada um com mais de 8 metros de altura (ver Pesquisa FAPESP nºs 173 e 202). Dois, o Norte e o Sul, fazem parte do projeto original da fábrica e foram escaneados em 2015 por pesquisadores da Universidade de Ferrara, da Itália. No ano passado, a equipe do Citi utilizou drones para escanear toda a área externa dos fornos e o interior do terceiro alto-forno, construído posteriormente e conhecido como forno de Mursa. “O escaneamento mostrou que o perfil do vazio interior dos altos-fornos Norte e Sul era alterado com frequência, sempre para aumentar a produtividade. O forno de Mursa, construído entre 1878 e 1885, nunca chegou a operar e praticamente não mudou”, diz Landgraf.

Para o engenheiro, a análise do material coletado demonstrou que os perfis dos altos-fornos da fábrica de Ipanema eram compatíveis com as melhores técnicas siderúrgicas utilizadas no mundo e que, no aspecto geral, o perfil do vazio interior dos altos-fornos continua a ser projetado da mesma forma até hoje. A pesquisa constatou que o conhecimento técnico dos engenheiros alemães e brasileiros que construíram e operaram a fábrica era muito maior que o imaginado inicialmente pelos pesquisadores. “A qualidade da produção era igual ou superior à europeia na mesma época”, diz Landgraf, embora a produção nunca tenha alcançado a meta inicial prevista de 600 toneladas por ano.

...e o resultado do modelo de escaneamento a laser feito por drone que mostra a estrutura interna do alto-forno

Resultado do modelo de escaneamento a laser feito por pesquisadores da Universidade de Ferrara que mostra a estrutura interna do alto-forno da Fábrica de Ferro de Ipanema

O Laboratório de Topografia e Geodésia, da Poli-USP, em conjunto com a equipe do Citi também escaneou outra construção histórica em 2016 com o apoio de drones, o Monumento Nacional Ruínas Engenho São Jorge dos Erasmos, construído em 1534 na divisa entre Santos e São Vicente, litoral de São Paulo. Nesse caso, a reconstituição em 3D da estrutura teve objetivo educativo: proporcionar aos interessados uma visita virtual ao engenho.

Lasers e alta definição
Os trabalhos na fábrica de Ipanema e no engenho dos Erasmos são desdobramentos de um projeto inscrito em 2014 no Programa FAPESP de Pesquisa em eScience, que busca integrar modelagem computacional, infraestrutura de dados e pesquisas em outras áreas do conhecimento. Para a pesquisa de campo em sítios arqueológicos, a equipe do Citi optou pelo uso combinado de três técnicas de escaneamento 3D de alta definição. A primeira é por meio do scanner Light Detection And Ranging (Lidar, em inglês), uma tecnologia óptica que usa varredura por laser para medir propriedades da luz refletida e obter informações a respeito de objetos distantes. A segunda são fotografias e vídeos de alta definição em 360°, e a última é a estereofotogrametria, um processo de reconstrução tridimensional por meio de imagens capturadas por uma câmera fotográfica ou filmagem. Na sequência, o computador realiza um processamento visual de diversas imagens e pontos de vista de um objeto de interesse. Por meio da localização de pontos em comum entre duas ou mais imagens, é possível estabelecer a posição espacial de cada ponto detectado pela triangulação.

“A combinação dessas técnicas permite a reconstituição digital em resolução submilimétrica do objeto estudado”, explica Marcelo Zuffo. Um importante resultado obtido é a possibilidade de detectar elementos imperceptíveis a olho nu. Outra vantagem é a redução do impacto da investigação. As metodologias convencionais de arqueologia, principalmente quando envolvem escavações, comprometem o ambiente estudado, por mais cuidadosos que sejam os pesquisadores. Uma análise prévia do local a partir da coleta de informações com os recursos digitais pode tornar o processo exploratório mais objetivo e consequentemente menos agressivo.

A tecnologia também pode ser uma ferramenta útil para a reconstituição espacial dos objetos retirados do sítio para a análise em laboratório. “É praticamente impossível estabelecer com base na memória e anotações a exata disposição original de inúmeros artefatos. O processamento computacional tem a capacidade de montar o quebra-cabeça e permitir novas interpretações do material coletado”, diz Araújo.

Reconstrução digital em 3D de parte do Abrigo Itapeva feita com imagens coletadas por drones

Reconstrução digital em 3D de parte do Abrigo Itapeva feita com imagens coletadas por drones

Espiral inédita
As pesquisas conjuntas do MAE e do Citi ocorrem, até aqui, em três sítios arqueológicos. No Abrigo de Itapeva e no Abrigo da Santa, ambos no município de Itapeva (SP), e no sítio Bastos, em Dourado (SP), onde foram localizados os vestígios da presença humana mais antiga de São Paulo, datada em 12.600 anos, em um trabalho científico recém-publicado (ver reportagem).

O Abrigo de Itapeva é um sítio descoberto em 1887 e escavado desde os anos 1970. Nele já foram identificadas pinturas rupestres com idade estimada em 4 mil anos, além de gravuras e artefatos com idade aproximada de 800 anos. Os arqueólogos estimam que as gravuras e os artefatos estejam relacionados com indígenas do grupo linguístico Jê e as pinturas a grupos anteriores de caçadores-coletores.

Em 2016, o processamento de dados capturados com os sensores digitais permitiu detectar uma inscrição na forma de espiral não perceptível a olho nu e até então não identificada no sítio de Itapeva. Em outubro, os pesquisadores foram a campo e confirmaram a descoberta.

A pesquisa no Abrigo de Itapeva se dá em um ambiente inóspito e de difícil acesso. Muitas das evidências de artes rupestres estão em um paredão com altura estimada entre 20 e 30 metros, em pontos, às vezes, inacessíveis. A equipe do Citi utilizou drones para capturar imagens de alta definição em 423 megapixels e vídeos em 4K (quatro vezes a definição atual de transmissão de TV digital). O sítio também foi escaneado com o sensor Lidar e estereofotogrametria em alta resolução.

Nos últimos dois anos, a equipe do Citi dedicou-se a desenvolver uma ferramenta virtual com aplicação de visualização imersiva e interativa, que permite ao usuário navegar e explorar as bases de dados digitais do Abrigo de Itapeva com o auxílio de óculos de realidade virtual, dando a sensação ao usuário de estar no local de exploração. A ferramenta foi denominada de Archeo VR e já se encontra em sua terceira versão, que inclui recursos de anotação e processamento local de imagens em 2D e 3D. Uma conexão de internet de 10 Gigabits (Gbps) entre os laboratórios de realidade virtual da USP e Duke foi estabelecida em dezembro de 2016 para dar suporte à ferramenta, que poderá ser acessada remotamente de forma interativa e colaborativa.

Gravuras feitas por povos antigos são realçadas por meio de tecnologia digital

Gravuras feitas por povos antigos são realçadas por meio de tecnologia digital

“É um instrumento colaborativo inédito que permitirá a especialistas e arqueólogos do mundo todo contribuir para a análise do sítio e descobertas arqueológicas”, afirma o cientista da computação Regis Kopper, brasileiro e diretor do DiVE na Universidade Duke. Araújo lembra também que a ferramenta poderá ser útil na sala de aula, permitindo aos alunos uma maior interação com o material estudado.

Preservação do tempo
O Abrigo de Itapeva encontra-se em uma escarpa, denominada de Cânion de Itanguá, onde se supõe existir outros sítios ainda não identificados. Em novembro, a equipe do Citi rastreou uma área aproximada de 4 km2 com o auxílio de um drone, utilizando a técnica de estereovideogrametria. Os dados coletados ainda estão sendo analisados.

A ciberarqueologia também pode ser utilizada na preservação, para gerações futuras, de informações sobre sítios arqueológicos que sofrem ameaças provenientes da exposição a intempéries climáticas ou da ação humana. Nas imediações do Abrigo de Itapeva está localizado o Abrigo da Santa, onde também foram detectadas gravuras rupestres. Porém, o local encontra-se degradado. Ainda em novembro de 2016, as equipes do Citi e MAE foram a campo para a aquisição de dados por meio de sensores de altíssima resolução e sensibilidade, no caso uma câmera de 43,4 megapixels com o objetivo de reconstituir digitalmente o ambiente e também preservá-lo.

“Existe a hipótese arqueológica de que a população ocupante do Abrigo da Santa tinha o mesmo componente cultural dos habitantes do Abrigo de Itapeva. Entre as possíveis respostas estão a proximidade geográfica e a similaridade das inscrições rupestres. Tentaremos comprovar essa hipótese a partir do processamento 3D dos dados adquiridos”, diz Marcelo Zuffo.

Projeto
Ciberarqueologia – Realidade virtual e eScience ao encontro da arqueologia (nº 14/08418-7); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Programa eScience; Pesquisador responsável Marcelo Zuffo (USP); Investimento R$ 93.920,12.


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