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Realidad virtual

El pasado que la ciberarqueología revela

Científicos emplean herramientas digitales en el estudio de sitios antiguos y en la reconstitución del patrimonio histórico

Eduardo Cesar La fábrica de hierro de Ipanema…Eduardo Cesar

El uso intensivo de tecnologías digitales está aportando nuevas perspectivas a la investigación científica en arqueología. En noviembre de 2016, el empleo de la técnica de escaneo con láser hizo posible la obtención de un modelo tridimensional en alta resolución de uno de los altos hornos de la Real Fábrica de Hierro São João de Ipanema, construida en la localidad de Iperó –en el interior del estado de São Paulo– a partir de 1810. Esta tecnología también ha venido siendo empleada para servir de apoyo a la investigación inherente a las actividades de los pueblos primitivos en tres sitios arqueológicos paulistas. Un polo de ciberarqueología, tal como se denomina a la interacción entre la computación y la arqueología, lo constituye en Brasil el Centro Interdisciplinario en Tecnologías Interactivas (Citi), un núcleo de apoyo a la investigación de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), coordinado por el ingeniero Marcelo Zuffo. “La ciberarqueología ha venido empleándose en el mundo en forma creciente desde el comienzo de este siglo para reconstituir monumentos con objetivos de divulgación científica. Pero aún son raras las aplicaciones de esta tecnología digital en forma analítica, como apoyo a la investigación arqueológica”, explica el profesor Astolfo Araújo, del Museo de Arqueología y Etnología (MAE) de la USP.

Este proyecto constituye una colaboración entre el Citi y el MAE con el objetivo de implementar el uso de tecnologías digitales como herramientas de apoyo a la investigación arqueológica, en cuyo marco también se incorporó un tercer socio: la Duke Immersive Virtual Environment (DiVE), de la Universidad Duke, de Estados Unidos, que es uno de los principales centros tecnológicos de realidad virtual del mundo. Según Zuffo, esta colaboración le permitió a su equipo entender las demandas de los arqueólogos y orientar el uso de las herramientas de computación hacia ese fin.

La Fábrica de Hierro de Ipanema fue uno de los primeros sitios en donde se utilizaron las técnicas de escaneo digital. Ese antiguo parque industrial cuenta con un rico archivo iconográfico sobre la evolución de su estructura y la de los procesos productivos en sus dos etapas de operación. La primera hasta 1895 y la segunda, cuando se la reactivó durante la Primera Guerra Mundial (1914-1919). Este material es estudiado desde 2009 por los investigadores de arqueometalurgia del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales de la Poli-USP, bajo el liderazgo del ingeniero Fernando Landgraf, quien es también presidente del directorio del Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT). Landgraf comenta que el escaneo láser aportó información inédita sobre la estructura interna del alto horno y su principio de funcionamiento. El alto horno es el reactor donde se transforma el mineral de hierro en hierro metálico. La configuración de su estructura interna, denominada vacío interior, es uno de los principales parámetros de la calidad operativa del horno.

Ipanema cuenta con tres altos hornos, y cada uno mide más de 8 metros de altura (lea en Pesquisa FAPESP, ediciones nº 173 y 202). Dos de ellos, el Norte y el Sur, forman parte del proyecto original de la fábrica y fueron escaneados en 2015 por investigadores de la Universidad de Ferrara, en Italia. El año pasado, el equipo del Citi utilizó drones para escanear toda el área externa de los hornos y el interior del tercer alto horno, construido posteriormente y conocido como horno de Mursa. “El escaneo mostró que el perfil del vacío interior de los altos hornos Norte y Sur se alteraba a menudo, siempre para aumentar la productividad. El horno de Mursa, construido entre 1878 y 1885, nunca llegó a operar y prácticamente no cambió”, dice Landgraf.

Para el ingeniero, el análisis del material recolectado demostró que los perfiles de los altos hornos de la fábrica de Ipanema eran compatibles con las mejores técnicas siderúrgicas utilizadas en el mundo, y que, en su aspecto general, el perfil del vacío interior de los altos hornos sigue siendo proyectado de la misma manera en los días actuales. En la investigación se constató que el conocimiento técnico de los ingenieros alemanes y brasileños que construyeron y operaron la fábrica era mucho mayor que el que inicialmente imaginaron los investigadores. “La calidad de la producción era igual o superior a la europea en la misma época”, dice Landgraf, aunque la producción nunca alcanzó la meta inicial prevista de 600 toneladas anuales.

Poli/USP … y el resultado del modelo de escaneo láser realizado con el dron que muestra la estructura interna del alto hornoPoli/USP

El Laboratorio de Topografía y Geodesia, de la Poli-USP, junto al equipo del Citi, también escaneó otra construcción histórica en 2016 con el apoyo de drones: el Monumento Nacional Ruinas del Ingenio São Jorge dos Erasmos, construido en 1534 en el límite entre las localidades de Santos y São Vicente, en la costa de São Paulo. En ese caso, la reconstitución en 3D de la estructura tuvo un objetivo educativo: brindarles a los interesados una visita virtual a dicho ingenio.

Láseres y alta definición
Los trabajos en la fábrica de Ipanema y en el ingenio São Jorge dos Erasmos son despliegues de un proyecto inscrito en 2014 en el Programa FAPESP de Investigaciones en eScience, que apunta a integrar modelado computacional, infraestructura de datos y estudios en otras áreas del conocimiento. Para la investigación de campo en sitios arqueológicos, el equipo del Citi optó por el uso combinado de tres técnicas de escaneo en 3D de alta definición. En la primera se emplea el escáner Light Detection And Ranging (Lidar, en inglés), con una tecnología óptica de barrido por láser destinada a medir las propiedades de la luz reflejada y obtener información al respecto de objetos lejanos. La segunda se basa en fotografías y videos en alta definición en 360°, y la última es la estereofotogrametría, un proceso de reconstrucción tridimensional mediante imágenes capturadas con una cámara fotográfica o por filmación. Posteriormente, en la computadora, se lleva a cabo un procesamiento visual de diversas imágenes y puntos de vista de un objeto de interés. Mediante la localización de puntos en común entre dos o más imágenes, es posible establecer la posición espacial de cada punto detectado por la triangulación.

“La combinación de estas técnicas permite la reconstitución digital en resolución submilimétrica del objeto estudiado”, explica Marcelo Zuffo. Un importante resultado obtenido es la posibilidad de detectar elementos imperceptibles a simple vista. Otra ventaja es la disminución del impacto de la investigación. Las metodologías convencionales de arqueología, fundamentalmente cuando comprenden excavaciones, comprometen el ambiente estudiado, por más cuidadosos que sean los investigadores. Un análisis previo del sitio basado en el recabado de información con los recursos digitales puede que haga que el proceso exploratorio se torne más objetivo y, por consiguiente, menos agresivo.

La tecnología también puede constituir una herramienta útil para la reconstitución espacial de los objetos extraídos de un sitio para su análisis en laboratorio. “Es prácticamente imposible establecer con base en la memoria y en anotaciones la exacta disposición original de innumerables artefactos. El procesamiento computacional tiene la capacidad de montar el rompecabezas y permitir nuevas interpretaciones del material recolectado”, dice Araújo.

Poli/ USP Reconstrucción digital en 3D de parte del refugio Abrigo de Itapeva realizada con imágenes tomadas por dronesPoli/ USP

Una espiral inédita
Las investigaciones conjuntas del MAE y del Citi se llevan a cabo hasta ahora en tres sitios arqueológicos. En Abrigo de Itapeva y en Abrigo da Santa, ambos en el municipio de Itapeva (São Paulo), y en el sitio Bastos, en Dourado (también en São Paulo), donde se hallaron los vestigios de la presencia humana más antigua en el estado de São Paulo, datada hace 12.600 años, en un trabajo científico publicado recientemente (vea el reportaje).

Abrigo de Itapeva es un sitio descubierto en 1887 y excavado desde la década de 1970. Allí se han identificado pinturas rupestres con una edad estimada en 4.000 años, además de grabados y artefactos con una edad estimada en 800 años. Los arqueólogos presumen que los grabados y los artefactos estarían relacionados con indígenas del grupo lingüístico ye, y las pinturas con grupos anteriores de cazadores-recolectores.

En 2016, el procesamiento de datos capturados con los sensores digitales permitió detectar una inscripción con forma de espiral no perceptible a simple vista y hasta entonces no identificada en el sitio de Itapeva. En octubre, los investigadores fueron al campo y confirmaron el descubrimiento.

La investigación en Abrigo de Itapeva transcurre en un ambiente inhóspito y de difícil acceso. Muchas de las evidencias de artes rupestres se encuentran en un paredón con una altura estimada entre 20 y 30 metros, en puntos que en ocasiones son inaccesibles. El equipo del Citi utilizó drones para capturar imágenes de alta definición en 423 megapíxeles y videos en 4K (cuatro veces la definición actual de transmisión de la televisión digital). El sitio también fue escaneado con el sensor Lidar y con estereofotogrametría de alta resolución.

Durante los últimos dos años, el equipo del Citi se ha abocado a desarrollar una herramienta virtual con aplicación de visualización inmersiva e interactiva, que le permite al usuario navegar y explorar las bases de datos digitales de Abrigo de Itapeva con la ayuda de gafas de realidad virtual, que le transmiten la sensación de estar en el lugar de exploración. A esta herramienta se le dio el nombre de Archeo VR y ya se encuentra en su tercera versión, que incluye recursos de anotación y procesamiento local de imágenes en 2D y 3D. En diciembre de 2016 se estableció una conexión a internet de 10 Gigabits (Gbps) entre los laboratorios de realidad virtual de la USP y de Duke para suministrarle soporte a dicha herramienta, a la cual se podrá tener acceso remoto en forma interactiva y colaborativa.

Poli/ USP Los grabados que dejaron pueblos antiguos se realzan mediante el empleo de la tecnología digitalPoli/ USP

“Es un instrumento colaborativo inédito que les permitirá a los expertos y a los arqueólogos de todo el mundo contribuir al análisis del sitio y la concreción de descubrimientos arqueológicos”, afirma el científico de la computación Regis Kopper, brasileño y director del DiVE en la Universidad Duke. Araújo recuerda también que esta herramienta podrá ser útil en las aulas, al permitirles a los alumnos una mayor interacción con el material estudiado.

La preservación del tiempo
Abrigo de Itapeva se encuentra en una escarpa denominada Cânion de Itanguá, donde se supone que existen otros sitios aún no identificados. En noviembre, el equipo del Citi rastreó un área aproximada de 4 km2 con la ayuda de un dron, utilizando la técnica de estereovideogrametría. Los datos recabados aún se están analizando.

La ciberarqueología también puede utilizarse en la preservación para las generaciones futuras de información referente a sitios arqueológicos que sufren amenazas provenientes de las variaciones climáticas o de la acción humana. En las inmediaciones de Abrigo de Itapeva se ubica Abrigo da Santa, donde también se hallaron grabados rupestres. Pero este lugar se encuentra degradado. También en noviembre de 2016, los equipos del Citi y MAE fueron al campo para recabar datos con sensores de altísima resolución y gran sensibilidad: contaban con una cámara de 43,4 megapíxeles, y el objetivo consistía en reproducir digitalmente el ambiente y también preservarlo.

“Hay una hipótesis arqueológica que indica que la población ocupante de Abrigo da Santa tenía el mismo componente cultural que los habitantes de Abrigo de Itapeva. Entre las posibles explicaciones a esto se encuentran la cercanía geográfica y la similitud de las inscripciones rupestres. Intentaremos comprobar esta hipótesis con base en el procesamiento en 3D de los datos adquiridos”, dice Marcelo Zuffo.

Proyecto
Ciberarqueología – Realidad virtual y eScience al encuentro de la arqueología (nº 14/08418-7); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Programa eScience; Investigador responsable Marcelo Zuffo (USP); Inversión R$ 93.920,12