Estrategias innovadoras mediante escáner de luz estructurada para la digitalización en situaciones complejas de modelos anatómicos didácticos

Óscar Hernández-Muñoz; Emanuel Sterp Moga; Alicia Sánchez-Ortiz

doi:10.37558/gec.v23i1.1110

Óscar Hernández-Muñoz Departamento de Diseño e Imagen. Facultad de Bellas Artes. UCM https://orcid.org/0000-0002-1226-4789
Emanuel Sterp Moga Departamento de Pintura y Conservación-Restauración. Facultad de Bellas Artes. UCM https://orcid.org/0000-0002-0158-1084
Alicia Sánchez-Ortiz Departamento de Pintura y Conservación-Restauración. Facultad de Bellas Artes. UCM https://orcid.org/0000-0002-3358-1943

DOI: https://doi.org/10.37558/gec.v23i1.1110

Keywords: 3D scanning, structured light scanner, digitisation, cultural heritage, conservation, anatomical models, 3D models

Abstract

Digitisation by structured light scanning has proven to be useful for the conservation-restoration of collections of didactic anatomical models. However, there are many circumstances in which scanning tasks are seriously hindered or lead to unsatisfactory results. The aim of this work was to design new strategies to achieve correct digitisation in some of these situations. A scanning method based on the use of mirrors has been tested to record hidden or inaccessible areas of a sculpture. A scanning procedure through glass is also proposed for artefacts that are not advisable to remove from the display case. Finally, for excessively bright figures, the usefulness of a new scanning function using polarised photographs has been analysed. In view of the results obtained, the analysed methods could be considered a valid option for the digitisation of this type of figures.

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Author Biographies

Óscar Hernández-Muñoz, Departamento de Diseño e Imagen. Facultad de Bellas Artes. UCM

Profesor del departamento de Diseño e Imagen de la Universidad Complutense de Madrid (UCM). Doctor por la UCM (2010), licenciado en Bellas Artes (UCM, 2007) y en Medicina y Cirugía (UCM, 1994). Su principal línea de investigación está relacionada con la aplicación de las tecnologías de digitalización e impresión 3D en la conservación y restauración de modelos anatómicos históricos de carácter didáctico, tema sobre el que ha realizado diversas publicaciones en revistas científicas y también presentado diferentes conferencias y ponencias en congresos nacionales e internacionales. Ha participado en diferentes proyectos competitivos de I+D+i, habiendo sido recientemente codirector del proyecto de investigación Metodologías innovadoras en conservación de colecciones científicas con modelos didácticos de Botánica, Anatomía humana y animal basadas en tecnologías 3D (Ref.: PGC2018-098396-B-I00), financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades como parte del Programa Estatal de Generación del Conocimiento y Fortalecimiento Científico y Tecnológico del Sistema de I+D+i. Actualmente, es codirector del Grupo de Investigación UCM Arte, Tecnología, Imagen y Conservación del Patrimonio Cultural (Ref. 970923).

Emanuel Sterp Moga, Departamento de Pintura y Conservación-Restauración. Facultad de Bellas Artes. UCM

Emanuel Sterp Moga es conservador-restaurador del Patrimonio Cultural. Se graduó en la Universidad Complutense de Madrid durante el año 2017 obteniendo la Cátedra Autric Tamayo con su Trabajo Fin de Grado. Ha sido galardonado con el 1º Premio de Jóvenes Investigadores en Conservación y Restauración de Patrimonio Cultural otorgado por el GE-IIC en 2019. Sus líneas de investigación se centran en las nuevas tecnologías 3D aplicadas al Patrimonio Cultural, y la utilización de imanes de neodimio en diferentes procesos de conservación–restauración en pinturas de caballete. Es autor de varios artículos y ponencias en congresos nacionales e internacionales y cuenta con dos patentes. Es miembro del grupo de investigación UCM-Arte, Tecnología, Imagen y Conservación del Patrimonio Cultural (ref. 970923). Ha participado en diversos proyectos de Innovación Docente, así como proyectos I+D+i. Actualmente, es investigador predoctoral FPI (ref. PRE2019-087870).

Alicia Sánchez-Ortiz, Departamento de Pintura y Conservación-Restauración. Facultad de Bellas Artes. UCM

Alicia Sánchez Ortiz es Profesora Titular en el Departamento de Pintura y Conservación-Restauración de la Facultad de Bellas Artes de la Universidad Complutense de Madrid. Imparte docencia en las titulaciones oficiales de grado, máster y doctorado. Cuenta con una amplia trayectoria investigadora en conservación y difusión de colecciones científicas didácticas en museos universitarios, habiendo dirigido varios proyectos competitivos I+D+i. Es autora de patentes, monografías, capítulos de libro y de numerosos artículos en revistas indexadas del ámbito del arte y la conservación. Ha participado como ponente y conferenciante invitada en congresos, seminarios y cursos de especialización, tanto nacionales e internacionales. Su línea de investigación está centrada en la puesta a punto de nuevas estrategias metodológicas para la conservación-restauración del patrimonio histórico-artístico y científico-técnico. Dirige, junto con Óscar Hernández-Muñoz, el Grupo de Investigación UCM (Ref. 970923) Arte, Tecnología, Imagen y Conservación del Patrimonio Cultural.

References

ADAMOPOULOS, E., RINAUDO, F. Y ARDISSONO, L. (2021). “A Critical Comparison of 3D Digitization Techniques for Heritage Objects”, ISPRS International Journal of Geo-Information, 10(1). https://doi.org/10.3390/ijgi10010010.

AKÇA, M. (2012). “3D modeling of cultural heritage objects with a structured light system”, Mediterranean Arhaeology and Archaeometry, 12(1): 139-152. Disponible en: http://acikerisim.isikun.edu.tr/xmlui/handle/11729/465 [consulta: 06/10/2021]

ANGHELUŢĂ, L.M. Y RĂDVAN, R. (2020). “3d digitization of translucid materials in cultural heritage objects: A comparative study between laser scanning and photogrammetry”, Romanian Journal of Physics, 65(7-8):1-12. Disponible en: https://rjp.nipne.ro/2020_65_7-8/RomJPhys.65.906.pdf [consulta: 28/11/2021]

BALZER, J., HÖLER, S. Y BEYERER, J. (2011). «Multiview specular stereo reconstruction of large mirror surfaces», Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, (April 2015), 2537-2544. https://doi.org/10.1109/CVPR.2011.5995346.

BARONE, S., PAOLI, A. Y RAZIONALE, A.V. (2012). “3D Reconstruction and Restoration Monitoring of Sculptural Artworks by a Multi-Sensor Framework”, Sensors (Basel, Switzerland), 12(12): 16785. https://doi.org/10.1109/CVPR.2011.599534610.3390/S121216785.

BRINKMANN, V. Y KOCH-BRINKMANN, U. (2019). “The experimental reconstruction of the bronze warriors of Riace as part of the Frankfurt «Liebieghaus Polychromy Research Project»“, TECHNE, (48) 120-132. https://doi.org/10.4000/TECHNE.2707.

EREN, G. (2010). 3D scanning of transparent objects, Graduate School of Engineering and Natural Sciences. Universit´e de Bourgogne. Disponible en: https://acikbilim.yok.gov.tr/handle/20.500.12812/216960 (Accedido: 5 de marzo de 2022).

FELICÍSIMO, Á.M. Y POLO, M.E. (2022). «Measurement and control of colour fidelity in scanned 3D models for heritage conservation», Journal of Cultural Heritage, 56: 159-166. https://doi.org/10.1016/J.CULHER.2022.06.010.

FORBES, K., NICOLLS, F., DE JAGER, G. Y VOIGT, A. (2006). «Shape-from-Silhouette with Two Mirrors and an Uncalibrated Camera», Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 3952 LNCS, 165-178. https://doi.org/10.1007/11744047_13.

GARCÍA-MOLINA, D. F. (2021). “Digitalization and 3D Documentation Techniques Applied to Two Pieces of Visigothic Sculptural Heritage in Merida through Structured Light Scanning”, Journal on Computing and Cultural Heritage, 14(4): 1-19. https://doi.org/10.1145/3427381.

GRACIANO, A., ALVARADO, L., SEGURA, R.J. Y FEITO, F.R. (2017) .“Digitization of religious artifacts with a structured light scanner”, Virtual Archaeology Review, 8(17), 49-55. https://doi.org/10.4995/VAR.2016.4650.

HERNÁNDEZ-MUÑOZ, Ó., ARANDA, D., MARURI, A., STERP, E., SÁNCHEZ-ORTIZ, A. (2022). “3D Digital Technologies for the Elaboration of a Replica of a Dermatological Didactic Model Belonging to the Olavide Museum from the Original Mould”, Heritage, 5(2): 702-715. https://doi.org/10.3390/HERITAGE5020039.

HERNÁNDEZ-MUÑOZ, Ó., SÁNCHEZ-ORTIZ, A. (2019). “Digitization and 3D printing for the reconstruction of volumetric losses in an anatomical wax model of the 18th century”, Conservar Património, 30: 59-72. https://doi.org/10.14568/cp2018003.

HERNÁNDEZ-MUÑOZ, Ó., SÁNCHEZ ORTIZ, A. Y MATÍA MARTÍN, P. (2019). “Anatomía animal. Técnicas digitales para la reconstrucción escultórica de la apariencia original de un modelo de cera del siglo XIX”, Intervención, Revista Internacional de Conservación, Restauración y Museología, 10(19): 64-76. https://doi.org/10.30763/intervencion.2019.19.209.

HU, B., BROWN, C. Y NELSON, R. (2005). Multiple-view 3-D Reconstruction Using a Mirror. Disponible en: https://pdfs.semanticscholar.org/df40/d4505c1ddd4111bca9517a57a25b5292934e.pdf.

HUANG, P.H. Y LAI, S.H. (2006) “Contour-based structure from reflection”, Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1(October 2014), 379-386. https://doi.org/10.1109/CVPR.2006.88.

IHRKE, I. RESHETOUSKI, I., MANAKOV, A., TEVS, A., WAND, M. Y SEIDEL, H.P (2012). A kaleidoscopic approach to surround geometry and reflectance acquisition», en IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, 29-36. https://doi.org/10.1109/CVPRW.2012.6239347.

JUN, M.B.G., JOSHI, S.S., DEVOR, R.E. Y KAPOOR, S.G. (2008) “An experimental evaluation of an atomization-based cutting fluid application system for micromachining”, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 130(3): 0311181-0311188. https://doi.org/10.1115/1.2738961.

LAYCOCK, S.D., BELL, G.D., CORPS, N., MORTIMORE, D.B., COX, G. Y MAY, S.(2015) “Using a combination of micro-computed tomography, CAD and 3D printing techniques to reconstruct incomplete 19th-century cantonese chess pieces”, Journal on Computing and Cultural Heritage, 7(4) . https://doi.org/10.1145/2629682.

LIU, M., HARTLEY, R. Y SALZMANN, M. (2013) “Mirror surface reconstruction from a single image”, Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, (June), 129-136. https://doi.org/10.1109/CVPR.2013.24.

DE LUCA, D., GIUDICE, M. DEL, GRASSO, N., MATRONE, F., OSELLO, A. Y PIRAS, M. et al. (2019) “Handheld volumetric scanner for 3D printed integrations of historical elements: comparison and results”, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences - ISPRS Archives, 42(2/W15). https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-W15-381-2019.

MONTUSIEWICZ, J., MIŁOSZ, M., KĘSIK, J., Y ŻYŁA, K. (2021). “Structured-light 3D scanning of exhibited historical clothing—a first-ever methodical trial and its results”, Heritage Science, 9(1). https://doi.org/10.1186/S40494-021-00544-X.

NIQUET, N.D. Y MÁS-BARBERÁ, X. (2018). “El Registro 3D como medio para el análisis y difusión del patrimonio escultórico. El caso de la escultura en cera del Écorché”, Ge-conservacion, 13: 05-16. https://doi.org/10.37558/GEC.V13I0.551.

DI PAOLA, F. Y INZERILLO, L. (2018). “3D reconstruction-reverse engineering-digital fabrication of the Egyptian Palermo stone using by smartphone and light structured scanner”, en International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences - ISPRS Archives. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-311-2018.

DI PAOLA, F., MILAZZO, G. Y SPATAFORA, F. (2017) “Computer aided restoration tools to assist the conservation of an ancient sculpture, The colossal statue of Zeus enthroned”, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences - ISPRS Archives, 42(2W5): 177-184. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-W5-177-2017.

PAPADAKI, A.I., AGRAFIOTIS, P., GEORGOPOULOS, A. Y PRIGNITZ, S. (2015). “ACCURATE 3D SCANNING OF DAMAGED ANCIENT GREEK INSCRIPTIONS FOR REVEALING WEATHERED LETTERS”, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-5-W4(5W4): 237-243. https://doi.org/10.5194/ISPRSARCHIVES-XL-5-W4-237-2015.

PARK, J. Y KAK, A.C. (2008). “3D modeling of optically challenging objects”, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 14(2): 246-262. https://doi.org/10.1109/TVCG.2007.1069.

PATAY-Horváth, A. (2014). “The virtual 3D reconstruction of the east pediment of the temple of Zeus at Olympia an old puzzle of classical archaeology in the light of recent technologies”, Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage, 1(1):12-22. https://doi.org/10.1016/J.DAACH.2013.06.001.

RANTOSON, R., STOLZ, C., FOFI, D. Y MÉRIAUDEAU, F. (2010). “3D reconstruction of transparent objects exploiting surface fluorescence caused by UV irradiation”, Proceedings - International Conference on Image Processing, ICIP, 2965-2968. https://doi.org/10.1109/ICIP.2010.5653448.

RESHETOUSKI, I. Y IHRKE, I. (2013). “Mirrors in computer graphics, computer vision and time-of-flight imaging», Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 8200 LNCS. https://doi.org/10.1007/978-3-642-44964-2_5/COVER.

RIQUELME, A.J., FERRER, B. Y MAS, D. (2017). “Use of high-quality and common commercial mirrors for scanning close-range surfaces using 3D laser scanners: A laboratory experiment”, Remote Sensing, 9(11): 1-13. https://doi.org/10.3390/rs9111152.

STERP MOGA, E., HERNÁNDEZ-MUÑOZ, Ó. Y SÁNCHEZ-ORTIZ, A. (2020). “Aplicación de fuentes de iluminación en modelos fotogramétricos para la diagnosis y restauración virtual de objetos en cera policromados”, Conservar Património [Preprint]. https://doi.org/10.14568/cp2020021.

TAKAHASHI, K. Y NOBUHARA, S. (2022). “Structure of Multiple Mirror System from Kaleidoscopic Projections of Single 3D Point”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 44(9): 5602-5617. https://doi.org/10.1109/TPAMI.2021.3070347.

TARINI, M., LENSCH, H.P.A., GOESELE, M. Y SEIDEL, H.P. (2005). “3D acquisition of mirroring objects using striped patterns”, Graphical Models, 67(4): 233-259. https://doi.org/10.1016/j.gmod.2004.11.002.

VALINASAB, B., RUKOSUYEV, M., LEE, J., KO, J. Y JUN, M.B.G. et al. (2015) “Improvement of Optical 3D Scanner Performance Using Atomization-Based Spray Coating”, Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, 24(1): 23-30. https://doi.org/10.7735/KSMTE.2015.24.1.023.

Innovative strategies for digitisation in complex situations of didactic anatomical models using structured light scanning

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