Fotogrammetria și scanarea 3D în arheologie

Protejarea patrimoniului arheologic este o provocare majoră într-o lume în care factorii naturali, urbanizarea sau conflictele pot duce la pierderea iremediabilă a vestigiilor. În ultimii ani, metodele de documentare digitală au avansat rapid: fotografiile simple și releveele 2D au fost completate de modele tridimensionale, norii de puncte și gemeni digitali. 

Fotogrammetria și scanarea 3D au devenit cele mai folosite tehnici pentru a înregistra cu fidelitate obiecte, situri și monumente, iar democratizarea dronelor și a senzorilor LiDAR oferă arheologilor instrumente versatile. 

Ce este fotogrammetria?

Fotogrammetria este o metodă de a obține măsurători și modele 3D din fotografii. Practic, se fac mai multe fotografii ale obiectului sau ale zonei din unghiuri diferite, iar software-ul identifică puncte comune și reconstituie geometria tridimensională. Fotogrammetria poate fi realizată cu camere obișnuite sau chiar cu drone. Apoi, prin suprapunerea imaginilor și integrarea de puncte de reper GNSS, se pot obține modele ancorate la o rețea de coordonate cu o eroare mai mică de un centimetru. Această tehnică este deosebit de utilă când un sit arheologic urmează să fie acoperit sau distrus, permițând crearea unui digital twin accesibil cercetătorilor de oriunde.

Fotogrammetria are și alte avantaje. Este o metodă non-invazivă, potrivită pentru obiecte fragile. Imaginile pot fi obținute rapid cu echipamente ușor de transportat și costuri reduse. Prin capturarea de fotografii suprapuse se generează modele precise, iar natura non-invazivă face tehnologia ideală pentru structuri delicate și inaccesibile. De asemenea, fotogrammetria modernă oferă o acuratețe comparabilă cu scanarea 3D, iar modelele pot fi folosite pentru reconstrucții, studii morfologice sau vizualizări interactive.

Ce este scanarea 3D?

Scanarea 3D cu laser (terestră, mobilă sau aeriană) utilizează un fascicul laser pentru a măsura milioane de puncte și a genera un nor de puncte dens. Spre deosebire de fotogrammetrie, care depinde de lumina ambientală și de calitatea imaginilor, scanarea 3D se bazează pe un senzor activ capabil să măsoare distanțele cu precizie mare, chiar și în condiții de lumină redusă. Practic, scanarea laser permite documentarea clădirilor la scară mare, inaccesibile sau neglijate și ajută experții să gestioneze planificarea și proiectarea lucrărilor de restaurare, captând detalii arhitecturale și modificări în timp.

Diferite tipuri de scanere (time-of-flight, phase-shift, triangulație) sunt folosite în funcție de dimensiunea și complexitatea sitului. De exemplu, scanerele time-of-flight pot acoperi suprafețe mari precum fațade și peisaje, în timp ce scanerele pe bază de fază permit captarea detaliilor fine și a sculpturilor delicate. Avantajele scanării 3D sunt multiple: produce modele și planuri precise (99 % mai exacte decât metodele tradiționale), elimină nevoia de rectificări pe șantier, capturează detalii minore și permite obținerea de informații din zone greu accesibile fără a pune în pericol echipele.

Fotogrammetrie vs. scanare 3D – Complementarități și diferențe

Deși ambele tehnici generează modele 3D, există diferențe importante. Fotogrammetria este mai accesibilă: se pot folosi camere foto standard sau chiar telefoane și drone, astfel încât costurile sunt reduse și logistica este simplificată. Este ideală pentru documentarea rapidă a siturilor de excavare, pentru obiecte mici sau pentru situații în care accesul la echipamente specializate este limitat. Un alt avantaj este că fotogrammetria produce modele fotorealiste, deoarece textura este derivată direct din fotografii. Totuși, fotogrammetria prezintă limitări. Calitatea modelului depinde de condițiile de lumină și de numărul de imagini, obiectele mari necesită sute de fotografii, iar zonele ascunse pot fi omise.

Scanarea 3D, în schimb, oferă o acuratețe superioară și nu necesită lumină externă. LiDAR (Light Detection and Ranging) furnizează un nor de puncte cu precizie foarte ridicată și poate mapa spații și structuri într-un timp scurt. De asemenea, această tehnologie funcționează în întuneric, fiind folosită cu succes în morminte sau peșteri. Principalul dezavantaj al scanării 3D este costul echipamentelor și necesitatea operatorilor specializați. Din acest motiv, multe proiecte combină ambele metode pentru a beneficia de accesibilitatea fotogrametriei și de precizia scanării.

Aplicații arheologice ale fotogrammetriei

Fotogrammetria a fost adoptată pe scară largă în arheologie pentru documentarea săpăturilor și a obiectelor. Aceasta permite crearea de modele 3D ale artefactelor, evaluarea stratigrafiei și reconstruirea digitală a siturilor. Fotogrammetria poate genera modele de excavare care sunt integrate în sisteme GIS și folosite pentru simulări, tipologii de artefacte și reconstruiri arhitecturale. Avantajul de a ancora modelul la o rețea de coordonate contribuie la o analiză spațială riguroasă și permite compararea cu alte date topografice.

Utilizarea dronelor cu camere de înaltă rezoluție facilitează cartarea rapidă a siturilor extinse. Integrarea dronelor și fotogrametriei a revoluționat documentarea arheologică, oferind o metodă rapidă, precisă și rentabilă pentru înregistrarea și analiza peisajelor de patrimoniu. Modelarea 3D permite explorarea virtuală a siturilor, reducând timpul și efortul necesar pentru relevarea manuală și documentare. Aceste modele digitale servesc la analiza, interpretarea și conservarea siturilor, permițând studierea detaliilor la un nivel de precizie anterior imposibil.

Fotogrammetria este folosită și pentru obiecte mici sau delicate, cum ar fi fragmente ceramice, piese metalice sau statuete. Modelele obținute permit măsurători morfologice, reconstrucții virtuale și creații de replici prin imprimare 3D, facilitând studiul fără a manipula artefactele originale. În plus, fotogrammetria permite valorificarea fotografiilor istorice: software-ul poate reconstrui modele tridimensionale chiar și atunci când obiectul a dispărut, ajutând astfel la reconstituirea unei piese pierdute.

Aplicații arheologice ale scanării 3D

Scanarea 3D a devenit un instrument indispensabil pentru conservarea și restaurarea monumentelor. Tehnologia de scanare laser capturează fiecare detaliu al suprafețelor, elementelor arhitecturale și modificărilor în timp, oferind experților o documentație de înaltă acuratețe pentru planificarea restaurării. Scanarea 3D este utilizată atât pentru clădiri monumentale, cât și pentru structuri inaccesibile sau deteriorate. Datele pot fi transformate în planuri sau modele BIM, care ajută la identificarea deformărilor și la planificarea consolidărilor.

În plus, scanarea 3D oferă un set de beneficii distincte: permite generarea de planuri și modele cu o precizie de până la 99 % față de metodele tradiționale, reduce necesitatea de modificări ale proiectelor pe șantier, poate captura detalii minore și permite accesul la zone periculoase fără a expune echipa. Aceste avantaje sunt esențiale în mediile arheologice unde orice intervenție fizică poate afecta integritatea sitului. Pe lângă documentare, norii de puncte pot fi folosiți pentru analize structurale, monitorizarea degradării și simulări de cutremur sau de infiltrare a apei.

Scanarea 3D a fost utilizată pentru a salva digital monumente amenințate de dezastre. Conform specialiștilor BimGis.ro, exemple faimoase includ catedrala Notre-Dame din Paris, care a fost scanată de profesorul Andrew Tallon cu mulți ani înainte de incendiul din 2019, iar datele colectate servesc acum drept referință pentru restaurare. În Siria, ruinele Bisericii Stilite au fost documentate prin scanare începând din 2003, iar aceste informații vor fi folosite la reconstruire. Astfel de proiecte subliniază importanța scanării 3D în crearea unui backup digital al patrimoniului, spun specialiștii BimGis.

Beneficiile combinării tehnologiilor

În practică, fotogrammetria și scanarea 3D sunt adesea folosite împreună. Fotogrammetria furnizează texturi fotorealiste și este ideală pentru acoperirea rapidă a zonelor vaste, în timp ce scanarea 3D asigură o precizie structurală ridicată. Modelele pot fi integrate într-un sistem GIS, pot fi analizate cu ajutorul inteligenței artificiale pentru clasificarea elementelor sau pot fi utilizate pentru a genera vizualizări interactive și tururi virtuale.

Utilizând aceste tehnologii, rezultatul este o documentație completă care servește la conservare, restaurare și educație. Sursele de specialitate menționează că documentarea digitală detaliată ajută la restaurarea și reconstrucția siturilor, la analiza tehnicilor de construcție și la implicarea publicului prin tururi virtuale. În plus, modelele 3D pot fi folosite în cercetare pentru a măsura, compara și interpreta artefacte și structuri fără a necesita prezența la fața locului.

Viitorul documentării arheologice

Fotogrammetria și scanarea 3D reprezintă inovații cheie în arheologie, permițând conservarea patrimoniului cu o precizie și o eficiență fără precedent. Deși fiecare metodă are limitări, utilizate împreună acestea oferă o imagine completă a siturilor și monumentelor, facilitează colaborarea interdisciplinară și asigură păstrarea digitală a moștenirii culturale pentru viitor. 

Ca tendință, democratizarea dronelor, LiDAR-ului mobil și a inteligenței artificiale va face aceste tehnologii și mai accesibile, transformând fotogrammetria și scanarea 3D din instrumente de nișă în proceduri standard ale arheologiei moderne.