Lucida
El escáner 3D para Conservación

Lucida es un escáner láser 3D fabricado por Factum Arte, con el soporte económico y logístico de la Fundación Factum. Concebido y desarrollado por el artista Manuel Franquelo, Lucida es el resultado de más de catorce años de investigación en el campo del escaneado en alta resolución de la superficie de obras de arte. 

Escáner 3D Lucida: tecnología de no-contacto para digitalizar la superficie de obras de arte

La digitalización en 3D de la superficie de una obra de arte es una campo de estudio relativamente reciente. Se trata de un tipo de análisis digital que permite documentar y monitorizar los cambios en la superficie, así como re-materializar la información 3D obtenida en múltiples formas y con diferentes aplicaciones, entre ellas la constucción de facsímiles. La utilidad de este tipo de digitalización depende de la calidad de los datos 3D obtenidos y su correspondencia con la superficie real del objeto. 

Primeros bocetos del sistema Lucida en una servilleta

  • Primer prototipo realizado por Franquelo para probar el funcionamiento básico del sistema
  • Primera versión del software de Lucida, mostrando la visualización del escaneado de una hoja
  • La calidad del escaneado se comprueba con la re-materialización de la información digital

Vídeo: descripción del desarrollo del Escáner 3D Lucida

Desde que en la década de 1920 se creara el primer escáner 3D fotográfico, el desarrollo de la mayoría de sistemas de digitalización tridimensional se ha centrado en capturar la forma de los objetos. Pero gracias al avance de la tecnología, desde hace relativamente poco tiempo es posible además obtener información de la textura de forma precisa. La textura aporta información esencial para analizar y documentar el estado de conservación de un objeto. El escaneado en alta resolución del relieve y la textura de una obra de arte, habitualmente en combinación con información de color o multi-espectro, está dando pie a una nueva percepción del análisis y la historia de las obras de arte, ampliando nuestro conocimiento de por qué un objeto es cómo es. 

Prototipo de la cabeza del escáner, para probar la relación trigonométrica entre las cámaras y el láser

Uno de los primeros prototipos de la cabeza, montada sobre una herramienta de alineado

Factum Arte acumula una amplia experiencia en el uso de la tecnología digital para escanear las más importantes obras del patrimonio artístico y cultural en todo el mundo, desde el Valle de los Reyes en Luxor hasta el Museo del Louvre en París. En función de los requerimientos específicos de cada proyecto, Factum Arte ha utilizado y, en muchas ocasiones, mejorado diferentes tipos de sistemas de escaneado disponibles en el mercado, buscando siempre alcanzar los más altos niveles de calidad. Tras muchos años utilizando hardware y software que no había sido diseñado para su aplicación en el mundo del arte, Manuel Franquelo y Adam Lowe decidieron crear el sistema Lucida, un escáner láser 3D específico para el campo de la Conservación de Patrimonio. Lucida ha sido fabricado en Factum Arte con partes específicamente diseñadas por Franquelo, en combinación con otros componentes disponibles en el mercado. El software, formado por un conjunto de aplicaciones para la captura y procesado de información 3D, también ha sido desarrollado íntegramente para este sistema. 

Primer prototipo completo del Escáner 3D Lucida (2011)

Lucida ha sido desarrollado específicamente para obtener información 3D en alta resolución de la superficie de cuadros y otros objetos de bajo relieve. Se trata de un escáner de triangulación compuesto por un diodo láser y dos cámaras de vídeo que capturan información del relieve de la superficie de una obra de arte. La digitalización se realiza proyectando un haz de luz láser sobre la superficie. A medida que la luz se desplaza, las dos cámaras de vídeo, situadas en un ángulo de 45º a cada lado del láser, van grabando las distorsiones producidas en la línea de luz en su encuentro con la superficie. Esta información, capturada y almacenada como archivos de vídeo raw (sin procesar), puede ser procesada como un mapa de profundidades en escala de grises (grayscale depthmap) o como una imagen (shaded render). El escáner se desplaza en paralelo a la superficie del objeto una distancia constante, mediante un movimiento automático controlado por guías lineales de precisión.

  • Imagen a color del panel de pruebas, fotografiado con luz rasante para acentuar el relieve
  • Visualización de los datos 3D obtenidos con Lucida

Otros sistemas de escaneado 3D se enfrentan a serias dificultades a la hora de digitalizar superficies con un alto contraste entre zonas claras y oscuras, así como superficies brillantes por estar barnizadas o cubiertas con oro. De la misma forma, la mayoría de los esáneres 3D disponibles en el mercado generan datos con ruido y otros artefactos al capturar información de superficies que son a la vez oscuras y brillantes, hasta el punto de que los datos obtenidos pueden resultar de poca o nula utilidad si se quiere disponer de una documentación precisa de la textura de una obra de arte. La relación entre información 3D y ruido es especialmente crítica cuando se pretende escanear un relieve muy sutil. Para que la tecnología de digitalización sea relevante para aplicaciones culturales, es esencial que la correspondencia entre la superficie real del objeto y los datos 3D generados sea lo más cercana posible. Lucida ha resuelto el problema del contraste tonal y el brillo de la superficie mediante la fabricación de un sistema de hardware innovador y una serie de algoritmos desarrollados para reducir el ruido sin alterar las características del relieve. El escáner 3D Lucia ha demostrado, a través de demostraciones prácticas realizadas en instituciones como la National Gallery en Londres o el Museo del Prado en Madrid, la capacidad de digitalizar de forma precisa información 3D en alta resolución a partir de las superficies más complicadas.

  • El Triunfo de la Eucaristía sobre la Idolatría Museo del Prado, Madrid - visualización 3D
  • El Triunfo de la Eucaristía sobre la Idolatría, Museo del Prado, Madrid

Una de las ventajas que hace de Lucida un escáner único es el hecho de que la información 3D se almacena en forma de archivos de vídeo en blanco y negro en su estado raw (sin procesar ni comprimir). Esto permitirá re-procesar la información en el futuro, quizás a mayor resolución o mediante algoritmos más avanzados, lo que supone una aproximación radical que refleja un profundo conocimiento de las necesidades del mundo de la Conservación de Patrimonio. Otros sistemas de escaneado realizan automáticamente un procesado de la información capturada en forma de archivos 3D de nubes de puntos convertidos en mallas poligonales, lo que implica una abstracción irreversible que tiene como consecuencia última la pérdida permanente de información. Lucida almacena la información de vídeo sin procesar, al mismo tiempo que genera una serie de archivos en diferentes formatos: RIS (3D), TIFF 32 bit y TIFF 16 bit (mapa de profundidades o escala de grises) y TIFF 8 bit (imagen renderizada como simulación del relieve). 

  • El Triunfo de la Eucaristía sobre la Idolatría visualización 3D, detalle del perímetro del panel
  • El Triunfo de la Eucaristía sobre la Idolatría visualización 3D, detalle de la superficie

Vídeo: visualizador multicapa de los datos de color y 3D realizado para el Museo del Prado

  • Manuel Franquelo explicando los detalles de su nuevo diseño a Dwight Perry y Carlos Bayod
  • Nuevo diodo láser, diseñado por Manuel Franquelo
  • Nuevo diodo láser, diseñado por Manuel Franquelo
  • Nueva cabeza de escaneado, diseñada por Franquelo y mecanizada por Dwight Perry
  • Nueva cabeza de escaneado, diseñada por Franquelo y mecanizada por Dwight Perry
  • Diseño final del Escáner 3D Lucida, detalle de la cabeza de escaneado
  • Diseño final del Escáner 3D Lucida, detalle de la cabeza de escaneado

Vídeo: el Escáner 3D Lucida digitalizando la superficie de un lienzo

Vídeo:un retrato del Escáner 3D Lucida

Otra importante ventaja que permite Lucida es la posibilidad de utilizar software de stitching de fotografía panorámcia (como por ejemplo PTGui) para alinear las diferentes sesiones de escaneado, sin necesidad de depender de software de modelado 3D. Una vez que el archivo original ha sido editado (eliminación de brillos, agujeros, etc.) las imágenes renderizadas del modelo 3D son alineadas en PTGui. Una vez que todas las secciones de escaneado están alineadas, se sustituye cada archivo de imagen de 8 bits por su correspondiente mapa de profundidades de 32 bit, que contiene la verdadera información tridimensional, bien para ser exportado en formatos como OBJ o STL, bien para ser prototipado mediante fresadora CNC. Es esencial que el relieve re-materializado mantenga el carácter de la textura del objeto original, después de un proceso de tratamiento digital en el que no es necesario disponer de software 3D especializado, que en términos generales suele ser costoso y puede requerir frecuentes actualizaciones periódicas. 

  • Mapa Mundi de Hereford: detalle de los datos 3D obtenidos con Lucida
  • Fresado CNC en alta resolución de la superficie del Mapa Mundi de Hereford
  • Reproducción en escayola de la superficie: el mapa convertido en un objeto táctil

Gracias a que los datos 3D generados por Lucida pueden ser visualizados como una imagen, es posible realizar una integración con otros archivos de imagen para producir navegadores multicapa que incluyan, por ejemplo, información de color, rayos X, infrarrojos, ultravioleta, etc. Los navegadores o visualizadores multicapa han demostrado ser una herramienta de gran utlidad para conservadores e investigadores, ya que permiten disponer de un método sencillo, intuitivo y preciso para inspeccionar en alta resolución el estado de conservación de una obra de arte, desde cualquier ordenador y sin necesidad de instalar software específico.

El software ha sido programado por Manuel Franquelo. Jorge Cano ha desarrollado la interfaz gráfica de usuario

La nueva interfaz gráfica de usuario es intuitiva y fácil de usar

Esta animación representa un objeto escaneado a varias distancias, gracias al eje Z. Los sucesivos escaneados pueden ser reintegrados utilizando la aplicación de Merging, desarrollada por Manuel Franquelo. El resultado es una incremento de la profundidad de campo del escáner, que permite digitalizar objetos de mayor relieve.

Después de muchos años de desarrollo, la colaboración entre Factum Arte, la Fundación Factum y Manuel Franquelo ha hecho posible crear un escáner 3D de alta calidad, sencillo en su planteamiento, fácil de usar y cómodo de transportar. No obstante, Lucida puede ser utilizado por cualquiera que tenga un mínimo conocimiento de procesado digital de imágenes y una mínima formación en software 3D. 

Escáner 3D Lucida

  • Escáner 3D Lucida
  • Escáner 3D Lucida
  • Escáner 3D Lucida
  • Detail of the 3D Lucida Scanner
  • Detail of the 3D Lucida Scanner
  • Detail of the 3D Lucida Scanner

Lee Lucida 3D Scanner  Assembly Instructions y Operator's Manual. 
Lee aquí Lucida 3D Scanner full Dossier 

Una vez que la fase desarrollo de Lucida está llegando a su fin, la Fundación Factum tiene la intención de iniciar una transferencia de tecnología y conocimiento a museos e instituciones culturales de todo el mundo, con el objetivo de contribuir a la conservación, documentación y difusión de las obras del Patrimonio artístico y cultural. El escáner 3D Lucida ha sido utilizado para digitalizar cuadros, mapas y otros objetos de bajo relieve en el Museo del Prado (Madrid), National Gallery (Londres), Pinacoteca Vaticana, Pinacoteca di Brera (Milán), Courtauld Institute (Londres), Ashmolean Museum (Oxford) entre otros museos, colecciones e instituciones culturales. La calidad del sistema Lucida ha sido demostrada de forma práctica en múltiples trabajos de digitalización, por lo que pronto habrá nuevas unidades disponibles para avanzar en la documentación y monitorización de obras de arte, con el fin de transmitir nuestro Patrimonio a las futuras generaciones.

Vídeo: presentación del Lucida Lab Milano (Milán, 10 de marzo de 2015) 


CRÉDITOS
Concepto, diseño y desarrollo de electrónica, mecánica, óptica y software por Manuel Franquelo.

Fabricado y testado en Factum Arte por Carlos Bayod, Jorge Cano, Dwight Perry, Carlos Alonso, Nicolás Díez, Manuel Franquelo Jr, Guendalina Damone, Enrique Esteban y Aliaa Ismail bajo la supervisión de Manuel Franquelo. 

Related videos

Maddalena Leggente
3d Scanning Test
Scanning Hereford Mappa Mundi
Lucida 3D Laser Scanner
Speckle Noise

Lucida 3D laser scanner, a portrait


Share

Facebook  Twitter

Factum Arte
Copyright 2017
Aviso Legal. LOPD