Documentación geométrica del patrimonio: propuesta conceptual y metodológica

Tesis Doctoral desarrollada en el programa de Doctorado "Diseño e Ingeniería del Producto y de Procesos Industriales" del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de La Rioja.-- Fecha de lectura: septiembre de 2007.-- 322 pp.La tesis presentada por José Manuel Valle Melón lleva por título "Documentación Geométrica del Patrimonio: propuesta conceptual y metodológica". En ella se analiza la medida y representación del patrimonio teniendo en cuenta los colectivos implicados, los procesos que se aplican y los distintos resultados obtenidos: planos, imágenes, modelos virtuales, etc. Se han considerado las necesidades de divulgación de los mismos y las posibilidades de su utilización a lo largo del tiempo, valorando el hecho de que la documentación geométrica del patrimonio, en determinadas circunstancias, pasa a formar parte del patrimonio.Al mismo tiempo indaga en las circunstancias que motivan la medida del patrimonio, planteando un método que realiza el necesario ajuste entre las necesidades de documentación y los recursos disponibles (tecnológicos, humanos, temporales y económicos).Otro aspecto relevante abordado en el desarrollo de la tesis es la organización de los procesos y estandarización de resultados de la documentación geométrica, lo que permite, por un lado, que quien solicite una documentación pueda realizar su control de calidad e incluso, licitar una intervención de este tipo con unas garantías mínimas de adecuación entre los prescrito y el resultado; por otro, que los usuarios de esta documentación, tanto en la actualidad como en el futuro, puedan sacar el máximo partido de los resultados de la documentación. Para ello se establecen estrategias que posibiliten conseguir el acceso y comprensión de los datos y resultados de la medida a lo largo del tiempo, proponiendo la documentación de los procesos realizados, la procedimentación de los mismos, la estandarización de los formatos de los resultados y la adición de información significativa de los mismos en modo de metadatos, también estandarizados.Son analizados aspectos relativos a la propiedad intelectual y derechos sobre los resultados de la medida y la representación

Recuperación de pares estereoscópicos antiguos para la generación de modelos tridimensionales digitales de estados pasados de edificios históricos

[EN] Three-dimensional models with photographic textures have become a usual product for the study and dissemination of elements of heritage. The interest for cultural heritage also includes evolution along time; therefore, apart from the 3D models of the current state, it is interesting to be able to generate models representing how they were in the past. To that end, it is necessary to resort to archive information corresponding to the moments that we want to visualize. This text analyses the possibilities of generating 3D models of surfaces with photographic textures from old collections of analog negatives coming from works of terrestrial stereoscopic photogrammetry of historic buildings. The case studies presented refer to the geometric documentation of a small hermitage (done in 1996) and two sections of a wall (year 2000). The procedure starts with the digitization of the film negatives and the processing of the images generated, after which a combination of different methods for 3D reconstruction and texture wrapping are applied: techniques working simultaneously with several images (such as the algorithms of Structure from Motion – SfM) and single image techniques (such as the reconstruction based on vanishing points). Then, the features of the obtained models are described according to the geometric accuracy, completeness and aesthetic quality. In this way, it is possible to establish the real applicability of the models in order to be useful for the aforementioned historical studies and dissemination purposes. The text also wants to draw attention to the importance of preserving the documentary heritage available in the collections of negatives in archival custody and to the increasing difficulty of using them due to: (1) problems of access and physical conservation, (2) obsolescence of the equipment for scanning and stereoplotting and (3) the fact that the software for processing digitized photographs is discontinued.[ES] Los modelos tridimensionales con textura fotográfica se han convertido en un producto habitual para el estudio y la difusión de los elementos patrimoniales. El interés por el patrimonio también abarca su evolución a lo largo del tiempo, por lo tanto, además de los modelos 3D del estado actual, es interesante disponer de modelos que representen estados pasados. Para ello, es necesario recurrir a información de archivo que corresponda a los momentos que se desean visualizar. El presente texto analiza las posibilidades de generar modelos tridimensionales de superficies con texturas fotográficas a partir de colecciones antiguas de negativos analógicos (en película) procedentes de trabajos de fotogrametría estereoscópica terrestre de edificios históricos. Los casos que se presentan son una pequeña ermita (documentada en 1996) y dos secciones de una muralla (documentada en el año 2000). El procedimiento se inicia con la digitalización de los negativos y su procesamiento, a continuación se aplican diferentes métodos de reconstrucción 3D y aplicación de texturas, en concreto: técnicas que trabajas simultáneamente con varias imágenes (como los algoritmos de Structure from Motion – SfM) y técnicas monoscópicas (como la reconstrucción basada en los puntos de fuga). A continuación, se describen las características de los productos obtenidos en función de la precisión geométrica, grado de compleción y calidad estética. De esta forma, es posible establecer la aplicabilidad real de estos modelos a los estudios históricos y los usos de difusión anteriormente mencionados. El texto también quiere llamar la atención sobre la importancia de preservar el patrimonio documental disponible en las colecciones de negativos que actualmente se encuentran en archivos y su creciente dificultad de uso debido a varios factores entre los que se pueden destacar: (1) los problemas de acceso y conservación física, (2) obsolescencia del instrumental de escaneado y restitución fotogramétrica y (3) el hecho de que el software para el procesamiento de las fotografías digitalizadas también esté obsoleto

Recuperación de pares estereoscópicos antiguos para la generación de modelos tridimensionales digitales de estados pasados de edificios históricos

[EN] Three-dimensional models with photographic textures have become a usual product for the study and dissemination of elements of heritage. The interest for cultural heritage also includes evolution along time; therefore, apart from the 3D models of the current state, it is interesting to be able to generate models representing how they were in the past. To that end, it is necessary to resort to archive information corresponding to the moments that we want to visualize. This text analyses the possibilities of generating 3D models of surfaces with photographic textures from old collections of analog negatives coming from works of terrestrial stereoscopic photogrammetry of historic buildings. The case studies presented refer to the geometric documentation of a small hermitage (done in 1996) and two sections of a wall (year 2000). The procedure starts with the digitization of the film negatives and the processing of the images generated, after which a combination of different methods for 3D reconstruction and texture wrapping are applied: techniques working simultaneously with several images (such as the algorithms of Structure from Motion – SfM) and single image techniques (such as the reconstruction based on vanishing points). Then, the features of the obtained models are described according to the geometric accuracy, completeness and aesthetic quality. In this way, it is possible to establish the real applicability of the models in order to be useful for the aforementioned historical studies and dissemination purposes. The text also wants to draw attention to the importance of preserving the documentary heritage available in the collections of negatives in archival custody and to the increasing difficulty of using them due to: (1) problems of access and physical conservation, (2) obsolescence of the equipment for scanning and stereoplotting and (3) the fact that the software for processing digitized photographs is discontinued.[ES] Los modelos tridimensionales con textura fotográfica se han convertido en un producto habitual para el estudio y la difusión de los elementos patrimoniales. El interés por el patrimonio también abarca su evolución a lo largo del tiempo, por lo tanto, además de los modelos 3D del estado actual, es interesante disponer de modelos que representen estados pasados. Para ello, es necesario recurrir a información de archivo que corresponda a los momentos que se desean visualizar. El presente texto analiza las posibilidades de generar modelos tridimensionales de superficies con texturas fotográficas a partir de colecciones antiguas de negativos analógicos (en película) procedentes de trabajos de fotogrametría estereoscópica terrestre de edificios históricos. Los casos que se presentan son una pequeña ermita (documentada en 1996) y dos secciones de una muralla (documentada en el año 2000). El procedimiento se inicia con la digitalización de los negativos y su procesamiento, a continuación se aplican diferentes métodos de reconstrucción 3D y aplicación de texturas, en concreto: técnicas que trabajas simultáneamente con varias imágenes (como los algoritmos de Structure from Motion – SfM) y técnicas monoscópicas (como la reconstrucción basada en los puntos de fuga). A continuación, se describen las características de los productos obtenidos en función de la precisión geométrica, grado de compleción y calidad estética. De esta forma, es posible establecer la aplicabilidad real de estos modelos a los estudios históricos y los usos de difusión anteriormente mencionados. El texto también quiere llamar la atención sobre la importancia de preservar el patrimonio documental disponible en las colecciones de negativos que actualmente se encuentran en archivos y su creciente dificultad de uso debido a varios factores entre los que se pueden destacar: (1) los problemas de acceso y conservación física, (2) obsolescencia del instrumental de escaneado y restitución fotogramétrica y (3) el hecho de que el software para el procesamiento de las fotografías digitalizadas también esté obsoleto

Geometric documentation of the mountain ice house of Labraza (Oyón-Oion, Álava, Spain)

[ES] Se trata de un pozo construido en mampostería de unos 7,4 metros de diámetro y 9 de altura, con forma de cilindro rematado en una falsa cúpula apuntada. Dispone de un acceso a media altura mediante una galería en zigzag. Su construcción requirió de un montículo artificial de más de 10 metros de radio. La red de referencia se observó con GNSS, se dispuso de un apoyo sobre las paredes mediante dianas de puntería cuyas coordenadas se obtuvieron con estación total. La documentación fotográfica se hizo con una cámara réflex, imágenes desde dron y tomas con una cámara panorámica. La información se ha procesado en software fotogramétrico para generar un modelo de superficies con textura fotográfica a partir del cual se han obtenido ortoimágenes y una colección de planos.[EN] A well of 7.4 meter of diameter and around 9 meters high with the shape of a cylinder with a corbeled dome on top. Apart from the load hole (above) there is a narrow zigzag access. The construction required an artificial mound of more than 10 meters radius. The documentation started with the placement of the reference network by means of GNSS techniques, the control points (targets) were measured with a total station and the photographs were taken with three different cameras: a reflex, one mounted on a drone and a panoramic one. Information were processed with photogrammetric software in order to generate a three-dimensional surface model with photographic textures. From this 3D model products such as plans or orthoimages were generated.[ES] Memoria del proyecto (70 páginas) y 6 fotografías de documentación.[EN] Report of the project (70 pages) and 6 photographs for documentation purposes

Dibujo de líneas tridimensional sobre nubes de puntos mediante estéreo cromático y sombreado

1 PDF document (8 pp., English).-- Contributed to: VSMM'08: 14th International Conference on Virtual Systems and Multimedia (Limassol, Cyprus, Oct 20-25, 2008)[EN] Terrestrial laser scanners (TLS) have become a common tool in geometric documentation of heritage. As output, they can produce point clouds along with thematic information such as reflectance or photographic texture. Some of their drawbacks are that the products which have been directly obtained from raw point clouds imply massive data handling, besides, standard products demanded by organizations and technicians such as wireframe models and line drawings are not readily computed from them; therefore, human supervised point cloud processing is still mandatory. Our contribution is to enriching the point cloud thematic component using shading and Chromadepth® information, which allows to enhance the point cloud surface details and to improve the identification and drawing of the lines defining the elements over the point cloud. In order to illustrate the utility of these thematic layers, we describe, step by step, a simple procedure to draw 3D lines from point clouds.[ES] Los sistemas de escaneado laser se han convertido en una herramienta habitual en la documentación geométrica del patrimonio. Como uno de sus resultados, se obtienen nubes de puntos que incluyen información adicional como la reflectancia o el color procedente de una textura fotográfica. Sin embargo, su manejo implica la gestión de ficheros brutos de gran tamaño y no es sencillo obtener algunos de los productos que se demandan por los técnicos habituados al trabajo patrimonial como son los dibujos de líneas. Nuestra contribución consiste en enriquecer la componente temática mediante el sombreado y el estéreo cromático, resaltando los detalles de la superficie documentada y mejorando la identificación y dibujo de las líneas. Con el fin de ilustrar la utilización de capas temáticas para el dibujo 3D, se describe, paso a paso, un procedimiento simple para el dibujo tridimensional a partir de nubes de puntos

Ajuste radiométrico de texturas fotográficas en modelos virtuales y nubes de puntos de elementos patrimoniales

[EN] Contributed to: 7th Geomatic Week (Barcelona, Spain, Sep 20-23, 2007)The software related in this paper can ber downloaded in the following item:● LDGP_sof_005: "Software for the radiometric balance of photographic textures (v. 1.0)", http://hdl.handle.net/10810/6166[ES] Presentado en: 7ª Semana Geomática (Barcelona, España, 20–23 septiembre 2007)El programa de ordenador descrito en este artículo puede descargarse en el siguiente registro del repositorio:● LDGP_sof_005: "Programa de ajuste radiométrico de texturas fotográficas (v. 1.0)", http://hdl.handle.net/10810/6166[EN] When facing the representation of heritage elements, a wide range of graphical products are at our disposal which incorporate photographic texture, such as ortophotographs, virtual models or point clouds. Photographic image provides help in visual interpretation, as well as a big progress on the documentation in itself. Nonetheless, the lighting changes among the pictures affect negatively the continuity between adjacent areas which has repercussion on the aestetic appearance, therefore, techniques to reduce these differences must be introduced.There are several possible solutions according to the needs, the source data and the working process. In this case, the methodology aims at visual balancing rather than calculate real values, which are interesting in qualitative analysis. As there is no overlaping area the balance between pictures has to be done by means of statistical parameters.[ES] En la representación de elementos patrimoniales, se dispone de una gran variedad de productos gráficos que incorporan textura fotográfica, como las ortofotografías, los modelos virtuales o las nubes de puntos. La imagen fotográfica proporciona una gran ayuda visual a la interpretación de los objetos, así como un avance muy significativo en la propia documentación; sin embargo, las variaciones de iluminación que se producen entre tomas, afectan negativamente a la continuidad entre zonas adyacentes, lo que repercute en el aspecto estético, siendo necesario incorporar algoritmos de ajuste que permitan minimizar estas diferencias.Existen múltiples soluciones posibles ya que la utilidad posterior del resultado, los datos de partida disponibles y el proceso de trabajo pueden introducir variaciones considerables. En este caso, se ha desarrollado una metodología orientada a la mejora estética con fines a un análisis visual posterior frente a planteamientos que buscan conservar parámetros físicos con vista a estudios cualitativos. Al no contar con zonas de solape, los ajustes entre fotografías se calculan mediante parámetros estadísticos.Conference paper (10 pages) + Poster (2 pages, ES and EN versions

Detection of the seasonal cyclic movement in historic buildings by means of surveying techniques

[ES] Para más información véase el trabajo LDGP_mem_003-2: "Estudio topográfico de las deformaciones del conjunto arquitectónico de la iglesia de Nuestra Señora de la Blanca (Agoncillo, La Rioja) [Julio 2007 – Octubre 2009]", http://hdl.handle.net/10810/7050[EN] For more information see LDGP_mem_003-2: "Estudio topográfico de las deformaciones del conjunto arquitectónico de la iglesia de Nuestra Señora de la Blanca (Agoncillo, La Rioja) [Julio 2007 – Octubre 2009]", http://hdl.handle.net/10810/7050[ES] Al igual que el resto de estructuras de ingeniería, los edificios históricos están sometidos a las variaciones de las condiciones atmosféricas que afectan a sus dimensiones. Estos efectos son de carácter cíclico y no suelen suponer riesgo para la estabilidad del edificio, ya que se encuentran dentro de su dinámica natural, sin embargo, su determinación aporta información valiosa a la hora de entender el comportamiento tanto del edificio como de los materiales que lo conforman.Los resultados que se presentan surgen del proyecto de auscultación geométrica de un edificio histórico supuestamente inestable, la Iglesia de Santa María la Blanca de Agoncillo (La Rioja, España), que se viene realizando utilizando instrumentación topográfica convencional. En el cálculo de las diferentes campañas se han podido detectar movimientos cíclicos estacionales.[EN] As in other engineering structures, historic buildings are conditioned by atmospheric changes which affect their size and shape. These effects follow a more or less cyclic pattern and do not normally put the stability of such buildings in jeopardy since they are part of their natural dynamics. Nevertheless, the study of these effects provides valuable information to understand the behavior of both the building and the materials it is made of.This paper arose from the project of geometric monitoring of a presumably unstable historic building: the church of Santa María la Blanca in Agoncillo (La Rioja, Spain), which is being observed with conventional surveying equipment. The computations of the different epochs show several movements that can be explained as due to seasonal cycles.Queremos agradecer al Ayuntamiento de Agoncillo y a la Consejería de Cultura del Gobierno de La Rioja por la financiación del proyecto

Evaluación del equipamiento topográfico convencional aplicado al análisis de edificios patrimoniales. Torre de la Iglesia de Santa María la Blanca en Agoncillo (La Rioja, España)

Contributed to: "Measuring the Changes": 13th FIG International Symposium on Deformation Measurements and Analysis; 4th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Enginering (Lisbon, Portugal, May 12-15, 2008).[ES] Este artículo se ha realizado a partir de los datos del siguiente proyecto de documentación geométrica, desde donde pueden encontrarse enlaces adicionales a otros documentos relacionados:● LDGP_mem_003-2: "Estudio topográfico de las deformaciones del conjunto arquitectónico de la iglesia de Nuestra Señora de la Blanca (Agoncillo, La Rioja) [Julio 2007 – Octubre 2009]", http://hdl.handle.net/10810/7050● LDGP_mem_003-2: "Estudio topográfico de las deformaciones del conjunto arquitectónico de la iglesia de Nuestra Señora de la Blanca (Agoncillo, La Rioja) [Julio 2007 – Octubre 2009]", http://hdl.handle.net/10810/7050[EN] This paper is based on data from the following project (from which more related information can be accessed):[EN] A typical feature of heritage buildings is their fragility that is displayed by means of several pathologies such as wall sloping or cracks. Although there are some model projects on monitoring, they are usually enclosed in big restoration works, the budgets of which are ample enough to accommodate the cost. Except for these cases, most of the churches, palaces or castles which makes up our vast heritage, have to share the limited funds assigned to their maintenance where the geodetic analysis are just a luxury it cannot afford.In this paper, a case study carried out at Santa María la Blanca church (Agoncillo, Spain), which shows significant deformations, is reported. For two years, a number of field campaigns are being observed exclusively with conventional surveying equipment and benchmarks.Of course, we do not intend to perform a thorough monitoring but to answer the questions whether the building is stable and the scale of the possible movements. In order to accomplish this aim, the three-dimensional movements will be studied from their horizontal representation and we will only use angular observations that are the most easily controllable.The main goal is to define a low-cost method useful as a tool for preliminary diagnosis and to permit optimising the cases in which we resort to detailed geodetic studies or consolidation works.[ES] Una de las características de los edificios patrimoniales es su fragilidad que aparece representada por diversas patologías como inclinaciones o grietas. Aunque existen numerosos proyectos de control, normalmente se circunscriben a grandes trabajos de restauración cuyos presupuestos pueden acomodar ampliamente los costes. Excepto en estos casos, la mayoría de las iglesias, palacios o castillos que componen nuestro vasto patrimonio, deben repartirse los limitados recursos asignados a su mantenimiento donde los análisis geodésicos son un lujo difícilmente asumible.En este artículo, se analiza el caso de la iglesia de Santa María la Blanca (Agoncillo, España), que muestra deformaciones significativas. Durante dos años se están realizando una serie de campañas de observación utilizando exclusivamente equipación y señales topográficas.Evidentemente, no se pretende realizar una auscultación completa sino responder a la pregunta de si el edificio es estable y la escala de los posibles movimientos. Con el fin de cumplir estos objetivos, los movimientos tridimensionales se estudiarán a partir de su componente horizontal y se utilizarán exclusivamente observables angulares ya que son los más fácilmente controlables.El objetivo principal es definir una metodología de bajo coste que sea una herramienta útil para diagnósticos preliminares y que permita optimizar los casos en los que se recurre a estudios geodésicos de detalle o trabajos de consolidación

Geometric documentation of a scene with footprints of a swimming dinosaur in Laguna de Cameros (La Rioja, Spain)

[ES] Los restos fósiles corresponden a una escena parcial que se presenta en un voladizo de unos 6 x 1 metro de superficie que se ha generado con motivo de un desprendimiento en una ladera del margen del río Leza a su paso por la localidad de Laguna de Cameros. La documentación general del estrato se realizó utilizando fotografías desde el suelo y con un jalón telescópico tanto del voladizo como de un bloque suelto (de unos 30 x 30 x 20 cm) que se encontró al pie del voladizo. Además de los modelos 3D se han preparado planos con vistas ortogonales a las superficies con restos fósiles en las que se combina la imagen fotográfica con el sombreado de tintas hipsométricas.[EN] The scene was found in a projection (surface around 6 x 1 metres) of the rock generated after a landslide of the slope of the bank of the river Leza in front of the town of Laguna de Cameros. The documentation was done by means of photogrammetry, with photographs taken both from the ground and with a telescopic pole. Apart from the footprints on the rock projection a detached block (30 x 30 x 20 cm) located at the foot of the rock projection was also documented. The outcomes consist of the 3D models and ortographic views of the surfaces with palaeontological remains both with photographic textures and shaded relief.Cátedra de Paleontología (Universidad de la Rioja)[ES] Informe del proyecto con 3 planos (PDF), 3 fotografías de documentación (JPEG) y dos modelos virtuales (OBJ).[EN] Report with 3 plans (PDF), 3 photographs for documentation purposes (JPEG) and 2 three-dimensional models (OBJ)