Revolucionando nuestro patrimonio: Apps, VR y AR en yacimientos arqueológicos

En esta nueva entrada del blog vamos a hacer un breve repaso al desarrollo de la Carnuntum App, una aplicación móvil de realidad virtual y aumentada diseñada para su uso in situ en un yacimiento arqueológico, y cuyos resultados hemos publicado en las Actas del II Congreso Internacional Legatum 2.0 (Daimiel, Ciudad Real).

Termas romanas de Carnuntum, reconstruidas a escala 1:1. Fuente: wikipedia.org

El Parque Arqueológico de Carnuntum

El Parque Arqueológico de Carnuntum se encuentra a unos 50 km al este de Viena (Austria). Representa el complejo arqueológico más grande de Austria y a su vez fue la capital de la provincia romana de Panonia Superior. Como tal, desde hace más de un siglo ha sido objeto de estudio mediante la aplicación de un amplio abanico de técnicas: excavación arqueológica, teledetección aérea y estudio de fuentes históricas.

Localización de Carnuntum a inicios del siglo I d.C.

Sin embargo, desde el año 2012, el LBI ArchPro (Ludwig Boltzmann Institute for Archaeological Prospection and Virtual Archaeology) y el ZAMG (Central Institution for Meteorology and Geodynamics) han liderado el proyecto ArchPro Carnuntum con el objetivo de mapear y comprender mejor el paisaje arqueológico de este impresionante yacimiento mediante el uso de geofísica, fundamentalmente georrádar y magnetómetro. El resultado de dicho proyecto es una imagen casi completa de los restos soterrados de esta importante capital de provincia romana.

Usando estos datos como referencia, nuestros compañeros de 7reasons, junto con nuestra colaboración, han producido material audiovisual que recrea el pasado romano de Carnuntum.

Recreación 3D de la ciudad romana de Carnuntum en su totalidad.

Realidad virtual, realidad aumentada y patrimonio arqueológico

Realidad virtual y aumentada son tecnologías relativamente recientes que, sin embargo, resultan en ocasiones confusas.

En esencia, la gran diferencia entre una y otra es que la realidad virtual no tiene un soporte físico. Es decir, es una tecnología que crea entornos puramente virtuales que no necesariamente deben tener un paralelo en la realidad. Como ocurre, por ejemplo, con el mundo virtual de Matrix.

La realidad aumentada, sin embargo, sí requiere de un soporte del mundo real, añadiendo una capa de información digital sobre el mismo y aportando así información novedosa y adicional.

Así, una experiencia de realidad aumentada aplicada al patrimonio es sólo posible a través de una experiencia in situ, mientras que una de realidad virtual sería posible en cualquier lugar.

Carnuntum App

Desde abril de 2018 esta App está disponible para Android e iOS de forma totalmente gratuita y con constantes actualizaciones que incorporan nuevos contenidos. Desde Torrejón Estudio, y en colaboración con 7reasons, desarrollamos el contenido de la App, tanto en lo referente a reconstrucción 3D de elementos arquitectónicos y del paisaje, como la optimización y texturizado de los objetos arqueológicos.

Menú de inicio de Carnuntum App.

La App, que ha sido desarrollada mediante el motor gráfico Unity 3D, se divide en dos grandes apartados. El primero se centra en la reconstrucción virtual de elementos arquitectónicos; la segunda, en la presentación de objetos arqueológicos escaneados en 3D.

Recreación 3D de restos arquitectónicos

Carnuntum es un yacimiento arqueológico inmenso, con más de 10 km2 de extensión, donde la mayoría de los restos se encuentra aun enterrados en el subsuelo. Sin embargo, algunas áreas han sido reconstruidas a escala 1:1. Tal es el caso de la villa urbana, las termas y otros espacios domésticos.

Panel informativo que su vez sirve de tracker o rastreador visual para la localización dentro de la App.

Además, desde hace años se han estado llevando a cabo reconstrucciones virtuales de la ciudad, algunas de las cuales puedes ver en este enlace. Estos modelos digitales previamente creados fueron actualizados y readaptados a los estándares actuales en términos de nivel de detalle, así como en cuanto a datos arqueológicos descubiertos recientemente. Para ello, incluímos todas las fuentes disponibles: excavación arqueológica, teledetección, prospección geofísica y fuentes escritas.

En total, se diseñaron ocho estaciones de realidad virtual y aumentada en distintas localizaciones del Parque: anfiteatro civil, murallas de la ciudad, Heidentor, calles Norte y Sur, y el foro.

Captura de pantalla en la estación del anfiteatro civil mostrando la recreación 3D del mismo.

Uno de los mayores retos dentro del desarrollo de esta App fue establecer una localización y orientación precisa a la hora de mostrar el contenido de realidad virtual y aumentada in situ. Para ello, utilizamos como trackers o rastreadores los propios paneles informativos del Parque, una solución mucho más elegante y práctica que utilizar códigos QR. Así, mediante el escaneo del panel, la App despliega la recreación virtual 360º, tanto en formato de realidad virtual, como aumentada. Además, es posible también mostrar una vista estereoscópica de la misma para implementar la experiencia con gafas adaptadas para dispositivo móvil.

Heidentor y su reconstrucción 3D mediante realidad aumentada a través de Carnuntum App.

Objetos arqueológicos

Además de mostrar elementos arquitectónicos, en la Carnuntum App también se incluye un visor 3D para objetos arqueológicos. Para ello, utilizamos como base los modelos 3D generados por la plataforma 3D Kulturdatenbank, una base de datos online y pública que contiene miles de objetos arqueológicos digitalizados mediante escáner láser. Sin embargo, pese a que esta técnica es capaz de capturar de forma muy detallada la geometría de un objeto, no permite capturar el color del mismo. Dado que uno de los objetivos del proyecto fue optimizar recursos y reaprovechar material ya existente, fue necesario texturizar dichos modelos 3D de forma manual.

Izquierda: modelo 3D high-poly o de alta resolución; derecha: modelo 3D optimizado y retopologizado.

Flujo de trabajo

El proceso de optimización y texturizado para Tiempo-Real propuesto se basa en el estándar de la industria, y se resume de la siguiente manera:

  1. Optimización del modelo 3D. En primer lugar, se genera un modelo low-poly o de baja resolución, que puede ser fácilmente procesado por cualquier dispositivo. Además, mediante su retopología, es posible crear una geometría más ordenada y limpia que facilita los siguientes pasos del proceso.
  2. Mapeado o unwrap, que consiste en la proyección de una imagen 2D sobre un modelo 3D.
  3. Bakeado o proyección del modelo de alta resolución sobre el optimizado, para así transferir todos los detalles de la geometría original de alta resolución sobre el modelo 3D optimizado.
  4. Texturizado PBR (Physically-Based Rendering), que define las características físicas de la superficie y cómo ésta se comporta ante la luz. Para ello, se establece si un objeto es metálico o no, cuál su índice de rugosidad, refracción, etc.
  5. Texturizado manual y fotorrealista para dotar al modelo de un aspecto lo más fidedigno posible con respecto al original.
Izquierda: modelo 3D optimizado tras aplicar la proyección o bakeado, y añadiendo los distintos mapas PBR que definen cómo se comporta la superficie ante la luz; derecha: resultado final tras texturizado fotorrealista.

Por último, para poner cada modelo en su contexto original, fue necesario plantear una solución con respecto a la posición del visitante. Así, se optó por utilizar un sistema de geolocalización por Bluetooth, de tal forma que la App notifica al usuario cuando se encuentra en una zona donde uno de los objetos arqueológicos incluidos fue hallado.

Captura que muestra la visualización de una fíbula de bronce en 3D y su descripción dentro de Carnuntum App.

Para terminar…

El uso de estas Apps son sin duda una potente herramienta a la hora de mostrar nuestro patrimonio cultural de forma atractiva, ágil y moderna y, al mismo tiempo, animan al gran público a visitar monumentos, museos y yacimientos arqueológicos.

Y es que el respeto hacia el patrimonio cultural es sólo posible mediante su apreciación, algo únicamente alcanzable través de su comprensión. Gracias a la aplicación de avances tecnológicos como este, a día de hoy es mucho más fácil presentar contenidos científicos de forma atractiva y sencilla para así lograr este objetivo.

Este post se basa en el artículo A digital, in-situ experience at the Roman town of Carnuntum (Juan Torrejón, 2022).

Puedes encontrar más información e imágenes sobre el tema pinchando aquí, así como en el siguiente vídeo:

¿Tienes alguna duda o comentario sobre el tema?