Optimisation of 3D models for artworks from the Cathedral of Santiago de Compostela Museum

Abstract

[ES] La digitalización del patrimonio cultural mediante fotogrametría ha transformado la preservación y difusión de las obras de arte. Sin embargo, esta técnica plantea desafíos como la geometría excesiva en los modelos tridimensionales (3D) resultantes, lo que los hace ineficientes para aplicaciones en tiempo real de realidad virtual (RV), plataformas móviles o visores web. Esta limitación dificulta el acceso al patrimonio digital, en particular para los usuarios con hardware limitado o residentes en regiones con restricciones tecnológicas. Para abordar esta limitación, este estudio explora la optimización mediante la retopología, que se implementó utilizando tres herramientas de software 3D: Instant Meshes, Blender y ZBrush, debido a su capacidad de reducir el número de polígonos sin una pérdida significativa de detalles para realizar posteriormente un análisis comparativo que evalúe su eficacia. Este estudio se centra en la optimización de obras de arte del Museo de la Catedral de Santiago de Compostela llamadas Santiago Coronado, David y Cristo en Majestad. Se utiliza un enfoque de métodos mixtos que incluye la evaluación de la reducción del peso de la malla, el número de polígonos y el rendimiento del renderizado en diferentes flujos de trabajo de optimización. Los resultados identificaron Instant Meshes como la herramienta de mayor rendimiento, puesto que logra un equilibrio óptimo entre automatización y preservación geométrica. Blender ocupó el segundo lugar, ya que ofrece un control más preciso en el procesamiento de modelos complejos. Ninguno de los modelos optimizados mostró una degradación visual perceptible en plataformas web como Sketchfab y en Unreal Engine 5, lo que garantizó la autenticidad visual y la compatibilidad en dispositivos móviles. Además, esta investigación destaca el papel de la optimización 3D en la democratización del acceso al patrimonio cultural porque permitió crear réplicas digitales ligeras y de alta calidad que las instituciones pueden utilizar para difundir el arte a escala global, apoyar la educación y salvaguardar obras artísticas.

[EN] The digitisation of cultural heritage through photogrammetry has transformed the preservation and dissemination of artworks. However, this technique can produce three-dimensional (3D) models with excessively complex geometry, making them inefficient for real-time applications in virtual reality (VR), on mobile platforms, and in web-based viewers. This limitation restricts access to digital heritage, particularly for users with limited hardware and those in regions with technological restrictions. To address this limitation, this study explores optimisation through retopology, using three 3D software tools, such as Instant Meshes, Blender, and ZBrush. These tools were selected because of their ability to reduce the number of polygons without a significant loss of detail. Their effectiveness was subsequently evaluated through a comparative analysis. The study focuses on the optimisation of 3D models of artworks from the Cathedral Museum of Santiago de Compostela: Santiago Crowned, David, and Christ in Majesty. A mixed-methods approach is used to evaluate reductions in mesh size and polygon count, as well as rendering performance, across the different optimisation workflows. The results identified Instant Meshes as the best-performing tool, as it achieves an effective balance between automation and geometric preservation. Blender ranked second, as it offers more precise control for complex models. Moreover, none of the optimised models showed visual degradation on web platforms such as Sketchfab or in Unreal Engine 5, which ensured visual authenticity and compatibility with mobile devices. Finally, this research highlights the role of 3D optimisation in democratising access to cultural heritage by enabling the creation of lightweight and high-quality digital replicas that institutions can use to disseminate art globally, support education, and safeguard artworks.