Desarrollo metodológico para la aplicación de técnicas de adquisición e impresión 3D en conservación y restauración de vidrio arqueológico, y caracterización de materiales relacionados con la fase de reconstrucción

Abstract

The introduction of 3D technology in the conservation of archaeological heritage has opened the gates for new researches. In the case of glass removed from the ground, their fragile state of conservation requires an extremely careful handle. That might cause its physical damage, so it should be minimized.

This PhD thesis deals with the application of 3D technology in the different stages of the conservation and restoration of archeological glass objects. Alternative methods based on the substitution of the original object by its 3D model are offered instead of the traditional ones. The appearance of the glass will be required only at specific times in order to minimize its handle.

The development of how to apply these techniques in a methodological way involves alternative procedures, those introduce new materials whose behavior we do not know. For this reason, a chapter has been produced to test them. In particular, we have studied the materials used in the reconstruction of missing areas which have been brought by the incorporation of 3D printed implants. In this way, it has been possible to determinate their rate of compatibility with archaeological glass conservation and restoration treatments. The proposed methodology has demonstrated that 3D technology is applicable in the field of conservation and restoration of archaeological glass. The initial problem of the 3D scanning of this material has been resolved. Furthermore, the handle rate of the objects during the reconstruction of the missing areas and in the creation of packaging has been reduced. The use of thermoplastic resins to build the gap filling has provided excellent results as the implants obtained show highly accuracy when reproducing the depth of objects decoration. Finally, concerned textures have been incorporated to virtual models by photogrammetry. Furthermore, a hypothetical recreation of the gap filling textures has been made too. These visualizations contribute to the complete reconstruction of the objects studied in 3D but without handling the originals in an excessive or unjustified way. As they are not specific from glass, the same process has been carried out on a different archaeological materials. In this way, the virtual reconstruction of an incomplete terracotta sculpture and the visualization of a paleontological skull had been made to support that. Textured models are brought through virtual and augmented reality showing the different stages of the reconstructive process to the potential audience, museum visitors and researchers.

La introducción de las tecnologías 3D en la conservación del patrimonio arqueológico ha permitido abrir nuevas vías de investigación. En el caso de los objetos de vidrio exhumados su frágil estado de conservación exige una manipulación extremadamente cuidadosa, que pone en riesgo su integridad física, por lo que ésta debe reducirse al máximo.

La presente Tesis Doctoral muestra la aplicación de las tecnologías 3D en diferentes etapas de la conservación y restauración de objetos de vidrio arqueológico. Se ofrecen así métodos alternativos a los tradicionales basados en la sustitución del objeto original por su modelo 3D de forma que solo es necesaria su presencia en momentos puntuales para una mínima manipulación.

Al desarrollar metodológicamente como aplicar estas técnicas se emplean procedimientos alternativos que introducen nuevos materiales cuyo comportamiento desconocemos. Por ello, se ha desarrollado un capítulo para la caracterización de estos nuevos materiales incorporados. En concreto, se han estudiado aquellos utilizados en la fase de reconstrucción del volumen perdido mediante la creación e incorporación de implantes impresos en 3D. De este modo, se ha podido determinar su grado de adecuación y compatibilidad en los tratamientos de conservación y restauración del vidrio arqueológico intervenido.

La metodología propuesta ha demostrado que la tecnología 3D es aplicable en el campo de la conservación y restauración del vidrio arqueológico. Se ha resuelto la problemática inicial del escaneado en 3D de este material y se ha reducido la manipulación de los objetos durante las reconstrucciones volumétricas y en la creación de embalajes. La utilización de las resinas termoplásticas para elaborar los fragmentos faltantes ha proporcionado óptimos resultados obteniendo implantes de elevada precisión capaces de reproducir el detalle decorativo de estos objetos. Por último, en los modelos virtuales han sido incorporadas sus correspondientes texturas mediante fotogrametría llevando, también a cabo, la recreación hipotética de los faltantes de manera complementaria. Con ello se facilita la visualización y recuperación completa de los objetos estudiados en 3D sin manipular los originales de forma excesiva o no justificada. Estas visualizaciones no son específicas del vidrio y para dimensionar los resultados en su justa medida, este mismo proceso se ha llevado a cabo con material arqueológico de otra naturaleza permitiendo la reconstrucción virtual de una escultura incompleta de terracota y la visualización de un cráneo paleontológico. Se propone de esta manera como interaccionar, a través de la realidad aumentada, con los modelos texturizados y mostrar como acercar las diferentes fases del proceso reconstructivo a un público potencial, al visitante de exposiciones y a los estudiosos atraídos.

La introducció de les noves tecnologies 3D en la conservació del patrimoni arqueològic ha permès obrir noves vies d'investigació. En el cas dels objectes de vidre exhumats el seu fràgil estat de conservació exigeix una manipulació extremadament acurada, que posa en risc la seva integritat física, de manera que aquesta s'hauria de reduir al màxim.

La present Tesi Doctoral mostra l'aplicació de les tecnologies 3D en diferents etapes de conservació i restauració d'objectes de vidre arqueològic. S¿ofereixen així mètodes alternatius als tradicionals basats en la substitució de l'objecte original pel seu model 3D de mena que només sigui necessària la seva presència en moments puntuals per una mínima manipulació. En desenvolupar metodològicament com aplicar aquestes tècniques s'empren procediments alternatius que introdueixen nous materials de comportament desconegut. Per tant, s¿ha desenvolupat un capítol per a la caracterització d'aquests nous materials incorporats. En concret, s'han estudiat aquells utilitzats en la fase de reconstrucció del volum perdut mitjançant la creació i incorporació d'implants impresos en 3D. D'aquesta manera, s'ha pogut determinar el seu grau d'adequació i compatibilitat en els tractaments de conservació i restauració del vidre arqueològic intervingut.

La metodologia proposada ha demostrat que la tecnologia 3D és aplicable en el camp de la conservació i restauració del vidre arqueològic. S'ha resolt la problemàtica inicial de l'escanejat en 3D d'aquest material i s'ha reduït la manipulació dels objectes durant les reconstruccions volumètriques i en la creació d'embalatges. La utilització de les resines termoplàstiques per elaborar els fragments mancants ha proporcionat òptims resultats obtenint implants d'elevada precisió capaços de reproduir el detall decoratiu dels objectes. Finalment, en els models virtuals s'han incorporat les textures corresponents per mitjà de la fotogrametria, realitzant també, la recreació hipotètica dels mancants de manera complementària. Amb aquesta pràctica, s'ha facilitat la visualització i recuperació completa dels objectes estudiats en 3D sense manipular els originals de forma excessiva o no justificada. Aquestes visualitzacions no són específiques del vidre i per dimensionar els resultats en la seva justa mesura, aquest mateix procés s¿ha dut a terme amb material arqueològic d'una altra naturalesa, permetent la reconstrucció virtual d'una escultura incompleta de terracota i la visualització d'un crani paleontològic. Es proposa d'aquesta manera com interaccionar, a través de la realitat augmentada, amb els models amb textura i mostrar com acostar les diferents fases del procés constructiu a un públic potencial, al visitant d'exposicions i als estudiosos atrets.