Proposta de metodologia para documentação digital de artefatos arqueológicos utilizando técnicas fotogramétricas para modelagem 3D

Abstract

Resumo: Na pesquisa arqueológica, a documentação e o registro apropriado de sítios e artefatos são indispensáveis, a documentação correta é um requisito mínimo de viabilidade para análises e interpretações posteriores. A reconstrução 3D dos artefatos pode ser feita através de técnicas de modelagem digital, e a melhor abordagem para cada um depende das necessidades do projeto e dos recursos disponíveis. Uma das abordagens baseada-se em fotogrametria de curto alcance e visão computacional, a técnica de Structure From Motion usa imagens digitais para a reconstrução de locais e objetos. Este estudo tem como objetivo propor uma metodologia para a digitalização 3D de pequenos artefatos arqueológicos utilizando métodos fotogramétricos, preservando a escala dos artefatos e considerando as desvantagens do algoritmo Structure From Motion. Os testes realizados buscaram o número e a posição ideais das fotos necessárias para uma reconstrução confiável dos artefatos, configurações de lente da câmera e o formato da imagem de armazenamento digital foram estudados para melhorar os resultados. A abordagem de dimensionamento utilizada baseou-se no referenciamento indireto de imagens. As vantagens e desvantagens da técnica de empilhamento de imagens também foram investigadas, a qual mostrou melhorar o nível de detalhes das imagens, afetando positivamente os resultados da modelagem. A alta sobreposição de imagens tem uma grande importância para obter parâmetros de orientação úteis para todas as imagens usadas. Os modelos apresentam diferenças medidas não maiores que um milímetro em comparação com medidas manuais precisas tomadas no artefato. A pesquisa traz considerações sobre as relações entre lente e sensor da câmera, formatos de imagem disponíveis, estrutura do algoritmo Structure From Motion e processamento de imagem. Ainda são recomendados esforços para entender o efeito do empilhamento de imagens sobre o processo de calibração da câmera.

Abstract: In archaeologycal reseach documentation and the appropriated record of sites and artfacts is indispensable, the correct documentation is a minimum feasibility requirement for further analisys and interpretations. The artfacts 3D recording is able through modeling tecniques, and the best approach for each depends on the project needs and available resourses. One of the approachs is based on photogrammetry and computer vision, the Structure From Motion uses digital images for the reconstruction of sites and objects. This study aims the proposal of a metodology for the 3D digitalization of small archaeological artfacts using photogrammetrics methods and preserving artfacts scale and considering the drawbacks of the Structure From Motion algorithm. The tests conduced seeked for and optimun number and position of pictures necesary for a reliable reconstruction of the artfacts, camera lens configurations and digital storage image format were studied in order to improve results. The scaling approach used was based on indirect referencing images. The advantages and disadvantages of the Image stacking tecnique were also investigated, which improved images level of details, affecting modeling results positively. High image overlapping has a major importance in order to obtain useful orientation paramethers for all the images used. Models features measured differences were not bigger than one millimeter in comparisson with precise manual measures taken on the artfact. The reseach brings considerations about the relationships between camera lens and sensor, available image formats, Structure From Motion algorithm structure and image processing. It is yet recomended efforts for understanding the effect of image stacking over the camera calibration process.