CAPÍTULO 3. TÉCNICAS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN EL ESTUDIO DEL PASADO

Prof. Dr. D. Juan Antonio Barceló.

Universitat Autònoma de Barcelona. Barcelona. España.

“…la RV es la herramienta sensorial que quizá más certeramente pueda permitir a la Humanidad buscar, encontrar y descifrar las nuevas claves que la conducirán por el sendero del saber respondiendo a las cuestiones antropológicas que desde siempre se ha preguntado, ¿quiénes somos? y ¿hacia dónde vamos?...”

Francisco Javier Pérez Martínez

Presente y Futuro de la Tecnología de la Realidad Virtual.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS CONTENIDOS

En el presente capítulo se nos presentan los conceptos de forma y textura, y se trata con profundidad el tema de la “función” de las evidencias materiales –en el contexto arqueológico-.

Por otro lado, se nos muestran diferentes métodos de análisis de los modelos virtuales de las realidades arqueológicas -los métodos de clasificación no-lineal, inferencia inversa y simulación-, mostrando de este modo como la Arqueología Virtual, o mejor dicho, sus técnicas, son una potente herramienta de investigación.

OBJETIVOS ALCANZADOS

Desde el tema de introducción al capítulo hasta su culminación, se nos muestra la Arqueología Virtual como una disciplina científica completa y compleja a la vez, con un potencial extraordinario en la gestión integral del Patrimonio, aunque este tema se enfoca al ámbito de la investigación.

La visualización asistida por ordenador de los modelos geométricos de las realidades arqueológicas, nos ofrecen posibilidades tales como formalizar y cuantificar su formas y texturas, por medio de las experimentaciones sobre estos modelos virtuales, y con ello poder entender qué función tenían, cómo y para qué fueron construidos de esa forma y no de otra, y sobre todo por qué –cuestiones que en pocos casos podemos responder desde la Arqueología tradicional-. En definitiva, entender de una manera mucho más productiva y eficaz la morfología de un artefacto, su diseño y organización tecnológica.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL

DATOS DE INTERÉS ASIMILADOS

CONCEPTOS.

Geones. Componentes primitivos de forma, que es una abreviatura de “unidades geométricas”. Cada geon corresponde a una superficie elemental (por ejemplo un bloque, un cilindro, un cilindro curvo) y todas las formas se representan por medio de combinación de geones.

Polygonalmesh. Superficie creada convirtiendo una nube de puntos en un reticulado poligonal.

Albedo. Es la relación, expresada en porcentaje (o en tanto por uno), de la radiación que cualquier superficie refleja sobre la radiación que incide sobre la misma. Se mide con un número comprendido entre 0 y 1, después de haberse establecido que 0 es el albedo de un cuerpo que no refleja luz ninguna y 1 es el albedo de un cuerpo que refleja toda la luz incidente. 0,5, por ejemplo, es el albedo de un objeto que refleja el 50 por 100 de la luz recibida. Las superficies oscuras absorven más energía y las superficies claras la reflejan, de ahí que los calificativos claro, oscuro, brillante, mate hacen referencia al contenido del sustantivo “albedo” pues expresan la relación entre radiación absorbida y reflejada. Las superficies claras tienen valores de albedo superior a las oscuras y las brillantes más que las mates.

Tribología. La ciencia y tecnología de las superficies en contacto y en movimiento relativo unas con otras (Heshmat 2010).

Arqueología Automática. Teoría del razonamiento arqueológico en su nivel algorítmico, cuyo objetivo principal es el análisis de la racionalidad de una teoría por medios computacionales.

Heurística. Arte, técnica o procedimiento práctico o informal, para resolver problemas. Alternativamente, se puede definir como un conjunto de reglas metodológicas no necesariamente forzosas, positivas y negativas, que sugieren o establecen cómo proceder y qué problemas evitar a la hora de generar soluciones y elaborar hipótesis. Es generalmente considerado que la capacidad heurística es un rasgo característico de los humanos desde cuyo punto de vista puede describirse como el arte y la ciencia del descubrimiento y de la invención o de resolver problemas mediante la creatividad y el pensamiento lateral o pensamiento divergente.

SOFTWARES.

K3DSurf. Programa informático (http://k3dsurf.sourceforge.net/), de libre uso que utiliza descripciones paramétricas de modelos físicos.

Surfer. (http://www.imaginary-exhibition.com/surfer.php), programa para visualizar superficies algebraicas reales, dadas como el lugar de los puntos en que se anula un polinomio en 3 variables. Se basa en el programa Surf y ha sido desarrollado para la exposición IMAGINARY, promovida por el Instituto de Investigación Matemática de Oberwolfach, con ocasión del "Año alemán de las Matemáticas" celebrado en 2008.

Landmark 3.6. Es un programa de uso libre desarrollado por el Institute for Data Analysis and Visualization de la Universidad de California-Davis (http://www.idav.ucdavis.edu/research/projects/EvoMorph). Su propósito es situar puntos salientes (“landmarks”) a lo largo de una superficie 3D, para así poder comparar landmaks 3D en diferentes superficies y medir las diferencias morfométricas entre ambas “formas”.

HOTPAD. Software utilizado por Kullmer et al. (2002)  para estudiar parámetros estructurales en 2D y 3D (distancia, área y volumen de coronas dentales; parámetros funcionales como forma del relieve, área de la cúspide, ángulo y pendiente) de segundos molares de ejemplares antiguos de homo sapiens procedentes de Java, Indonesia.

INSTRUMENTOS DE TRABAJO.

Colorímetros. Miden datos de tres estímulos: luminosidad (valor), cromaticidad (saturación) y matiz (espectro). El valor numérico del color se determina visualmente utilizando un modelo de colores tridimensional. Entre los espacios de color más usados está el CIE Yxx, establecido en 1931; el CIELAB, L*a*b* espacio de color de 1976, el L*C*h de 1994, y el CIEDE2000. También se usan otros espacios de color tridimensionales, como CIELUV, Hunter Lab o la notación de Munsell. El inconveniente de los datos así medidos es que dependen de las condiciones de observación (mecanismo de captura, luz ambiente, micro-topografía de la superficie, etc.). Estos instrumentos proporcionan medidas que se correlacionan fácilmente con la percepción visual humana (umbral psicofísico), lo que puede también introducir ambigüedad y/o subjetividad.

Espectrofotómetros. Miden datos espectrales, es decir, la cantidad de reflectividad espectral, propiedades de emisión y/o transmisión de una muestra de color en cada longitud de onda del continuo del espectro visible, sin interpretación del agente humano. Los datos medidos tienen la ventaja de que no dependen de las condiciones locales de luz, de la microtopografía de la superficie ni del agente observador. Por medio de la recopilación de esta información colorimétrica completa se puede obtener una descripción adecuada y formalizada del objeto.

Escáner 3D. Estos “observadores instrumentales” son capaces de registrar la distancia entre el instrumento y cualquier punto de la superficie exterior del objeto, en donde cada punto representa una posición especifica del objeto en el espacio 3 D. Los datos resultantes constituyen una nube de puntos con miles (o millones) de coordenadas cartesianas tridimensionales. Junto a las coordenadas x, y, z de cada punto podemos codificar también información referida al color de ese sector del espacio, su vector normal o su textura. La forma del objeto se expresara por tanto en términos de la nube de puntos resultante. Medir la micro-topografía de una superficie sin recurrir a la imagen de sus variaciones locales de luminancia. La resolución de los modernos escáner 3D permite medir minúsculos detalles de micro-estructuras complejas. Un escáner 3 D moderno captura puntos de menos de 50 micrones (0,05 mm). De esta manera en lugar de usar valores de nivel de gris medidos a la resolución del pixel podemos hacer auténticas mediciones de profundidad y altura en cualquier punto de una superficie, recurriendo a continuación a técnicas geoestadísticas como variogramas o correlogramas para medir la intensidad de la variación espacial.

REFLEXIONES

Este capítulo me ha resultado el más complejo de los desarrollados hasta el momento. Es un tema muy denso, con muchísima información técnica, que en numerosos casos ha escapado de mi entendimiento, y he tenido que indagar muchísimo sobre las temáticas planteadas y trabajar mucho los contenidos.

Pese a ello, ha sido un tema muy interesante, que desde mi punto de vista, ha funcionado como punto de fusión entre los dos capítulos anteriores -uno enfocado a la Arqueología y el segundo a la Informática Gráfica y Realidad Virtual- presentándonos a la Arqueología Virtual como disciplina científica con un enorme potencial.

Se nos indica la importancia de la forma y la textura de los artefactos arqueológicos, o de las realidades arqueológicas, como bases de investigación para definir la funcionalidad de los mismos. Se nos muestra cómo han de ser elaborados los modelos geométricos y diferentes métodos y técnicas de análisis de cuantificación y formalización de estos parámetros, basados en sus propiedades geométricas y radiométricas. Pero lo que más me ha llamado la atención es la posibilidad que ofrece el modelo virtual de aplicar propiedades físicas, compositivas, químicas,…, a las texturas del objeto representado, aunque su análisis estadístico implique muchos riesgos. Gracias a estas posibilidades, el análisis de las evidencias arqueológicas por medio de estas tecnologías abren insospechados campos de investigación, al menos para mí –ya que soy consciente que desde hace muchos años que se vienen haciendo-. Además de responder a las tradicionales cuestiones del qué, cómo, cuándo y por qué, podemos ir más allá, gracias al análisis de sus propiedades materiales, térmicas, eléctricas y mecánicas, por ejemplo, es posible realizar pruebas simuladas de restauración de carácter inocuo, ya que se harían sobre el modelo virtual; pruebas de resistencia de paramentos en una edificación casi arrasada para determinar la existencia de plantas superiores; … innumerables cuestiones complementarias que con los métodos tradicionales son imposibles de determinar.

Respecto a las Actividades planteadas esta semana destacar que han sido bastante interesantes, y una de ellas, en particular, muy amena, en la que se trataba de realizar un análisis comparativo de semejanzas y diferencias entre objetos arqueológicos y contemporáneos con la misma funcionalidad. La actividad 1 planteaba el análisis de la funcionalidad de un objeto o estructura a lo largo del tiempo a través de un método desarrollado en el capítulo, mi intención fue realizarlo de una estructura, pero su complejidad terminó por hacer que desistiese de mi propósito, e intenté efectuar el análisis de un artefacto: el corobate, en el cual no creo estar muy acertada, pero de todos modos lo expongo a continuación:

Se trata de un instrumento de nivelación preciso, potente y eficaz, que en época romana fue utilizado para la construcción de las grandes canalizaciones de aguas que nos ha dejado esta civilización, entre otras obras de ingeniería. El corobate, según la definición de Vitrubio, es un instrumento conformado por una regla recta de aproximadamente veinte pies de largo (unos 5,92 m). En los extremos posee unos brazos transversales (ménsulas) que se corresponden con exactitud, poseen la misma medida y están fijados en los extremos de la regla, formando un ángulo recto; entre la regla y estos brazos van unos travesaños sujetos por medio de espigas que tienen unas líneas trazadas en vertical, con toda exactitud; además lleva unos hilos de plomo suspendidos en cada uno de los extremos de la regla.

1. Inputs. Proyectar el plano horizontal de la cota de partida a lo largo del terreno que debía soportar la canalización.

2. Outputs. Disminuir o incrementar la cota, dependiendo del sentido del replanteo respecto a la dirección del agua, en proporción exacta a la distancia recorrida por el canal.

3. Estados. Estacionamiento del aparato. Se realizaba en los puntos desde los que se visualizase más porción del terreno sobre el que se pretendía construir el canal. Previamente se había proyectado a esos puntos la cota que se deseaba arrastrar. No se nivelaba con el corobate a distancias superiores a 70-80 metros, por el error de nivelación ocasionado por la esfericidad de la tierra.

4. Primera relación causal. Colocación de las ménsulas en un plano horizontal. Cuando la regla está en su correcta posición, si los hilos de plomo rozan de manera idéntica a las líneas trazadas, es señal de que el corobate está perfectamente nivelado.

5. Segunda relación causal. Toma de medidas. Con ayuda del nivel de agua (libra aquaria) se coloca en el plano horizontal rápidamente –calibrado- y solo quedará marcar la posición de los hilos aplomados para que siga funcionando sin problemas.

Su uso es dudoso en periodos posteriores a época romana, aunque si está documentado el uso de instrumentos topográficos niveladores, y que fueron evolucionando a lo largo de los siglos. Hasta 1720 no se construyó el primer teodolito como tal, cuya tutoría es de Jonathan Sisson, y en 1839 apareció el Taquímetro.

Investigadores actuales, como es el caso de Isaac Moreno Gallo, han comprobado la exactitud del corobate. Consigue competir en precisión con el nivel óptico moderno en distancias relativamente largas de más de setenta metros y suficientes para el fin buscado. Es decir, una exactitud excelente toda vez que visuales más largas son siempre inadmisibles en nivelaciones de los itinerarios, debido al grado de error que a partir de esa distancia ocasiona la esfericidad de la tierra.

La última actividad trató de la comparativa entre la metodología arqueológica tradicional y el método de investigación policial o criminalístico, ambos muy similares. Como todas las ciencias, en ambas se observa la aplicación de un método científico particular que les permite llegar a cumplir sus fines y obtener información útil. En el caso de la Criminalística, a la par de poseer sus técnicas propias, engloba las técnicas de la arqueología y la antropología física forense en la investigación sobre el proceso tanatológico; aplica técnicas arqueológicas establecidas en la recuperación y prospección de indicios y restos humanos, ligeramente modificadas por los requerimientos del registro del lugar de hechos o lugar del hallazgo, en donde un esqueleto o esqueletos o un cuerpo o cuerpos están presentes. El arqueólogo, grosso modo, realiza su trabajo buscando cualquier resto material que le pueda ayudar a inferir cómo vivieron los humanos en el pasado, reconstruyendo así parte de la historia.

Por último, respecto a la Prueba Objetiva destacar que me ha resultado sencilla y amena, ya que casi en su totalidad las cuestiones se encontraban relacionadas con mi especialidad.