3D vizualizacija kulturne baštine

Zbog različitih i rastućih prijetnji kulturnoj baštini čovječanstva, posljednjih su godina kulturne politike Europske Unije usmjerene digitalnoj transformaciji ustanova kulturne baštine. Na tragu navedenog, Ministarstvo kulture i medija Republike Hrvatske pokrenulo je 2020. godine projekt pod nazivom e-Kultura – Digitalizacija kulturne baštine, sa svrhom trajne zaštite kulturne baštine sustavnom pohranom sadržaja u digitalni oblik te lakšeg pretraživanja i omogućavanja korištenja baštine u turističke, promotivne, obrazovne i ekonomske svrhe. Opravdanost projekta potvrdili su nedavni razorni potresi prouzročivši štete velikih razmjera na kulturnim dobrima Republike Hrvatske kao i globalna pandemijska kriza koja je značajno pogodila kulturni i kreativni sektor. Kao odgovor na uvođenje epidemioloških mjera te nemogućnost održavanja uobičajenih kulturno-umjetničkih aktivnosti i manifestacija u javnim prostorima, muzeji – poput inih ustanova u službi društva – svoj sadržaj nastoje prilagoditi digitalnom prostoru.

Upravo je virtualno okruženje postalo središtem društvenih zbivanja, a povećanje dostupnosti digitaliziranog sadržaja jedna od važnijih aktivnosti muzeja. Muzej Mimara jedan je u nizu europskih i svjetskih muzeja koji su u ovo krizno doba povećali svoju online aktivnost i  korisnicima ponudili mogućnost virtualnog razgledavanja izložbenih prostora i izložbi. Za sve zainteresirane tu je i edukativni kutak s kvizom znanja, dok se na platformi Blog Muzeja Mimara redovito objavljuju edukativni tekstovi o muzejskim predmetima i muzejskoj djelatnosti. Novost Muzeja Mimara dolazi u obliku virtualnog i interaktivnog 3D modela predmeta iz stalnoga postava muzeja čime se u prvom redu osigurava adekvatna zaštita kulturne baštine te se korisnicima olakšava kvalitetna vizualizacija muzealija. Na ovaj se način potiče komunikacija virtualnih posjetitelja s umjetninama na osobnoj razini te im se pruža „luksuz“ rukovanja eksponatima, koji je dosad imalo isključivo muzejsko osoblje.

Gledanje kroz staklo vitrina i statičko fotografiranje zamijenio je nov pristup predmetima, koji omogućuje nesmetano motrenje detalja i tekstura iz svih kutova, čime se ispunjava istraživački potencijal umjetnina. Riječ je o pristupačnom, detaljnom i interaktivnom načinu predstavljanja muzejske građe koja, prezentirana u punoj svojoj ljepoti, može služiti kao polazna točka znanstvenom polemiziranju te samostalnim istraživačkim pothvatima zaljubljenika u kulturnu baštinu.

Umjetnički predmeti preneseni u virtualnu stvarnost postaju efikasnim alatom za buđenje interesa za umjetnost i kulturu u tzv. „digitalnih domorodaca“ ili nadolazećih generacija koje percipiramo kao buduće potencijalne korisnike muzejskih sadržaja. Povrh toga, digitalizirani predmeti u muzejskim zbirkama postaju efikasnim alatom za razvoj vještina promatranja kao i poboljšanje spacijalne inteligencije kod djece. Digitalno 3D modeliranje trenutno je najdemokratičniji i najefikasniji način reproduciranja muzejskih zbirki, koji služi kao nadomjestak za vjerodostojan doživljaj u stvarnome muzejskom prostoru u trenutku kada izravan susret s umjetninama nije moguć.

Izrada 3D modela danas je dostupnija nego ikada zahvaljujući nizu programa, kako komercijalnih, tako i onih otvorenoga koda, koji nam omogućavaju izradu 3D modela nekog geografskog područja, arhitektonskog kompleksa, arheološkoga nalazišta ili pak pojedinoga muzejskog predmeta. Iako svaki od ovih programa ima svoje specifične prednosti i mane, svima im je jednak osnovni princip izrade modela na temelju fotografija, a koji proizlazi iz fotogrametrije. Kako bi nam princip na kojemu ovi programi rade bio jasniji, najprije bi trebalo ukratko objasniti što je to fotogrametrija. Kako navodi Hrvatska enciklopedija, fotogrametrija (foto- + -gram + -metrija) je znanost i tehnika obrađivanja oblika, veličine i položaja nekog objekta snimanjem, mjerenjem i interpretacijom fotografskih snimaka. Zasniva se na činjenici da fotografija nastaje prema određenim geometrijskim i optičkim zakonitostima pa je njihovim poznavanjem moguće na osnovi snimke djelomično ili u potpunosti rekonstruirati snimljeni objekt. Iako je za potrebe dvodimenzionalnoga objekta dovoljna jedna fotografija ili snimka, u izradi trodimenzionalnoga modela potrebne su dvije ili više fotografija, tzv. stereopar, iz različitih kutova snimanja, što programu omogućava vezanje zajedničkih točaka objekta, koje potom spaja u jedan 3D model. Takav način snimanja naziva se stereoskopskim, dok se takav tip fotogrametrijske rekonstrukcije naziva stereofotogrametrijom.

Sada, kada smo pojasnili principe fotogrametrije i fotogrametrijskih snimanja, možemo prijeći na postupak izrade modela. Sam postupak sastoji se od nekoliko koraka. Prvi je i najvažniji korak fotografiranje predmeta jer kvaliteta fotografija izravno utječe na kvalitetu konačnog modela (sl. 1.). Fotografije snimljene s različitih položaja uokolo objekta, a koje se u određenoj mjeri preklapaju, unose se u program (sl. 2.).

Iz unesenih fotografija program stvara raspršeni oblak točaka (eng. sparse point cloud), odnosno, program nalazi osnovne zajedničke točke pojedinih fotografija te ih usklađuje u objekt sastavljen od raspršenih točaka (sl. 3.). U sljedećem koraku, program po istome principu stvara zbijeni oblak točaka (eng. dense point cloud), međutim sada s povećanom gustoćom točaka koje daju pregled objekta (sl. 4.).

Iz oblaka točaka program stvara tzv. mesh, odnosno, program veže sve zajedničke točke po principu trigonometrije, a zatim ispunjava praznine kako bi postavio temelje za izradu teksture objekta (sl. 5., 6. i 7.). U ovoj fazi predmet ima svoju punu geometriju, vidljive su sve plohe i volumen predmeta.

U posljednjoj fazi, program izrađuje teksturu modela na temelju podataka koje je prikupio analizom izrađenih fotografija (sl. 8.). Treba uzeti u obzir da neravnomjerno svjetlo ili odsjaj mogu uvelike utjecati na kvalitetu tekstura i izradu uspješnog modela.

Teksturirani model zatim se može izvesti iz programa u raznim podržanim formatima, ovisno o programu koji je korišten za izradu modela.

3D model možete pogledati ovdje.

---

3D Visualization of Cultural Heritage

Due to various growing threats to the cultural heritage of mankind, in recent years the European Union’s cultural policies have focused on the digital transformation of cultural heritage institutions. Following this, in 2020 the Ministry of Culture and Media of the Republic of Croatia launched a project called e-Culture – Digitization of Cultural Heritage with the aim of permanent protection of cultural heritage by systematic storage of content in digital form, easier search and enabling use of heritage for tourist, promotional, educational and economic purposes. That this project was justified was confirmed by the recent devastating earthquakes which caused large-scale damage to the cultural heritage of the Republic of Croatia, as well as the global pandemic crisis that significantly affected the cultural and creative sector. In response to the introduction of epidemiological measures and the impossibility of going through with the usual cultural and artistic activities and events in public spaces, museums, together with other institutions in the service of society, seek to adapt their work to digital space.

It is the virtual environment that has become the centre of social events, and increasing the availability of digitalized content is one of the most important activities of the museum. The Mimara Museum is one in a series of European and world museums that have increased their online activity in this time of crisis by offering users the opportunity to tour exhibition spaces and visit exhibitions virtually. For all those interested, there is an educational corner with a knowledge quiz, while educational texts on museum objects and museum activities are regularly published on the blog platform of the Mimara Museum. Another novelty with Mimara Museum is the introduction of a virtual and interactive 3D model of objects from the museum’s permanent exhibition, which primarily ensures adequate protection of cultural heritage and facilitates quality visualization of museum objects. In this way, personal communication of virtual visitors with works of art is encouraged and they are given the “luxury” of handling exhibits that has previously been reserved only for museum staff.

Seeing objects through glass showcases and in static photography has been replaced by a new approach that allows seamless observation of details and textures from all angles, thus fulfilling the artwork’s research potential. It is an accessible, detailed and interactive way of presenting museum material which, accessible in its full beauty, can serve as a starting point for scientific discussions and independent research ventures of cultural heritage enthusiasts.

Art objects transferred to virtual reality are becoming an effective tool for awakening interest in art and culture in the so-called “digital natives”, generations of future potential users of museum content. In addition, digitized objects in museum collections are becoming an effective tool for developing observation skills as well as improving spatial intelligence in children. Digital 3D modelling is currently the most democratic and efficient way to reproduce museum collections, and it serves as a substitute for experiencing artwork in physical museum space at a time when direct encounter with art is not possible.

Today, 3D modelling is more accessible than ever thanks to a number of programs, both commercial and open source, which allow us to create 3D models of a geographical area, architectural complex, archaeological site or individual museum objects. Although each of these programs has its specific advantages and disadvantages, they all share the basic principle of making models based on photographs, which derives from photogrammetry. In order to make the principle on which these programs work clearer, we should first briefly explain what photogrammetry is. According to the Croatian Encyclopaedia, photogrammetry (photo- + -gram + -metrics) is the science and technique of processing the shape, size and position of an object by capturing, measuring and interpreting photographic images. It is based on the fact that photography is created according to certain geometric and optical laws which make it possible to partially or completely reconstruct the captured object on the basis of the image. Although one photograph or image is sufficient to make a two-dimensional object, two or more photographs taken from different angles, the so-called stereo-pair, are needed to create a three-dimensional model, which allows the program to link common points of the object which are then merged into one 3D model. This type of recording is called stereoscopic, while this type of photogrammetric reconstruction is called stereo photogrammetry.

Now that we have clarified the principles of photogrammetry and photogrammetric imaging, we can move on to the modelling process. The procedure itself consists of several steps. The first and most important step is to photograph the object itself because the quality of the photographs directly affects the quality of the final model (fig. 1). Photographs taken from different positions around the object, which overlap to some extent, are input into the program (fig. 2).

From these photos, the program creates a sparse point cloud, that is, the program finds the basic common points of individual photos and harmonizes them into an object composed of scattered points (fig. 3). In the next step, the program uses the same principle to create a dense point cloud with an increased density of points that give an overview of the object (fig. 4). From the point cloud, the program creates the mesh, that is, the program connects all common points according to the principle of trigonometry, and then fills in the gaps to lay the foundation for creating the texture of the object (fig. 5, 6 and 7). At this stage the object has its full geometry, all surfaces and volume of the object are visible.

In the last stage, the program creates the texture of the model based on the data collected by analysing the created photos (fig 8). It should be borne in mind that uneven light or reflection can greatly affect the quality of textures and the creation of a successful model. The textured model can then be exported from the program in a variety of supported formats, depending on the program used to create the model.

You can find the model here.