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Aspetti dell’incastellamento Europeo e Mediterraneo__________________________________________________________________________ Fernando COBOS; Juan José FERNANDEZ; Jesús SAN JOSE, Javier FINAT; José MARTINEZ; Bárbara PUCCI
Fig. 1 Castillo de Mombeltrán, Ávila.
EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE DOCUMENTACIÓN PARA EL ESTUDIO DE CASTILLOS. CUATRO EJEMPLOS:CASTILLO DE PEÑAFIEL, CASTILLO DE SAN PEDRO LATARCE, CASTILLO DE MOMBELTRÁN Y CASTILLO DE TRIGUEROS DEL VALLE. CASTILLA Y LEÓN-ESPAÑA
sistemas que resuelven en parte este problema: a. SUSTITUCIÓN: La utilización de la fotografía como sustituto del dibujo ha sido uno de los recursos más utilizados. En nuestro caso presentamos el ejemplo del Castillo de Peñafiel. Hablamos del modelo fotográfico como soporte de estudio. b. SIMPLIFICACIÓN: Otro de los sistemas está integrado por la modelización, constituida por la simplificación formal para el estudio el análisis y la valoración en las propuestas de proyecto -intervención, reconstrucción y restauración-. Se trata el modelo virtual como objeto de intervención. Nuestro ejemplo lo constituye el Castillo de Mombeltrán. c. COMBINACIÓN: los sistemas láser basados en la captura de la nube de puntos NDP -con el atributo del color-, nos permiten obtener un modelo digital que: sustituye a la realidad; que permite obtener un modelo
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simplificado para analizar las propuestas de intervención y que es susceptible recoger cualquier información planimétrica de uso inmediato (secciones) que necesitemos. Nuestra experiencia se basa en un continuo cambio de método, en función de los progresos de los sistemas de documentación. No obstante la Nube de Puntos a Color, constituye en el momento presente la opción más potente, más rápida, más fiable. En definitiva más eficaz. El ejemplo que presentamos como síntesis (C. de Trigueros), permite comprender el estado actual de las técnicas de documentación para arquitecturas fortificadas. El paso siguiente es entrar en el interior de la masa del edificio, sus muros y estructuras, tener datos de como trabajan sus estructuras internas y poder no solo analizar superficies, sino también los órganos vitales
Keywords: Close Range Photogrammetry, Laser Scanner. 1. Acknowledgements 2. Appendix
1. Abstract
Fig. 2 Castillo de Trigueros del Valle, Valladolid.
Las características peculiares de los paramentos de las fortificaciones, constituidos por grandes sillares de piedra cuyos bordes no corresponden con una arista rectilínea, dificultan su representación geométrica por los sistemas más clásicos de representación. Complementariamente a los resultados obtenidos por la fotogrametría clásica analítica estereoscópica o monoscópica, valoraremos tres “nuevos”
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2. Introducción. En esta presentación pretendemos analizar el trabajo de hemos realizado para la documentación de cuatro Castillos de nuestra región en el transcurso de los últimos 10 años. Podemos encontrar un núcleo común entre ellos a pesar de que la documentación obtenida en los distintos casos ha tenido diferentes fines que comprenden desde la reconstrucción y adecuación total para un nuevo uso, hasta las obras de consolidación para evitar el deterioro, pasando por la documentación con carácter divulgativo, etc. Podemos decir, que en todos los casos hemos intentado realizar una documentación básica que comprende un análisis geométrico y un estudio de las características peculiares de los paramentos (lienzos o pieles) que nos permiten analizar el estado actual con respecto a su patología. En base a este esquema común, vamos a realizar una secuencia no lineal que comienza hace diez años y que intuimos no terminará nunca.
3. Primer ejemplo. Nuestro primer ejemplo datado en 1996 y lo constituye el Castillo de Peñafiel1 en la 1 Forma parte del trabajo denominado: “Convenio de colaboración entre la diputación de valladolid y la universidad de valladolid para el levantamiento fotogramétrico del castillo de peñafiel.” En este trabajo se pretendía realizar el
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provincia de Valladolid. Situado en lo alto de un cerro junto a la confluencia de los ríos Duero y Duratón, el edificio fue fundado en el siglo XI, sufriendo sucesivos daños para ser después reconstruido enteramente en el siglo XIV. La forma de su planta se ajusta a lo alargado del cerro asemejando un navío, orientado en dirección Norte Sur, con 210 m. de longitud y 20 de anchura aproximadamente. Posee un primer recinto de murallas de vigorosa y recia estructura con una sola puerta, situada en el flanco oriental y protegida por dos torres laterales. Un segundo recinto presenta gruesos muros, separados regularmente por cubos y torres de planta circular que se corresponden en ambas fachadas; igualmente aparecen cubos en los ángulos y en el centro de la pequeña fachada que da al sur. La torre del homenaje de planta rectangular se eleva sobre el conjunto de los muros del castillo con ocho pequeñas torres que protegen los ángulos y en el centro de sus cuatro lados. El conjunto hoy se encuentra completamente restaurado, y aloja en el interior de sus muros un museo dedicado al vino y la viticultura, principal motor económico de la zona. El sistema de levantamiento empleado entonces se basaba en las técnicas de fotogrametría terrestre clásica. Toda la documentación gráfica deriva de pares fotográficos que constituían modelos proyecto de reconversión (restauración, consolidación y adecuación) para el Museo del Vino de Peñafiel.
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estereoscópicos con el soporte geométrico de las mediciones de apoyo topográfico.
Fig. 3 Castillo de Peñafiel. Valladolid
Estos modelos permitieron la restitución mediante nuestros equipos analíticos de un modelo alámbrico tridimensional que proporcionaba la geometría básica del castillo.
Fig. 4 Resultados de la restitución tridimensional mediante stereoplotter Leica SD2000.
Adicionalmente un análisis cualitativo pormenorizado de los paramentos fue posible utilizando colecciones de fotografias analógicas y digitales de detalle.
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En algunos casos resulta imposible realizar pares estereoscópicos por diversos impedimentos físicos, y en otros la lejanía del sujeto resulta excesiva para la precisión buscada, ello nos obligaba a emplear de forma complementaria sistemas de restitución alternativos, como podían ser los sistemas monoscópicos digitales que ya en 1996 estaban comenzando a popularizarse.
El resultado resumido de este “cocktail” de métodos se compone de planimetrías (alzados, plantas y secciones) entonces consideradas adecuadas y suficientes para su fin complementadas por una colección de fotografías que servían como documentación de apoyo para el estudio de paramentos.
Fig. 6 Combinación de zonas restituidas por diversos métodos y levantamiento topográfico
Fig. 7. Vista aérea de San pedro de Latarce con su castillo en primer plano.
No podemos olvidar en este repaso histórico por nuestros métodos, que la medición manual tradicional (con cinta métrica y estación total) también se incorporaba en aquellos ámbitos en que fallan los métodos descritos anteriormente.
Siete años más tarde, tiempo en el que nuestro tabajo tuvo por objeto principal la documentación de edificios de tipo religioso, nos enfrentamos nuevamente con el levantamiento de una costrucción defensiva: el Castillo de San Pedro Latarce 2. La fortificación, de la que ya apenas resta otra cosa que su muralla exterior, está construida con tapial (tierra y canto rodado prensada). Algunos estudiosos lo datan en el siglo XII aunque hay quienes postulan un origen anterior. En la actualidad carece de un uso adecuado y presenta un estado ruinoso conservando casi únicamente el cerco murario.
Fig. 5 Imágenes convergentes. Necesaria para restituir zonas en las que no es posible la obtención de pares stereo.
No se cuestiona hoy, que los sistemas empleados eran precisos y eficaces, pero necesitaban una estricta metodología para garantizar que el error final se mantiene por debajo de los márgenes solicitados. Además del rigor metodológico que requiere de técnicos altamente especializados se necesita emplear un gran esfuerzo en términos de horas/hombre para la restitución completa del monumento.
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4. Segundo ejemplo. Castillo de San Pedro de Latarce:
Las peculiaridades del recinto del castillo, de planta curvilínea y por ello carente de aristas o de geometría definida, y el carácter modesto de los objetivos del trabajo, nos indujeron a utilizar la rectificación fotográfica por zonas. Dividiendo el perímetro en sectores suficientemente cortos como para obviar la curvatura de los mismos; conseguiríamos un desarrollo lineal de los paramentos del Castillo.
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En este trabajo colaboraron BENEDETTA FALCIOLA RAFAEL GALÁN GÓMEZ PABLO GARCÍA BACHILLER JOSÉ MIGUEL MORALES ALONSO …
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rectificado fotográfico. Y el resultado es el plano de planta, varios planos de alzado, y un modelo fotográfico en “3D” de las superficies murales exteriores.
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ello inmejorable (al menos eso creíamos entonces). 5. Tercer ejemplo. Castillo de Trigueros del Valle, Valladolid En el año 2004, nos introdujimos en el mundo de la fotogrametría laser, siendo una de nuestras primeras experiencias el levantamiento del Castillo de Trigueros del Valle. Es frecuente cuando se experimenta con un nuevo sistema, el intentar aplicarlo en combinación con los métodos y los procedimientos utilizados en las experiencias anteriores. Por ello parece consecuente que nuestros primeros resultados se refieran al uso de la documentación proporcionada por el láser como soporte de rectificación fotográfica, con el complemento añadido, de que el apoyo para rectificar es superabundante, por lo que podemos efectuar rectificación descomponiendo el objeto en un número virtualmente ilimitado de planos.
Pese a ser la rectificación un procedimiento de resultado estrictamente bidimensional, es posible visualizar el resultado en un entorno en 3D disponiendo las fotografías rectificadas en posición erecta sobre la planta del castillo. Por lo tanto en este caso la base de la documentación solicitada3 está constituida por un levantamiento topográfico + 3
El Ayuntamiento de San Pedro de Latarce utilizó la documentación para proponer al gobierno regional y al gobierno estatal, alternativas de uso que permitieran la restauración del Monumento.
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La simplificación geométrica que efectuamos al reemplazar la forma verdadera del paramento del castillo como una sucesión en triángulos o cuadriláteros planos, se traduce en una enorme reducción de tiempo en la elaboración del trabajo que podría alcanzar a ser la centésima parte del que requiere una auténtica restitución 3D. Los resultados obtenidos no son ni mejores ni peores, son solamente distintos. Para algunos usos, el plano compuesto por rectificación fotográfica resulta suficiente y quizás por
Fig. 8 Detalle de la fábrica del muro de tapial defensivo contituido como “opus caementicium”
Fig. 9 Rectificación por tramos levantada sobre el plano topográfico obtenido mediante estación total
Fig. 10. Modelo basado en rectificación múltiple con apoyo en los puntos dedos por el escaneo laser.
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Fig. 11 Modelo de puntos resultado de la combinación de 70 “scans”.
Fig. 12 Planta topográfica del castillo obtenida por sección del modelo de puntos.
Uno de los modos más sencillos de explotar estas enormes nubes de puntos se basa en la extracción parcial de grupos de puntos conformando “rodajas”. Estas capas obtenidas por selección de intervalos o rangos de coordenadas posibilitan la realización de plantas y perfiles, mediante la interpolación interactiva (por el usuario) o automática (matemática) de la traza poligonal de la sección. Para el manejo de esta información de puntos (millones de ternas x,y,z cada una de ellas con su valor de reflectividad en escala de grises) nuestro equipo de investigación ha desarrollado un software gratuito que denominamos UVACAD4. 4
La gestión de la ingente información digital proporcionada por los escáner 3D constituye un problema informático de primera magnitud pese a la simplicidad aparente del dato unitario (punto en 3D con color o gris). La utilidad de programas de CAD convencionales es prácticamente nula si no se dispone de algún software de interface que
Otro de los caminos empleados para obtener documentación consiste en realizar un modelo sólido tridimensional, mediante la interpolación de una malla de triángulos en sustitución de la nube de puntos. Este modelo basado en superficies puede servir a los mismos fines que el modelo de puntos permita la manipulación y selección de la información útil en cada momento. Por ello se debe suministrar con los datos alguna de estas herramientas que haga posible al usuario la navegación y extracción parcial de datos.
con algunas ventajas derivadas de su mayor consistencia topológica, ahora, por ejemplo tiene sentido la distinción entre espacio interior y exterior por cuanto cada unos de estos se encuentra a uno y otro lado de la malla. Además estos modelos de malla, pueden ser simplificados y optimizados de forma inteligente hasta una geometría prácticamente esquemática que mantie-nen la forma y el volumen del modelo inicial.
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Al analizar con los sistemas anteriormente utilizados, nos damos cuenta de que los elementos no regulares o que no pueden descomponerse en sucesión de planos, (cilindros, conos, esferas, o formas alabeadas) que además son una característica frecuente en las fortificaciones, son difícilmente representables de un modo completo y eficaz. Podemos desarrollar un cilindro, abatir un muro inclinado, y realizar diversas operaciones geométricas que nos resuelvan el problema de la representación, pero también es cierto que intuimos que un modelo tridimensional verdadero y que alcance una escala de representación próxima a 1:20, obtenido mediante un escaneo, podría superar en todo a estas otras soluciones.
producen de manera independiente e incluso separadas en el tiempo. Utilizaremos la información presente en la fotografía para da los puntos 3D.
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El dibujo es siempre una simplificación de la realidad, y en la síntesis interviene la opción subjetiva en la interpretación bajo las reglas de un determinado sistema de representación. Pero las características morfológicas de las fortificaciones, tanto en el nivel de detalle de las fábricas como al nivel arquitectónico, son tales que resulta imposible ofrecer un único modo de dibujo como representación definitiva. (el hombre tropieza dos veces con la misma piedra… y la dibuja cada vez de un modo diferente)
Fig. 13 Una “scan” del Castillo de Mombeltrán relizada con nuestro scanner Optech Ilris 3D.
Por ello la “orto-nube” nos parece un documento que se aproxima a ser una óptima forma de representación gráfica para estas arquitecturas.
6. Cuarto ejemplo: El color. El siguiente paso por lo tanto (y el último realizado en nuestro progreso) lo conseguimos cuando empleamos la nube de puntos con una densidad considerable equiparable a la de una fotografía digital. El trabajo del Castillo de Mombeltrán servirá ahora como ejemplo5 En este caso la captura de puntos con el escáner y el registro de la toma fotográfica se 5
En este trabajo colaboraron BENEDETTA FALCIOLA, RAFAEL GALÁN GÓMEZ, PABLO GARCÍA BACHILLER, JOSÉ MIGUEL MORALES ALONSO
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Los puntos coloreados pueden entonces ser proyectados ortogonalmente sobre cualquier plano obteniéndose así auténticas ortoimágenes que reemplazan con innumerables ventajas a los tradicionales planos de alzado.
Fig.14-15 Nube de puntos “coloreada” mediante UVACAD. Al lado, ortonube de uno de los alzados del castillo como referencia en un familiar entorno de CAD para su tratamiento y análisis.
7. Conclusiones Independientemente de los resultados obtenidos por la fotogrametría
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Fig. 16 La comparación entre la nube de puntos y la restitución “en alambre” es la más elocuente conclusión. en términos de densidad y calidad de la información.
analítica estereoscópica que pueden considerarse clásicos o convencionales ofrecemos estos “nuevos” modos de usar la fotografía convencional y láser como paradigma de la representación fiel del objeto, que avanzan hacia la representación gráfica o cartográfica más objetiva e incuestionable por estar más libres de la interpretación: Sustitución fotográfica: La utilización de la fotografía rectificada como sustituto del dibujo, ha sido uno de los recursos más utilizados. En nuestro caso hemos visto el ejemplo del Castillo de San
Pedro Latarce. Hablamos del modelo fotográfico como soporte de estudio. (También empleamos está técnica en los primeros trabajos realizados sobre el Castillo de Trigueros del Valle. Sustitución del objeto por su imagen 3D: La nube de puntos reemplaza al objeto convirtiéndolo en virtual para el estudio el análisis y la valoración en las propuestas de proyecto -intervención, reconstrucción y restauración-. Se trata del modelo virtual como objeto de intervención. Nuestro ejemplo lo constituye el Castillo de Mombeltrán.
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Combinación de ambas sustituciones: los sistemas láser basados en la captura de la nube de puntos NDP -con el atributo del color-, nos permiten obtener un modelo digital que: sustituye a la realidad; que permite obtener un modelo simplificado para analizar las propuestas de intervención y que es susceptible recoger cualquier información planimétrica de uso inmediato (secciones) que necesitemos y proporciona verdaderos ortofotoplanos. Nuestra experiencia se basa en un continuo cambio de método, en función de los progresos de los sistemas de documentación. No obstante la Nube de Puntos a Color, constituye en el momento presente la opción más potente, más rápida, más fiable. En definitiva más eficaz. Nuestras ejemplos lo constituyen ahora los mismos Castillos documentados con los sistemas anteriores, sobre los cuáles hemos retomado los procesos y los hemos comparado con los métodos anteriormente utilizados (Mombeltran, Peñafiel, Trigueros del Valle)
Los ejemplos que hemos presentado sirven de síntesis para comprender el estado actual de las técnicas de documentación para arquitecturas fortificadas. El paso siguiente es entrar en el interior de la masa del edificio, sus muros y estructuras, tener datos de como trabajan sus estructuras internas y poder no solo analizar superficies, sino también los órganos vitales. Mientras tanto seguimos andando un camino en el que no ocultamos que junto a la
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búsqueda de recursos, técnicas y métodos que permitan profundizar y mejorar el conocimiento de las edificaciones y sus comportamientos, pretendemos que, al menos en lo que a su representación se refiere, se haga de la manera automática; de forma que se evite la subjetividad que introduce el operador. Con ello no pretendemos eliminar el proceso racional y personal que, desde el análisis de los datos lleva al conocimiento, valoración e interpretación del estado del edificio, sino simplemente desarrollar herramientas de trabajo fiables capaces de derivar en representaciones de precisión y ágil consulta de las características formales y constructivas del edificio. Y, como no puede ser de otro modo, deseamos que en el camino se logre reducir el tiempo y el esfuerzo económico y humano que implican las tareas de documentación imprescindibles en los proyectos de intervención y análisis del patrimonio construido.
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www3.uva.es/davap
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