RTI-based techniques and tools for digital surrogates

Abstract

Digital representations of Cultural Heritage (CH) and Natural Science (NS) artefacts often use collected data from the real world together with computer graphics techniques and skilled human intervention. A scholar will trust these representations when they are extended to digital surrogates, with all empir ical provenance information logged in. and use them when they are robust, affordable and easy to access and handle. This was the main context and motivation for this dissertation. Image-based techniques are a popular way to acquire and model surface materials. Reflectance Transformation Imaging (RTI) provide a powerful and efficient tool to build a model of the surface of an artefact, with a reliable 3D visualization, as analysed in this dissertation. An automated process pipeline was developed to acquire and build an RTI representation as a digital surrogate, in an open source context, the RTIbuilder. This automated process pipeline uses computer vision algorithms to acquire the information required by the generation stage and offers the user a set of tools for the most commonly used image processing procedures. The RTIbuilder not only apply software engineering techniques to solve the user’s problems, but also addresses most of the concerns posed by the scientific method: it removes the unreliable human factor from the RTI gen eration process during the workflow automation, by storing and preserving all the empirical provenance that include the unaltered empirical data gath ered, the process and parameters history and all human intervention over the gathered empirical information and process parameters. Workshops and tutorials were given to audiences with CH and NS profes sionals, and the RTIbuilder was field tested in several locations worldwide. Feedbacks were valuable to tune the application and opened new tracks for future work.

Representações digitais de artefactos da herança cultural e das ciências natu rais usam dados do mundo real em combinação com técnicas de computação gráfica e intervenção de profissionais especializados. Um investigador apenas poderá confiar nestas representações digitais se elas forem convertidas em substitutos digitais, que deverão incluir toda a informação de proveniência. Técnicas baseadas em imagem são uma forma tradicional de capturar e modelar materiais. "Reflectance Transformation Imaging (RTI)" disponibi liza uma ferramenta poderosa e eficiente para construir uma representação da superfície de um artefacto, com uma visualização 3D fidedigna, tal como se demonstra ao longo desta dissertação. Foi desenvolvido um encadeamento de processos automático para capturar e produzir representações RTI enquanto substitutos digitais, num contexto de software aberto, dando origem a uma ferramenta designada RTIbuilder. Esta metodologia usa algoritmos de visão computacional para adquirir e calcular os parâmetros de entrada necessários à geração das representações RTI. Para além disso, disponibiliza um conjunto de ferramentas para as técnicas de processamento mais utilizadas no processo. O RTIbuilder, para além de aplicar técnicas de engenharia de software na resolução de problemas do utilizador, vai também ao encontro dos principais problemas decorrentes do método científico: remove a falibilidade humana do processo de geração de RTI, uma vez que armazena e preserva a proveniência empírica. A proveniência empírica engloba as observações empíricas recolhi das e inalteradas, a sequência de processos e respectivos parâmetros usados, bem como todo o histórico de manipulação da informação empírica recolhida e parâmetros de processo. Foram ministrados workshops e tutoriais a profissionais da herança cul tural e ciencias naturais e o RTIbuilder foi testado em situações reais em vários locais a nível mundial. Os resultados desses testes foram imprescindíveis para afinar a aplicação e abriu novos caminhos para trabalho futuro.