Introducción

La cueva de Santimamiñe ha sido hasta su cierre, uno de los recursos tanto patrimonial como turístico más importante de la cornisa cantábrica, con una gran afluencia de público durante las últimas décadas. En su interior se encuentran importantes conjuntos de arte rupestre, un yacimiento arqueológico, que han sido y continúan siendo objeto de diversos estudios y análisis, además del valor geológico que caracteriza a las cuevas.

La explotación turística de este recurso desde su descubrimiento, ha conllevado un deterioro progresivo del arte rupestre contenido en sus salas de pinturas, así como la aparición de formaciones vegetales que han invadido el ecosistema natural, debido a los artificios utilizados para permitir la visita al público; iluminación, barandillas, escaleras y demás instalaciones. Tras un estudio realizado por el Departamento de Cultura de la Diputación Foral de Vizcaya se elaboró un plan de acción y se tomó la decisión de cerrar la cueva al público principalmente para tratar de minimizar los daños que se estaban produciendo, además de eliminar todas las instalaciones existentes.

El cierre de la cueva solucionaba los problemas técnicos, pero traía consigo una nueva problemática, frenar la demanda de turismo cultural existente, ya que la cueva de Santimamiñe era uno de los hitos principales que todo el mundo conocía en la comarca de Urdaibai de la provincia de Vizcaya. Para tratar de solucionar este problema, Diputación Foral de Vizcaya encargada de la gestión de la cueva, necesitaba una solución para conseguir poner a disposición de la sociedad la riqueza de la cueva. Para ello valoró dos opciones: una maqueta física o algún nuevo sistema relacionando con la tecnología de realidad virtual.

Sin embargo la réplica física presentaba varios inconvenientes [Tabla 1]: además del elevado coste de elaboración de este tipo de trabajo, hay que añadir varios problemas como la escalabilidad relacionada con el espacio físico necesario para su representación, el mantenimiento, y la movilidad. La maqueta física depende de la disposición de un lugar muy específico y preparado para su ubicación, de unas dimensiones específicas, además de la imposibilidad o enorme dificultad en muchas ocasiones de poder realizar la reproducción de la cueva en su totalidad.

Por otro lado la instalación de una réplica virtual depende únicamente del dispositivo de visualización, que puede ser desde un casco de Realidad Virtual hasta un simple ordenador portátil, o en el caso que concierne una pantalla estereoscópica de grandes dimensiones. El concepto de cueva virtual soluciona las desventajas anteriormente mencionadas en cuanto al espacio, (no necesita un espacio muy grande), y por su carácter escalable permite representar la cueva al completo) además de poder realizarse instalaciones ubicuas (se puede trasladar y ser utilizada en varios lugares de forma concurrente).

Con las premisas anteriormente planteadas, el principal objetivo de Diputación Foral de Vizcaya consistía en conseguir una réplica virtual lo suficientemente atractiva, como para poder ser explotada de forma turística, en la que fuese posible mostrar el “santuario rupestre”, o cámara de pinturas que durante tantos años había permanecido cerrado. Este objetivo implicaba además una explotación no intrusiva, puesto que el público no visitaría la cueva en realidad.

Se debía construir una réplica lo más fiel posible a la realidad, y se pensó en la tecnología “scanner láser 3D” para la obtención de datos.

Otro de los objetivos era no perder el sentido de la visita original mejorando aquellos aspectos es los que la tecnología lo permitiera.

Así pues, se planteó una visita virtual recorriendo la totalidad de la cueva, llegando incluso a la profundidad de los 365 metros, donde solo unos pocos expertos privilegiados habían estado, puesto que el último tramo nunca había sido visitado por el público, con objeto de mantener una zona de la cueva virgen al menos.

La realidad virtual debería agregar información multimedia en diferentes hitos de interés, para difundir conocimiento específico de una manera muy visual y atractiva. Se definieron algunos ejemplos iniciales a tener en cuenta: la formación de una columna, el proceso karstico, la formación de banderolas, los gours, etc.

Puesto que se iba a reemplazar un recurso natural, la solución debía ser innovadora, no debía consistir en un vídeo. Se decidió realizar una réplica virtual en la que fuese posible configurar cada visita de manera diferente en función del colectivo que la visitase: niños, adultos, colegios, expertos, etc. El guía debería poder moverse libremente por el interior, y acceder a diferentes lugares y elementos multimedia.

Los escáneres 3D son instrumentos métricos de alta precisión que permiten la medición de los puntos de un objeto en sistemas de coordenadas tridimensionales. No es necesario entrar en contacto con el elemento a escanear puesto que se emplea un haz de luz láser que se propaga por el medio aéreo.

El láser a emplear debía ser un sensor robusto, transportable, de gran alcance y precisión, diseñado para la adquisición rápida de imágenes tridimensionales de alta calidad, incluso bajo condiciones medioambientales adversas (como ocurriría en la cueva de Santimamiñe).

El funcionamiento básico de un scanner láser es sencillo, el instrumento emite un pulso láser que un espejo orienta hacia la localización a medir, el aparato es capaz de medir con muchísima precisión el tiempo de vuelo del pulso hasta su reflejo en la superficie, además de su respuesta radiométrica (que depende del tipo de superficie). Con estos datos, el aparato clasifica el punto a una distancia realizando una sencilla operación de transformación del sistema de referencia, y lo almacena para su posterior procesado.

El poder de estas máquinas reside tanto en su precisión angular (mínimo incremento angular que es capaz de girar para realizar una medición), como en su velocidad de adquisición de datos, que es llega a ser de centenares de miles de puntos por segundo.
Mediante la toma sistemática de puntos, el escáner láser 3D captura la forma de los objetos físicos, y los almacena en nubes de puntos [Ilustración 1].


Ilustración 1. Láser escáner 3D.

Para la captura de la información en Santimamiñe, se ha acometido con el Láser escáner 3D FARO LS 880 (véase Ilustración 1). Se caracteriza por ser rápido (hasta 120.000 medidas por segundo) y preciso (fiabilidad de 3 mm a 10 m), que lo convierten en el ideal en el ámbito de la catalogación de patrimonio, tal y como se puede observar en sus especificaciones técnicas.

Dicho láser escáner presenta una serie de ventajas sobre otras tecnologías empleadas tradicionalmente:

• Es posible generar gran cantidad de mediciones tomadas de manera rápida y muy precisa. Puede capturar hasta 120.000 puntos por segundo, y a resoluciones medias son necesarios 4 minutos para abarcar los 360º.
• Método de toma de datos NO intrusivo, esto es, no necesita de contacto material ni montajes o andamios permitiendo medir a una distancia considerable. Esta posibilidad hace que los trabajos con láser escáner sean más seguros que los clásicos y sea el preferido para realizar mediciones en zonas inestables o peligrosas.
• Sistema de medición respetuoso con el medio. Las pruebas existentes hoy en día no han demostrado que tenga algún efecto sobre la superficie escaneada.

El sistema de visualización seleccionado [ilustración 2] fue determinado fundamentalmente por el lugar en el que se iba a llevar a cabo la instalación.

La instalación fue realizada en la ermita de San Mamés, (del siglo XII) que además de cumplir la nueva función de centro de interpretación con aforo para 20 personas, debía mantener su habitual uso ritual, por lo que la solución debía ser mínimamente intrusiva.

Se eligió una pantalla de gran formato, casi cuatro metros de ancho, donde se representa una retroproyección estereoscópica que obtenida gracias al conjunto de proyector BARCO Galaxy 7, y la tecnología Infitec, conjugados con un potente software de Realidad Virtual desarrollado a medida por Virtualware.

Para potenciar la inmersión y se ambientó la sala con un sistema de audio envolvente 7.1 digital, donde se reproducen sonidos 3D grabados en la propia cueva durante el desarrollo del proyecto de contenidos.

El computador capaz de realizar una representación de este tipo, es un sistema basado en PC, con una única característica, la potencia gráfica. En este caso se utilizó una aceleradora 3D de altas prestaciones, del a gama “nVidia Quadro” que permite la interconexión del sistema de proyección con la aplicación software desarrollada [Ilustración 2].


Ilustración 2. Pantalla estereoscópica instalada en la ermita de San Mamés a pie de la cueva.

El principal reto tecnológico que entrañaba el proyecto software era conseguir un correcto equilibrio entre el enorme volumen de datos de partida, y las limitaciones de procesamiento en tiempo real existentes en la actualidad.

Para el desarrollo de la aplicación se han desarrollado módulos software específicos que permiten la conversión de las nubes de puntos obtenidas mediante el escáner láser, en modelos poligonales de alta definición de una forma semiautomática.

Previamente a la ejecución del proyecto, fue necesaria la definición de un proceso de trabajo, que permitiese manipular de manera sistemática la ingente cantidad de información de la que disponía:

• Nubes de puntos:

1. 200 puntos de referencia en toda la cueva.
2. 26 millones de puntos cada punto de referencia.
3. Un total de unos 5200 millones de puntos obtenidos

• Texturas: 1.500 imágenes fotorrealísticas obtenidas en la cueva.
• Elementos de interés: 80 items de interés con contenido multimedia.
• Sonidos: Más de 50 pistas de sonido ambiental obtenidos en la cueva.
• Iluminación: Basado en el inventario de elementos antrópicos proporcionado por Diputación Foral de Vizcaya.

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