Cómo el escaneo 3D ayudó a revelar el rostro de 3500 años del Guerrero del Grifo.

La aproximación facial digital del Guererro del Grifo, imagen cortesía del Dr. Tobías Houlton.

Su cuerpo descansó durante treinta y cinco siglos en una tumba debajo de un olivar a pocos pasos del Palacio de Nestor en el sur de Grecia. A su alrededor habían más de 2000 objetos que se remontaban a la Edad de Bronce, incluyendo copas de oro, anillos y collares , cientos de gemas preciosas, una espada ornamentada y la impresionante e intrincadamente tallada Ágata del Combate de Pilos.

Una daga con empuñadura de oro que originalmente había estado descansando sobre el pecho del Guerrero del Grifo. Imagen cortesía de Excavaciones del Palacio de Néstor, Departamento de Clásicos, Universidad de Cincinnati.

Se le da el nombre de «Guerrero del Grifo» después de que se encontrara con él una placa de marfil con el grabado de un grifo, la verdadera identidad de este antiguo noble micénico sigue siendo un misterio.

Doctora Sharon Stocker durante la excavación de la tumba del Guerrero del Grifo. Imagen cortesía de Excavaciones del Palacio de Néstor, Departamento de Clásicos. Universidad de Cincinnati.

Pero mientras los arqueólogos de la Universidad de Cincinnati Jack Davis y Sharon Stocker, excavaron su tumba durante seis meses, tan pronto descubrieron el esqueleto casi intacto del Guerrero del Grifo, recurrieron a la ciencia de la aproximación facial forense para ver qué aspecto tenía en la vida real.

Plano de la excavación de la tumba del Guerrero del Grifo. Imagen cortesía de Excavaciones del Palacio de Néstor, Deparmento de Clásicos, Universidad de Cincinnati.

La profesora Lynne Schepartz, antropóloga biológica, y el Dr. Tobias Houlton, antropólogo facial, colaboraron en este complejo proceso de varias etapas. Schepartz dirigió la excavación de los fragmentos del cráneo, y Houlton se centró en la reconstrucción del cráneo y la predicción del rostro del Guerrero del Grifo.

Como coordinador del curso y profesor del programa de Maestría en Arte Forense e Imagen Facial de la Universidad de Dundee, Escocia, así como artista forense y experto en su campo, Houlton ha trabajado con la Interpol y numerosos organismos policiales del Reino Unido y Sudáfrica en diversos casos que requerían una aproximación facial para la identificación de víctimas.

Su trabajo ha sido reconocido por la revista National Geographic, el Smithsonian Channel y la BBC Radio 4, entre otros.

Eligiendo el escáner 3D adecuado para la tarea

Cuando llegó el momento de viajar a Grecia para comenzar la excavación y reconstrucción del Guerrero del Grifo, Houlton llevó consigo un Artec Spider.

Escaneos del Artec Spider del cráneo del Guerrero del Grifo in situ. Imagen cortesía del Dr. Tobias Houlton

Como escáner 3D de primera elección entre los especialistas e investigadores forenses de todo el mundo, el Spider es reconocido por su capacidad para capturar de forma no-destructiva objetos de todas las formas y complejidades, con grados de precisión submilimétrica, incluso aquellos con características que suponen un reto, como suturas craneales, fragmentos óseos muy finos, etc.

En palabras de Houlton, «sabía que el Spider se adaptaría perfectamente a mi flujo de trabajo. En lugar de tener que ajustar todo para satisfacer las necesidades de la tecnología, que es lo que ocurre con muchas soluciones, Spider me acompañó en cada paso».

El cráneo del Guerrero del Grifo reconstruido digitalmente en el software Artec Studio, imagen cortesía del Dr. Tobias Houlton.

«Antes de levantar un fragmento craneal del sedimento, escaneaba esa capa, con el fin de preservar la ubicación y orientación exacta de cada fragmento dentro del sedimento».

Continuó: «luego volvía a escanear cada pieza, justo después de excavarla, y también pegaba temporalmente grupos de fragmentos y los escaneaba. De este modo, cuando llegaba el momento de reconstruir digitalmente el cráneo, los escaneos de Spider proporcionaban gemelos digitales precisos de estos fragmentos de cráneo, sin olvidar los escaneos originales in situ, que desde el punto de vista arqueológico son indispensables».

Escaneo de tomografía computarizada a través del suelo antiguo

Pero antes de que eso pudiera llevarse a cabo, el bloque de sedimento que contenía los restos del Guerrero del Grifo fue extraído del yacimiento y llevado al laboratorio. Allí se utilizó un escáner CT (tomografía computarizada), para intentar distinguir cualquier elemento esquelético de los demás objetos que lo rodeaban.

Desafortunadamente, la tomografía computarizada no fue capaz de diferenciar el hueso de los demás objetos del sedimento, pero al menos proporcionó un mapa de la ubicación de los objetos, que más tarde resultó útil al extraer los restos óseos del Guerrero del Grifo.

Los escaneos de Houlton se hicieron directamente con el software Artec Studio, y cada escaneo tomó alrededor de un minuto o menos para la captura completa de fragmentos craneales individuales y capas de sedimento.

Después de esto, los escaneos fueron procesados en modelos 3D, y lo que es más, debido a que Geomagic Freeform no era accesible para Houlton en ese momento, volvió a ensamblar completamente el cráneo del Guerrero del Grifo en Artec Studio.

De acuerdo con Houlton, «las herramientas de alineación de Artec Studio me facilitaron seleccionar fragmentos específicos, moverlos y alinearlos adecuadamente en relación con todas las demás piezas. No me tomó mucho tiempo volver a ensamblar todo y finalmente obtener una versión reconstruida digitalmente del cráneo del Guerrero del Grifo».

Cuando el vaciado tradicional es muy riesgoso, el «vaciado digital» en 3D está listo para ayudar

Reflexionando sobre los métodos tradicionales de vaciado para documentar los restos óseos, Houlton dijo: «En el caso del Guerrero del Grifo, muchos de los fragmentos de cráneo eran tan frágiles que no hubiéramos podido vaciarlos con seguridad».

Añadió: «Sin embargo, Artec Spider “vació digitalmente” cada uno de ellos en cuestión de segundos, y ahora tenemos copias 3D protegidas de los mismos, sin dañar ni suponer ningún peligro para los objetos originales».

Una vez en la oficina, Houlton exportó el gemelo digital del cráneo del Guerrero del Grifo de Artec Studio a Geomagic Freeform, para la aproximación facial real.

Freeform: primera opción para la reconstrucción digital del cráneo y aproximación facial

Con la capacidad del software de poner al reconstructor en contacto cinestésico directo con el objeto 3D a través de una interfaz de lápiz háptico, Freeform es una herramienta ideal para cualquier persona que realice el trabajo, desde un estudiante hasta el profesional consumado.

Captura de pantalla de Geomagic Freeform mostrando el cráneo del Guerrero del Grifo listo para la aproximación facial. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

A diferencia de las aproximaciones faciales de arcilla tradicionales, Freeform permite compartir la aproximación completa con agencias o artistas digitales cercanos y lejanos, en segundos desde el momento de su finalización.

Más importante aún es la garantía de que con las aproximaciones digitales, a diferencia de la arcilla, no hay peligro de que el original se dañe o se pierda.

Ampliando esto, Houlton dijo: «Ahora, una vez hayamos terminado con una aproximación en Freeform, si el cráneo original se pierde o se destruye alguna vez, y si hay alguna duda sobre la exactitud de la cara predicha, todo lo que se necesita es remitirse a los escaneos del cráneo del Spider».

Captura de pantalla de Geomagic Freeform mostrando la aproximación facial del Guerrero del Grifo en desarrollo. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

«En cuestión de segundos, podrás verificar, sin siquiera un atisbo de duda, la exactitud de la reconstrucción del cráneo. Porque cuando se miran los escaneos de Spider, es lo más parecido a mirar el cráneo real», dijo.

Houlton comparte con sus estudiantes de la Universidad de Dundee toda su gama de consejos y trucos sobre el flujo de trabajo con Freeform.

Así, tanto si se encuentran trabajando como profesionales de la aproximación facial en cooperación con la policía o las agencias de inteligencia, o como especialistas en CGI inmersos en el mundo del cine, la televisión o los videojuegos, tendrán toda la base que necesitan para transformar los escaneos de Artec 3D en aproximaciones faciales asombrosamente reales.

Reconstruyendo el rostro del Guerrero del Grifo en Freeform

Dado que faltaban varios de los huesos faciales más delgados del Guerrero del Grifo, específicamente los que rodeaban la nariz, ya que se habían desintegrado con el paso del tiempo debido a las condiciones ácidas del suelo en el lugar de la tumba, Houlton confió en su propio enfoque para rellenar los espacios con precisión

Creó una plantilla facial promedio a partir de las imágenes de 50 rostros de hombres griegos modernos de edad y complexión similares, y luego las reunió en Abrosoft FantaMorph. Los promedios faciales identifican tendencias consistentes en los patrones faciales, lo que apoyó a Houlton con la aproximación restante cuando no se pueden determinar los detalles individuales.

En Geomagic Freeform - utilizando los marcadores de profundidad del tejido para ayudar a construir la cara del Guerrero del Grifo. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

Durante la aproximación, Houlton insertó primero los ojos, luego todos los marcadores de profundidad del tejido (hasta 36), seguidos de los músculos y la capa de piel. La capacidad de Freeform de permitir a los usuarios organizar y etiquetar todas estas características como objetos independientes y almacenarlas en sus propias carpetas es muy útil durante la aproximación facial.

El rostro del Guerrero del Grifo renacido: desde el cráneo reconstruido digitalmente hasta la aproximación facial final. Vídeo por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

Además, la capacidad del software de «ver a través» del modelo y por debajo de la piel, asegurando que los rasgos blandos y duros se relacionan entre sí, le ahorra al profesional digital lo que los modeladores manuales deben soportar regularmente: cortar físicamente en la arcilla/cera de modelado para comprobar con el molde subyacente del cráneo.

Por qué la fotografía 2D nunca debería ser la primera opción

Cuando se le pidió comparar el trabajo a partir de fotografías en 2D frente a escaneos en 3D para la aproximación facial, Houlton comentó: «Las fotos en 2D deberían ser el último recurso. Por poner un ejemplo de por qué no son aconsejables, es muy difícil calibrar la profundidad de las fosas alrededor de la zona de los caninos, que en parte indica la forma de los pliegues nasolabiales».

Continuó: «En general, cuando se trata de precisión y realismo vívido, el escaneo 3D permite lograr resultados fantásticos en comparación con lo que se puede hacer con fotos en 2D».

De hecho, la amplitud de los datos precisos sobre la superficie que proporcionan las exploraciones de Spider es más que suficiente para realizar reconstrucciones directamente a partir de las exploraciones, sin tener el cráneo original presente como modelo de referencia.

El Dr. Tobias Houlton escaneando un fragmento craneal con Artec Space Spider en la Universidad de Dundee. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

Houlton ha hecho esto en múltiples proyectos internacionales a lo largo de los años. «Disponer de escaneos 3D de este grado de precisión permite asumir trabajos de aproximación facial sin tener que salir de nuestras oficinas».

Cuando surja la necesidad del modelo físico de una aproximación, ya sea para fines de investigación, legales o de otro tipo, es un paso sencillo exportar la aproximación digital para su impresión en 3D.

En la práctica, esto puede significar el terminar una aproximación facial, compartir el modelo 3D con el cliente, quien lo recibe segundos después, incluso en el otro lado del mundo. Entonces comienzan a revisarlo en la pantalla mientras imprimen en 3D un modelo físico, listo para su uso apenas unas horas después.

Escaneo 3D e impresión 3D en la enseñanza de anatomía humana

En las instalaciones de Digital Making de la Universidad de Dundee, con su colección de 28 escáneres 3D diferentes, Houlton y sus estudiantes han estado imprimiendo en 3D sus escaneos de Spider, junto con los escaneos de los otros escáneres de Artec de Dundee: Eva y Space Spider.

El sucesor del Spider, Space Spider, cuenta con toda la potencia de su predecesor, además de una potente estabilización de la temperatura y una electrónica de alto nivel.

El Space Spider de Artec.

El Programa de maestría en Arte Forense e Imágenes Faciales de Dundee adoptó los escáneres de Artec como parte de su plan de estudios hace años, después de ser presentado por Patrick Thorn, Gold Partner de Artec 3D.

Thorn, especialista con gran experiencia en escaneo 3D para educación, patrimonio cultural, medicina forense, sanidad y otros ámbitos, se esfuerza por comprender las necesidades de sus clientes para ayudarles a integrar las mejores soluciones posibles. También imparte talleres para sus clientes en numerosos lugares del Reino Unido, desde el extremo de Cornualles hasta el norte de Escocia.

Modelos de huesos y cráneos realistas impresos en 3D en el aula

Houlton comentó lo esencial que ha sido la impresión 3D para la enseñanza de la anatomía humana en Dundee, diciendo: «Trabajamos regularmente con impresiones 3D de cráneos y otros huesos, ya que el manejo físico de estos modelos es inmensamente conducente al proceso de aprendizaje. Y esta es otra área en la que nuestros escáneres de Artec han probado ser útiles».

Continuó: «Por ejemplo, si tomamos una anatomía craneal impresa en 3D a partir de escaneos del Spider y la comparamos con una impresión en 3D de la misma pieza del cráneo, pero realizada con escaneos de otros escáneres 3D que hemos probado, se puede observar una enorme diferencia en términos de detalle, precisión y realismo».

Como se explicó en un caso de estudio anterior, la Universidad de Dundee sigue ampliando su trabajo con el escaneo e impresión 3D con cada semestre que pasa.

Para cuando se gradúen los estudiantes de medicina y arte forense de allí, serán totalmente capaces de tomar un escáner 3D de Artec, capturar cualquiera de los 206 huesos del cuerpo humano en minutos, y luego transformar esos escaneos en modelos 3D realistas listos para AR, VR, impresión 3D o aproximación facial en Freeform.

Descomposición facial, documentación de fosas comunes y más allá

El último proyecto de Houlton le llevará a Sudáfrica con la Universidad de Witwatersrand. Allí trabajará con un estudiante de doctorado y un equipo académico en un proyecto dedicado a investigar los efectos de la descomposición en los rostros humanos, identificando el grado de cambios que se producen post mortem, para entender lo que esto significa para el reconocimiento facial.

Siguiendo esto, Houlton espera embarcarse en un proyecto arqueológico con el Centro de Investigación de Orkney para Arqueología, trabajando tanto a nivel local como en varios países/regiones de África, dedicándose a la documentación de fosas comunes.