In che modo la scansione 3D ha contribuito a svelare il volto del millenario Guerriero Grifone

L'approssimazione digitale del volto del Guerriero Grifone. Immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

Per trentacinque secoli il suo corpo ha riposato in una tomba sotto un uliveto a pochi passi dal Palazzo di Nestore, nel sud della Grecia. Intorno a lui c'erano più di 2.000 oggetti risalenti all'età del bronzo, tra cui coppe d'oro, anelli e collane, centinaia di gemme preziose, una spada ornata e la stupefacente Agata del guerriero di Pilo, decorata di intricati dettagli.

Un pugnale con elsa d'oro che era stato originariamente appoggiato sul petto del Guerriero Grifone. Immagine gentilmente concessa dagli scavi del Palazzo di Nestore, Dipartimento di Discipline Classiche, Università di Cincinnati

Chiamato "il Guerriero Grifone" dopo il ritrovamento di una targa d'avorio con l'incisione di un grifone, la vera identità di questo antico nobile miceneo è ancora un mistero.

Dottoressa Sharon Stocker durante lo scavo della tomba del Guerriero Grifone. Immagine gentilmente concessa dagli scavi del Palazzo di Nestore, Dipartimento di Discipline Classiche, Università di Cincinnati

Dopo sei mesi di scavi, gli archeologi dell'Università di Cincinnati Jack Davis e Sharon Stocker, non appena scoperto lo scheletro quasi intatto del Guerriero Grifone, si sono rivolti alla scienza dell'approssimazione facciale forense per vedere quale fosse il suo aspetto da vivo.

Piano di scavo della tomba del Guerriero Grifone. Immagine gentilmente concessa dagli scavi del Palazzo di Nestore, Dipartimento di Discipline Classiche, Università di Cincinnati

L'antropologa biologica Lynne Schepartz e l'antropologo facciale Tobias Houlton sono stati invitati ad aiutare in questo complesso processo a più stadi. Schepartz ha condotto lo scavo per recuperare i frammenti di teschio e Houlton si è concentrato sulla ricostruzione del teschio e sulla ricostruzione del volto del Guerriero Grifone.

Come coordinatore del corso e docente per il programma MSc in Forensic Art and Facial Imaging presso l'Università di Dundee, Scozia, nonché artista forense ed esperto nel suo campo, Houlton ha lavorato con l'Interpol e numerose agenzie di polizia nel Regno Unito e in Sud Africa su vari casi che richiedono l'approssimazione del volto per l'identificazione delle vittime.

Il suo lavoro è stato raccontato da National Geographic Magazine, Smithsonian Channel, BBC Radio 4, e molti altri.

Trovare lo scanner 3D giusto per questo compito

Arrivato il momento di recarsi in Grecia, per iniziare lo scavo e la ricostruzione del Guerriero Grifone, Houlton ha portato con se con sé un Artec Spider.

Artec Spider scansiona il teschio del Guerriero Grifone in loco. Immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

Uno scanner 3D di prima scelta tra gli specialisti forensi e i ricercatori di tutto il mondo, lo Spider è riconosciuto per le sue capacità di catturare in modo non distruttivo oggetti di tutte le forme e complessità, con gradi di precisione submillimetrici, anche quelli con caratteristiche altrimenti impegnative, come suture craniche, frammenti ossei sottili come un grissino, ecc.

Secondo le parole di Houlton, "sapevo che lo Spider si sarebbe adattato perfettamente al mio flusso di lavoro. Invece di dover regolare decine di impostazioni per soddisfare le esigenze della tecnologia, che è ciò che accade con molte altre soluzioni, Spider mi ha aiutato ad ogni passo."

Il teschio ricostruito digitalmente del Guerriero Grifone nel software Artec Studio, immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

"Prima di sollevare un frammento cranico dal sedimento, scansiono l'intero strato, al fine di preservare l'esatta posizione e l'orientamento di ciascun frammento all'interno del sedimento."

Ha continuato: "Poi scansiono di nuovo ogni pezzo, subito dopo averlo riesumato, incollo momentariamente tra loro i gruppi di frammenti e scansiono anche quelli. In questo modo, quando arriva il momento di ricostruire digitalmente il teschio, le scansioni Spider forniscono precisi gemelli digitali di questi frammenti di teschio, per non parlare delle scansioni originali sul sito, indispensabili dal punto di vista archeologico."

Scansione TC sull'antico sito

Ma prima di tale procedura, il blocco di sedimenti contenente i resti del Guerriero Grifone è stato estratto dal sito e portato al laboratorio. In seguito, è stato utilizzato uno scanner TC, per cercare di distinguere eventuali elementi scheletrici dagli altri oggetti che li circondavano.

Sfortunatamente, la TC non è stata in grado di differenziare l'osso dagli altri oggetti nel sedimento, ma almeno ha fornito una mappa delle posizioni degli oggetti, che in seguito si è rivelata utile durante l'estrazione dei resti scheletrici del Guerriero Grifone.

Le scansioni di Houlton sono state eseguite direttamente all'interno del software Artec Studio, ogni scansione ha richiesto circa un minuto per l'acquisizione completa dei singoli frammenti cranici e strati di sedimento.

In seguito, le scansioni sono state elaborate in modelli 3D. Inoltre, poiché Geomagic Freeform non era accessibile a Houlton in quel momento, ha completamente riassemblato il teschio del Guerriero Grifone in Artec Studio.

Secondo Houlton, "gli strumenti di allineamento di Artec Studio mi hanno reso facile selezionare frammenti specifici, spostarli e allinearli correttamente in relazione a tutti gli altri pezzi. Non mi ci è voluto molto per riassemblare tutto e ottenere finalmente una versione ricostruita digitalmente del teschio del Guerriero Grifone."

Quando un calco tradizionale è troppo rischioso, un "calco digitale" 3D è pronto a correre in aiuto

Riflettendo sui metodi di calco tradizionali per documentare i resti scheletrici, Houlton ha detto: "Nel caso del Guerriero Grifone, molti dei frammenti del teschio erano così fragili che non ci sarebbe stato modo di farne un calco in sicurezza".

Ha aggiunto: "eppure Artec Spider ne ha fatto un ‘calco digitale’ in pochi secondi, e ora abbiamo le loro copie 3D, senza aver mai danneggiato o messo in pericolo gli oggetti originali."

Una volta tornato in ufficio, Houlton ha esportato il gemello digitale del teschio del Guerriero Griffone da Artec Studio a Geomagic Freeform, per procedere con l'approssimazione del volto vera e propria.

Freeform: la prima scelta per la ricostruzione digitale del teschio e l'approssimazione facciale

Grazie alla capacità del software di mettere il ricostruttore in diretto contatto cinestetico con l'oggetto 3D tramite un'interfaccia a penna tattile, Freeform è uno strumento ideale per chiunque svolga questo lavoro, dallo studente al professionista esperto.

Screenshot di Geomagic Freeform che mostra il teschio del Guerriero Grifone pronto per l'approssimazione del volto. Immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

A differenza delle tradizionali approssimazioni del volto in argilla, Freeform consente di condividere l'intera approssimazione con agenzie o artisti digitali vicini e lontani, in pochi secondi dal momento del completamento.

Ancora più certa è la garanzia che con le approssimazioni digitali, a differenza di quelle in argilla, non c'è pericolo che l'originale venga mai danneggiato o perso.

Parlando di questo argomento, Houlton ha detto: "Ora, una volta finita un'approssimazione in Freeform, se il teschio originale verrà mai perso o distrutto, e se ci sarà mai qualche dubbio sull'accuratezza del volto ricostruito, basterà riferirsi alle scansioni Spider del teschio."

Screenshot di Geomagic Freeform che mostra l'approssimazione del volto del Guerriero Grifone in corso. Immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

"In pochi secondi, sarai in grado di verificare, senza un'ombra di dubbio, l'accuratezza della ricostruzione del teschio. Perché guardare le scansioni di Spider è la cosa più vicina a guardare il teschio reale", ha detto.

Houlton condivide con i suoi studenti dell'Università di Dundee il suo spettro completo di suggerimenti e trucchi sul flusso di lavoro interno con Freeform.

Quindi, che alla fine si trovino a lavorare come professionisti dell'approssimazione di volti in collaborazione con la polizia o le agenzie di intelligence, o come specialisti CGI nel mondo del cinema, della TV o dei videogiochi, avranno tutte le basi di cui hanno bisogno per trasformare le loro scansioni 3D Artec in approssimazioni facciali incredibilmente realistiche.

Ricostruire il volto del Guerriero Grifone in Freeform

Dato che molte delle ossa facciali più sottili del Guerriero Grifone erano assenti, in particolare quelle intorno al naso, poiché si erano disintegrate nel tempo a causa delle condizioni del terreno acido nel sito della tomba, Houlton si è affidato al proprio approccio personale per colmare le lacune.

Ha creato un modello di volto partendo dalle immagini di 50 volti di uomini greci moderni di età e corporatura simili, e poi li ha riuniti in Abrosoft FantaMorph. Le medie facciali identificano tendenze coerenti nei modelli facciali, che hanno aiutato Houlton nella restante approssimazione in cui i singoli dettagli non possono essere accertati.

In Geomagic Freeform: utilizzare i marcatori di profondità dei tessuti per costruire il viso del Guerriero Grifone. Immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

Durante l'approssimazione, Houlton ha prima inserito gli occhi, poi tutti i marcatori di profondità dei tessuti (fino a 36), seguiti dai muscoli e dallo strato cutaneo. La capacità di Freeform di consentire agli utenti di organizzare ed etichettare tutte queste funzionalità come oggetti indipendenti e memorizzarle nelle proprie cartelle è molto utile durante l'approssimazione del viso.

Il volto del Guerriero Grifone rinato: dal teschio ricostruito digitalmente all'approssimazione finale del viso. Video gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

Inoltre, la capacità del software di "vedere attraverso" il modello e sotto la pelle, assicurando che le caratteristiche morbide e dure si relazionino tra loro, evita al professionista digitale ciò che i modellisti manuali devono regolarmente sopportare: tagliare fisicamente argilla/cera da modellazione per verificare lo stato del calco del teschio sottostante.

Perché la fotografia 2D non dovrebbe mai essere la prima scelta

Quando è stato chiesto di confrontare il lavoro su fotografie 2D rispetto alle scansioni 3D per l'approssimazione del viso, Houlton ha commentato: "Le foto 2D dovrebbero essere sempre l'ultima spiaggia. Per darvi un esempio del motivo per cui non sono desiderabili, è molto difficile misurare quanto siano profonde le fosse intorno all'area canina, che in parte indica la forma delle pieghe nasolabiali."

Ha continuato: "In generale, quando si tratta di precisione e realismo vivido, la scansione 3D ti consente di ottenere risultati fantastici rispetto a ciò che puoi fare con le foto 2D".

Infatti, l'ampiezza dei dati di superficie precisi forniti dalle scansioni con Spider è più che sufficiente per eseguire ricostruzioni direttamente dalle scansioni, senza avere il teschio originale presente come modello di riferimento.

Il dottor Tobias Houlton scansiona un frammento cranico con Artec Space Spider all'Università di Dundee. Immagine gentilmente concessa dal Dr. Tobias Houlton

Houlton ha lavorato proprio in questo modo in diversi progetti internazionali nel corso degli anni. "Avere scansioni 3D di questo grado di precisione consente di intraprendere un lavoro di approssimazione facciale senza mai dover lasciare i nostri uffici."

Ogni volta che si presenta la necessità di un modello fisico di approssimazione, per scopi investigativi, legali o di altro tipo, esportare l'approssimazione digitale per la stampa 3D è semplicissimo.

In pratica, puoi finire un'approssimazione del viso e subito condividere il modello 3D con il cliente, che lo riceve pochi secondi dopo, anche dall'altra parte del mondo. Possono subito iniziare a revisionarlo mentre stampano in 3D un modello fisico, pronto per l'uso solo poche ore dopo.

Scansione 3D e stampa 3D nell'educazione anatomica umana

Presso la struttura Digital Making dell'Università di Dundee, con la sua collezione di 28 diversi scanner 3D, Houlton e i suoi studenti hanno stampato in 3D le loro scansioni con Spider, insieme alle scansioni degli altri scanner Artec di Dundee: Eva e Space Spider.

Il successore di Spider, Space Spider, presenta tutta la potenza del suo predecessore, oltre a una potente stabilizzazione della temperatura e un'elettronica di alta qualità.

Artec Space Spider

Il programma MSc Forensic Art and Facial Imaging di Dundee ha adottato gli scanner Artec come parte del proprio curriculum anni fa, dopo averli conosciuti tramite il partner Gold di Artec 3D Patrick Thorn.

Uno specialista di grande esperienza nella scansione 3D per l'istruzione, il patrimonio culturale, la medicina legale, l'assistenza sanitaria e oltre, Thorn si impegna a comprendere le esigenze dei suoi clienti per aiutarli a integrare le migliori soluzioni possibili. Conduce anche workshop per i suoi clienti in numerose località in tutto il Regno Unito, dalla punta della Cornovaglia fino alla Scozia settentrionale.

Realistici modelli di ossa e teschi stampati in 3D in classe

Houlton ha commentato quanto sia stata essenziale la stampa 3D per l'insegnamento dell'anatomia umana a Dundee, dicendo: "Lavoriamo regolarmente con stampe 3D di teschi e altre ossa, poiché la manipolazione fisica di questi modelli è un'incredibile vantaggio per gli studenti. Si tratta di un'altra area in cui i nostri scanner Artec si sono dimostrati utili."

Ha continuato: "Ad esempio, se prendi un'anatomia cranica stampata in 3D partendo dalle scansioni di Spider e la metti fianco a fianco di una stampa 3D dello stesso pezzo di teschio, ma realizzata utilizzando le scansioni di altri scanner 3D che abbiamo provato, puoi vedere un'enorme differenza in termini di dettagli, precisione e realismo".

Come spiegato in un precedente caso di studio, l'Università di Dundee continua ad espandere il suo lavoro con la scansione e la stampa 3D con ogni semestre che passa.

Gli studenti di medicina e arte forense, quando si laureeranno, saranno pienamente in grado di acquisire dati con uno scanner 3D Artec, catturando qualsiasi delle 206 ossa del corpo umano in pochi minuti, quindi trasformando quelle scansioni in modelli 3D realistici pronti per AR, VR, stampa 3D o approssimazione facciale in Freeform.

Decomposizione facciale, documentazione di fosse comuni e oltre

Il prossimo progetto di Houlton lo porterà in Sud Africa con l'Università di Witwatersrand. Lì lavorerà con uno studente di dottorato e un team accademico su un progetto dedicato alla ricerca degli effetti della decomposizione sui volti umani, identificando il grado di cambiamento che avviene post-mortem, per capire cosa questo significhi per il riconoscimento facciale.

In seguito, Houlton spera di intraprendere un progetto basato sull'archeologia con il Centro di ricerca delle Orcadi per l'Archeologia, lavorando a livello locale e in vari paesi/regioni dell'Africa, impegnandosi con la documentazione dei siti di fosse comuni.