Las Galerías Romanas de Lisboa

Un poco de historia ...

Las galerías encontradas bajo la Calle de la Plata, en el centro de Lisboa, son estimadas de haber sido construidas el siglo 1 AC, durante el auge del Imperio Romano. Los romanos habían ocupado la costa occidental de la Península Ibérica desde el siglo 2 AC, conquistando Olissipo (Lisboa) durante las campañas de la Primera Guerra Púnica. Antes de la conquista de los romanos, el puerto en el estuario de Tejo era ya un importante puerto comercial donde los Cartagineses realizaban cambios comerciales con la población local de orígenes célticas, comercializando metales y productos agrícolas para los productos manufaturados. Los romanos comenzaron la fortificación del oppidum en Olissipo a finales del siglo 2 AC. Entre 40 y 30 AC Olissipo fue concedido el estatuto de Municipium civium Romanorum que confirió la ciudadanía romana a todos los hombres libres nacidos. Un tiempo de paz y prosperidad significativa duró hasta el siglo 3 DC. Durante el inicio del Imperio Romano, los municipios se afirmaron, erigindo estructuras para funciones públicas (forums, teatros, mercados y templos): en Olissipo, vestigios de estos edificios aún pueden ser encontrados hoy. Un ejemplo son las ruinas del Teatro Romano localizados en la misma colina como el castillo que tiene vista para Lisboa de hoy. Aquellos días, la mayoría de la vida pública ocurría junto al río. En consonancia con especialistas, las galerías bajo la Calle de la Plata fueron construidas para estabilizar estructuralmente el suelo cerca de los márgenes del río, que normalmente es muy húmedo, debido al flujo de agua subterránea para río de las colinas circundantes. La construcción subterránea del criptopórtico fue necesario para suministrar una base sólida para la construcción de edificios importantes en este local. Los recursos considerables necesarios para construir este criptopórtico subterráneo sugieren que los edificios que soporta, son de gran importancia, tales como el forum de Lisboa o edificios dedicados la actividades comerciales y portuarias. Las galerías consisten en pasillos paralelos 3 m de altura por 2 a 3 m de anchura. Los pasillos tienen paredes verticales y techos circules. Los principales pasillos son interseptados perpendicularmente por pasillos estrechos. Algunas galerías tienen una altura máxima entre 1,2 y 1,5 m. Algunas galerías proporcionan el acceso la pequeñas y estrechas cámaras, que podrían haber sido usados como áreas de almacenamiento. La designación "cryptoporticus" se refiere a la naturaleza escondida de esta construcción que fue utilizada como base para las construcciones de tierra. Al largo de los siglos, las estructuras romanas en la superficie desmoronaram o fueron sustituidos por nuevos edificios. Sin embargo, los edificios más recientes fueron continuamente construidos sobre las fundaciones romanas pre-existentes. Los habitantes locales se aprovecharon de las aguas subterráneas recolectadas en las galerías, haciendo furos por encima de las galerías (vea chaminé en el lado derecho de la imagen arriba). Uno de esos pozos vino a ser conocido como el "Pozo de las Aguas Santas", localizado en la esquina de la Calle de la Plata y Calle de Son Julião. El área que comprende las galerías (hoy baja de Lisboa) fue completamente destruida en el terremoto de 1755. Marquês de Pombal (primer-ministro) y Manual de Maia (arquitecto) fueron responsables por la reconstrucción de toda la ciudad, creando en la en la baja de Lisboa, el barrio tipo parrilla, conocido hoy como "la Baja Pombalina". Las galerías romanas fueron redescobertas durante la reconstrucción del área de la baja de la ciudad. Aunque la mayoría de los edificios en la Baja "Pombalina" son soportadas por estacas de pinho submersos en el suelo blando y mojado para dar estabilidad estructural, los edificios construidos encima de las galerías son soportados por el criptopórtico romano pre-existente, que sobrevivió al terremoto incólume. Una piedra inscrita fue encontrado durante el inicio de las investigaciones arqueológicas de las galerías dedicadas la Esculápio, el dios romano de la cura. La piedra de inscrita y las aguas cristalinas encontrados en el local, llevó a la hipótesis de que las galerías pueden haber sido usadas como un spa agua caliente. Hoy, esa hipótesis parece completamente infundada. A mediados del siglo 19, un proyecto de caleira y agoto fue iniciado para recoger toda el agua que atraviesa la Baja "Pombalina". En 1859, un levantamiento topográfico de las galerías romanas fue concluida como parte de este proyecto. Infelizmente, las caleiras intersectam las galerías al largo de las carreteras Calle de la Plata y Calle de la Conceição, haciendo con que gran parte de las galerías inacessíveis, visto que la localización de los accesos de entrada de la superficie haber sido perdida, con la excepción de dos punto de entrada.

Las galerías de hoy...

Las galerías continúan a acumular aguas subterráneas debido a una larga racha al largo del suelo de la galería designado como "La Galería de las Nascentes". Como resultado, el cryptoporticus es siempre parcialmente submersa. Varios años atrás, el Museo de la Ciudad, museo responsable por el monumento bajo la dirección de la Cámara Municipal de Lisboa, decidió permitir visitas al monumento, pero sólo por algunos días el año. El acceso del público sólo es posible después de bombear toda el agua acumulada al largo de todo el año y la instalación de las luces. Bombas de agua continúan el trabajo hasta que el monumento esté nuevamente cerrado al público debido a la significativa tasa de infiltração de agua. El acceso del público es concedido por sólo 2 a 3 días por año, atrayendo grandes multitudes que esperan pacientemente en la fila por más de una hora para visitar las galerías. El acceso a las galerías se encuentra en una localización muy precaria, en medio de la carretera (Calle de la Conceição) al lado de los carris del eléctrico como es mostrado en la imagen al lado. Visto que los carris del tranvía no puede alterar su trayecto, los visitantes deben entrar y salir de las galerías con extrema cautela.

La propuesta para la reconstrucción 3D

Albatroz Engenharia propuso reconstruir una plantilla 3D de las Galerías Romanas para "Museo de la Ciudad". De esta forma, no sólo los arqueólogos poseen una plantilla exacta de las galerías, pero las personas serían capaces de explorar las galerías, que son difíciles de visitar in situ, en un ambiente virtual.

La reconstrucción envolvió el uso de un scanner a láser que mide las distancias para los objetos en la períferia del laser.

La adquisición de datos necesitó la instalación de una estructura de apoyo para que el láser pudiera atravesar toda la extensión de las galerías. Una vez que el equipamiento utilizado fue proyectado para operar en ambientes hostiles y es seguro para la vista, el transporte de equipamientos, la instalación y adquisición de datos fueron concluidas, mientras las galerías estaban siendo preparados para el acceso del público.

Lo que es un scanner laser?

Un scanner a láser es un sensor de barrido compuesto por tres partes:

Emissor: Una fuente de luz visible o invisible. El emisor crea un rayo de luz concentrado.
Receptor: Componente que detecta parte del rayo de luz que es reflectida tras entrar en contacto con un blanco. La cantidad de luz reflectida es dependiente del color y de la naturaleza del blanco.
Barrer (scan): El sistema mecánico que gira el rayo de luz al largo de un arco de un círculo con un sofisticado sistema de espejos.

La reconstrucción virtual propuesta por la Albatroz Engenharia se basa en una plantilla tridimensional creado a partir de nubes de coordenadas individuales (xi, yi, zi). Estos tipos de plantillas pueden ser observados, rodados, navegados y manipulados en tres dimensiones.

Superficies polígonais pueden ser usados para unir las coordenadas tridimensionales generando así pisos sólidos, paredes y techos.

A la derecha hay una foto, quitada in situ, de una sección de la entrada de la galería, la nube de puntos correspondiente a esa sección de la entrada de la galería y, finalmente, una imagen de las superficies generadas a partir de la nube de puntos. De interés es el área llena de agua en el suelo y las dos lajes apoyadas en la pared galería a la derecha.

El número de puntos necesarios para construir la plantilla de superficie puede ser significativamente reducido, especialmente en los casos en que las superficies son muy regular y casi planas. Así, a representación de las galerías puede ser simplificada utilizando superficies mayores que alivian la carga computacional gráfica sin sacrificar la geometría general de la plantilla. Como ejemplo, comparar la plantilla de la entrada de galería utilizando 155.662 puntos con la plantilla de superficie utilizando sólo 8474 puntos (o, aproximadamente, 5%).

Fundamentos de la generación de plantillas 3D

La construcción de la plantilla 3D es basado en subsequentes varrimentos de láser 2D al largo de cada una de las galerías. La animación en la figura a la derecha ilustra el proceso. Del lado izquierdo, muestra el láser cuando él atraviesa las galerías y a la derecha, los datos brutos de láser.

Para crear la plantilla 3D, o el láser es movido dentro de un ambiente específico (tal como una galería), o el escenario es movido mientras el láser es mantenida en una posición fija.¹ Visto que, los locales arqueológicos tienen dimensiones de varias órdenes de magnitud mayor del que el láser, es muy más fácil mover el láser a través del local. Una de las maneras más fáciles y de bajo coste para atravesar el sensor láser a través del local es usar una plataforma móvil autónoma o semi-autónoma. La llave para una plantilla bien sucedida es registrar y sincronizar la posición del sensor al largo del tiempo en la estructura de referencia del plan de varrimento.

La imagen a la derecha ilustra como un sensor de láser recoge los datos como él se mueve al largo de la misma sección de la galería. El láser ejecuta un varrimento de 360º, representado a rojo, a cuando del pasaje por la galería al largo de su eje mayor. Con cada varrimento, en las medidas de láser entre 500 y 1500, cada punto es representado por la distancia del láser para el obstáculo más próximo, en todas las dirección. El láser fue localizado aproximadamente en el centro de la galería, cerca de 0,7 m por encima del suelo. Para efecto de comparación, la principal galería (entrada en la galería) es de cerca de 2,3 m de altura, mientras la galería perpendicular a la izquierda es de aproximadamente 1,4 m de altura. El láser mide el espacio volumétrico libre circundante mientras el usuario "ve" las superficies que limita este espacio libre. El análisis de la animación revela que el espacio libre en la galería aumenta a medida que el sensor si aproxima de una galería de intersecção o una "chaminé" que es realmente un viejo pozo bien dentro de un edificio en la Calle de la Conceição. Además de eso, luminárias fueron detectadas en el lado derecho de la galería pela cambio abrupto en la curvatura suave del techo.

Uno de los inconvenientes de recoja de datos de esta manera es la oclusão de todas las superficies que están por detrás de otros objetos presentes en el local. Este fenómeno puede ser observado en las sombras presentes en la figura a la derecha.

La estructura experimental utilizado para la adquisición de datos está ilustrada en la figura a la derecha. Un pequeño carrinho que transporta sensores, baterías, y un ordenador, desliza al largo de un monocarril rectangular de aluminio. El ordenador registra y suministra feedback de adquisición de datos e imagen en tiempo real.

Los datos son adquiridos, grabados y visualizados en tiempo real. La GUI permite la visualización de una reconstrucción parcial 3D de varias galerías diferentes, conforme ilustrado en la figura del lado derecho.

¹ Existen aplicaciones de reconstrucción de láser, donde el láser permanece fijo y es el blanco que se mueve. Por ejemplo, girando una pequeña estatua en el campo de visión del láser.

Como es que un scanner a láser funciona?

El scanner a láser mide las distancias con base en un principio llamado "tiempo de vuelo":

El emisor envía uno pulso de luz
El blanco reflecte una fracción de la luz incidente, dependiendo del color, textura, y del ángulo de incidencia. El resto de la luz es absorbida o dispersa en torno al punto de incidencia.
El receptor detecta la luz reflectida y calcula la distancia al objeto, dividiendo el tiempo de vuelo por la velocidad de la luz.
El sistema de varrimento va girando, a fin de apuntar el rayo para un local diferente muy cerca del punto anterior de incidencia, reiniciando todo el proceso.

Plantillas Parciales 3D

Una vez que los varrimentos 2D de todo el local hayan sido adquiridos, tal como ilustrado en las figuras anteriores, los datos deben ser organizados de modo a que la plantilla 3D pueda ser generado. La organización de los datos requiere medições del cambio de posición del sensor láser a medida que atraviesa el local. Esos datos son adquiridos por medio de sensores auxiliares. Para minimizar los errores de medição, el láser debe ser movido al largo de caminos retilíneos. Si necesario, como en el caso de galerías romanas, la reconstrucción requirió solapar varios caminos perpendiculares rectilíneos. Otros caminos pueden ser más adecuadas para el site que está siendo reconstruida. Sin embargo, los errores de posición asociados, tendrá una tendencia para aumentar.

La plantilla 3D de una sección de la entrada de la galería es mostrada en la figura a la derecha.

Nota:

La resolución longitudinal, o la distancia entre pasajes sucesivos, puede variar en consonancia con los objetivos de reconstrucción y naturaleza del local. La distancia entre los pasajes sucesivos es dependiente de la velocidad de movimiento de la plataforma. En este caso, la distancia entre los exámenes sucesivos era cerca de 5 cm y es visible en la figura anterior.
La resolución de los varrimentos, o distancia entre puntos adyacentes en el mismo pasaje, es una característica intrínseca del sensor utilizado. O sea, la resolución de varrimento varía con los tipos y marcas de sensores de láser. En cada pasaje, el rayo de luz traza un plano circular en que los pulsos de luz son igualmente espaciados. La distancia entre cada punto adyacente varía linearmente con las dimensiones del local. En el caso de las galerías, esa distancia es de cerca de 1 cm. En esa resolución, los puntos parecen casi tocarse.
Los puntos de distribución en el espacio 3D es heterogéneo y la densidad de puntos es dependiente del eje del movimiento.
Sólo cuando las distancias para la superficie aumentan y la superficie no es perpendicular al feixe de láser, los varrimentos son discontinuos. Esto puede ser visto con "el chaminé" en la figura.
La falta sistemática de puntos en el centro de la galería corresponde al monocarril.
Los relieves en piedra son visibles en el interior de la galleria.
Las áreas del suelo no cubiertas por la piedra, pero por el agua no son detectados. Teniendo en cuenta la profundidad del agua sobre el suelo, la luz casi enteramente absorbida, refleja una señal muy débil para el láser poder hacer una medição en esas instrucciones específicas.

Esta plantilla 3D puede ser representado y explorado en 3D usando herramientas de software apropiadas. Una forma de visualizar el espacio es a través de VRML - Virtual Reality Modeling Language. Un ejemplo es presentado en bajo.

La plantilla que se sigue fue construido a partir de los datos recogidos después del número de puntos haber sido reducido y las superficies generadas que conectaron los vértices adyacentes.

Esta plantilla de superficie, ilustra claramente las diferencias entre la realidad proyectada y la realidad reconstruida. Mientras las plantillas proyectadas son formadas por superficies regulares con rebordes rectangulares y superficies planas, la plantilla reconstruida incorpora todas las pequeñas irregularidades de la superficie de la galería (también debido, en una parte muy pequeña, a errores de medição), suministrando una plantilla más precisa del local.

Este modelo de superfície, ilustra claramente as diferenças entre a realidade projectada e a realidade reconstruída. Enquanto os modelos projetados são formadas por superfícies regulares com bordas retangulares e superfícies planas, o modelo reconstruído incorpora todas as pequenas irregularidades da superfície da galeria (também devido, em uma parte muito pequena, a erros de medição), fornecendo um modelo mais preciso do local.

Los datos presentados en el VRML puede ser importado para el software de design de ordenador (CAD) para la manipulación, análisis y optimización por arquitectos, ingenieros civiles y arqueólogos. Con software especializado, plantillas arquitetônicos precisos pueden ser creados combinando edificios ya existentes con virtual, para-ser-construidos, elementos o aún estructuras que existían en el pasado y hay muy habían desaparecido.

Caracterización de un scanner a laser

Un sensor láser de varrimento es caraterizado por seis parámetros principales que determinan las aplicaciones para las cuales es adecuado.

Los tres primeros parámetros dicen respeto al desempeño interno mientras los últimos tres parámetros caracterizan el ambiente en el cual el sensor funciona.

"Range" (Alcance)

Range es la distancia máxima a partir del láser que un objeto puede ser detectado. La mayoría de los láseres también tienen una distancia minima de medición.

"Field of View" (FOV)

Lo (FOV) determina la extensión angular del feixe de luz. La Albatroz Ingeniería posee un láser con un FOV de 360º y uno con un FOV de 60º pero de significativamente mayor resolución para tareas que exigen una mayor precisión.

"Acquisition Rate" (La tasa de adquisición)

La tasa de adquisición se refiere al número de medicões realizadas en un intervalo de tiempo específico. Esa caraterística es fundamental en la determinación de cual el láser más adecuado para cada aplicación. Por ejemplo, una plantilla 3D de una estatua puede ser hecha con un láser con una baja tasa de adquisición. Sin embargo, detectar vehículos en un peaje, requiere un láser con una elevada tasa de adquisición.

"Class" (Clase)

La clase determina el riesgo inherente de exposición al feixe de láser. Todos los láseres utilizados por la Albatroz Engenharia son de clase 1 siendo seguros para la vista de aquellos que se encuentran en su periferia. Láseres clase 1 son usados en CD / DVD. En adición a la fuerza del feixe limitado, los láseres utilizados tienen espejos o cabezas rotativos internos que cambian la dirección del feixe de láser muy rápidamente, reduciendo a radiación acumulada en cada punto iluminado.

"IP (Ingress Protection) Index"

El Índice de IP suministra una medida de protección contra condiciones ambientales adversas. Medios de protección externos nunca deben ser usados por cima de los espejos del sensor pues estos pueden impeder la eficacia de la medición.

Dimensiones, Masa y Energía

Dimensiones físicas, masa y requisitos de energía definen la idoneidad del láser para diferentes aplicaciones. Un scanner de láser es un dispositivo relativamente pesado con una masa que varía entre de 5 kg a 50 kg, mientras una cámara de vídeo tiene una masa de cerca de 0,5 kg. Los requisitos de energía son también importantes. Un scanner a láser típico requiere una potencia entre 25 W y 250 W. Para efecto de comparación, una cámara de vídeo requiere menos de 5 W.

Plantilla 3D integrada

A fin de integrar todas las partes (galería) de la plantilla, todos los datos en en coordenadas locales (xi, yi, zi) deben ser convertidos para un cuadro general común de referencia de la galería. En las galerías romanas, nueve conjuntos de datos fueron recollhidos de las seis galerías.

La integración de datos requiere un análisis cuidadoso de solapamiento de datos correspondientes a las mismas secciones de las galerías adquiridos durante diferentes procedimientos de adquisición de datos.

La figura a la derecha, muestra la secuencia de adquisición de datos comenzando con la galería de entrada. En la plantilla final (planta), las galerías 5 y 6 no fueron incluidos debido a la humedad relativa del aire muy próxima de la saturación y de la presencia de equipamientos de bombeamento de agua. Estos dos factores no permitió una plantilla de estas galerías de calidad suficiente para ser incluido en la plantilla general.

Un método alternativo de visualización es crear nubes de puntos animados, observados a partir de diferentes puntos de vista, como ilustrado en los videos en bajo.

Estas plantillas pueden ser más enriquecidos "coloreando" cada punto de la nube de puntos en consonancia con las diferentes propiedades de sus objetos asociados alrededor del sensor. Por ejemplo: el nivel de refletividade (cantidad de energía reflejada después de feixe de luz encontrar un objeto.), Temperatura de irradiación de superficies en el local o aún sólo con colores visibles al ojo humano. Es también posible para crear efectos de luz, que hacen la plantilla más realista.

Finalmente, una animación es suministrada de una plantilla de integración de cuatro de las seis galerías. Como mencionado anteriormente, galerías 5 y 6 no fueron incluidas en la plantilla debido a condiciones adversas encontradas en esas cámaras durante la adquisición. Además de las galerías 5 y 6, la plantilla integrada también carece:

• una cámara en el lado sur de la galería 1 (galería de entrada)
• una pequeña cámara en el lado norte de la galería 3 (paralela a la galería 1 - "Galería de las Nascentes")
• tanque localizado entre galerías 5 y 6

Otras aplicaciones

La nube de puntos puede ser usada para más del que simplemente la visualización de datos, ya que cada punto es referenciado en el espacio 3D. Así, la nube de puntos, puede ser utilizada para calcular larguras, áreas y volúmenes.

Un scanner de láser puede ser usado en pedreiras, estacas mineras, aterros y otras estructuras de gran escala y áreas, para determiner los volúmenes o volúmenes que fueron removidos. Un scanner a láser también puede medir distancias de seguridad y áreas en proyectos de construcción para control de calidad.

En el inicio de escavación, un scanner a láser puede ser utilizada para generar rápidamente una plantilla 3D en el local (suelo, vegetación y estructuras adyacentes), de modo que los arqueólogos pueden estimar los caminos de los locales y las instalaciones de apoyo.

Durante la escavación, una plantilla rápida es útil para evaluar el progreso y geometría general de la escavação. Tras concluido, plantillas 3D de artefactos y ruinas, quedadas con imágenes y vídeo pueden crear un deslumbrante contenido multimedia que ayudan a divulgar el local.

En la arquitetura de reconstrucción, las estructuras existentes pueden ser modeladas y actúan como el punto de partida para el proyecto. Los elementos arquitetônicos pueden ser solapados o removidos fácilmente, si fuera requerido.

Albatroz Ingeniería

Reconstrucción tridimensional de un criptopórtico del primer siglo

Calle de la Plata, Lisboa, Portugal

27 de septiembre de 2007

En colaboración con: