Free to rebuild. Software open source per la ricostruzione virtuale delle architetture minoiche di Haghia Triada, Creta di Filippo Stanco *, Davide Tanasi **, Giovanni Gallo* * Dipartimento di Matematica e Informatica, Università di Catania; fstanco@dmi.unict.it; gallo@dmi.unict.it. ** Arcadia University, Mediterranean Center for Arts and Scientists; dtanasi@mediterraneancenter.it. Free to rebuild. Software open source for virtual reconstruction of Minoan architecture of Aghia Triada, Crete In the last years, the development of Computer Graphics 3D techniques applied to the archaeological research determined a deep change in the relation with the past, both for the experts and the common people. The use of 3D models as cognitive tools for the interpretation of the archaeological data or as principal media for the dissemination of the culture is the main feature of the Virtual Archaeology and Digital Heritage research strategies. The aim of this paper is to focus on some outcomes of Minoan culture, flourished in Crete between the 3rd and the 2nd millenium BC. As case study the evidence of a residental building, dated back to the period between 15th and 13th century BC, called Casa dei Vani Aggiunti Progressivamente (VAP House), a relevant mansion of Aghia Triada, will be presented. Thanks to the availability of a precise graphic and photographic documentation taken during the excavations and to recent publication of a complete compendium of features and techniques of the Minoan architecture, a 3D model of the VAP House was done to let the archaeologis test in a virtual way their hypothesis about the function of the house and share this monument with a larger public. During the elaboration the open source 3D modeling software Blender was used for modeling of structures, pavements and terrains, for UVMapping of the internal furniture and the development of the natural and artificial light sources. Finally, via the Blender game engine, a virtual and interactive version of the VAP House, in its last phase of life, was done. Lo sviluppo delle tecniche di Computer Graphics 3D applicate alla ricerca archeologica ha determinato negli ultimi anni un profondo cambiamento nel modo di rapportarsi con il passato, sia per gli addetti ai lavori che per il grande pubblico. L’utilizzo di modelli 3D come strumenti cognitivi per l’interpretazione dei resti o come elemento principale nelle strategie di divulgazione scientifica è ormai una tendenza diffusa nella Virtual Archaeology, intesa come analisi dei processi di gestione e rappresentazione dei dati archeologici attraverso tecniche di visualizzazione 3D 1. Il processo interpretativo dell’evidenza archeologica, spesso frammentaria e soggetta a numerose variabili di alterazione, trova nella Computer Graphics un prezioso ambiente di sperimentazione in cui mettere alla prova l’affidabilità delle ipotesi. Ciò che appare sensato riguardo alla natura ed alla funzione di resti malamente conservati e manufatti riposti nelle cassette dei magazzini sottoposti a studio, viene spesso ridimensionato dalla semplice osservazione passiva di una ricostruzione 1 Si ringrazia Santo Privitera, che ha attualmente in studio le evidenze della Casa VAP, per l’aiuto e la collaborazione. Reilly 1991, 133-139; Forte, Beltrami 2000, 273-300. 3D, se non del tutto sconfessato da modelli virtuali interattivi o immersivi in cui è possibile ricreare la relazione uomo-spazio-edificio-manufatto. In quest’ottica, la Computer Graphics si pone al livello di branca dell’archeologia stessa, al pari dell’archeologia sperimentale caratterizzata dallo studio della pratica al sostegno della teoria 2. Così come quest’ultima si pone come obiettivo la «replication of experiments, the testing of methodological assumptions by applying them to known contexts, the experiments involving site formation processes» 3, allo stesso modo le medesime attività di ricerca possono essere svolte virtualmente interagendo con un modello 3D che è replica della realtà. Non è un caso che proprio negli ultimi anni si siano portati a termine dei lavori interdisciplinari in cui le esperienze dell’archeologia sperimentale e della Computer Graphics concorrono in modo paritario alla ricostruzione storica di eventi del passato remoto 4. In questa accezione di strumento cognitivo, l’utilizzo di modelli 3D nella ricerca archeologica può essere in- 2 Bellintani, Moser 2003; Longo 2003, 549-568; Thomas 2009. Coles 1981. 4 Moser et alii 2009, 351-355. 3 143 ARCHEOFOSS. Open Source, Free Software e Open Format nei processi di ricerca archeologica - © 2011 · Edipuglia s.r.l. - www.edipuglia.it Filippo Stanco, Davide Tanasi, Giovanni Gallo teso come una sorta di banco di prova di ciò che i sensi e la ragione avevano in prima istanza percepito. Una sorta di “seeing causes believing” contrapposto ad un semplice e talvolta ingannevole “seeing is believing” che spesso è alterato dalle sovrastrutture culturali dello stesso archeologo 5. In questo caso la tecnologia digitale non è soltanto uno strumento di ricerca e comunicazione ma soprattutto un banco di prova virtuale delle ipotesi interpretative degli archeologi 6. Si può quindi sostenere che l’utilizzo di modelli grafici 3D virtuali diverrà uno dei metodi strumentali importanti nella “cassetta degli attrezzi” di qualunque archeologo. Questa innovazione metodologica non è comunque esente da rischi. Tra essi vanno citati: la carenza di formazione di base tecnico-informatica tra gli archeologi e il costo dell’hardware e del software che può rischiare di assorbire le risorse finanziarie, spesso ridotte, dei progetti archeologici. Un ulteriore pericolo proviene dall’adozione acritica di metodi di elaborazione delle informazioni imposte da software proprietari, il cui codice non sia pubblico ed aperto al libero sviluppo. L’applicazione di strumenti open source, intesa non semplicemente come utilizzo di ambienti di sviluppo e software gratuiti e liberi da licenza, ma soprattutto come adozione di un’impostazione metodologica, si fonda sulla partecipatività, la condivisione delle informazioni e la diffusione della conoscenza scientifica 7. Appare infatti rarissimo il caso di un progetto, uno studio o una ricostruzione che possa essere affidata semplicemente all’utilizzo standard di un software industriale “chiuso” che non lasci libertà di personalizzazione, di sviluppo di plug-in integrati, di esplorazione di percorsi alternativi di elaborazione dei dati. Infine la scelta decisa verso il software open source garantisce la massima compatibilità e visibilità nell’universo web, ambito di confronto per eccellenza, che moltiplica le forme di verifica delle ipotesi attraverso lo scambio di innumerevoli esperienze comuni e offre feedback immediati ed un notevole potenziale, in termini di ricerca, basato sulla condivisione. Nel campo della Computer Graphics un ottimo esempio di software open source è rappresentato da 5 Dennett 1996, 158-172. Frischer 2009, 35-48. 7 Pescarin 2006, 137-155; Forte, Pescarin, Pietroni 2006, 535-539. 8 www.blender.org. 9 www.cgtextures.com, www.blender-materials.org. 6 Blender 8, uno strumento di 3D modelling, che non solo consente di creare delle ricostruzioni di altissimo livello grafico ed estremamente verisimili ma soprattutto il libero e gratuito scambio dei risultati tra gli esperti del settore. L’applicazione di Blender nei progetti di Virtual Archaeology rappresenta pienamente l’applicazione di quella open philosophy che predica nel campo dell’archeologia e dei beni culturali lo scambio delle idee e la diffusione della conoscenza su vasta scala. Alla grande potenza e versatilità del programma si aggiunge il fatto che Blender e la modellazione 3D con esso prodotta è al centro di un sistema di libera circolazione di esperienze, che sul web si concretizza in librerie di texture 9, repository, forum 10, troubleshooting, tutorial, project presentation, in continua evoluzione e messi a disposizione liberamente sul web da tutti gli utenti di Blender. Il presente lavoro si inserisce nel quadro più ampio di un programma ricerca, il Progetto Archeomatica 11 dell’Università di Catania, che ha come scopo quello di sviluppare nuovi strumenti cognitivi digitali per la ricerca archeologica preistorica e definire attraverso la cooperazione multidisciplinare un nuovo linguaggio comune che migliori la qualità del dialogo tra informatica ed archeologia e dei messaggi delle due discipline verso il mondo esterno. Una delle direttrici di ricerca del progetto è rappresentata dall’applicazione della modellazione 3D alle evidenze architettoniche di una cultura del Mediterraneo preistorico tanto famosa nella letteratura scientifica quanto assente dai media, ovvero quella che rappresenta la civiltà minoica, fiorita a Creta tra il III ed il II millennio a.C.12. I dati di partenza sono stati rappresentati dall’evidenza del sito di Haghia Triada 13, nella pianura della Messarà, a Creta, oggetto da decenni delle ricerche da parte del Centro di Archeologia Cretese dell’Università di Catania 14, sotto l’egida della Scuola Archeologica Italiana di Atene, sviluppatosi senza soluzione di continuità nel corso di circa due millenni, dal IV al II millennio a.C., tra l’Antica Età del Bronzo e l’inizio dell’Età del Ferro. Qui si è avviato un progetto di ricostruzione complessiva delle singole evidenze architettoniche relative alle principali fasi edilizie presenti nel sito tra il XVII 10 www.blendernation.com, www.blenderartists.org. www.archeomatica.unict.it. 12 Gallo et alii 2011. 13 La Rosa 1997a, 79-89. 14 www.cac.unict.it. 11 144 ARCHEOFOSS. Open Source, Free Software e Open Format nei processi di ricerca archeologica - © 2011 · Edipuglia s.r.l. - www.edipuglia.it 1a. - Pianta del villaggio di Haghia Triada con in neretto indi- 1b. - Pianta di dettaglio della Casa VAP. cata la Casa VAP. ed il XIII secolo a.C. con lo scopo di produrre progressivamente dei “modelli 3D di fase” che possano superare le semplici “piante di fase” tipiche dei tradizionali sistemi di documentazione archeologica 15. L’intensa attività edilizia che ha caratterizzato il sito in circa 4 secoli, segnata da sovrapposizioni, distruzioni e ricostruzioni, trasformazioni e rioccupazioni si pone come il problema principale per il processo di interpretazione delle evi- 2. - Casa VAP nello stato attuale di conservazione. 15 Sangregorio, Stanco, Tanasi 2008, 1-4; Stanco, Tanasi 2009, 605-617; Iid. c.s. denze e della loro contestualizzazione spaziale e culturale. La tradizionale documentazione grafica e fotografica dello scavo, che in molti scavi risale al secolo scorso, per alcuni casi può risultare insufficiente per la piena decodificazione delle problematiche architettoniche sia sul piano diacronico che sincronico. Da questo punto di vista il sito di Haghia Triada si presenta come paradigmatico per l’applicazione delle tecnologie di 3D Modeling e diventa un riscontro ideale delle reali potenzialità che questo strumento può offrire al processo di ricostruzione storica che gli archeologi sono chiamati a fare. In questo contributo è presentato come caso studio un edificio residenziale denominato Casa dei Vani Aggiunti Progressivamente - Casa VAP 16 (fig. 1), che è stato interpretato come l’edificio più importante del villaggio di Haghia Triada nella sua ultima fase di vita, tra il XV ed il XIII secolo a.C., periodo che in termini di cronologia minoica è inquadrabile tra il Tardo Minoico IB e il Tardo Minoico IIIB 17. Grazie alla disponibilità di una scrupolosa documentazione grafica e fotografica (figg. 1b, 2) condotta durante lo scavo e alla recente pubblicazione di un 16 17 Privitera 2008, 111-137; Id. c.s. La Rosa 1997b, 249-266; Rehak, Younger 2001. 145 ARCHEOFOSS. Open Source, Free Software e Open Format nei processi di ricerca archeologica - © 2011 · Edipuglia s.r.l. - www.edipuglia.it Filippo Stanco, Davide Tanasi, Giovanni Gallo muri perimetrali in strutture di partizione interna. Tra il Tardo Minoico IIIA2 iniziale ed il Tardo Minoico IIIB è possibile distinguere sette diverse fasi edilizie che comprendono la costruzione di un secondo piano, l’aggregazione di nuovi ambienti e la a b predisposizione di aree di servizio scoperte. Quando il sito di Haghia Triada fu abbandonato, nel corso del Tardo Minoico IIIB, la casa VAP era un residenza monumentale con dodici stanze, un piccolo cortile sul pian terreno, ed altre cinque stanze al secondo piano. Gli ambienti al pian terreno avevano un’estensione di m2 d c 320, mentre l’estensione totale, com3. - a. Studio ricostruttivo del volume 3D della Casa VAP; b. Fasi di modellazione prendente anche quelli del secondo delle mura perimetrali; c. Modello della Casa VAP con applicazione delle tessiture murarie; d. Fasi di modellazione dello snake tube. piano, era di m2 450. I pochi rinvenimenti fatti al suo interno, sostanzial18 vero e proprio compendio dell’architettura minoica , si mente pithoi e poco altro vasellame, suggeriscono che è realizzato un modello 3D della Casa VAP e dei suoi la casa fosse stata preventivamente svuotata e successiarredi sia per permettere agli archeologi di sperimentare vamente abbandonata in modo non traumatico. Solo una virtualmente le ipotesi fatte sulla funzione della casa, pisside, un pithos in frammenti ed uno snake tube, oggetto cerimoniale tipico della religiosità minoica, furono che per dare visibilità ad un monumento di grande belrinvenuti all’interno del vano A 19. In particolare, lo lezza ed importanza finora del tutto ignoto ai non addetti snake tube, collocato al di sotto dell’ultimo gradino della ai lavori. scala d’ingresso, doveva essere stato utilizzato per ofLa caratteristica principale di questa residenza è ferte rituali. La costruzione del vano A, nel corso della quella di essere stata progressivamente ampliata dalquinta fase edilizia, si inserisce in una sostanziale risil’annessione di ulteriori vani e dalla trasformazione dei a b 4. - a. Vano A: a destra le scale per accedere al vano B e posizione (indicata da un pallino bianco) in cui era ubicato lo snake tube, a sinistra il muro su cui era lʼaffresco; b. Ricostruzione 3D dellʼambiente A. 18 Shaw 2009. 19 Gesell 1976, 247-259. 146 ARCHEOFOSS. Open Source, Free Software e Open Format nei processi di ricerca archeologica - © 2011 · Edipuglia s.r.l. - www.edipuglia.it Free to rebuild. Software open source per la ricostruzione virtuale delle architetture minoiche di Haghia Triada, Creta 5. - Modello 3D finale della Casa VAP. stemazione funzionale dello spazio del pian terreno in relazione alla creazione del principale asse viario NordSud del villaggio e dell’Agorà. Per via delle sue ragguardevoli dimensioni, m 6,80 x 4,90, e della sua prossimità all’Agorà, esso divenne probabilmente l’area di residenza più importante della casa. Un possibile uso cerimoniale del vano A è confermato da un affresco raffigurante una scena processionale con offerenti che recano doni ed animali sacrificali 20. Queste pitture appartengono ad un ciclo figurativo dal forte significato simbolico, che aveva come motivo ispiratore quello di segnare l’inizio di una nuova era politica nella storia dell’insediamento, quando si affermò, in questo periodo, come capitale di un piccolo stato nella Creta centro-meridionale 21. Proprio la complessità delle fasi edilizie che hanno rappresentato la vita della Casa VAP e le molte alterazioni che il monumento ha subito nel corso dei successivi momenti di rioccupazione hanno rappresentato le condizioni migliori per la realizzazione di una ricostruzione virtuale, che consentisse agli archeologi di verificare “visualmente” le ipotesi interpretative. La ricostruzione delle strutture murarie, derivata dalla documentazione grafica e fotografica, effettuata in passato durante il corso degli scavi e ai giorni nostri per confrontare lo stato di conservazione e le condizioni di degrado dei resti, ha rappresentato il primo passaggio del processo di rievocazione virtuale di come la casa doveva apparire nella sua ultima fase di occupazione, prima dell’abbandono. La pianta vettorializzata dell’edificio è stata importata in Blender e la rappresentazione dei dettagli architettonici si è fondata su uno studio delle evidenze coeve meglio conservate e delle fonti iconografiche 22. I muri sono stati modellati per estrusione e, laddove possibile, per gli elevati è stata riproposta la medesima tessitura muraria e tecnica costruttiva apprezzabile in alcune parti del monumento in migliore stato di conservazione. Per la resa dei diversi materiali, come pietra, terra e argilla, sono state utilizzate le primitive generate proceduralmente dal software (figg. 3-4). Per poter esaminare dettagliatamente l’aspetto della casa nelle sue diverse fasi edilizie, ogni ambiente è stato riprodotto in layer separati in base ai rapporti cronologici e stratigrafici. A completamento della ricostruzione del modello si sono riprodotti anche gli elementi più rilevanti di arredo del vano A, ovvero lo snake tube e l’affresco. Lo snake tube è stato prodotto attraverso la tecnica dell’image based 3D modelling 23 sulla base di un set di immagini digitali ad alta qualità riprese intorno all’oggetto a distanza costante (fig. 5). Riguardo all’affresco, conservato in condizioni assai frammentarie, sulla base delle ipotesi ricostruttive avanzate dagli studiosi 24 e considerando gli elementi di simmetria e ripetitività della pittura minoica si è proposto un restauro digitale che rispecchiasse in modo verisimile l’aspetto originale 25. A questo scopo i contorni dei disegni sono stati digitalizzati e ad essi sono stati applicati i colori riconoscibili sui frammenti, utilizzando sia i comuni strumenti di cloning disponibili in seno a numerosi software di Image Processing, che sperimentando un’implementazione del seamless cloning 26 (fig. 6). Sulla base delle informazioni desunte nel corso degli scavi si è poi riposizionato l’affresco nella sua posizione 20 Privitera 2008, 111-137. La Rosa 1997b, 249-266. 22 Shaw 2009. 23 Remondino 2006, 299-316; Verbiest et alii 2006, 397-406. 21 24 Militello 2007, 185-204. Shaw, Laxton 2002, 93-104. 26 Pérez, Gangnet, Blake 2006, 313-318. 25 147 ARCHEOFOSS. Open Source, Free Software e Open Format nei processi di ricerca archeologica - © 2011 · Edipuglia s.r.l. - www.edipuglia.it a b search & Technology, Hellas (F.O.R.T.H.) 29, che hanno già prodotto il Digital Terrain Model del territorio di Creta 30, in modo da poter ubicare in scala il modello della Casa d VAP nella versione virtuale c dell’altura di Haghia Triada, si 6. - Vano A. a. Sarcofago di Haghia Triada; b. Frammenti di affresco del vano A; c. Ricostruzione virtuale della scena processionale; d. Ricostruzione della tavolozza di colori. è scelto di posizionare il modello in un semplice terreno virtuale astratto ma verisimile. Per quanto riguarda il rendering si è applicato l’internal engine di Blender e per la realizzazione dei video ad alta risoluzione sono stati utilizzati sia il renderer raytracing unbiased Indigo 31 che il ray tracing software YafRay 32, che garantisce un alto livello di realismo (fig. 7). Infine, grazie al game engine di Blender è stata ricreata una versione interattiva virtuale della Casa VAP come doveva presentarsi nel momento più completo del suo sviluppo architettonico, in cui l’utente ha la possibilità di muoversi liberamente all’interno degli spazi della casa ed interagire, all’interno del vano A, con lo snake tube e l’affresco. Nella prospettiva futura, l’obiettivo da centrare è senz’altro quello di poter produrre un modello 3D multifase del villaggio di Haghia Triada, in cui tutti i modelli già ricostruiti, possano essere ubicati, concorrendo a restituire un’immagine quanto più fedele possibile alla realtà dei 7. - (a) Snake tube dal vano A; (b) Modello 3D dello snake tube. momenti principali di vita di questo importante sito. Nello spirito dell’open philosophy che caratterizza il Progetto Archeomatica, entro cui questo lavoro si pone, i risultati originaria all’interno del vano A. Per ciò che concerne le 27 saranno resi fruibili sul web con la possibilità di accedere fonti di luce basandosi su esperienze precedenti , anche alle librerie dei modelli sia per ricavare informazioni che specificamente applicate alle ricostruzione 3D delle arper aggiungerne, in modo da restituire alla collettività quechitetture minoiche, si è scelto di replicare la luce natusto scorcio di passato, troppo a lungo appannaggio solo rale di una mattina estiva per l’esterno dei modelli, degli addetti ai lavori, rendendo partecipe in modo attivo mentre nel caso degli interni privi di finestre si è introl’utente, il navigatore, l’appassionato, il collega al processo dotta anche una fonte virtuale di luce artificiale, come la di ricostruzione della storia più antica dell’uomo. fiammella di una lampada ad olio, di una candela o di una torcia, elaborando il modello con il software Radiance 28. Infine per la realizzazione del terreno, in attesa di poter avviare una collaborazione con i responsabili del progetto Digital Crete del Laboratory of Geophysical Satellite Remote Sensing & Archaeo-environment of the Institute for Mediterranean Studies related to the Foundation of Re27 Roussos, Chalmers 2003, 195-201; Gutierrez et alii 2007, 209-214; Happa et alii 2009, 9-28. 28 http://radsite.lbl.gov/radiance. 29 http://digitalcrete.ims.forth.gr. Bibliografia Baltsavias A., Gruen M., Van Gool L. Pateraki M. (eds.) 2006, Recording Modeling and Visualization of Cultural Heritage, London. Sarris et alii 2008. www.indigorenderer.com. 32 Shirley, Morley 2003. 30 31 148 ARCHEOFOSS. Open Source, Free Software e Open Format nei processi di ricerca archeologica - © 2011 · Edipuglia s.r.l. - www.edipuglia.it Free to rebuild. Software open source per la ricostruzione virtuale delle architetture minoiche di Haghia Triada, Creta Bellintani P., Moser L. (eds.) 2003, Archeologie Sperimentali. 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