Despliegue virtual

(Arriba) El rollo de Diss Heywood del siglo XVI , que está gravemente carbonizado, y (abajo) los resultados de aplicar un desenrollado virtual a una de las hojas del rollo.

El despliegue virtual , también conocido como desenrollado virtual o desenrollado virtual , es un método no destructivo para desenrollar y leer pergaminos dañados o frágiles . A diferencia del desenrollado físico (que a menudo destruye dichos pergaminos), el despliegue virtual comienza con una tomografía 3D , que posteriormente se desenrolla mediante programación. La imagen desenrollada se puede estudiar en detalle y procesar utilizando métodos de aprendizaje automático . El despliegue virtual se utilizó para el pergamino En-Gedi quemado de Israel, para los pergaminos de Bressingham dañados por el agua y los pergaminos de Diss Heywood quemados de Inglaterra, para los papiros de Herculano quemados durante la erupción del volcán de Pompeya, para un pergamino budista mongol encontrado dentro de una estatua, para un amuleto de pergamino metálico de Jordania, cartas sin abrir de Europa y para pergaminos de bambú de China. El mismo método se utiliza para la investigación de la degradación de baterías.

El despliegue virtual de textos se promueve y populariza gracias al Desafío del Vesubio, una competición para descifrar los pergaminos de Herculano procedentes de Pompeya.

El proceso de desenrollado virtual comienza con un escaneo volumétrico del rollo dañado mediante un tomógrafo de rayos X. Estos escaneos no son invasivos y generan un modelo 3D virtual del rollo en el que se puede distinguir la tinta del papel, ya que los diferentes elementos absorben los rayos X de manera diferente. Después del escaneo, el proceso de desenrollado consiste únicamente en la manipulación de los datos, y el rollo se devuelve al archivo. Esto también permite a los investigadores la flexibilidad de seleccionar métodos de escaneo que produzcan el mayor contraste entre la tinta y el papel, y de adaptarse rápidamente a los métodos de escaneo mejorados a medida que se desarrollan. En el caso de los papiros de Herculano, el escaneo volumétrico utilizó TC de contraste de fase , ^{[ 1 ] [ 2 ]} mientras que para el rollo de En-Gedi se utilizó micro-TC . ^{[ 3 ]}

Se pueden utilizar diferentes técnicas de imagen, incluyendo tomografía computarizada (TC-X), microtomografía computarizada (TC-M) y tomografía de contraste de fase (TC-PC). También se propuso la tomografía de terahercios para casos en los que la radiación de rayos X no es aceptable. ^{[ 4 ]}

Esto supone un obstáculo para las técnicas de imagen estándar, como la tomografía computarizada (TC) , que distinguen las partes de un objeto según sus propiedades de absorción y emisión . Sin embargo, la presencia de tinta en un punto concreto del pergamino provoca que el rollo sea ligeramente más grueso en ese punto que en su proximidad inmediata. Por consiguiente, la idoneidad de una técnica de escaneo para desenrollar los papiros de Herculano depende en gran medida de su capacidad para resolver esta diferencia. La TC de contraste de fase lo consigue porque la radiación que atraviesa un material experimenta un desfase que depende del grosor del material; ^{[ 3 ]} sin embargo, la micro-TC también se considera una técnica adecuada debido a su alta resolución. ^{[ 3 ]}

El modelo virtual generado por el escaneo registra la composición del pergamino en una matriz de pequeñas regiones llamadas vóxeles o píxeles volumétricos. ^{[ 2 ]} El objetivo a partir de este punto es construir una representación bidimensional del pergamino desenrollado de tal manera que los vóxeles correspondientes a los puntos del pergamino enrollado puedan identificarse con los píxeles correspondientes en el desenrollado construido. Este proceso se lleva a cabo en tres pasos: segmentación, texturizado y aplanamiento.

El paso de segmentación implica identificar modelos geométricos para varias partes del pergamino virtual. Debido al extenso daño, el pergamino suele estar deformado y ya no tiene una geometría claramente cilíndrica. En cambio, algunas partes pueden parecer planas, otras cónicas, otras triangulares, etc. ^{[ 6 ]} En lugar de modelar la compleja geometría de una capa completa del pergamino, el proceso de segmentación divide cada capa en componentes con geometrías más simples, lo que da como resultado un modelo por partes de la geometría general de la capa. Los diversos componentes identificados de esta manera se pueden luego "desprender" uno por uno y desplegar según su geometría particular. Luego, las piezas se pueden volver a ensamblar al final volviendo a unir sus límites según los vóxeles que contienen (es decir, asegurándose de que los vóxeles de límite permanezcan unidos a sus vecinos originales en el resultado). ^{[ 1 ]}

El paso de texturizado crea un mapa de texturas para cada uno de los segmentos que se separaron en el paso de segmentación, asociando valores de intensidad a sus vóxeles. Para ello, los vóxeles de un segmento dado se identifican primero con los vóxeles correspondientes en el modelo 3D original, y luego se calcula un valor de intensidad a partir de la composición del material registrada para ese vóxel por el escaneo volumétrico. Debido a la imprecisión ocasional en el proceso de segmentación, el mapeo de vóxeles entre los segmentos y el modelo 3D original no siempre se puede hacer a la perfección; ^{[ 1 ]} en tales casos, el procedimiento a menudo incluye filtrado de texturas por interpolación del vecino más cercano para minimizar cualquier ruido que esto pueda introducir en la textura final. A partir del escaneo de rayos X, cada vóxel tiene un valor de brillo asociado que corresponde a una densidad más alta. Dado que la tinta metálica es más densa que el pergamino a base de carbono, la tinta aparecerá brillante en comparación con el papel. Tras eliminar virtualmente las capas durante el proceso de segmentación, el paso de texturizado hace coincidir los vóxeles de cada pieza geométrica con su valor de brillo correspondiente, de modo que un observador pueda ver el texto escrito en cada pieza. ^{[ 2 ]} El proceso de texturizado suele incluir un filtrado de textura por interpolación del vecino más cercano para reducir el ruido y mejorar la nitidez de las letras.

Tras la segmentación y el texturizado, cada pieza del pergamino virtualmente deconstruido se ordena y se visualiza su texto correspondiente en su superficie. En teoría, esto es suficiente para leer el pergamino, pero esta representación a menudo se convierte en una única imagen 2D para mostrar cómo se vería el pergamino si pudiera desenrollarse físicamente. Esto implica un paso que incrusta los segmentos 3D curvos en planos planos, produciendo fragmentos 2D que se fusionan para crear una visualización del papiro desenrollado en su totalidad. ^{[ 1 ]}

Las distintas tintas se ven diferentes en las radiografías. El análisis de seis tintas comunes (tres tipos de tinta ferrogálica , púrpura de Tiro y tinta de bayas de espino cerval ) mostró que "todas las tintas que contienen partículas metálicas son visibles en la imagen, una disminución de la energía de los rayos X mejora la legibilidad y la visibilidad depende en gran medida de la atenuación de los rayos X de los componentes metálicos de la tinta y su concentración". La tinta ferrogálica se usó comúnmente durante siglos; está compuesta de ácido tánico , goma arábiga y sal de hierro. La tinta púrpura de Tiro se elaboraba a partir de una "secreción mucosa de caracoles marinos que contenía bromo". ^{[ 7 ]}

En 2015, investigadores utilizaron el despliegue virtual para leer un pergamino de plata del siglo VIII procedente de Jerash , Jordania. El despliegue reveló 17 líneas de "presunto pseudoárabe, así como algunos signos mágicos". Estos pergaminos se conocen como lamelas y se utilizaban "para escribir textos mágicos o apotropaicos ". Antes del pergamino de Jerash, se utilizó la tomografía de rayos X para el pergamino de plomo mandeo de la Antigüedad tardía . El pergamino de Jerash se encontró en 2015 durante la excavación del Proyecto Danés-Alemán del Barrio Noroeste de Jerash ; el pergamino "fue doblado, enrollado y luego colocado en un contenedor cilíndrico de plomo". ^{[ 8 ] [ 9 ]}

• 
  Rollo de plata (arriba) y caja de plomo (abajo) después de ser separados por un restaurador.
• 
  Corte que muestra el plegado de la lámina de plata.
• 
  El pergamino renderizado en VGStudio MAX 3 Beta con indicación de la sección mostrada
• 
  Líneas 1–8 del pergamino plateado; todos los reversos, reflejados.

El Rollo de En-Gedi es un antiguo pergamino hebreo hallado en 1970 en Ein Gedi , Israel . Las pruebas de radiocarbono datan el rollo en el siglo III o IV d. C., aunque existe controversia sobre si la evidencia del texto mismo respalda dicha fecha. Se descubrió que el rollo contenía una porción del Libro bíblico de Levítico , lo que lo convierte en la copia más antigua de un libro del Pentateuco jamás encontrada en un arca de la Torá . ^{[ 10 ]}

Dañado por un incendio alrededor del año 600 d. C., el rollo está muy carbonizado y fragmentado, y requirió un desenrollado virtual no invasivo, que fue realizado en 2015 por un equipo dirigido por Brent Seales de la Universidad de Kentucky . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

En 2018, el grupo de la Universidad de Cardiff aplicó el desenrollado virtual a un pergamino quemado del siglo XVI hallado en la mansión Diss Heywood en Norwich , Inglaterra. El pergamino consta de cuatro hojas de pergamino y sufrió graves daños por el fuego. ^{[ 13 ]} Contenía información sobre la vida en la mansión e incluía detalles sobre transacciones de tierras, alteraciones del orden público, pago de multas, nombres de jurados e información sobre el mantenimiento de las tierras. Tras el desenrollado, los investigadores pudieron leer el pergamino; el texto confirmó que se refería a Heywood Hall y que era un registro de la Curia Generalis, la Corte General, que generalmente se refería al Tribunal Leet, donde se ejercían las funciones de mantenimiento de la paz. ^{[ 14 ]}

Antes del rollo de Diss Heywood Manor, el grupo aplicó el desenrollado virtual a un rollo del siglo XV procedente de Bressingham Manor , Norfolk . El rollo estaba dañado por el agua, pero pudo desenrollarse parcialmente y volverse legible. ^{[ 5 ] [ 15 ]}

• 
  El rollo de Bressingham del siglo XV, que solo se puede desenrollar parcialmente. ^{[ 5 ]}
• 
  Cortes de escaneos XMT de rollos: (a) Bressingham, (b) Diss Heywood. ^{[ 5 ]}
• 
  Resultados de la aplicación del desenrollado virtual al rollo de Bressingham. La línea roja indica la sección del rollo que no se puede desenrollar físicamente sin dañarlo. ^{[ 5 ]}
• 
  Una sección del rollo de Bressingham que es (a) visible después de un desenrollado parcial, y (b) el resultado recuperado del escaneo XMT. ^{[ 5 ]}

Los papiros de Herculano son más de 1800 rollos de papiro descubiertos en el siglo XVIII en la Villa de los Papiros de Herculano . Se habían carbonizado cuando la villa quedó sepultada por la erupción del Vesubio en el año 79 d . C. Se hicieron varios intentos para desenrollar los rollos mecánicamente, y como resultado, muchos de ellos se destruyeron. ^{[ 17 ]}

En 2009, investigadores del Institut de France, en colaboración con el Centro Nacional Francés de Investigación Científica, obtuvieron imágenes de dos papiros de Herculano intactos mediante microtomografía computarizada de rayos X para revelar su estructura interna. ^{[ 18 ] [ 19 ]} El equipo que dirigió el proyecto estimó que, si los rollos se desenrollaran por completo, tendrían entre 11 y 15 metros (36 y 49 pies) de largo. ^{[ 17 ] [ 19 ]} Se reveló que la estructura interna de los rollos era demasiado compacta y compleja para los algoritmos automatizados que el equipo había desarrollado. No se observó tinta en las pequeñas muestras analizadas, ya que las tintas a base de carbono no son visibles en los rollos carbonizados; ^{[ 17 ]} la composición química de dicha tinta es extremadamente similar a la del pergamino carbonizado circundante. ^{[ 3 ]} Sin embargo, algunos rollos fueron escritos con tinta que contenía plomo . ^{[ 20 ]}

En 2015-2016, varios grupos de investigación propusieron desenrollar virtualmente los pergaminos, utilizando tomografía de contraste de fase de rayos X , posiblemente con una fuente de luz de sincrotrón . ^{[ 1 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 17 ] [ 23 ]}

En 2018, Seales demostró el desenrollado virtual legible de partes de un papiro de Herculano (P.Herc. 118) de la Biblioteca Bodleiana de la Universidad de Oxford , que el rey Fernando de Nápoles regaló al príncipe de Gales en 1810. Seales utilizó un escáner portátil llamado Artec Space Spider en lugar de un tomógrafo. ^{[ 24 ]} Ese mismo año, demostró el desenrollado legible de otro rollo de Herculano, utilizando el acelerador de partículas Diamond Light Source ; mediante una técnica de imágenes de rayos X, se detectó tinta con trazas de plomo. ^{[ 24 ]}

En 2023, Nat Friedman , Daniel Gross y Seales anunciaron el Desafío Vesubio , una competición para descifrar los rollos de Herculano. ^{[ 25 ] [ 26 ]} Ofrecieron un gran premio de 700 000 dólares al primer equipo que pudiera extraer cuatro pasajes de texto de dos rollos intactos mediante escaneos 3D. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

El 12 de octubre de 2023, el proyecto otorgó 40 000 dólares a Luke Farritor , un estudiante de informática de 21 años de la Universidad de Nebraska, por detectar con éxito la primera palabra en un pergamino sin abrir: porphyras (griego antiguo: ΠΟΡΦΥΡΑϹ , lit. ' púrpura ' ). ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} Con este premio por la "primera palabra" incluido, el proyecto ha otorgado un total de 260 000 dólares para herramientas de segmentación y detección de tinta (a partir de volúmenes segmentados). ^{[ 32 ]}

El 5 de febrero de 2024, el proyecto otorgó su Gran Premio 2023 de $700,000 al equipo ganador y $50,000 a cada uno de los tres equipos finalistas por revelar con éxito el 5% de un rollo , y anunció su objetivo para 2024 de revelar el 90% de los cuatro rollos que ha escaneado completamente. ^{[ 33 ]} Se cree que el texto descubierto es un texto previamente desconocido de Filodemo , "centrado en los placeres de la música y la comida y sus efectos en los sentidos". ^{[ 34 ]}

A partir de 2025, los escaneos de los rollos que se proporcionan a los participantes del Desafío del Vesubio con el propósito de leerlos completamente son: Rollo 1 ( PHerc. París. 4 ), del Institut de France, que está leído en un 5%, Rollo 2 (PHerc. París 3), del Institut de France, Rollo 3 (PHerc. 332), de la Biblioteca Nazionale di Napoli , un rollo más pequeño conocido como midollo (médula), que quedó de los intentos de desenrollar físicamente el rollo original más grande, Rollo 4 (PHerc. 1667), de la Biblioteca Nazionale di Napoli , de tamaño similar al Rollo 3, y Rollo 5 (PHerc. 172), de la Biblioteca Bodleiana en Oxford, de tamaño similar al Rollo 1. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

• 
  Imagen PHerc.110 adquirida mediante micro-CT
• 
  La malla triangular de PHerc.1103 (una representación simplificada de la malla)
• 
  Comparación entre diferentes métodos de parametrización para el aplanamiento digital de una hoja extraída de PHerc. 1103

En 2019, investigadores utilizaron el despliegue virtual en rollos de bambú chinos contaminados con tierra. Los rollos de bambú con tintas a base de carbono se utilizaron desde la dinastía Shang hasta la dinastía Jin. Los investigadores utilizaron rollos de bambú modernos para desarrollar la técnica. Los rollos están hechos de tiras individuales de bambú enrolladas juntas, con escritura en su interior. ^{[ 38 ]}

• 
  Tomografía computarizada de rayos X en 3D de rollos de bambú
• 
  El proceso de digitalización propuesto
• 
  Reconstrucción y representación del pergamino A sucio antes y después de la limpieza virtual.
• 
  Fotografía de un pergamino desenvuelto y reconstruido manualmente.

En 2017, se utilizó el despliegue virtual para papiros del Antiguo Egipto y maquetas modernas con texto escrito en "tinta roja muy absorbente, hecha de cinabrio y minio". ^{[ 39 ] [ 40 ]} En 2019, la técnica se utilizó para estudiar varios fragmentos de papiros egipcios dañados. En uno de los fragmentos, se observó la palabra copta "Señor". ^{[ 41 ]}

En 2021, investigadores utilizaron el despliegue virtual para leer el contenido de paquetes de cartas sin abrir procedentes de la Europa renacentista. Los autores también analizaron y clasificaron candados para cartas que a menudo no se pueden leer sin un método que no los dañe. Se leyó una carta sin abrir de 1697: era "una solicitud de Jacques Sennacques, fechada el 31 de julio de 1697, a su primo Pierre Le Pers, un comerciante francés en La Haya, para obtener una copia certificada de una esquela de Daniel Le Pers". ^{[ 42 ]}

• 
  Descripción general de alto nivel del desarrollo virtual que muestra
• 
  Dos secciones transversales de muestra de datos XMT
• 
  Resultados del despliegue virtual para la carta sin abrir DB-1627 (a, b) y la carta abierta DB-2040, que muestran una imagen con textura XMT después del despliegue virtual.
• 
  Categorías de bloqueo de cartas 1–64, según las manipulaciones y la puntuación de seguridad asignada.

La inscripción de plata de Frankfurt es un grabado en latín de 18 líneas sobre una lámina de plata, alojado en un amuleto protector que data de mediados del siglo III d . C. Debido a su referencia a Jesucristo , representa la evidencia más antigua conocida del cristianismo al norte de los Alpes , y por su invocación explícita a San Tito , es la evidencia más antigua de la práctica y creencia cristiana de la veneración e intercesión de los santos . El amuleto fue descubierto en 2018 durante excavaciones arqueológicas en un cementerio cerca de la antigua ciudad romana de Nida , ubicada en los suburbios del noroeste de Frankfurt am Main . ^{[ 43 ]}

Durante la restauración en el Museo Arqueológico de Frankfurt , el amuleto y la lámina de plata se separaron. En 2019, las imágenes de rayos X revelaron la presencia de una inscripción en el interior de la lámina de plata. La fina y frágil lámina no se podía desenrollar físicamente, por lo que fue escaneada mediante tomografía computarizada por el Centro Leibniz de Arqueología y la Universidad Goethe de Frankfurt . Se creó un modelo 3D de la lámina, ^{[ 44 ]} lo que permitió su desenrollado virtual. ^{[ 45 ]}

La técnica de desenrollado virtual, desarrollada para rollos dañados, se adaptó y utilizó para desenrollar virtualmente baterías de litio , lo que proporcionó a los investigadores una "visión única de la dinámica del transporte de Li durante la carga y descarga". ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

En 2025, los investigadores utilizaron el desenrollado virtual para leer un pergamino budista mongol de la colección mongola del Museo Etnológico de Berlín , encontrado dentro de un santuario, o gungervaa en mongol. ^{[ 50 ]}

El santuario fue obtenido durante la Expedición Sino-Sueca de 1927-1935 , dirigida por Sven Hedin . El meteorólogo alemán Waldemar Haude "se hizo con el santuario" y se lo regaló a su amigo, el sinólogo y mongolista Ferdinand Lessing , conservador de las colecciones de Asia Oriental del Museo Etnológico de Berlín. Dentro del santuario se encontraban tres pergaminos envueltos en seda amarilla. Los pergaminos contienen dharanis , mantras u oraciones budistas. Los investigadores señalan que "desenrollar y desenrollar físicamente los pergaminos no era una opción por razones éticas, de acuerdo con las normas internacionales de conservación de museos". Utilizaron tomografía de sincrotrón para crear un modelo 3D, escaneando los pergaminos en BESSY 2 en Berlín. ^{[ 50 ] [ a ]}

El desenrollado virtual permite observar que los rollos estaban escritos en caracteres tibetanos en sánscrito . Solo se pudo leer una inscripción: el mantra " Om mani padme hum ". Los caracteres se hicieron visibles bajo rayos X debido a que la tinta contenía algunas fases metálicas; los autores señalan que esto es inusual porque "tradicionalmente la tinta china consiste en una mezcla de hollín como pigmento negro y cola animal como aglutinante". ^{[ 50 ]}

• 
  a) Rollo dentro del haz de rayos X de sincrotrón en BAMline, BESSY 2. b) Sección transversal reconstruida de un rollo. Las áreas que contienen metal aparecen brillantes, mientras que el papel del rollo se muestra en color gris claro y el aire en gris oscuro. ^{[ 50 ]}
• 
  a) Sección transversal de una sección reconstruida. El recorrido para el desenrollado virtual tuvo que crearse manualmente en varias secciones del volumen 3D. b) Sección transversal del volumen desenrollado y aplanado. ^{[ 50 ]}
• 
  Secciones transversales y ampliación del rollo "I" (ad), rollo "II" (eh) y rollo "III" (il).
• 
  El texto es visible en el volumen desplegado "Om mani padme hum". ^{[ 50 ]}

• Contenido multimedia relacionado con el desenrollado de pergaminos virtuales en Wikimedia Commons.
• El proyecto Apocalypto