Digital Integration of Cultural Heritage Objects Using Voronoi-Based Generative Design Methods

Öz

Integrating the missing parts of damaged cultural heritage objects with original or contemporary materials is an important restoration technique that directly effects the perception of the artifacts. In the conservation of cultural heritage, when an integration is to be made to the original object, the new material to be added should have a different surface texture so that it can be distinguished from the original. Within the scope of this study, it is aimed to digitally integrate the missing parts of the damaged cultural heritage objects with a generative design method. Developing technologies support the digital documentation and effective presentation of cultural heritage. The artifact can be integrated digitally without the risk of damaging its original state, and in the following stages, it can be experienced by people in museums through different ways of representation when supported by tools such as augmented reality. Such current practices can contribute to the increase of interest in cultural heritage by strengthening people’s interaction with the historical artifacts. In this study, the Cellular Automata approach is taken as a basis, in which Voronoi diagrams are used as a generative design method, considering that the new formation, which will take in charge as a representative binder in the missing parts of the objects, will adapt to the organic form of the space to be filled. In the selection of this method, which is based on more irregular neighborhood relations of cells in different sizes and shapes, it is taken into account that it allows the type of production aimed in the study. The missing parts of the objects are modeled in three dimensions, and the gaps are digitally integrated with Voronoi diagrams with different cell sizes. It is among the aims of this study to draw attention to the disappearing cultural heritage values with different representations of cultural heritage objects integrated with generative design-based digital methods and to contribute to the field of cultural heritage conservation. When the related leading studies in the literature are evaluated, it is considered that experiencing the outcomes of this study through different current technologies such as augmented and virtual reality will increase the interaction of people with cultural heritage.

Anahtar Kelimeler

• Computer Aided 3D Modeling
• Digital Presentation of Cultural Heritage
• Digital Integration
• Delaunay Triangulation
• Voronoi Based Generative Design

Kültürel Miras Objelerinin Voronoi Tabanlı Üretken Tasarım Yöntemleri Kullanılarak Dijital Bütünlemesi

Öz

Hasar görmüş kültürel miras objelerinin parçalanıp yok olmuş olan eksik kısımlarının özgün veya çağdaş malzemelerle bütünlenmesi eserlerin algılanmasını birebir etkileyen önemli bir restorasyon müdahale tekniğidir. Kültürel mirasın korunması alanında, özgün esere bütünleme yapılacağı zaman, yeni eklenecek malzemenin özgün olandan ayrılabilmesi için farklı yüzey dokusunda bir malzeme ile müdahalenin belirgin kılınması gözetilir. Bu çalışma kapsamında, hasar görmüş kültürel miras objelerinin günümüze ulaşamamış olan eksik kısımlarının bir üretken tasarım yöntemiyle dijital olarak bütünlenmesi amaçlanmıştır. Gelişen teknolojiler, kültürel mirasın dijital olarak belgelenmesini ve etkin bir şekilde sunulmasını desteklemektedir. Eser, özgün haline zarar verme riski olmadan dijital olarak bütünlenebilmekte ve sonraki aşamalarda ise artırılmış gerçeklik gibi araçlarla desteklendiğinde müzelerde ziyaretçiler tarafından farklı temsil yollarıyla deneyimlenebilmektedir. Böyle güncel uygulamalar, insanların tarihi eserlerle etkileşimini güçlendirerek kültürel mirasa olan ilginin artmasına katkı sunabilmektedir. Bu çalışmada, objelerin eksik kısımlarında temsili olarak bağlayıcı görev üstlenecek olan yeni oluşumda, doldurulacak olan boşluğun organik formuna uyum sağlayacağı gözetilerek üretken tasarım yöntemlerinden Voronoi diyagramlarının kullanıldığı Hücresel Özdevinim yaklaşımı esas alınmıştır. Farklı boyutlarda ve biçimlerde hücrelerin daha düzensiz komşuluk ilişkilerine dayanan bu sistemin seçiminde çalışmada amaçlanan üretime olanak tanıması göz önünde bulundurulmuştur. Objelerin eksik kısımları üç boyutlu olarak modellenmiş olup, boşluklar farklı hücre boyutlarına sahip Voronoi diyagramlarıyla dijital olarak tamamlanmıştır. Üretken tasarım temelli dijital yöntemlerle bütünlenmiş kültürel miras objelerinin farklı temsilleriyle yok olan kültürel değerlere dikkat çekmek ve mirasın korunması alanına katkı sağlayabilmek bu çalışmanın amaçlarındandır. Literatürde konuyla ilgili önde gelen çalışmalar değerlendirilince, bu çalışmanın sonuçlarının artırılmış ve sanal gerçeklik gibi farklı güncel teknolojilerle deneyimlenmesinin insanların kültürel mirasla etkileşimini arttıracağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Bilgisayar Destekli 3B Modelleme
• Kültürel Mirasın Dijital Sunumu
• Dijital Bütünleme
• Delaunay Üçgenlemesi
• Voronoi Tabanlı Üretken Tasarım

Kaynakça

1. Çakırca, D. (2015). Savaşın Savunmasız Düşmanı-Kültürel Miras. Munzur Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi (MÜSBİD), 4(6), 16-35. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tusbd/issue/40551/486659.
2. Duran, E. K., & Kaya, N. K. (2020). Arkeolojik Alanlarda Uygulanan Bütünleme (Tamamlama) Müdahalelerinin Değerlendirilmesi: Metropolis Örneği. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Sosyal Bilimler Dergisi, (50), 255-274. https://dergipark.org.tr/tr/pub/sufesosbil/issue/56641/679685.
3. Gomes, L., Bellon, O. R. P. B., Silva, L. (2014). 3D Reconstruction Methods for Digital Preservation of Cultural Heritage: A Survey. Pattern Recognition Letters 50, 3-14. Doi: 10.1016/j.patrec.2014.03.023.
4. Hermoza, R., & Sipiran, I. (2018). 3D Reconstruction of Incomplete Archaeological Objects Using a Generative Adversarial Network. Arxiv: 1711.06363.
5. Margetis, G., Apostolakis, K. C., Ntoa, S., Papagiannakis, G., & Stephanidis, C. (2020). X-Reality Museums: Unifying the Virtual and Real World Towards Realistic Virtual Museums. Applied Sciences, 11(1), 338.
6. Navid, A. H. F., & Aghababa, A. B. (2013). Cellular Learning Automata and Its Applications. In Salcido, A. (Ed.), Emerging Applications of Cellular Automata (85-111), INTECH.
7. Papaioannou, G., Schreck, T., Andreadis, A., Mavridis, P., Gregor, R., & Sipiran, I., Vardis, K. (2017). From Reassembly to Object Completion: A Complete Systems Pipeline. Journal on Computing and Cultural Heritage, 10(2), 1-22. DOI: 10.1145/3009905.
8. Agkathidis, A. (2015). Generative Design. Laurence King Publishing. ISBN: 978-1780676913.

9. Aydin, S., Schnabel, M. A. & Sayah, I. (2017). Association Rule Mining to Assess User-Generated Content in Digital Heritage: Participatory Content Making in ‘The Museum of Gamers’. In Çağdaş, G., Gül, L. F., Özkar, M. & Gürer, E. (Eds.), Computer-Aided Architectural Design, Future Trajectories, CAADFutures 2017, Communications in Computer and Information Science, Vol 724 (231-251), Springer, Singapore. Doi: 10.1007/978-981-10-5197-5_13.
10. Economou, M. (2015). Heritage in the Digital Age. In Logan, W., Nic Craith, M. & Kockel, U. (Eds.), A Companion to Heritage Studies (215-228), Series: Blackwell companions to anthrolopogy (28), Wiley-Blackwell. Doi: 10.1002/9781118486634.ch15.
11. Hermon, S. & Niccolucci, F. (2018). Digital Authenticity and the London Charter. In Franco, P. D. G. D., Galeazzi, F., Vassalo, V. & Miltiadous, N. (Eds), Authenticity and Cultural Heritage in the Age of 3D Digital Reproductions (37-47), McDonald Institute for Archaeological Research, Cambridge, UK. Doi: 10.17863/CAM.27036.
12. Vesna, S., Budak, I., Obradovic, R., Crkvenjakov, D. K., & Santosi, Z. (2017). Parametric Modeling Applied to the Virtual Reconstruction of the Damaged Sculpture of St John Nepomuk in Petrovaradin. Education and Research in Computer Aided Architectural Design in Europe (eCAADe) 35 (389-398), Rome, Italy. http://papers.cumincad.org/data/works/att/ecaade2017_052.pdf
13. Url-01: https://www.edoardotresoldi.com/works/basilica-di-siponto/#&gid=1&pid=1 (22.03.2022)
14. Url-02: https://sketchfab.com/ (22.03.2022)
15. Url-03: 3b obje: Stylized Ancient Archway by Vladyslav Yakovenko. https://sketchfab.com/3d-models/stylized-ancient-archway-c0ce836f20054484850866c7385b750c (22.03.2022)
16. Url-04: Grasshopper kodu: Voronoi on Surface https://parametrichouse.com/voronoi-on-surface/ (22.03.2022)
17. Url-05: 3b obje: ‘Palmyra's Arch of Triumph, Trafalgar Sq, London. https://sketchfab.com/3d-models/palmyras-arch-of-triumph-trafalgar-sq-london- 573c9943d0bd467a98422829ccd8863b#download (22.03.2022)
18. Url-06: 3b obje: ‘Catawba Earthenware Pan’ Location: Old Town, Lancaster County, South Carolina - Period: Historic (1780-1800). https://sketchfab.com/3d-models/catawba-earthenware-pan-2499p14041-f9c267feeaf34309941db34ae90e054a (22.03.2022)
19. Url-07: Grasshopper kodu: Constraining a Voronoi Skeleton Inside a Brep. https://www.grasshopper3d.com/forum/topics/constraining-a-voronoi-skeleton-inside-a-brep (22.03.2022)