A new strategy of ICT integrated methodologies for 3D documentation : a case study of the projected wooden windows (The Roshans) in the historical city of Jeddah (Saudi Arabia)

Abstract

The Roshan represents one of the most characteristic aspects of traditional architecture in Hejaz region in Saudi Arabia and a frequent feature in most of the Historical Jeddah’s heritage buildings. The old city has witnessed continued degradation recently, which has caused the loss its traditional architecture and hundreds of these projected wooden windows. 
 Documentation is a major step towards heritage preservation, whether threatened by manmade or natural factors. However, due to the absence of specialists and experts an architectural database of the roshans does not exist. Surveying these architectural elements is a very laborious and difficult process when using conventional methodologies including the laser sensors approach mainly due to the onsite limitations. Establishing an architectural database of the roshans is the main objective in this investigation. Thus, this research presents a new strategy of Information and Communication Technologies (ICT) integrated methodologies based on the continuous development of data capture and modelling methodologies that allows the accurate recording the most complex parts even intricate details and ornaments which are typically found in roshans. Recent advances in image based techniques (digital close-range photogrammetry and computer vision) such as the semiautomated and automated solutions of Dense Stereo Matching (DSM), Structure from Motion (SfM) and 3D modelling software has offered an accurate, inexpensive and practical solution to surveying, documenting and reconstructing these architectural heritage features. In this research the application of these methods is tested and evaluated on the roshans in the historical city of Jeddah.
 In addition, there is an immediate need for training new technicians and architects who could ensure documentation and conservation of remaining heritage. Thus, we propose an integration of new technologies, flexible, high interconnectivity, and high usability data formats to capture, model, and simulate these elements of heritage interest. For this purpose, an academic experiment involving architecture students from Jeddah was designed. The experiment required students to engage with a new integration of ICT-Hybrid technologies that incorporate dynamic and fast processes for 3D documentation and modelling. In this research, we evaluate the usability of the proposed strategy as well as In addition, there is an immediate need for training new technicians and architects who could ensure documentation and conservation of remaining heritage. Thus, we propose an integration of new technologies, flexible, high interconnectivity, and high usability data formats to capture, model, and simulate these elements of heritage interest. For this purpose, an academic experiment involving architecture students from Jeddah was designed. The experiment required students to engage with a new integration of ICT-Hybrid technologies that incorporate dynamic and fast processes for 3D documentation and modelling. In this research, we evaluate the usability of the proposed strategy as well as investigate ideas that may bring us closer to the goal of effective heritage documentation. El Roshan o mirador de madera es uno de los atributos más característicos de la arquitectura tradicional de la región de Hiyaz en Arabia Saudita y un rasgo frecuente en la mayoría de los edificios patrimoniales del conjunto histórico de Yida. Esta vieja ciudad ha sido objeto de la degradación continuada hasta fechas recientes, lo que ha causado la pérdida de mucha de su arquitectura tradicional y de cientos de estas ventanas o miradores en voladizo de madera finamente ornamentada. La documentación de los mismos es el primer paso hacia su preservación, ya que actualmente están muy amenazados tanto por la acción del hombre como por factores ambientales. Por otra parte debido a la ausencia de especialistas y expertos en el tema y a la falta de interés de las autoridades locales no existe un catálogo de protección ni una base de datos de dicha arquitectura tradicional ni de los roshans. 
 La catalogación y levantamiento de estos elementos arquitectónicos es un proceso muy laborioso y difícil dadas sus especiales características de ubicación y complejidad formal cuando se utilizan metodologías convencionales, incluso si se intenta realizar exclusivamente con los nuevos escáner láser. El establecimiento de una base de datos de los Roshans es el principal objetivo en esta investigación. El segundo, el desarrollo y ensayos de una nueva estrategia TIC híbirida, en la que se integran la captura de datos masiva mediante técnicas fotográficas y las metodologías
 de modelado, lo cual permite desde el registro y modelización precisa de los roshan ubicados en lugares poco accesibles y la representación de las partes más complejas, incluidos los intrincados detalles y adornos. Todo ello merced a los recientes avances en las técnicas de imagen digital y de fotogrametría de corto alcance digital, tales como los procesos semi-automáticos y automáticos de procesamiento, tales como el Dense Stereo Matching (DSM) y Structure from Motion (SFM) así como el software de modelado 3D. Lo cual, todo ello combinado nos ha permitido crear una metodología precisa, barata y una solución práctica para la documentación y la reconstrucción de estos elementos del patrimonio arquitectónico. Para ello se ha procedido al levantamiento de diversos miradores singulares y característicos del núcleo histórico de Yida. 
 Por otra parte y dada la falta de experiencia en estos temas en todo el país, existe una necesidad imperiosa de formación de nuevos técnicos y arquitectos que puedan asegurar la documentación y conservación del patrimonio arquitectónico. Por eso en esta tesis, se propone también una evaluación de las estrategias y metodologías propuestas para estudiar su flexibilidad, la interconexión de datos y formatos así como su usabilidad para capturar, modelado virtual y simulación visual de estos elementos de interés patrimonial. A tal efecto, se ha llevado a cabo un experimento educativo con estudiantes de arquitectura de Yida. El experimento ha requerido que los estudiantes integrasen diversas de las tecnologías TIC en un proceso híbrido, dinámico y rápido para documentar y modelar diversos roshans, proceso que debidamente estudiando mediante encuestas, ha puesto en evidencia la utilidad de la estrategia propuesta, así como el incremento de la motivación e interés de los alumnos hacia el patrimonio arquitectónico y su documentación. El Roshan o mirador de fusta és un dels atributs més característics de l'arquitectura tradicional de la regió de Hiyaz a Aràbia Saudita i un tret freqüent en la majoria dels edificis patrimonials del conjunt històric de Yida. Aquesta vella ciutat ha estat objecte de la degradació continuada fins fa poc recents, la qual cosa ha causat la pérduda de molta de la arquitectura tradicional i de centenars de aquestes finestres o miradors en voladís de fusta finament ornamentada. La documentació dels mateixos és el primer pas cap a la seva preservació, ja que actualment estan molt amenaçats, tant per l’acció de l'home de com per factors ambientals. Per altra banda a causa de la absència d'especialistes i experts en el tema i a la falta d’interès de les autoritats locals, no existeix cap catàleg de protecció ni una base de dades d'aquesta arquitectrua tradicional ni dels roshans. 
 La catalogació i aixecament d’aquests elements arquitectònics és molt laboriosa i difícil donades les especials característiques d’ubicació i complexitat formal quan s’utilitzen metodologies convencionals, fins i tot quan s’intenta realizar emprant exclusivament els nous escàner làser.
 L'establiment d'una la base de dades dels Roshans és el principal objectius d’aquesta recerca. 
 El segon, el desenvolupament i assaig d’una nova estratègia TIC híbrida en la que s’integren la presa de dades massiva mitjançant tècniques fotogràfiques i les metodologies de modelatge la qual cosa permet el registre i modelització precisa dels Roshan ubicats en llocs poc accessibles
 i la representació de les parts més complexes inclosos els intricats detalls i ornaments. Tot això gràcies als recents avenços en les tècniques d'imatge digital i de fotogrametria digital de curt abast així, com dels processos semi-automàtics i automàtics de processament, tals com el
 Dens Matching Stereo (DSM) i Structure from Motion (SFM) així com el programari de modelatge 3D. Tot plegat y i combinat adientment ens ha permès crear una metodologia precisa, barata i una solució pràctica per la documentació i la reconstrucció de aquests elements del patrimoni arquitectònic. Per això s’ha procedit a l'aixecament de diversos miradors singulars i característics del nucli històric de Yida.
 Pels altra banda donada la manca d’experiència en aquests temes a tot el país, existeix una necessitat imperiosa de formació de nous tècnics i arquitectes que puguin assegurar la documentació i conservació del patrimoni arquitectònic. Per això en aquesta tesi es proposa també una evaluació de les estratègies i metodologies proposades per estudiar la seva flexibilitat, la interconnexió de dades i formats així com la usabilitat en la captura, modelat virtual i simulació visual de aquests elements d'interès patrimonial. Amb aquest objectiu s’ha dut a terme amb estudiant d’arquitectura de Yida un experiment educatiu el qual ha requerit que els alumnes integrin diverses tecnologies TIC en un procés híbrid, dinàmic i ràpid per documentar i modelar diversos Roshan, procés que degudament estudiant mitjançant enquestes, ha posat en evidència la utilitat de l'estratègia proposada així l'increment de la motivació i l’Interès dels alumnes vers el patrimoni arquitectònic i la seva documentació