A Aproximação Facial Digital 3D de Ava (Escócia, ~3806 AP)¶
Atenção
Este material utiliza a seguinte licença Creative Commons: Atribuição 4.0 Internacional (CC BY 4.0).
Introdução¶
O ano de 1987 marcou a descoberta de uma ossada arqueológica, acompanhada de uma taça de cerâmica, em Achavanich, Escócia. Vinte e sete anos depois, uma série de pesquisadores iniciaram um projeto que abrangeria os anos de 2014 a 2017, com o intuito de revelar mais acerca da história daqueles restos mortais. Inicialmente o projeto foi nomeado de Achavanich Beaker Burial Project ou Ava (de Ach ava nich), posteriormente tal nome passou a indicar os restos mortais e, logo, a face resultante. Os pesquisadores reconstruíram a disposição dos ossos no momento da descoberta, posto que não havia tal documentação disponível, apenas fotografias que serviram como base para que a organização fosse efetuada. Também procederam com a análise antropológica, aferindo que o esqueleto se tratava de um indivíduo do sexo feminino, com a altura estipulada em ~1.71 m, e que havia morrido por volta dos 18-25 anos, há 3806 (±21) anos antes do presente (AP). A análise do DNA reforçou que se tratava de uma mulher, bem como sugeriu que os olhos dela eram castanhos, o cabelo preto e a pele levemente mais escura que os escoceses atuais [D1].
Além das abordagens supracitadas, o projeto Ava contou com a participação do artista forense Hew Morrison (https://www.facebook.com/hewmorrisonforensicart), que procedeu com a aproximação facial do crânio, resultando na face oficial do projeto apresentada para a mídia no ano de 2018, angariando grande notoriedade e oferecendo um aspecto humanizado aos restos mortais, acessíveis a maioria da população, o que gerou grande interesse e foi um dos fatores responsáveis pela viralização do trabalho em equipe [D1].
Os autores também disponibilizaram uma homepage do Achavanich Beaker Burial Project (https://achavanichbeakerburial.wordpress.com/about/), onde os resultados estão disponíveis a todos os interessados.
Importante
O autor deste material recomenda fortemente que os interessados acessem e leiam o amplo artigo intitulado ‘Ava’: a Beaker-associated woman from a cist at Achavanich, Highland, and the story of her (re-)discovery and subsequent study, onde todos os detalhes do projeto original são ricamente explanados. Tal material pode ser acessado no seguinte link: http://journals.socantscot.org/index.php/psas/article/view/10106/10071
Há sete anos o usuário Open Virtual Worlds disponibilizou o crânio de Ava para visualização interativa e download, sob licença Creative Commons (CC Attribution) no portal Skechfab (https://skfb.ly/UFBK). Além do crânio, a taça escavada junto aos ossos também está disponível para visualização e download sob a mesma licença (https://skfb.ly/UORW).
Ao tomar conhecimento do crânio disponível sob licença livre e ler sobre o projeto em detalhes, o autor motivou-se a efetuar uma aproximação facial independente, complementando a própria pesquisa com alguns dados novos e seguindo o objetivo proposto pelos autores do projeto original, que é disseminar informações acerca da pré-história escocesa [D1].
Materiais e Métodos¶
Conceitos, Software e Hardware¶
A reconstrução facial forense (RFF) ou aproximação facial forense (AFF) [D2] é uma técnica auxiliar de reconhecimento, que reconstrói/aproxima a face de um indivíduo a partir do seu crânio e é utilizada quando há escassa informação para a identificação de um indivíduo [D3]. Nota-se que a técnica não se trata de identificação, como aquelas oferecidas por DNA ou análise comparativa de arcos dentários, mas sim de um reconhecimento que pode levar à posterior identificação.
O presente trabalho utiliza o mesmo passo-a-passo abordado em Abdullah et al. (2022) [D4] e Moraes et al. (2023) [D5], iniciado com a complementação das regiões faltantes do crânio, seguindo com a projeção do perfil e estruturas da face a partir de dados estatísticos, gerando o volume do rosto com o auxílio da técnica de deformação anatômica e o acabamento com o detalhamento da face, configuração dos cabelos e geração das imagens finais.
O processo de modelagem foi efetuado no software Blender 3D, rodando o add-on OrtogOnBlender (http://www.ciceromoraes.com.br/doc/pt_br/OrtogOnBlender/index.html) e seu submódulo ForensicOnBlender. O programa e o add-on são gratuitos, de código aberto e multiplataforma, de modo que podem rodar no Windows (>=10), no MacOS (>=BigSur) e no Linux (=Ubuntu 20.04).
No caso do presente trabalho, foi utilizado um computador desktop com as seguintes características:
Processador Intel Core I9 9900K 3.6 GHZ/16M; 64 GB de memória RAM;
GPU GeForce 8 GB GDDR6 256-bit RTX 2070;
Placa mãe Gigabyte 1151 Z390;
SSD SATA III 960 GB 2.5”;
SSD SATA III 480 GB 2.5”;
Water Cooler Masterliquid 240V;
Linux 3DCS (https://github.com/cogitas3d/Linux3DCS), baseado no Ubuntu 20.04.
Aproximação Facial 3D¶
No portal Sketchfab o usuário Open Virtual Worlds fornece o crânio Ava para download (https://skfb.ly/UFBK) sob licença Creative Commons (CC Attribution). A opção de arquivo escolhida no momento de baixar foi a Wavefront OBJ, cujo importador é fornecido pelo Blender 3D.
Fig. 28 Alinhamento ao Plano de Frankfurt e reconstrução de algumas partes faltantes por espelhamento.¶
O modelo continha 4.783.700 faces, um número elevado para os padrões dos trabalhos envolvendo aproximação facial forense, cujo teto geralmente se aproxima de 1.000.000 (1M) de faces, de modo a permitir visualização e edição fluídas. Para reduzir o número de faces o modificador Decimate foi acionado, com o fator setado em 0.20 e posteriormente aplicado, resultando em um modelo final com 956.739 faces. Tal procedimento manteve o nível de detalhes da superfície bem como da textura. Para manter a imagem da textura embutida no arquivo principal (.blend) a opção “Automatically Pack into .blend” foi acionada e o arquivo salvo. A origem do crânio 3D foi corrigida, de modo que a geometria geral da peça se deslocasse ao centro da cena 3D. Feito isso, o crânio foi posicionado no plano horizontal de Frankfurt (Fig. 28, à esquerda), em seguida, graças à técnica de espelhamento algumas estruturas faltantes foram recuperadas, sendo as mesmas os dentes 13, 17 e 23, bem como o arco zigomático esquerdo (Fig. 28, à direita). Observou-se que os caninos pareciam levemente deslocados para fora da arcada, mas nada que comprometesse a aproximação facial. Os incisivos superiores estavam faltantes, bem como a mandíbula e parte da região do forame magno, sendo assim, foi necessário reconstruí-las.
Fig. 29 Etapas da aproximação facial digital.¶
Inicialmente foram projetadas linhas de proporções anatômicas (Fig. 29, A), baseadas em estudos de mensuração em tomografias computadorizadas [D6] [D7]. Duas aulas sobre tal abordagem podem ser acessadas no portal YouTube (1 de 2: https://youtu.be/U6oYkEmfyWo, 2 de 2: https://youtu.be/Vcz2e5uSFX8). Com a ausência da mandíbula, nesta etapa os pontos dos forames mentuais ficaram ausentes, o que não se mostrou problemático, posto que o objetivo inicial era a reconstrução da mandíbula. A projeção é feita por duas abordagens, uma baseada na média geral e outra na proporção da distância orbital frontomalar (fmo-fmo). O crânio Ava conta com uma distância fmo-fmo particularmente grande, sendo 103,10 mm, frente a média de 96,6 mm, resultando +1,44 SD. Tal distância é mais comumente presente em indivíduos robustos do sexo masculino. Ao se observar a projeção média (linhas verdes), percebe-se que as mesmas se compatibilizam mais com a posição dos pontos nasolabial e ponta dos incisivos, quando comparadas com as linhas proporcionais ao fmo-fmo (azuis) (Fig. 29, A). Sendo assim, evidencia-se que, na verdade, as estruturas no eixo Z do crânio Ava parecem estar levemente abaixo da média esperada, logo, as médias (linhas verdes) foram utilizadas como parâmetro de projeção, em detrimento das linhas proporcionais. A reconstrução dos ossos (+endocrânio) e dos tecidos moles (face) de uma doadora virtual foram importados (Fig. 29, B) e ajustados de modo a se compatibilizarem com o crânio Ava, pela técnica de deformação anatômica (aula disponível: https://youtu.be/xig5_EcIFWA), ao mesmo tempo que em que a mandíbula se adequou aos limites inferiores advindos do estudo efetuado com as tomografias computadorizadas de indivíduos vivos (Fig. 29, C). Com os dados dos forames mentuais foi possível complementar o sistema de projeção dos limites do tecido mole e ósseo (Fig. 29, D). Os limites das orelhas, dos olhos, lábios e base e largura das asas nasais se mostraram compatíveis com as projeções anteriores (Fig. 29, E). Para complementar os dados da aproximação facial, uma série de marcadores de espessura de tecido mole foi distribuída na superfície dos ossos, de modo a fornecer os limites da pele em tais regiões (Fig. 29, F). Tais limites foram extraídos de um estudo, cujas mensurações foram efetuadas por ultrassom em pessoas vivas, de ancestralidade europeia [D8]. Para a região do nariz, a projeção complementar, baseada em dados de tomografias computadorizadas [D9] [D7], por média e proporção (Fig. 29, F). uma aula detalhada sobre a técnica por ser acessada no seguinte link: https://youtu.be/F205kLQ–Oo. Uma vez que haviam dois parâmetros de aproximação, utilizando a abordagem de Abdullah et al. (2022) [D4] a malha de outra aproximação facial foi importada e ajustada para que se adequasse às projeções, através da interpolação dos dados, uma vez que a projeção dos lábios na deformação anatômica se deveu em grande parte a presença de um aparelho ortodôntico na doadora virtual (Fig. 29, G, H e I). Os cabelos já pré-existentes, foram configurados para se adequarem às características disponibilizadas pelo exame de DNA. A textura da pele também seguiu os parâmetros apresentados no exame [D1] (Fig. 29, J).
Resultados¶
Fig. 30 Aproximação facial - imagem final 1.¶
Fig. 31 Aproximação facial - imagem final 2.¶
Fig. 32 Aproximação facial - imagem final 3.¶
Fig. 33 Aproximação facial - imagem final 4.¶
As imagens finais foram geradas, baseadas nos dados da análise antropológica-forense, bem como o DNA (Fig. 30, , Fig. 31, Fig. 32, Fig. 33). Por conter os dados da cor dos olhos, do cabelo e da pele, o presente trabalho não apresenta a imagem em escala de cinza com os olhos fechados e sem cabelos, como efetuada nos capítulos anteriores e em Moraes et al. (2023) [D5].
Fig. 34 Distribuição do volume do endocrânio e circunferência da cabeça.¶
A doadora virtual contava com o endocrânio já segmentado, de modo que, no momento da deformação anatômica o volume do endocast se adequou ao de Ava, resultando em uma estrutura com ~1364 cm³/ml, dentro da normalidade esperado para o sexo feminino (Fig. 34).
Fig. 35 Comparação entre estudos.¶
Um gráfico foi gerado a partir de um grupo de 50 endocrânios de Homo sapiens, 31 do sexo masculino e 19 do sexo feminino. Além do volume do endocrânio (eixo X) também conta com a circunferência da cabeça (eixo Y). Com exceção de um doador virtual do sexo masculino, todos os demais dados foram extraídos de aproximações faciais forenses efetuadas pelo autor. Ao se comparar os dados do estudo com n=50 em relação a outros com números notoriamente maiores [D10] [D11] [D12], evidencia-se que a amostra conta com uma distribuição semelhante àqueles (Fig. 35). Ao se aplicar o fator de -9,81% para converter o volume do endocrânio em volume cerebral [D5], chega-se a 1230 cm³, ou seja, 114 cm³ acima da média, logo, ao se utilizar os dados de Ritchie et al. (2018) (n=2750) [D10], o cérebro de Ava está a mais de um esvio padrão (+1,21) acima da média para o sexo feminino. Já a circunferência da cabeça, que resultou em 54,91 cm, está bem próximo da média tanto do grupo das aproximações faciais, quanto do trabalho de Costa et al. (2022) (n=955) [D11]. Quando se leva em consideração o grupo de ambos os sexos do Homo sapiens, o endocrânio de Ava também está muito próximo da média geral, segundo o trabalho com as aproximações faciais e de Neubauer et al. (2018) [D12].
Conclusão¶
O presente trabalho foi bem-sucedido na tarefa de aproximar a face de Ava, graças a disponibilização dos dados por Hoole et al. (2018) [D1] e pela equipe Open Virtual Worlds (https://sketchfab.com/openvirtualworlds). Com os resultados apresentados aqui, respeita-se o objetivo do projeto original e oficial (https://achavanichbeakerburial.wordpress.com) que é o de disseminar informações acerca da pré-história escocesa a quem possa interessar.
Agradecimentos¶
Ao Dr. Richard Gravalos, por ceder a tomografia computadorizada utilizada neste estudo. Aos autores Maya Hoole, Alison Sheridan, Angela Boyle, Thomas Booth, Selina Brace, Yoan Diekmann, Iñigo Olalde, Mark G. Thomas, Ian Barnes, Jane Evans, Carolyn Chenery, Hilary Sloane, Hew Morrison, Sheena Fraser, Scott Timpany e Derek Hamilton, por publicarem o artigo que serviu de base para o presente trabalho. Ao grupo Open Virtual Worlds, por fornecer o crânio de Ava sob licença Creative Commons, o que viabilizou a aproximação facial 3D apresentada no presente documento.
Referências Bibliográficas¶
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