Towards Functional Analysis of Archaeological Objects through Reverse Engineering Processes

La arqueología es una disciplina ‘visual’ por excelencia, ya que la percepción visual nos permite tomar conciencia de las propiedades fundamentales de los objetos: tamaño, orientación, forma, color, textura, posición en el espacio, distancia o todas estas características al mismo tiempo. En este trabajo se asume que la conducta humana en el pasado puede estudiarse a partir del examen de los elementos arqueológicos observables en el presente. De igual modo, se considera que también existen rasgos no visuales que caracterizan los objetos y materiales en el pasado. La información que nos permite entender muchas de las propiedades funcionales de los objetos es de naturaleza multidimensional: el tamaño refiere a la altura, longitud, profundidad, peso y masa; la forma, refiere a la geometría que define superficies y volúmenes; textura, a la microtopografía y aspecto visual; y por último a la composición del material, es decir, a la combinación de los distintos elementos que forman el total y la manera en que tales partes se combinan. Esta investigación se basa en una idea más general de la percepción (del Latín perceptio, percipio), usualmente definida como la organización, identificación e interpretación de la información sensorial con el fin de representar y entender el entorno. No debe entenderse como una recepción pasiva de estas señales, más bien como la integración del aprendizaje, la memoria, y las expectativas. Esta investigación explora diferentes maneras de entender la idea de percepción arqueológica, que incluye el proceso bottom-up del procesamiento de información sensorial, así como los efectos top-down. El proceso bottom-up es básicamente la información de bajo nivel que se utiliza para construir la información de alto nivel (por ejemplo, formas y texturas para el reconocimiento de objetos y la explicación funcional). El proceso top-down se refiere al concepto y a las expectativas (conocimiento) que influencian la percepción. El enfoque adoptado sigue las teorías computacionales actuales sobre la percepción de objetos que intentan proponer nuevas vías explicativas acerca de las conductas humanas en el pasado, a partir del análisis de datos visuales y no visuales, teniendo en cuenta que las apariencias visuales y incluso las características de composición sólo limitan la forma en que un objeto puede ser utilizado, pero nunca lo determinan totalmente. En este trabajo sugiero que las propiedades perceptivas deberían ser rigurosamente medidas y codificadas para poder llegar a entender cómo se produjeron y/o se utilizaron los objetos en el pasado. Hasta ahora, la insuficiencia y la falta de un consenso claro sobre los métodos tradicionales de descripción de los objetos - sobre todo visual, ambigua, subjetiva y cualitativa - han conducido invariablemente a unas interpretaciones ambiguas y subjetivas. Por consiguiente, es muy importante sistematizar, formalizar y estandarizar métodos y procedimientos más objetivos, exactos, matemáticos y cuantitativos, y siempre que sea posible automatizarlos. Es en este contexto, se ha intentado desarrollar una metodología basada en modelos digitales tridimensionales para medir, describir cuantitativamente y analizar el uso y el comportamiento de los objetos arqueológicos. También, se intenta comprender las posibles relaciones entre la geometría, el material, y la(s) función(es) de los objetos arqueológicos al sugerir nuevas maneras de estudiar formas de comportamiento pasadas que puedan ser confirmadas a partir del examen de los observables arqueológicos en el presente.Archaeology seems to be a quintessentially ‘visual’ discipline, because visual perception makes us aware of such fundamental properties of objects as their size, orientation, form, colour, texture, spatial position, distance, all at once. I assume that human behaviour in the past can be asserted on the examination of archaeological observables in the present. In any case, I take into account that there are also non visual features characterizing ancient objects and materials. Information that should make us aware of many functional properties of objects is multidimensional in nature: size, which makes reference to height, length, depth, weight and mass; shape and form, which make reference to the geometry of contour, surfaces and volume; texture, which refers to microtopography (roughness, waviness, and lay) and visual appearance (colour variations, brightness, reflectivity and transparency); and finally material composition, meaning the combining of distinct elements to form a whole, and the manner in which such parts are combined. This research is based on the more global idea of Perception (from the Latin perceptio, percipio), usually defined as the organization, identification, and interpretation of sensory information in order to represent and understand the environment. It should be understood not as the passive receipt of these signals, but the integration of learning, memory, and expectation. This research explores different ways of understanding the very idea of archaeological perception, which involves top-down effects as well as the bottom-up process of processing some sensory input. The bottom-up processing is basically low-level information that’s used to build up higher-level information (e.g., shapes, forms and textures for object recognition and functional explanation). The top-down processing refers to an archaeologist’s concept and expectations (knowledge) that influence perception. The approach adopted here is to follow current computational theories of object perception to ameliorate the way archaeology can deal with the explanation of human behaviour in the past (function) from the analysis of visual and non-visual data, taking into account that visual appearances and even compositional characteristics only constrain the way an object may be used, but never fully determine it. I suggest that perceptual properties should be rigorously measured and coded if archaeologists intend to understand how objects were produced and/or used in the past. The insufficiency and lack of a clear consensus on the traditional methods of form description – mostly visual, descriptive, ambiguous, subjective and qualitative – have invariably led to ambiguous and subjective interpretations of its functions. It is thus strongly advisable to systematize, formalize and standardize methods and procedures more objective, precise, mathematical and quantitative, and whenever possible automated. In this context, I intend to develop a framework based on three dimensional geometrical digital models to measure, describe, test and analyse the use and behaviour of archaeological artefacts. I try to understand the possible relationships between the geometry, material, and function(s) of archaeological artefacts by suggesting new ways of studying the way behaviour in the past can be asserted on the examination of archaeological observables in the present. In this research, a novel framework is applied to three case studies which span a broad diachrony ranging from the Palaeolithic in Cantabria to the Neolithic in Catalonia, Spain. In respect to the archaeological objects, these encompass rock art, sculptures, lithics, and bows, as well as a wide variety of raw-materials. Each case study addresses its own archaeological questions, has particular aims, and therefore approaches. They are not intended to be exhaustive, but to provide a rounded picture in terms of the framework´s potentialities and effectiveness