Кандидо Портинари (1903–1962) считается одним из наиболее значимых художников Бразилии, чье художественное наследие получило международное признание благодаря обширной и высоко оцененной продукции. Его работы, характерные цвета и творческий процесс часто изучаются с целью углубления знаний о композиции, составе и методах сохранения этих произведений. Такой подход позволяет предотвращать утраты, выявлять подделки, а также содействовать документированию искусства и преодолению трудностей при реставрации.
В рамках поиска новых методов исследования произведений искусства, Институт физики (IF) Университета Сан-Паулу (USP) применил новую методологию для анализа работ Портинари, включая их химический состав и эскизы. Результаты этого исследования представлены в статье, являющейся частью работы Itiara Mayra de Albuquerque, аспирантки IF. Исследование было сосредоточено на математическом анализе и вычислительной систематизации настенных росписей Портинари, стремясь разработать новые способы изучения произведений искусства путем объединения методов науки о наследии и вычислительных инструментов.
Новая методика была использована для анализа настенной росписи «Сан-Жорже и Дракон» (1943 год), которая была выполнена на стенах дома художника в Бродковски (штат Сан-Паулу), его родном городе. С 1970 года это место функционирует как Музей Дома Портинари, который является партнером Лаборатории археометрии и наук, применимых к культурному наследию (LACAPC), курируемой Марсией Ризутто. Марсия также участвовала в процессе исследования и подготовке статьи в качестве научного руководителя докторантуры.
Метод, применяемый в исследовании, представляет собой комбинацию различных техник, уже используемых в разных областях науки о наследии и группой LACAPC. Данные, полученные из анализа настенной росписи и тюбиков с краской, использованных художником, которые находятся в Музее Дома, были получены с помощью дополнительных спектроскопических методов: рентгеновской флуоресценции (используется для определения химических элементов в образце) и Рамановской спектроскопии (идентифицирует химические соединения с помощью лазера). Все используемое оборудование является портативным и было доставлено в музей для проведения анализа.
Аспирантка Itiara Albuquerque объяснила в интервью Jornal da USP, что собранная информация об элементах и химических соединениях, обнаруженных в произведении, позволяет определить цветовую палитру, которую использовал художник.
В случае рентгеновской флуоресценции, лучи воздействуют на образец, возбуждая электроны атома. Различные виды возбуждения позволяют идентифицировать характеристическое излучение конкретного элемента и, таким образом, определить его. При использовании Рамановской спектроскопии объект подвергается воздействию лазера, который возбуждает колебательные моды молекулы. Поскольку каждая молекула имеет свою специфическую вибрацию, можно установить, какое именно соединение присутствует.
Профессор Марсия Ризутто пояснила, что при измерении кальция с помощью рентгеновской флуоресценции, он может быть сульфатом или карбонатом кальция, и эту разницу сложно различить только этой техникой. Хотя можно измерить серу, это не гарантирует, что это сульфат кальция. Однако при измерении с помощью Рамановской спектроскопии, спектральная полоса сульфата кальция отличается от полосы карбоната кальция, что позволяет точно идентифицировать соединение.
В тюбиках с краской и на настенной росписи были обнаружены синие пигменты, такие как церулеум и кобальт, — цвета, часто встречающиеся в работах художника и известные как «синий Портинари». Этот характерный цвет присутствует в знаменитой серии «Уходящие» (Retirantes), а также в настенных картинах коллекции «Via Sacra» Портинари, расположенных в Материнской церкви Бататаис, в штате Сан-Паулу. Помимо пигментов, на росписи «Сан-Жорже и Дракон» был обнаружен кадмиевый красный, который также является отличительной чертой других работ художника.
Компьютерная часть исследования включала систематизацию данных, ранее собранных Марсией Ризутто и ее коллегами, а также анализ изображений, сделанных с настенной росписи, при участии Нины Хираты, преподавателя Института математики и статистики (IME) USP. Анализировались два типа фотографий: видимое изображение, снятое обычной камерой, и инфракрасное отражательное изображение, полученное с помощью инфракрасной камеры. Эта техника использует инфракрасное излучение для проникновения сквозь слои краски, позволяя зафиксировать первоначальные наброски и рисунки, созданные на произведении искусства.
Для процесса были применены два алгоритма компьютерного зрения: SIFT и SSIM, предназначенные для понимания творческого процесса художника и сравнения начальных эскизов с конечным результатом. SIFT, что расшифровывается как Scale-Invariant Feature Transform, используется для совмещения видимого и отражательного изображений, позволяя выравнивать ключевые точки изображения — элементы, которые не меняются при изменении освещения, вращения или размера. Аспирантка отметила, что изначально этот алгоритм был выбран для выяснения структурных различий между изображениями.
После совмещения изображений был применен алгоритм Structural Similarity Index (SSIM). Он рассчитывает структурные различия между изображениями по шкале от -1 до 1, где -1 означает низкую схожесть (различия между финальным рисунком и эскизом), а 1 — схожие области. Itiara Albuquerque объяснила, что SSIM помогает не полагаться только на визуальное восприятие, а рассчитывает различия между этими двумя изображениями, предварительно выровненными другим алгоритмом компьютерного зрения.
Исследовательница детализировала, что области с четкими границами на обоих изображениях помогли оценить качество совмещения. Если в результате расчета структурной схожести эти области границ присутствуют на обоих изображениях, это указывает на высокую схожесть, что позволяет ей доверять этим областям, идентифицированным как низкие. После этого проводился визуальный анализ для проверки и полного понимания причин различий.
Анализ настенной росписи выявил области низкой схожести между некоторыми лапами коня Сан-Жорже и языком дракона. «Мы видим язык на видимом изображении, но не видим его на инфракрасном изображении; из-за прозрачного для инфракрасного материала, который там находится, мы почти не можем увидеть четкие границы этого языка. Таким образом, у нас есть признаки творческого процесса и пигментов», — подчеркнула аспирантка.
Техники, связанные с инфракрасным излучением, также применялись для изучения пигментов росписи, например, анализ изображения «ложного цвета» — изображения, чьи цвета изменяются путем замены каналов RGB (красный, зеленый и синий), что позволяет лучше проанализировать эскиз. В случае изображений росписи, красный канал был заменен информацией, полученной с инфракрасного изображения.
Метод анализа и дифференциации пигментов позволяет определять различные типы краски на основе взаимодействия с инфракрасным излучением, поскольку излучение взаимодействует с пигментами по-разному. Исследовательница пояснила: «Ультрамариновый синий в инфракрасной композиции будет выглядеть красным, а кобальтовый синий будет выглядеть более розовым, пурпурным».
Работа относится к области так называемой Науки о наследии, которая подразумевает диалог между различными областями знаний для сохранения и изучения культурного наследия. Профессор отметила: «Наш анализ — это не только идентификация химических элементов и соединений, это размышление о предмете, будь то его производство [художественное] или то, как материал ведет себя и как он может деградировать».
Аспирантка добавила, что консультант может столкнуться с картиной, которую необходимо отреставрировать или сохранить, и задаваться вопросами, на которые можно ответить, понимая, какие материалы и химические соединения присутствуют в этом объекте культурного наследия.
Марсия Ризутто заключила, что благодаря сумме примененных аналитических техник в Науке о наследии, они получают очень широкое представление о предмете — от творческого процесса художника, включая скрытый рисунок, до материалов, использованных для создания произведения.