DIGITALIZACIÓN 3D

Impartido por: Profs. Juan Carlos Torres Cantero y Pedro Cano Olivares. Laboratorio de Realidad Virtual. Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos. Universidad de Granada

Objetivos de la asignatura 

Familiarizar al estudiante con el concepto, métodos y técnicas de la digitalización 3D, con el objetivo de que conozca su papel en la arqueología virtual, y pueda valorar su utilidad en casos concretos, y participar en equipos que realicen trabajos de digitalización. Ser capaz de evaluar y analizar modelos digitales ya procesados, y saber importarlos en herramientas de modelado 3D.

Opinión personal 

Este ha sido un tema sencillo. Me ha resultado interesante ya que hemos profundizado un poco más en el tema de la digitalización 3D. Este me ha servido para solventar algunas dudas que tenía sobre este tema. Me llamó mucho la atención la cantidad de aplicaciones que se han dado a la digitalización 3D en patrimonio cultural. Los nuevos conceptos aprendidos en esta unidad son:

Digitalización 3D: Es la generación de un modelo digital, tridimensional y preciso de un objeto. El modelo digital puede procesarse en un sistema informático, esto permite generar imágenes y animaciones, realizar cálculos, estudiar sus propiedades o editarlo.

Shape from shading (Forma a partir de sombreado): Método de captura que permite obtener la forma del objeto a partir de una única fotografía. La información de la forma del objeto se obtiene del cambio de iluminación en la superficie. Solo puede usarse con objetos con superficie no especular, ni transparente y con color homogéneo (sin textura).

Structure from motion: Técnica basada en obtener información de profundidad a partir del desplazamiento aparente de los objetos en una secuencia de imágenes.

Escáner de fase: Utiliza un principio distinto para medir la distancia. En lugar de enviar pulsos láser y medir el tiempo de rebote de cada pulso, envían un haz láser continuo con modulación de fase. La modulación funciona como una etiqueta asociada al haz que permite determinar en qué instante se envió cada fragmento del haz.

Escáner de triangulación: El emisor y el receptor, que es un CCD, se encuentra ubicados en posiciones diferentes. La posición en la que se proyecta el láser rebotado en la imagen captada por el CCD del receptor depende de la profundidad a la que se encuentre el punto de la superficie en el que se refleje el haz. A partir de este desplazamiento, y del ángulo con el que se envió el haz, el escáner determina la posición del punto. Este cálculo es preciso solo cuando la distancia al objeto es pequeña (lo que implica un desplazamiento grande en la imagen para pequeñas desviaciones en la profundidad).

Sopa de triángulos: El modelo digital contiene una lista de triángulos sin relaciones topológicas entre ellos.

Malla de triángulos: El modelo digital contiene una red de triángulos de los que se guarda, además de su geometría, algunas relaciones de topológicas.

Nuevo software:

RunSFM: Paquete software de código abierto que integra Bundler y CMVS.

Insight3D: Aplicación de código abierto para la reconstrucción y modelado 3D que combina Structure from Motion y reconstrucción de puntos de fuga. Puede ser utilizado para crear Modelos 3D a partir de fotografías, e incluye una herramienta interactiva de modelado para crear modelos poligonales con textura.

AgiSoft PhotoScan: Software comercial para el sistema operativo Windows. Genera nubes de puntos densa de buena calidad.

Pix4D: Sistema de software comercial. Ha sido especialmente diseñado para procesar fotografías aéreas tomadas con vehículos no tripulados.

Microsoft Photosynth: Servicio web.

Arc3D: Servicio web basado en la reconstrucción automática

Reflexión 

Considero que la digitalización tridimensional del patrimonio es algo ventajoso para este en cuanto a su documentación y conservación. Como ya comenté en una unidad anterior, el uso de la técnica de digitalización 3D es más completo si se usa junto a la técnica fotogramétrica ya que el producto final tiene más calidad y precisión. Aún así considero que esta es una técnica que poco a poco va a ir desapareciendo. Creo que la calidad que se consigue con el uso de la técnica fotogramétrica no dista tanto de la obtenida con la técnica de escáner láser. Es cierto que el escáner láser aporta mayor precisión, pero debemos preguntarnos si es necesario tener que trabajar con modelos más complicados y pesados, tener que texturizarlos, e incluso el alto precio que tiene esta técnica. Los resultados de la fotogrametría digital son cada vez más precisos y creo que con ellos se puede llevar a cabo una buena investigación.  

Materia aprendida 

Conocer los principales métodos de digitalización 3D para poder evaluar el método a usar en casos concretos de arqueología virtual.

Entender el proceso de digitalización y poder valorar su utilización en arqueología virtual

Conocer el concepto y estructura del modelo geométrico para poder valorar los requisitos necesarios que debe tener en aplicaciones concretas de arqueología virtual.

Conocer los pasos del tratamiento de la información en digitalización 3D.

Saber realizar la planificación preliminar en un trabajo de digitalización.

Conocer y saber usar herramientas de visualización de modelos digitalizados y como importar modelos digitalizados en herramientas de modelado 3D.

Contenido práctico 

·        Actividades

Esta semana hemos tenido que realizar dos tipos de actividades, una obligatoria y otra optativa. Estas no han sido muy complejas, aunque si he tenido algunos problemas con el programa Meshlab.

La primera de estas actividades ha consistido en simular, empleando Meshlab, el proceso completo de digitalización de un modelo 3D. Para ello hemos partido de tomas parciales de un objeto 3D escaneado, en concreto de un jarrón. El proceso que hemos seguido ha sido: carga de modelos parciales, alineación de tomas, mezcla de mallas de triángulos, procesamiento de la malla resultante para la resolución de problemas y obtención de un modelo simplificado. De esta actividad lo más complicado ha sido la alineación de todas las fotografías. En algunas de ellas he tenido que hacer varios intentos para que el margen de error fuera el mínimo.

Alineación de las diferentes capas

Simplificación del modelo 3D

En cuanto a la actividad optativa hemos tenido que explorar otros programas de procesamiento de nubes de puntos y mallas de polígonos. De todos los que se proponían he elegido el programa CloudCompare. La actividad consistía en realizar un pequeño ejemplo de utilización para comprobar su funcionalidad básica. Los archivos que he empleado han sido los que venían como ejemplo en la página web de dicho programa. Para la realización de este he seguido un video introductorio ya que no conocía el funcionamiento de este programa. No he tenido problemas a la hora de realizar esta actividad.

Interfaz del programa CloudCompare

Reproducción 

En este apartado me gustaría compartir el proyecto CHIS (Cultural Heritage Information System). Este proyecto tiene como objetivo el diseño y desarrollo de sistemas de información para patrimonio que permitan gestionar y analizar información distribuida sobre un modelo digital. Se basa en organizar la información en forma de capas sobre la superficie 3D del modelo, de manera similar a como se hace en los sistemas SIG. En este proyecto se ha desarrollado un prototipo de CHIS, denominado CHISel.

El equipo investigador a cargo de este proyecto está formado por investigadores del Grupo de Investigación en Informática Gráfica del Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos de la Universidad de Granada, del Patronato de la Alhambra y el Generalife y del Conjunto Arqueológico de Itálica.

La empresa Virtum Graphics en el año 2012 llevó a cabo la digitalización 3D del anfiteatro de Itálica para ser usado como caso de prueba para la evaluación de CHISel.