Digitalización de un objeto 3D mediante la técnica de fotogrametría de un objeto cercano

Por Fernando Nieto Reigal

El proceso que pasamos a describir permite, a partir de medios modestos (Cámara digital o teléfono móvil, ordenador personal y software gratuito), digitalizar un objeto real y conseguir distintas aplicaciones con resultados aceptables. Esta actividad se realiza en el departamento de dibujo en la asignatura diseño asistido por ordenador del IES Politécnico Jesús Marín y en colaboración con el ciclo de Proyectos de Edificación para la impresión en impresora 3D.

La fotogrametría es una técnica por la que es posible crear modelos 3D a partir de imágenes 2D de objetos y de esta forma obtener las características geométricas de los mismos, mediante el uso de relaciones matemáticas establecidas por la geometría proyectiva.

La visión estereoscópica (una imagen por cada ojo o par estereoscópico) de los seres humanos permite, de forma natural, la apreciación de distancias y profundidades del entorno que nos rodea.

Si te toman varias fotografías de un objeto, pueden llegarse a identificar una serie de puntos comunes en dichas imágenes, a través de sofisticados algoritmos de cálculo, podemos llegar a conocer los parámetros (orientación, posición y tamaño) obteniendo de esta forma la estructura mallada que define con mucha precisión su imagen tridimensional. Posteriormente se añaden a esta forma modelada, la textura y los colores obtenidos en la imagen con lo que se consigue una imagen digital 3D del objeto real.

La captura de imágenes puede realizarse mediante cámaras digitales de diferentes calidades e incluso con cámaras de teléfonos móviles que están al alcance de cualquier usuario.

Una vez digitalizado el objeto, este puede convertirse en un modelo tangible mediante impresión 3D, en objeto virtual en la realidad aumentada o representarlo, tal cual o modificado, en infografías 2D y 3D.

La fotogrametría se usa en distintos ámbitos tales como arquitectura (levantamiento de fachadas y monumentos), arqueología (documentación de piezas y yacimientos arqueológicos), topografía, cartografía (mapas), etc.

Proceso de trabajo

1º Captura: La captura se basa en la toma de múltiples fotografías en diferentes ángulos girando alrededor del objeto que permanece estático.

2º Procesado: Es un proceso mediante el cual se consigue reconstruir la posición, orientación, forma y tamaño de los objetos a partir de la toma de la serie de fotografías del modelo, llegando a obtener una imagen tridimensional del mismo.

Se puede realizar con distintos programas tales como Angisoft Photoscan, Autodesk Memento o 123D Catch. Nosotros nos decidimos por el programa 123D Catch. Programa gratuito que procesa y genera un archivo del tipo STL, OBJ o FBX.

3º Post-procesado: Estos archivos anteriores pueden ser posteriormente tratados digitalmente para su modelado, edición y animación en programas tales como BLENDER, 3DSMAX, CINEMA 4D, RHINOCEROS, etc.

Una vez conseguido podemos optar por:

1.       Representación infográfica 2D y 3D

2.       Uso en Realidad aumentada

3.       Impresión 3D

Fig. 01.- Esquema de los procesos de trabajo

El Modelo

Como modelo a digitalizar seleccionamos uno de los bustos del aula de dibujo.

Fig. 02.- Modelo real

1º Paso. Toma de fotos

La toma de fotos se realiza girando alrededor del objeto y en diferentes niveles.

Fig. 03.- Toma de fotos del modelo real

Fig. 04.- Serie de fotos del modelo real

2º Paso Procesado con 123d Catch

Fig. 05.- Interface de 123D Catch. Posiciones de la cámara y a la dcha. selección de elementos no deseados

El modelo una vez procesado debe ser limpiado de todos aquellos elementos que no interesen y sean desechables mediante las herramientas de selección del propio programa.

El programa también proporciona, además de la malla 3D, la imagen de textura que después se adaptará a la misma en programas de modelado 3D (BLENDER, 3DSMAX, C4D, etc.).

Fig. 06.- Malla 3D del modelo digital y a la dcha. imagen de la textura adaptable a la malla 3D

Representación infográfica 2D y 3D

Postproducción digital con programas de modelado 3D podemos modificar y editar el modelo hasta conseguir resultados de representación infográfica 2D y 3D.

Fig. 07.- Diferentes representaciones 2D

Realidad aumentada

Otras de las posibilidades del modelo digital es su uso en realidad aumentada.

Fig. 08.- Realidad aumentada con Aumentaty Author

Impresión 3D

Mediante impresoras 3D podemos reproducir físicamente el modelo con diferentes escalas y materiales.

Fig. 09.- Impresora Witbox 2, a la dcha. modelo impreso en PLA