Qué es la fotogrametría
La fotogrametría es el proceso de tomar medidas fiables a partir de fotografías. Desde hace siglos se utiliza en cierta forma y ha ayudado a comprender cosas como la superficie de la Tierra. Hoy en día, desempeña un papel fundamental en muchos sectores. Por ello, a continuación, presentamos una guía para que se comprenda de forma general qué es y cómo funciona.
Introducción
La fotogrametría es un campo muy amplio. Con el paso de los años se ha hecho cada vez más famosa, por lo que se utiliza en numerosas aplicaciones distintas con sus propias peculiaridades. Aquí presentamos los conceptos generales en los que se basa la fotogrametría. Explicaremos cómo funciona, algunas aplicaciones habituales, qué hardware se suele utilizar, y cuándo conviene, o no, usar la fotogrametría.
Empecemos con una definición.
Definición de fotogrametría
La fotogrametría es el proceso de tomar medidas fiables a partir de fotografías. Esta definición puede parecer un poco simplista, pero la etimología del término lo confirma: "Photos" significa luz en griego, "gramma" significa escribir o dibujar, y "metron" medir.
También es posible encontrar algunas definiciones de fotogrametría que incluyen la realización de mediciones a partir de patrones de energía radiante electromagnética y otros fenómenos. Esto se debe a que, en algunos ámbitos, la definición de fotogrametría incluye no sólo la fotografía, sino también los datos procedentes de otras imágenes multiespectrales.
PUNTO CLAVE
La fotogrametría es un método para obtener mediciones fiables a partir de fotografías.
A fin de cuentas, el principio general en el que se basa sigue siendo el mismo: Obtener información fiable sobre las dimensiones de los objetos físicos examinando e interpretando imágenes. En la mayoría de los casos, estas imágenes son fotografías normales de una cámara, normalmente una DSLR. Con esta definición vamos a trabajar.
Pensemos en una escena del crimen a la antigua usanza, con una regla como referencia, colocada junto a un objeto de interés y fotografiada. ¿Se puede considerar eso como fotogrametría? Al fin y al cabo, es un método para medir un objeto a partir de una fotografía.
No exactamente. Enseguida veremos por qué.
¿Cómo funciona la fotogrametría?
Definimos la fotogrametría como la toma de medidas fiables a partir de fotografías. La palabra "fiable" tiene mucho peso porque, en esencia, la fotogrametría se basa en la fiabilidad.
Volviendo a la escena del crimen, supongamos que tenemos una foto en la que aparece una huella en el suelo con una regla al lado. No podemos determinar con seguridad el tamaño del zapato a partir de la foto, incluso con la regla proporcionando la escala. La huella podría estar encima de un montículo de tierra y, desde arriba, parecería más pequeña de lo que es en realidad.
Si esta huella estuviese en un montículo de tierra curvado, podría parecer más pequeña desde esta perspectiva, lo que haría que las mediciones de esta imagen no fuesen fiables.
Para tomar una medida precisa, debemos tener en cuenta la curvatura de la superficie. En cambio, si la cámara se encuentra directamente sobre la huella apuntando hacia abajo, no tiene en cuenta los contornos del suelo.
Entonces, ¿qué hace la fotogrametría para solucionar este problema?
Por resumirlo de alguna manera, se trata de usar varias imágenes superpuestas desde diferentes posiciones y ángulos.
La fotogrametría infiere las dimensiones de una escena utilizando múltiples imágenes superpuestas tomadas desde diferentes posiciones y ángulos.
Todo es cuestión de perspectiva
La fotogrametría se centra en la perspectiva y su interpretación. Lo que la fotogrametría hace esencialmente es retroceder en el proceso de la fotografía. Mientras que la fotografía captura un objeto o una escena y la aplana en una imagen 2D, la fotogrametría hace lo contrario: observa esta representación 2D y construye un modelo 3D a partir de pistas en las imágenes.
¿Pero cómo exactamente?
Sabemos que las cámaras ven los objetos de forma similar al ojo humano. Por ejemplo, cuanto más cerca está un objeto del objetivo, más grande parece. Por ejemplo, una carretera recta parece estrecharse a lo lejos, aunque su anchura no cambie.
Una demostración pormenorizada de este concepto aparece en el texto de Alberto Durero de 1525, Manual del pintor. Representa a dos hombres que intentan hacer un dibujo geométricamente preciso de un laúd. Colocan el laúd en una mesa frente a una especie de ventana, pero con un lienzo en lugar de un cristal. Fijan una cuerda en un punto de la pared donde estaría el ojo de un observador y la pasan a través de la ventana abierta.
Grabado de 1525 de la obra de Alberto Durero Manual del pintor que muestra la perspectiva geométrica. La fotogrametría utiliza este concepto para inferir datos 3D a partir de imágenes 2D.
A continuación, mueven el extremo opuesto de la cuerda alrededor de diferentes puntos del laúd, anotando la posición de la cuerda en la ventana para cada uno de esos puntos, y dibujando un punto en el lienzo para cada posición de la cuerda en el marco de la ventana. El resultado es una imagen matricial geométrica del laúd.
La fotogrametría se basa en estos principios para hacer inferencias sobre las dimensiones y propiedades físicas de los objetos. Con un número suficiente de imágenes superpuestas que proporcionen la información espacial necesaria, es posible reconstruir un modelo 3D de todo un objeto o escena.
Triangulación
Disponer de imágenes superpuestas es fundamental para la fotogrametría. Si se identifican los mismos puntos en varias imágenes y se tienen en cuenta parámetros como la posición y la orientación de la cámara en cada fotografía, su distancia focal, la distorsión del objetivo y otras variables, es posible determinar dónde estaban situados esos puntos en el espacio 3D. Esto se llama triangulación.
La triangulación funciona identificando puntos comunes en imágenes superpuestas y determinando sus posiciones en el espacio 3D en relación con las posiciones conocidas de la cámara.
Cuando se identifica un punto en al menos dos imágenes tomadas desde distintos lugares conocidos, podemos trazar líneas imaginarias desde las dos posiciones de la cámara en dirección a ese punto. A continuación, determinamos matemáticamente dónde se cruzan las líneas. Las líneas convergentes nos dan las coordenadas XYZ del punto señalado. Y con suficientes puntos, podemos construir un modelo de la escena.
Los seres humanos hacen exactamente lo mismo de forma intuitiva. Básicamente llevamos dos pequeñas cámaras en la cabeza, ligeramente separadas, que nos ayudan a percibir la profundidad y la distancia.
Escala y orientación
Sin embargo, hay que tener en cuenta que los modelos fotogramétricos tienen proporción, pero no tienen escala. Para poder escalar el modelo, debe haber al menos una distancia conocida.
El cerebro también necesita un objeto familiar para estimar el tamaño de algo que estamos viendo. Lo que a primera vista parece un edificio de tamaño natural en una foto puede resultar ser un modelo en miniatura cuando se coloca una moneda al lado. En fotogrametría, el equivalente de esa moneda serían las barras de escala.
La fotogrametría ofrece proporción, pero no escala. Sin la barra de escala calibrada en forma de T, es imposible saber lo grande (o pequeño) que es este cigüeñal.
Las barras de escala son barras calibradas y lineales con marcadores impresos adheridos a ellas. Los marcadores de las barras de escala están codificados. Así, el software puede identificar cada marcador de forma exclusiva. Los marcadores no codificados (como los del cigüeñal en la imagen) simplemente proporcionan puntos de referencia de alto contraste que ayudan a unir las imágenes con precisión. No son identificables de forma exclusiva.
Los marcadores de las barras de escala están separados por una distancia conocida y, por lo tanto, permiten escalar la imagen. Para garantizar la coherencia y la precisión, las barras de escala se fabrican con materiales cuyas dimensiones no varían perceptiblemente con los cambios de temperatura.
Los marcadores también se colocan alrededor de la escena antes de tomar las imágenes para proporcionar puntos de referencia sólidos que se compararán entre las imágenes superpuestas cuando se combinen.
El software de fotogrametría puede identificar y comparar automáticamente los marcadores codificados entre las imágenes, y utilizar esta información para alinear las imágenes y determinar la orientación del modelo. Los objetivos no codificados se utilizan además para comprobar la precisión del modelo una vez que el software lo ha procesado.
La coherencia y la calidad son la clave
Hay bastantes factores que influyen en los resultados de la fotogrametría. El hardware, como las cámaras, los marcadores... determina la máxima calidad que se puede obtener. Y, como es lógico, la calidad de las imágenes ("resolución", "nitidez", "profundidad de campo", etc.) también es crucial. Más adelante hablaremos un poco más de estos aspectos.
Pero además de su calidad, la manera en que se obtienen las imágenes es igualmente importante.
Lo más importante es garantizar que el objeto se capture en su totalidad. Se recomienda dar varias vueltas completas alrededor del objeto, fotografiando sistemáticamente a diferentes distancias para que las posiciones de la cámara creen una especie de cúpula a su alrededor. En el caso de los objetos más pequeños, habrá lógicamente menos fotografías. Pero, en cualquier caso, para conseguir los mejores resultados siempre hay que procurar que el objeto esté enfocado en su totalidad en todas las fotos.
Para lograr los mejores resultados, se recomienda dar varias vueltas completas alrededor del objeto, fotografiando sistemáticamente desde diferentes distancias.
Para objetos más grandes o escenas que no se pueden rodear (la fachada de un edificio, por ejemplo), se puede desplazar la cámara a lo largo de una línea recta paralela a la cara del mismo. Es posible que se necesiten varios barridos para captar toda la escena.
PUNTO CLAVE
La fotogrametría es un proceso inverso al de la fotografía. Observando múltiples fotografías y utilizando principios relacionados con la perspectiva geométrica, podemos producir un modelo 3D a partir de datos 2D.
Con la fotogrametría aérea, la cámara se montará en un vehículo aéreo, como un dron, apuntando hacia abajo. Si también se quiere capturar los lados de objetos verticales, como edificios o árboles, puede ser útil inclinar un poco la cámara para capturar bien estas superficies. También en este caso, la coherencia es la clave.
Tipos de algoritmos fotogramétricos
En muchos aspectos, la fotogrametría actúa como la vista humana. Nuestros ojos registran constantemente imágenes superpuestas que utilizamos para percibir la profundidad y la distancia. Asimismo, para que la fotogrametría funcione bien, necesitamos un conjunto de fotos bien tomadas con suficiente información sobre la escena para extrapolar los datos necesarios.
Sin embargo, a diferencia de los seres humanos, la fotogrametría no tiene el lujo de poder tomar un número ilimitado de imágenes. La cantidad de imágenes necesarias para obtener la información que necesitamos variará en función del tamaño y la complejidad del objeto o la escena y, sobre todo, de las necesidades del proyecto.
Así, aunque los conceptos básicos de la fotogrametría siguen siendo los mismos, sus algoritmos se clasifican en dos grandes grupos en función de las necesidades del proyecto.
Fotogrametría para ingeniería
Por ejemplo, un ingeniero que está creando un modelo de un objeto con el objetivo de hacer un control de calidad, ingeniería inversa... no necesita todos y cada uno de los píxeles de la imagen. Para dibujar una línea recta, por ejemplo, sólo necesitas conocer las posiciones de dos puntos.
Este es el concepto en el que se basa lo que se conoce como fotogrametría métrica. El objetivo de esta rama de la fotogrametría es la precisión. Se trata de conseguir mediciones y cálculos precisos a partir de fotografías determinando, con la mayor exactitud posible, las ubicaciones relativas de ciertos puntos clave en las imágenes.
En la fotogrametría métrica, el algoritmo extrae un modelo basado en un número de puntos clave. El fin es la precisión, no capturar todas las superficies.
Los ingenieros, por tanto, colocan marcadores en las zonas de interés para que el algoritmo los reconozca. El algoritmo utiliza los objetivos para construir un modelo. El resultado es una especie de esqueleto de los puntos de interés, y no una densa nube de puntos de todas las superficies.
Los marcadores se pegan al objeto para facilitar el proceso de identificación y alineación de las áreas que coinciden en las imágenes.
Estos puntos definen el tamaño, la forma y la posición de las partes del objeto, centrándose en la precisión. Los puntos pueden usarse de forma fiable para calcular distancias, áreas e incluso aspectos como la elevación para ayudar a crear un mapa topográfico, o volúmenes y secciones transversales para otros usos técnicos.
Fotogrametría para el modelado 3D en color
En cambio, el diseño de juegos, el CGI de las películas o la conservación del patrimonio requieren renders fieles a la realidad de los objetos del mundo real. Por lo general, cuantos más píxeles y detalles hay en el modelo, mejor. Los expertos que trabajan en estos sectores cuentan a menudo con los mejores equipos fotográficos y, por tanto, ya están bien equipados para la fotogrametría.
Encuentra las diferencias: Modelo 3D de fotogrametría (izquierda) comparado con el modelo creado con Artec Leo, un escáner que también puede capturar la textura.
El inconveniente es que la forma final del modelo suele ser irregular. Un escáner 3D promedio puede, en ocasiones, tener problemas con superficies brillantes, transparentes o negras, pero con la fotogrametría la cantidad de artefactos y ruido es mucho mayor. El resultado es, en definitiva, un modelo con una textura de alta definición, pero con mucho ruido y una geometría imperfecta.
La geometría del escáner 3D combinada con la textura procedente de una cámara para crear un modelo realista y preciso.
En este tipo de proyectos, lo mejor es combinar la fotogrametría con un escáner 3D para obtener resultados óptimos. Lo analizamos más a fondo en el apartado sobre la combinación de escáneres 3D con fotogrametría.
PUNTO CLAVE
Hay dos ramas de la fotogrametría: las tecnologías de medición que se usan generalmente en ingeniería y la visualización a todo color, dirigida a crear modelos 3D de objetos del mundo real excepcionalmente realistas y aptos para CGI.
Hardware de fotogrametría
Además de los marcadores y las barras de escala, de los que ya hemos hablado, el equipo fotográfico juega un papel muy importante en el proceso.
Los resultados de la fotogrametría dependen por completo de las imágenes usadas. Factores como la resolución, la iluminación y la profundidad de campo tienen un papel decisivo en la precisión y la fiabilidad de las mediciones del modelo obtenido. Es muy importante contar con imágenes muy limpias y detalladas.
Hay algunos aspectos que es importante remarcar. Los fotógrafos, o cualquiera que domine una cámara, llevan un paso de ventaja. Es decir, si términos como distancia focal y diafragma forman parte de tu trabajo o de tus aficiones, puedes saltarte los siguientes apartados y pasar a las aplicaciones de la fotogrametría.
Sensores
Hay cámaras de todas las formas y tamaños, desde cámaras de teléfonos móviles, CCTV, GoPros, hasta equipos de vídeo profesionales completos. Su idoneidad para el proyecto puede depender del tamaño del sensor.
Un sensor es para una cámara lo que la retina es para el ojo humano. Registra la imagen que entra por el objetivo y determina la cantidad de detalles que se pueden capturar. Cuanto mayor sea el sensor, más puntos se capturan, lo que se traduce en un mayor nivel de detalle.
El sensor de una cámara registra la imagen que entra por el objetivo y determina el número de píxeles que tendrán sus imágenes.
Mientras que una cámara pequeña de enfoque y disparo podría hacer un trabajo aceptable en las condiciones de iluminación adecuadas, una cámara DSLR de gama alta con un sensor de fotograma completo (a veces hasta 30 veces el tamaño de la cámara de enfoque y disparo) proporciona muchos más píxeles y, por lo tanto, una resolución mucho mejor para el modelo 3D.
El tamaño del sensor también afecta a lo que se conoce como factor de recorte. Un objetivo similar en dos sensores diferentes captará partes diferentes de la escena porque un sensor más pequeño puede "ver" menos, mientras que un sensor más grande cubre más parte de la escena en cada fotografía.
Objetivos
El objetivo es un elemento fundamental del sistema. Es lo que curva la luz y la enfoca en el sensor de la cámara. Determina lo que está enfocado, la exposición, el aumento y lo amplio o estrecho que es el ángulo de visión en la imagen.
El objetivo es lo que curva la luz y la enfoca en el sensor de la cámara. Afecta directamente a la calidad de las imágenes.
El objetivo tiene una lámina de cristal curvada en un extremo y su apertura (el orificio redimensionado por el que la luz entra en la cámara) en el otro. La imagen se captura cuando el obturador de la cámara se abre y se cierra, dejando pasar la luz momentáneamente al sensor a través de la abertura del objetivo. Todas estas piezas se combinan para determinar las características de la imagen y, por tanto, son aspectos importantes en la fotogrametría.
Distancia focal
La distancia focal es la distancia visual en milímetros entre el sensor de la cámara y el punto del objetivo en el que convergen los rayos de luz. La distancia focal determina el ángulo de visión y el aumento. Un valor más pequeño (una distancia focal menor) supone un campo de visión más amplio y un menor aumento, por lo que la cámara puede captar una mayor parte de la escena. En fotogrametría la distancia focal suele ser fija.
La distancia focal del objetivo determina el aumento y el campo de visión, es decir, la parte de la escena que se puede captar.
Apertura
Se trata de un número, expresado en f-stops, que describe la amplitud con la que se abre el diafragma del objetivo para dejar entrar la luz en la cámara. Cada f-stop duplica la cantidad de luz que entra en la cámara. Aunque parezca raro, un valor grande, como f-32, indica una abertura pequeña, y un valor pequeño indica una abertura amplia.
La apertura determina directamente la profundidad de campo, es decir, qué parte de la escena está enfocada. Un diafragma amplio mantendrá enfocada una capa fina de la imagen y desenfocará el resto. Esto puede quedar bien, por ejemplo, en la fotografía de retratos, en la que se tiene un enfoque nítido en el sujeto y un fondo borroso. Este tipo de desenfoque se conoce como desenfoque focal.
La apertura determina la profundidad de campo, es decir, qué parte de la escena está enfocada.
Para la fotogrametría, hay que mantener enfocada la mayor parte posible de la escena. Las imágenes borrosas dificultan la unión de las imágenes.
Esto nos lleva a otro tipo de desenfoque: el desenfoque de movimiento.
Velocidad de obturación y desenfoque de movimiento
La velocidad de obturación es el tiempo que el obturador de la cámara permanece abierto permitiendo que la luz incida sobre el sensor. Suele expresarse en fracciones de segundo. Además de afectar a la cantidad de luz que incide en el sensor, la velocidad de obturación también está directamente relacionada con el desenfoque de movimiento.
Si el sujeto, o la cámara, se mueve mientras el obturador está abierto, la imagen resultante será borrosa. Una buena ilustración de este efecto es cómo una imagen de un helicóptero en vuelo con una velocidad de obturación suficientemente alta congelará las palas del rotor en movimiento, mientras que una velocidad de obturación más lenta difuminará su movimiento.
Cuando se hacen fotos sin trípode, hay que usar una velocidad de obturación lo suficientemente alta como para contrarrestar los pequeños movimientos de las manos al sostener la cámara. Usando un trípode, nos aseguramos de que la cámara permanece completamente inmóvil.
La velocidad de obturación influye en el desenfoque de movimiento. Una velocidad de obturación más rápida congela la acción mientras que una más lenta la difumina.
En definitiva, hay que tener en cuenta todos estos factores para conseguir los mejores resultados posibles con la fotogrametría.
PUNTO CLAVE
Ya que la fotogrametría se basa en la calidad de las imágenes utilizadas en el proceso, es fundamental tener claros los conceptos fotográficos. La resolución de la imagen, las diferentes propiedades del objetivo o los ajustes de la cámara, así como la distancia focal y la velocidad de obturación, entre otros, son factores importantes.
Aplicaciones de la fotogrametría
La fotogrametría es una técnica muy popular, no sólo por su versatilidad y coste, sino también por su eficacia en largas distancias. Veamos algunos de sus usos más frecuentes.
Grandes proyectos de ingeniería
La fotogrametría aérea se suele utilizar por parte de ingenieros en grandes proyectos de construcción.
Dada su precisión al escanear a grandes distancias, los ingenieros usan drones o aviones para diseñar y evaluar grandes proyectos de construcción. Por ejemplo, la ubicación y el diseño de autopistas. Los datos de la fotogrametría métrica pueden servir para calcular cantidades de movimiento de tierras y proporcionar a los ingenieros civiles datos fundamentales del terreno. También es primordial para evaluar el progreso de los proyectos, ya que proporciona renders 3D fase por fase.
Cine y entretenimiento
Gracias a la fotogrametría, los sectores del videojuego y el cine han aumentado su potencial para crear entornos de aspecto realista. Combinando la fotogrametría y los escáneres 3D, los cineastas pueden crear diseños de decorados a partir de modelos precisos escaneados en 3D y superpuestos con información de color procedente de la fotogrametría. Así mismo, los diseñadores de juegos pueden crear entornos realistas y de alta calidad.
Ciencias forenses
La fotogrametría desempeña un papel crucial en la investigación de la escena del crimen y la medicina forense.
La fotogrametría métrica también desempeña un papel importante en la investigación forense del lugar del crimen. A veces, son los pequeños detalles los que marcan la diferencia. Ser capaz de capturar con exactitud la escena de un crimen o un accidente con medidas precisas puede ser crucial tanto en los casos judiciales, así como, tal vez más importante, para hacer más seguro nuestro entorno.
Por ejemplo, analizando las marcas de los neumáticos en una imagen de la superficie de la carretera, los investigadores pudieron determinar si las marcas de derrape coincidían con las dimensiones de un coche que conducía una mujer, y su posición en la carretera con respecto a un segundo vehículo que chocó con su coche y la dejó malherida. La fotogrametría métrica fue decisiva para aclarar las versiones contradictorias sobre la posición de los dos vehículos cuando se produjo el accidente.
Topografía
Los ayuntamientos e ingenieros civiles suelen utilizar la fotogrametría aérea para medir el terreno.
Los constructores, arquitectos y ayuntamientos también usan la fotogrametría métrica para determinar los límites de la propiedad, planificar proyectos de construcción o para el análisis de datos. Las imágenes por satélite también proporcionan esta información, pero la fotogrametría aérea ofrece una mayor precisión en zonas concretas.
Fotogrametría en el sector inmobiliario
También se usa la fotogrametría para crear modelos virtuales de las casas para que los futuros propietarios puedan verlas. Muchos compradores ya confiaban en los anuncios online para decidirse a comprar. Ahora, gracias a un cambio cultural inducido por la crisis, muchas empresas inmobiliarias han acelerado el salto a Internet. Por un precio muy inferior, la fotogrametría moderna permite a las agencias inmobiliarias crear una experiencia virtual de las viviendas que anuncian.
Cartografía
La fotogrametría se utiliza para cartografiar terrenos en 3D mediante fotos tomadas con drones, aviones o satélites. Con imágenes de alta resolución tomadas desde aviones o vehículos sumergibles, es posible crear modelos de zonas de difícil acceso (incluso bajo el agua) con un plazo de entrega mucho más rápido.
Las fotos tomadas desde drones, aviones o satélites se usan para cartografiar terrenos en 3D
Google Earth es, hasta la fecha, el proyecto más ambicioso que ha utilizado la fotogrametría para crear imágenes precisas del terreno. Google utiliza miles de millones de imágenes procedentes de múltiples fuentes ("Street View", imágenes aéreas y por satélite), todas ellas unidas para mostrar los detalles de una zona, incluidas las distancias precisas entre objetos como carreteras, marcas de carriles, edificios y ríos.
Arqueología
En arqueología, es absolutamente imprescindible poder cartografiar una zona y conocer la disposición y la estructura de un yacimiento. La fotogrametría métrica permite a los arqueólogos cartografiar una zona y documentar los objetos de interés con rapidez y precisión. La posibilidad de compartir los renders 3D también facilita la colaboración con otros arqueólogos que no se encuentren in situ.
Uno de los usos más comunes de la fotogrametría es la conservación del patrimonio.
PUNTO CLAVE
La fotogrametría se emplea en muchos ámbitos diferentes. Se aplica principalmente en situaciones relacionadas con la medición o para modelar objetos del mundo real.
Cuando no hay que usar la fotogrametría
A la hora de decidir si se opta por la fotogrametría o no, hay que tener en cuenta varios factores. Básicamente, las consideraciones que hay que tener en cuenta dependen de las necesidades del proyecto.
Fotogrametría métrica sin equipo especializado
Si el objetivo es hacer mediciones precisas y no es prioritaria la información del color, es conveniente utilizar la fotogrametría sólo si se dispone de un buen equipo de fotogrametría diseñado específicamente para aplicaciones relacionadas con la medición, como los sistemas de fotogrametría avanzados de Hexagon. Estos sistemas incluyen una cámara digital, un conjunto de objetivos y un conjunto de barras de escala calibradas con precisión para garantizar un equipamiento completo.
Kit completo de fotogrametría diseñado específicamente para aplicaciones de medición.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que, a pesar de su precisión, incluso un kit de este tipo generará una nube de puntos de poca densidad en comparación con un buen escáner 3D.
Alta precisión con una densa nube de puntos
Así que, en caso de necesitar una nube de puntos densa, así como precisión, la mejor opción es un escáner como Artec Eva, capaz de capturar y procesar simultáneamente hasta dos millones de puntos por segundo, con una precisión de hasta 0,1 mm.
Gracias a su tecnología de escaneo con luz estructurada, Eva capta con precisión casi todo tipo de objetos, incluso aquellos con superficies negras y brillantes, sin necesidad de marcadores, lo que lo convierte en una solución ideal.
Datos de color y textura sin necesidad de una cámara de alta gama
Sin embargo, si se quiere usar la fotogrametría para capturar texturas y no para realizar mediciones, hay que tener en cuenta que el equipo fotográfico que se use para la fotogrametría sea de mejor calidad que un escáner como Artec Space Spider o Artec Leo, que son escáneres que capturan texturas.
La cámara utilizada para capturar la textura debe ser de mejor calidad que un escáner que capture la textura, como Artec Space Spider o Artec Leo.
Los profesionales del cine o del diseño de videojuegos disponen de equipos fotográficos de alta gama. Estos equipos tan específicos generan imágenes de muy alta calidad, que probablemente superan la textura de la cámara de un escáner 3D normal.
Dicho esto, este tipo de fotogrametría no utiliza marcadores y, por tanto, es propensa a la inexactitud. Así que incluso con una cámara de alta calidad, lo mejor es usarla junto con un escáner 3D profesional que genere un modelo preciso para aplicar la textura. Todos los escáneres de Artec 3D son capaces de escanear sin marcadores, por lo que son una excelente opción para utilizar en este tipo de fotogrametría.
Inconvenientes de la fotogrametría
En general, las desventajas de la fotogrametría son que requiere mucho tiempo, conocimientos técnicos para llevarla a cabo correctamente y, aun así, puede no dar los frutos deseados cuando no se dan las condiciones idóneas. Hay que hacer decenas, y a veces cientos, de fotos una a una, y asegurarse de que la calidad de cada una de ellas es buena y de que se solapan correctamente.
Además, hay que asegurarse de que no haya cambios drásticos en las condiciones de iluminación de una foto a otra, siempre y cuando la iluminación de la escena no esté totalmente controlada. Por ejemplo, la sombra proyectada sobre el objeto en una foto también aparecerá en el modelo final.
La fotogrametría precisa de una buena iluminación, por lo que hay que planificar y preparar la escena adecuadamente.
En cambio, la mayoría de los escáneres 3D manuales generan su propia luz e iluminan al sujeto durante el escaneo. Por tanto, a menos que el objetivo sea obtener una textura de buena calidad a partir del escaneado, el trabajo es mucho más liviano que el de la fotogrametría. Con los escáneres 3D de mano, es mucho más fácil preparar la escena.
PUNTO CLAVE
En general, es mejor usar un escáner 3D cuando se quiere una nube de puntos densa y muy precisa. La fotogrametría funciona bien cuando queremos una textura fotorrealista y tenemos una cámara de gran calidad, mejor que la de un escáner 3D. Si se dispone de un equipo profesional y se quiere obtener una nube de puntos poco densa, se puede utilizar la fotogrametría para hacer mediciones.
El escáner Artec Leo viene con una pantalla táctil que crea una réplica en tiempo real mientras se escanea, ofreciendo una experiencia de escaneo totalmente móvil. Este dispositivo cuenta con procesamiento automático integrado, batería incorporada y conexión inalámbrica que le permite hacer streaming en un segundo dispositivo. Con Artec Leo, escanear es muy parecido a grabar un vídeo.
Eso sí, la fotogrametría tiene sus ventajas. Puede realizarse a un coste menor comparado con el escaneado 3D. También funciona bien si se escanea un área grande, normalmente de varios metros.
Combinación de fotogrametría con escaneo 3D
Resumiendo: si la textura es algo secundario y es más importante producir nubes de puntos densas con poco ruido y una gran precisión, lo mejor es el escaneo 3D. Los mejores escáneres 3D permiten un escaneo extremadamente rápido, un procesamiento automático y una precisión de punto 3D finísima.
En cambio, cuando el proyecto requiere texturas y modelos realistas, y se dispone de un equipo fotográfico de alta gama, se recomienda usar la fotogrametría. El inconveniente es que con la fotogrametría para texturas hay que conformarse con una geometría imperfecta. La razón es que para obtener la textura se necesitan más fotos, y éstas se toman sin marcadores. Esto implica mucho ruido y artefactos, e inevitablemente se pierde precisión.
Si se necesitan texturas y modelos realistas, y se dispone de un equipo profesional, la fotogrametría es una buena solución, aunque no ofrece la precisión geométrica de un escáner 3D.
También se puede aprovechar lo mejor de ambos métodos combinando la fotogrametría con los datos de escaneo 3D, técnica que se muestra en el siguiente vídeo, en el que se utiliza la fotogrametría junto con Artec Eva para crear este impresionantemodelo de coche.
Los datos geométricos de un escáner 3D pueden combinarse con la textura de una cámara de alta gama para crear un renderizado extremadamente preciso.
Tenemos también este ejemplo dezapatillas de deportecapturadas con un Artec Space Spider de mano, por ejemplo. El modelo final se unió mediante más de 300 imágenes y se combinó con los datos del escaneo. El color y el nivel de detalle son excelentes.
La combinación de ambos es la mejor solución, y la preferida por los más exigentes. Por ejemplo, las imágenes de un conjunto de cámaras colocadas alrededor del presidente Barack Obama se combinaron con los datos del Artec Eva para crear el primer retrato 3D de un presidente estadounidense.
Las cámaras ofrecen una textura muy detallada al tiempo que la precisión del escáner 3D genera una estructura con el mínimo ruido para poder aplicar la textura.
PUNTO CLAVE
Utilizar una cámara de alta gama para la textura y un escáner 3D profesional para los datos geométricos para después combinar los dos utilizando un software como Artec Studio proporcionará los mejores resultados: una textura impresionante y datos geométricos con poco ruido y muy precisos.
Software de fotogrametría
Hay una gran variedad de programas de fotogrametría en el mercado. Investigando un poco, se puede encontrar todo tipo de aplicaciones, desde gratuitas hasta programas que cuestan mucho dinero. Todo depende de las necesidades y de los recursos de los que se disponga.
Para quienes se inician en la fotogrametría, es conveniente empezar con soluciones gratuitas como 3DF Zephyr, Meshroom o Visual SFM. Pero estas ofrecen funciones limitadas y pueden ser más lentas o producir resultados menos precisos. También hay que instalar plug-ins adicionales para hacer cosas como crear mallas texturizadas con color.
Las opciones más completas son Elcovision, iWitness o Photomodeler. MetaShape, Pix4D y Reality Capture también funcionan bien.
Para fotogrametría para la metrología, el software Aicon 3D Studio de Hexagon cuenta con potentes e inteligentes herramientas. El software también ofrece la posibilidad de interactuar con PolyWorks a través de un plugin. PolyWorks es compatible con una amplia gama de funciones de medición 3D y suele ser suficiente para la mayoría de las tareas de fabricación industrial.
Para los profesionales de CGI o quienes quieran lo mejor en cuanto a geometría y textura, Artec Studio 16 ofrece un flujo de trabajo sencillo que consigue una geometría perfecta, así como una excelente calidad de textura. El software se ha actualizado para que el mapeo de la textura en la malla 3D sea perfecto.
Los premiados escáneres 3D de Artec escanean son capaces de escanear con una precisión extrema, alcanzando los mejores resultados del sector, como la precisión de hasta 0,05 mm de Artec Space Spider, uno de los modelos de mano, y una precisión aún mayor de hasta 10 micras con Artec Micro, un escáner de sobremesa.
Con las potentes herramientas de Artec Studio 16, se pueden alinear con gran precisión y automáticamente las fotografías de una cámara de alta resolución con los escaneos 3D de escáneres de precisión metrológica, y así conseguir modelos 3D súper realistas.
