Fotogrametría de bajo coste: la democratización de técnicas profesionales de digitalización

Hemos estado tentados de titular este artículo “fotogrametría low cost” pero las connotaciones negativas que tiene ese concepto anglosajón -relacionadas con la baja calidad de un servicio barato- no se corresponden con lo que ofrece la fotogrametría digital de bajo coste.

Cada curso online nos impulsa a mantenernos actualizados en el uso de las últimas técnicas de documentación y representación del patrimonio, nos obliga a crear nuevos retos para los alumnos y a llevar a sus límites las distintas técnicas que utilizamos. Ahora volvemos, desde dentro de KORÉ, con una nueva edición del curso online de “Introducción a la Fotogrametría Digital para la documentación 3D en patrimonio y lo hacemos probando una nueva versión de Agisoft Photoscan, nuevas aplicaciones de distintos software libres como Blender o Instant Meshes y la impresión de modelos complejos en 3D.

Portada Articulo

  1. Fotogrametría con smartphone y pocas fotografías

A lo largo de estos últimos cinco años hemos ido observando cómo resultaba cada vez más sencillo obtener modelos fotogramétricos de alta calidad sin disponer de un equipo fotográfico profesional, sin calibrar las cámaras e, incluso, utilizando el modo automático de las mismas. Bien es cierto que los mejores resultados se consiguen cuando controlamos todos los parámetros pero también lo es que cada vez es posible obtener modelos 3D más precisos con equipos más accesibles a todo el mundo y de forma cada vez más automatizada.

Para llevar a cabo el modelo 3D que mostramos en este ejemplo hemos tomado 27 fotografías con un smartphone Huawei Mate 10, que cuenta con una cámara doble trasera de 20 MP monocromo + 12 MP RGB y con una apertura de f1.6. Sin embargo, los smartphone de gamas más bajas cada vez incorporan cámaras de mayor calidad que son igualmente válidas para obtener precisos modelos fotogramétricos.

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Gracias a estas 27 fotografías llevamos a cabo el modelo 3D en la última versión de Agisoft Photoscan Standard Ed. -la 1.4.0-, que incorpora algunas novedades con respecto, sobre todo, a la disposición de las herramientas de edición del objeto y de la nube de puntos. Photoscan ofrece una versión de prueba mensual -que utilizaremos durante el curso de fotogrametría- y, además de la edición profesional, esta edición standard que incluye las herramientas básicas de generación de modelos 3D y que, por el momento, se trata de la alternativa comercial más potente y barata para llevar a cabo nuestros modelos 3D.

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La clave para la obtención de un buen modelo 3D fotogramétrico está siempre en la disposición de las fotografías y en la calidad de las mismas. Una vez tenemos una serie de fotografías tomadas desde los puntos adecuados, podemos obtener nubes de puntos como ésta, de más de 21 millones de puntos, que nos permiten conseguir un preciso modelo 3D.

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Una vez obtenemos el modelo 3D final llevamos a cabo un proceso de decimado (reducción del número de polígonos del modelo) que nos permita trabajar con él en otros software.

2. Retopología del modelo en Instant Meshes

Dado que nuestro objetivo final era la obtención de distintos productos a partir de un mismo modelo 3D fotogramétrico, entre ellos un visor 3D correcto y una impresión 3D, tuvimos que plantear la retopología del modelo obtenido para cerrar mejor los huecos existentes en aquellas zonas de las que no disponíamos fotografías.

Utilizamos para ello el software libre Instant Meshes que permite, de forma muy intuitiva, convertir los polígonos triangulares de nuestra malla fotogramétrica en quads (polígonos cuadrados) con una organización más regular que permite un mejor trabajo manual con ella.

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3. Cierre de huecos en Blender y preparación del modelo para el visor 3D e impresión 3D

El siguiente paso es importar a Blender, el conocido software libre de diseño 3D, el modelo 3D fotogramétrico original y el modelo 3D con retopología, segurándonos siempre de mantener ambos colocados en el mismo sitio dentro del escritorio 3D del programa -pues esto nos será necesario para bakear después las texturas-.

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Procederemos entonces al cierre de huecos de nuestro modelo, creando la geometría que falta para que el modelo resultante no presente ningún orificio que quedaría mal en un visor 3D e imposibilitaría la impresión 3D del modelo. La geometría regular, basada en quads, nos resultará tremendamente útil para poder cerrar con cierta rapidez estos huecos de nuestro modelo.

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Una vez tenemos cerrado todo nuestro modelo procedemos al bakeado de las texturas de color y de normales para que el modelo low poly con retopología se visualice exactamente igual que el modelo high poly. Podemos cerrar también la parte trasera para que el modelo quede encuadrado en una suerte de “caja” y tenga volumen en su parte trasera.

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4. Visor 3D en Sketchfab

Una vez hemos llevado a cabo todo este proceso podremos crear un visor 3D de alta calidad en Sketchfab que nos permita compartir nuestro modelo de forma interactiva:

5. Impresión 3D del modelo

Finalmente llevamos a cabo la impresión 3D del modelo resultante. Para ello durante la preparación en Blender separamos el modelo 3D de la aldaba en dos partes: por un lado la argolla y por otro su soporte, ya que buscábamos que el modelo 3D impreso fuera articulado.

 

La impresión fue preparada en el software libre CURA, a un tamaño de 12 cm de alto, con una resolución de impresión de 80 micras, a una velocidad de 60 mm/s. De este modo, ambas piezas se imprimieron en un total de 8 horas.

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El resultado final fue la obtención de un modelo 3D impreso y articulado de alta calidad.

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Para acabar esta amplia entrada, os dejamos un pequeño vídeo de todo el proceso de trabajo:

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