El escaneado de objetos mediante la técnica de la fotogrametría ha sido un tema sobre el que han tratado varias entradas de este blog. También se ha presentado con anterioridad un proceso para convertir un vídeo de unos pocos segundos a un conjunto de imágenes superpuestas, ideal para procesar mediante esta técnica esculturas al aire libre o, incluso, piezas arquitectónicas.
Sin embargo, hasta ahora, los escaneados a partir de vídeo se habían hecho con vídeos de pocos minutos, generalmente con un solo barrido del objeto, que daban como resultados objetos con pocos detalles o, en el caso de objetos de grandes dimensiones, zonas poco definidos, debido a la dificultad de acceso a las zonas más elevadas.
En este punto, se me presentó la oportunidad de realizar el escaneado del Baró de Patraix, un «gegant» de unos 4m de altura, creado or los artistas falleros Ceballos y Sanabria, con la colaboración del modisto Francis Montesinos para la Asociación Vecinal de Patraix y que forma parte de la tradición festiva de dicho barrio valenciano.
Escaneando un objeto de grandes dimensiones
El objetivo del escaneado era obtener un versión digital del mismo para que se pudiesen hacer réplicas a diversa escala, por lo que debía de tener el suficiente nivel de detalle para que las impresiones quedasen bien.
Dadas las grandes dimensiones del objeto, la opción del vídeo envolvente parecía la más adecuada, eso sí, con un vídeo más extenso que los que había hecho hasta el momento, que fuese capaz de capturar todos los detalles, especialmente del traje y las manos.
Así, llegados a este punto, cabían dos posibilidades para realizar el vídeo:
- Hacer girar al gigante (alguien dentro dando vueltas sobre sí mismo) y usar una escalera para hacer llegar la cámara a las partes más elevadas de la figura.
- Dejar el gigante fijo y girar a su alrededor haciendo el vídeo.
Puesto que lo que más costaba era sacar al gigante de su ubicación permanente (si os interesa, lo podéis visitar con total libertad en el Complejo Deportivo Patraix), se optó por hacer el escaneado de las dos maneras. De ese modo, sacamos al gigante a la calle, para aprovechar la iluminación natural, sin sol directo y procedimos a la realización del escaneado por los dos métodos.
Veamos los resultados obtenidos con cada una de las dos técnicas.
Escaneado girando el objeto
Este método es más similar al utilizado en objetos pequeños, en el que se pone el objeto sobre una peana, la cámara en un trípode y se va fotografiando a medida que se gira la peana. Cuando se da una vuelta entera, se cambia el ángulo de la cámara y se vuelve a empezar.
En este caso, no había peana, sino una persona dentro del gigante que iba dando vueltas sobre sí mismo mientras yo, con el móvil iba capturando el vídeo, subiendo y bajando por una escalera cada vez que se completaba una vuelta.
El resultado fue un vídeo de 3 minutos del que se obtuvieron 860 imágenes JPG.
El procesado de dichas imágenes se alargo durante más de 3 días y, pese a que las fotos eran bastante buenas, el resultado fue poco satisfactorio ya que la reconstrucción del modelo 3D dejó algunas zonas mal definidas, como la frente o las mejillas.
Estas imperfecciones se pueden corregir con un poco de paciencia siguiendo las técnicas explicadas en esta otra entrada, pero resultaba algo frustrante que, después de más de 3 días procesando, se hubiese obtenido un modelo con tantas imperfecciones.
Hay que decir que, en este caso, la iluminación juega en nuestra contra ya que al girar el modelo, la luz incide de forma diferente en cada posición y eso confunde mucho al programa que procesa las imágenes. Por eso, como veremos, el resultado con el siguiente sistema, es mucho más satisfactorio.
Escaneado girando la cámara alrededor del objeto
En esta otra variante, el registro del vídeo se hace dejando el objeto fijo y moviendo la cámara alrededor, de forma envolvente. De este modo, las condiciones de iluminación no cambian y lo único que hay que procurar es no hacer sombra sobre el objeto. Como he comentado, el gigante estaba en una calle sin sol directo y, por tanto, eso no era un problema.
Lo que sí era un problema era llegar con el móvil a las partes más elevadas (la cabeza) para registrar correctamente todas las partes de la figura. En este caso, como era la cámara la que daba vueltas al objeto, la opción de la escalera ya no era viable. Hacía falta algo que permitiese estirar el brazo por encima de los dos metros y medio, algo que además, tuviese una sujeción adecuada para evitar que el teléfono movil pudiese caerse. Vaya, que hacía falta un palo selfie.
Así pues, con la ayuda del palo selfie, hice el vídeo alrededor del gigante, con una duración de 2’45min y del que se han obtenido 828 imágenes JPG. El procesado de las imágenes duró en este caso poco más de 8h y, como se puede apreciar a continación, con unos resultados mucho más interesantes:
He de decir que, pese a todo, me hubiese hecho falta un palo selfie más largo, ya que el que tenía no llegaba correctamente a la parte superior de la cabeza. Si os fijáis, al modelo se le ha generado un tupé un poco más exagerado que el del original.
Respecto a la duración del proceso, he de reconocer que, en el primer caso, cometí el error de configurar el programa en alta calidad, lo que dilató el proceso y no mejoró precisamente el acabado. En el segundo caso, se utilizaron las opciones por defecto del programa, reduciendo significativamente el tiempo y también mejorando el resultado (las imágenes eran mejores, al mantenerse fija la iluminación y reflejos).
Imprimiendo
Una vez obtenido el modelo en 3D, había que pasar a la siguiente fase, la de la impresión. Para ello, preparé varias variantes del modelo, cortándolo más arriba o más abajo, siguiendo las instrucciones comentadas en esta otra entrada. Mi preocupación principal era la impresión de las manos y, en particular, de los dedos, al ser la parte más delicada del modelo.
Efectivamente, las primeras pruebas acabaron con un gigante con los dedos mutilados:
Las extremidades, al sobresalir, necesitan de unos soportes para que se puedan imprimir correctamente, pero al intentar quitar los soportes, estos quedan ligeramente pegados a la pieza y las partes más sensibles acaban yéndose con el soporte. Este era el caso de los dedos meñiques.
Para tratar de reducir esa problemática, hice dos modificaciones en las opciones de la generación del laminador:
- Cambiar la estructura de soporte a la tipo «Árbol». Esto genera soportes menos aparatosos, haciendo más fácil su eliminación.
- Cambiar «Colocación de soporte» a «Tocando a la placa», para que solo generase soportes sobre la placa y no sobre la misma figura.
Tras volver a imprimir con estos ajustes, aunque el soporte se pudo eliminar con más facilidad, los dedos meñiques siguieron siendo víctimas del proceso, ya que seguía habiendo partes que era difícil eliminar sin romper el dedo.
Hay que decir que, en este caso, la fragilidad de los dedos tenía que ver con las dimensiones de la impresión. Al trabajar con una impresora doméstica pequeña, la pieza no se podía hacer muy grande y, por tanto, los detalles quedaban más pequeños. Quizá en una impresión más grande, los dedos tendrían mayor solidez y no se hiubiesen roto con tanta facilidad.
Decidí abordar el problema de otra manera: cambiar la posición de impresión de la figura para evitar que se tuviesen que hacer soportes en las manos. Para ello tumbé la figura unos 80º, de modo que las manos y los dedos quedasen siempre por encima de la capa anterior. En este caso, todos los soportes irían a la espalda de la figura, que al ser sólida no supondría ningún problema al «romper» los soportes.
El resultado, en este caso, sí que fue el esperado:
Como se puede apreciar en la siguiente imagen, una vez quitados los soportes, están todos los dedos en su sitio:
Para completar, realicé una impresión del modelo sin las manos, de hombros para arriba, para poder apreciar los detalles de la cara:
Este es el resultado:
Conclusiones
El escaneado de piezas grandes usando la técnica del vídeo da unos resultados más que aceptables, sin embargo, es fundamental tener en cuenta aspectos como la buena iluminación del objeto, evitando los reflejos y la luz directa, así como los cambios que pudiesen derivarse de mover el modelo. Es mejor que se mueva la cámara alrededor del objeto a escanear.
Otro aspecto muy importante es poder capturar suficientemente bien los detalles desde todos los ángulos, para evitar que el programa de procesado tenga que inventarse partes. Quizá, para objetos muy grandes, sería interesante valorar el uso de un dron para obtener un vídeo desde todos los ángulos (y con mucho cuidado de que el dron no haga sombra sobre el modelo).
También se ha observado que, como ya sospechaba, aumentar los parámetros de calidad del software que realiza el análisis de las imágenes no suele mejorar el resultado (o incluso lo empeora, al tener que generar mucho más vértices en la malla) y lo que si provoca son tiempos de procesado mucho más largos.
Respecto a la impresión, la eliminación de soportes siempre es muy delicada en piezas complejas y esta no ha sido una excepción. En estos casos, la mejor es opción es tratar de evitar los soportes o ponerlos en zonas más resistentes.
Con todo, los objetivos del proyecto se han cumplido pues se tiene un modelo 3D del que se pueden extraer fácilmente réplicas. Para ello, solo han hecho falta un smartphone, un palo selfie y un ordenador. Una vez más, la técnica de la fotogrametria se muestra como una eficiente y económica técnica para escanear objetos en 3D.