Capturando el espacio en un instante // Introducción a la Fotogrametría
“Las opiniones, hechos e interpretaciones expresadas en esta publicación, que no han sido sometidas a revisión editorial o de otro tipo, son de exclusiva responsabilidad de sus autoras y pueden no coincidir con las de Adalab.”
Simplificamos por naturaleza. Creamos modelos más o menos ‘reducidos’ de la realidad que nos rodea para poder comprenderla, asirla, trabajar con ella. Modelos matemáticos. Lenguajes de programación con los que hacemos programas. Símbolos. Códigos. Abstracciones.
Sin entrar en el ‘mundo de lo digital’, centrándonos ‘simplemente’ en el ‘mundo de lo tangible’, observamos una realidad tan compleja, imperfecta, rica en detalles, en elementos únicos, errores, singularidades y excepciones… que parecería muy difícil de capturar. No se parece mucho a un modelo ‘perfecto’.
Este artículo pretende ser una breve y muy personal introducción al mundo de la fotogrametría, técnica empleada para ‘capturar’ fragmentos de la realidad tangible a partir de fotografías y crear modelos digitales en 3 dimensiones con la mayor riqueza posible.
Pero vayamos al lío. Por partes.
Fotogra-metría // La ciencia (y arte) de medir sobre fotografías.
Etimológicamente, a parte de ser un poco trabalenguas, la palabra ‘fotogrametría’ nos habla del principio básico que la sustenta: la ‘medición sobre fotografías’. Actualmente no realizamos esos cálculos manualmente, sino que nos apoyamos en software especializado para procesar grandes conjuntos fotográficos buscando tantos patrones y puntos en común como sea posible, elaborando relaciones trigonométricas entre ellos.
Suena complicado pero el principio es muy simple y es el mismo que usa nuestro cerebro al recibir dos imágenes distintas (una de cada ojo, con encuadres ligeramente diferentes). Mediante un proceso de ‘visión estereoscópica’, las analizamos y somos capaces de generar mentalmente una sola imagen tridimensional, con relieve y profundidad. La fotogrametría se basa un proceso muy análogo a éste.
¿Pero qué es lo que obtenemos como resultado? Modelos digitales de nube de puntos, que no contienen más que coordenadas espaciales tridimensionales (x, y, z) + información de color (rgb: red, green, blue). Es decir, reducimos la realidad tangible a una lista (array) enorme de millones de puntos, donde cada elemento contiene a su vez otra lista (array) de 6 números con dicha información (disculpad… estoy muy a tope aprendiendo JavaScript y a la que me despisto me vengo arriba…!).
¿Demasiado abstracto aún? Veamos sus posibles usos.
Aplicaciones // Todas lo que puedas imaginar.
Como muchas sabéis, en la actualidad estoy inmersa en un curso intensivo de programación front-end en Adalab, y una de las cosas que más me emocionan es poder trabajar día a día con mujeres de disciplinas muy distintas. Al igual que el mundo de la programación es indiscutiblemente transversal a cualquier ámbito, también podríamos relacionar la fotogrametría con muchos de los sectores de mis compañeras #adalabers:
- Arquitectura! 🏠 Realizamos ‘levantamientos arquitectónicos’ que no son otra cosa que la creción de documentación técnica gráficamente a través de planimetría 2d (planos, alzados, secciones) con técnicas que evolucionan con el paso de los años. En ocasiones también los ‘modelamos en 3d’, con múliples finalidades. La irrupción de la técnica fotogramétrica en este ámbito supone un cambio enorme y también desafío con muchísimas posibilidades. Particularmente en el mundo de la Rehabilitación, donde siempre se parte de lo ya existente como materia prima en cualquier proyecto.
Soy arquitecta, y me embarqué en la aventura de la fotogrametría de forma autodidacta junto a mi compañero Adriano Redondo hace un par de años desde esta disciplina. - Arqueología! 🏛 Fue y es una de las disciplinas pioneras en la fotogrametría. Totalmente ligada a labores de conservación de patrimonio, lleva muchos años en temas de ‘patrimonio virtual’ (patrimonio desaparecido, o en peligro de desaparición ‘conservado’ o ‘registrado’ digitalmente).
- Cartografía, territorio! 🌎 Sin duda, el origen. Los Sistemas de Información Geográfica ️(SIG o GIS) son la avanzadilla de análisis súper potentes de imágenes ráster ortográficas y satélite. Google lleva años usando estas técnicas para generar su modelo terrestre y las increíbles reconstrucciones 3d de las calles que habitamos.
- Medicina, cirugía! 👩🏾⚕️ Tiene múltiples aplicaciones, pero si pensamos por ejemplo en el diseño de prótesis, necesitamos un modelo digital anatómico lo más preciso posible de partida sobre el cual diseñar y por último fabricar (con impresión 3d, por qué no!) las prótesis.
- Arte, mundo audiovisual! 👩🏻🎤 Montones de aplicaciones, tantas como creatividad al poder! Recuerdo la primera vez que vi el videoclip House of Cards de Radiohead hace 11 años… todavía me parece brutal!
- Videojuegos! 🎮 Últimamente está apostando mucho por el realismo y ‘escanear’ entornos reales e introducirlos a modo de ‘assets’ increíbles en sus escenarios 3d.
- Ingeniería! 🗼 Por ejemplo para el control pormenorizado de deformaciones en las estructuras civiles/arquitectónicas.
- Criminología! 👮 Para registrar espacialmente y con todo detalle determinadas escenas de un crimen, o reconstrucción de accidentes.
Son las más evidentes, pero podemos pensar en muchas otras (moda, ergonomía…). En definitiva, cualquier disciplina que trabaje con la ‘realidad tangible’ podría encontrar en la fotogrametría alguna utilidad en su campo.
Pero sigamos avanzando, comenzando… por el principio.
Esta historia empieza con globos aerostáticos, cometas, palomas… y muchísimo ingenio.
Como ocurre con otras técnicas digitales actuales, pudiera parecer que hablamos de algo hiper-innovador-súper-moderno… pero no. A lo digital siempre le precede lo analógico (y sí, estudio programación pero déjenme hacer un pequeño alegato de lo analógico y del trabajar con nuestras manos… no creo que ambos mundos sean excluyentes). Y es que la evolución histórica de cualquier técnica o disciplina sigue paso a paso la evolución de las tecnologías que inventamos.
Los fundamentos de la fotogrametría preceden incluso a la misma invención de la fotografía puesto que se basan en los cimientos mismos de la perspectiva, trigonometría, proyecciones… podríamos irnos cuantos siglos atrás quisiéramos. Parece ser que el término ‘fotogrametría’ como tal empezó a usarse en torno a 1840, todavía ligado al uso de daguerrotipos.
Pero si nos vamos directamente a los inicios de la fotografía, muchos de sus pioneros ya visionaron en este nuevo arte muchísimas posibilidades científicas, entre ellas la captura de imágenes como método para establecer relaciones trigonométricas. Como sucedió con la cartografía, esto despertaría gran interés en el sector militar muy preocupado por la descripción y control del territorio, dándose por tanto un fuerte empujón a la toma de fotografías aéreas… Pero despeguemos ya!
Todos estos ingeniosos avances fueron previos a la invención del aeroplano… imaginad el salto que supuso en este campo. Sin detenerme en ellas, las décadas se suceden y la tecnología en la que se basa la fotogrametría sigue una evolución constante e imparable, pasando de la que denominaríamos como ‘fotogrametría analógica’ a la actual ‘fotogrametría digital’.
Y en esas andamos… ¡Así que pongamos todo esto en práctica!
Caso práctico // Campus Madrid, mi lugar de estudio diario.
Como ya he comentado, paso mis días junto al resto de compañeras en el Campus Madrid de Google, y sí, está siendo todo muy intenso, pero confieso que lo estoy disfrutando muchísimo ♥
Aprovechando este ir y venir diario, y que este bello edificio neomudéjar me pareció desde el comienzo bastante singular, dedicí apoyarme en el siguiente caso práctico para apoyar este árticulo: intentar generar en muy poco tiempo un modelo fotogramétrico básico de la fachada de Campus Madrid.
De esta forma podría ilustrar este proceso (quizás a priori un poco abstracto o ajeno para mucha gente), y así evitar limitarme al plano puramente teórico.
Metodología
A. Trabajo de campo
Generalmente a lo largo de varias sesiones, dependiendo de la escala del objeto de estudio (desde un pequeño objeto, al exterior y/o interior de un edificio, conjunto de ellos, o fragmento de territorio… y que vengan los drones!).
- Planificación! Sí, aquí también. Clave! Estudio del objeto y su entorno, en este caso la fachada principal del edificio Campus Madrid. Posibilidades de acceso, condiciones de iluminación… todas estas cuestiones son fundamentales y es determinante pensar y planificarlas bien desde el principio en cualquier proyecto. Repercutirán muchísimo en las fases posteriores.
- Toma de fotografías desde distintos ángulos. Base del proceso fotogramétrico. Equipo: cámara Reflex y trípode.
- Toma de medidas reales de referencia. Para poder ‘escalar’ el modelo digital a posteriori. Solemos tomar unas cuantas con el medidor láser para tener suficientes medidas de comprobación.
- Post-procesado de las imágenes tomadas. Para alterar balances generales, resolución de todo el conjunto, etc. Cuanto más automatizado sea este proceso, mejor, ya que trabajamos con grandes conjuntos.
B. Procesamiento mediante software fotogramétrico
Generalmente a lo largo de varios días, semanas o meses, dependiendo de la escala y complejidad del objeto, el número de partes o bloques, el nivel de detalle requerido, y por supuesto el software y el hardware del que dispongamos…
- Alineación de las fotografías. Mediante software calculamos la posición en la que fueron tomadas las fotografías, base para los cálculos posteriores. En este momento se genera una nube de puntos inicial a baja resolución, basada en las posiciones estimadas. A menudo necesitaremos detectar y solucionar problemas en este paso para seguir avanzando.
- Construcción de nube densa 3d. Mediante software correlacionamos y triangulamos enormes cantidades de puntos en el espacio, según la resolución que necesitemos. El resultado: ‘nubes de puntos’ muy densas con información espacial y de color RGB.
- Construcción del mallado 3d. En la mayoría de las ocasiones nos interesa también generar una ‘malla 3d’ a partir de los puntos obtenidos. En ese caso, necesitamos procesarla y posteriormente también generar y proyectar su ‘textura’ creadas a partir de nuestras fotografías. Y posiblemente simplificarla mediante procesos de ‘retopologización’ para reducir el número de polígonos pero manteniendo la geometría.
Resultados!
Nota: Tras la primera imagen, los resultados se han mostrado temporalmente con .gif animados por resultar más didácticos que imágenes estáticas. En algunos casos pueden resultar pesados… En cuanto pueda los sustituiré por vídeos .mp4 más ligeros y optimizados.
The End // Recopilación final de proyectos.
Para concluir, me gustaría compartir con vosotras una selección de pequeños proyectos a lo largo de nuestro propio proceso de aprendizaje, con escalas y aplicaciones diferentes.
FIN! Espero que os haya sido de interés… Gracias por llegar hasta aquí! :)
