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 Mementoo 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

Taller de holografías especulares

El pasado 4 de marzo, en el marco de la Semana de la Ciencia del IES Politécnico, nuestros alumnos del Ciclo Superior de Proyectosde Edificación Ángel y Andrés, colaboraron impartiendo un taller de holografías especulares a los alumnos de 3º de la ESO.

Las holografías son uno de los elementos que hemos investigado junto con nuestros alumnos, pero que no los hemos incorporado a la práctica docente, por considerarlos de escasa utilidad a la hora de presentar proyectos de edificación, al representar los elementos excesivamente pequeños para lo que se requiere en la exposición de proyectos arquitectónicos.

La técnica consiste en disponer algunas superficies sobre las que se refleje el elemento a proyectar, por ejemplo una vivienda con sus fachadas norte, sur este y oeste. Si tenemos cuatro figuras a proyectar, necesitamos cuatro superficies que reciban esa proyección, por lo que una pirámide truncada e invertida (con la base pequeña abajo y la grande arriba) de material reflectante es el elemento necesario para trabajar con este tipo de holografías.

Si disponemos en un soporte digital, por ejemplo una tablet o teléfono inteligente, las cuatro fachadas de forma consecutiva y radial, con la base hacia el centro y la cubierta hacia fuera, como los pétalos de una flor (u ocupando las 3, 6, 9 y 12 horas de un reloj) y dejando un espacio central para colocar la pirámide invertida.

Por último, necesitaremos una cámara oscura para apreciar los elementos proyectados, puesto que a la luz del día se pierde mucho contraste. Este aspecto lo hemos solucionado con una caja de zapatos pintada de negro o forrada con papel o cartulina negra, dejando una de las caras laterales abiertas para ver el resultado de la holografía. 

El taller consistió en:

·         La creación de la pirámide truncada a partir de una lámina de acetato, para recibir la imagen reflejada.

·         La generación y disposición de imágenes en un medio digital de los antes comentados.

·         La adecuación de una cámara oscura con una caja de zapatos y por último,

·         La realización de la experiencia de la holografía especular.

Para esta experiencia se ha contado con los móviles y/o tabletas de los alumnos de 3º de la ESO y para los que no tenían esos dispositivos se pidieron prestadas al CEP de Málaga unas tabletas digitales.

Aprovechado la utilización de medios digitales en el aula, nuestros alumnos también realizaron una demostración de Realidad Aumentada adaptada a ese nivel educativo mediante la presentación tridimensional de diferentes dinosaurios. Estas experiencias se pueden realizar en el IES Politécnico por la amplia variedad de niveles y estudios de nuestro centro educativo, lo cual permite compartir experiencias educativas entre los propios alumnos de diferentes edades y estadios educativos.

Por último, agradecer a Ángel y Andrés su colaboración y trabajo para que esta actividad educativa se haya podido realizar dentro de la Semana de la Ciencia de nuestro instituto.

Book Edificación 2016, IES Politécnico Málaga

Por Lidia y Elisa

Ha sido un placer colaborar con el departamento de Edificación para hacer el book promocional que desde hace algunos días podéis ver y descargar en la parte superior derecha del blog. Desde luego, haber sido alumnas nos ha ayudado a diseñar el book lo más real y fiel a lo que podemos encontrar cuando cursamos el ciclo de Proyectos de Edificación en el IES Politécnico Jesús Marín de Málaga.

La idea era poder transmitir a los interesados, de forma breve pero detallada, lo que se encontrarán una vez matriculados en el ciclo. Los profesores nos dieron los textos, y nosotras empezamos a trabajar en un diseño simple, claro y directo; de tal manera que al ir pasando las páginas, se vaya concretando el contenido de cada una de las asignaturas, aquí llamadas módulos, y no se pierda la atención en otras cosas que no sean el mensaje que se quiere dar.

En la mayoría de las páginas podemos encontrar de fondo una imagen o fotografía relacionada con cada módulo y que nosotras mismas tomamos en las diferentes tareas que se realizan en el curso. Por ejemplo en la página 7, en el apartado de ‘Replanteos de Construcción’, aparece una foto de un compañero realizando una de las prácticas de ese módulo. En concreto, estamos realizando una comprobación del desnivel de la acera con una estación topográfica. Con ello se transmite la idea de que no solo se realizan cuestiones teóricas en este ciclo, si no también son muchas las clases prácticas, que a nuestro entender, ayudan a fijar mejor los contenidos.

En el siguiente apartado, ‘Diseño y Construcción de Edificios’, tras la descripción del módulo, aparece un trabajo real, que me sirvió para mi evaluación en uno de los trimestres. Es uno de los proyectos que se solicitan diseñar con programas de Diseño Asistido por Ordenador. Más tarde le dí color con un programa de retoque fotográfico para darle un acabado más atractivo, es el aspecto con que lo veis ahí. Si bajamos unas páginas más, vemos de fondo, en el apartado ‘Mediciones y Valoraciones’, ejemplos de presupuestos realizados con programas específicos para este tipo de actividad, este ejercicio de clase es de las reformas de uno de nuestros trabajos realizados durante el segundo año del ciclo.

El contenido de todos los módulos es importante, depende del sector en que vayas a realizar tu trabajo que uses más lo aprendido en uno u otro módulo. En nuestra experiencia en estudios de arquitectura nos resultó interesante lo que podemos encontrar en las páginas 15 y 16, en los módulos de ‘Edificación Residencial’y ‘Edificación No Residencial’; como es el modelado 3D. Sin duda, es cada vez más habitual encontrarnos con estudios de arquitectura o ingeniería, y a su vez posibles clientes, que busquen a profesionales que sepan representar en 3D los futuros proyectos. Pues en este ciclo, puedes aprender a modelar en 3D los proyectos arquitectónicos con varios programas de CAD.

En este caso, en la página 15 hemos tomado una planta de distribución realizada en el módulo Edificación Residencial y levantado en 3D para aplicarle texturas más acordes con los acabados de obra y apreciar mejor el resultado final que tendría ese proyecto en la realidad. En la página 16, en el apartado ‘Edificación No Residencial’ colocamos de fondo los planos de fontanería y estructurales de uno de nuestros proyectos de naves industriales. También se puede observar parte del informe de cumplimiento de la normativa de protección contra incendios de dicho proyecto.

Pero no solo se quedan ahí, si no que con una visión de futuro, aprenderás a presentar tus proyectos en Realidad Aumentada, en vídeo, PDF 3D y desde enero de 2016 podrás hacer maquetas arquitectónicas con las impresoras 3D del departamento, sin duda una importante baza a la hora de aumentar tu empleabilidad en el cada vez más competitivo mercado laboral.

Puedo decir, que tanto yo como mi hermana, disfrutamos mucho cursando este ciclo. Sin duda, el trato de los profesores y su ayuda, hacen que podamos recomendar este ciclo a todo el mundo. No solo te dan el temario oficial, sino que se preocupan en hacerlo más interactivo, más ameno y más acorde a lo que una se va a encontrar una vez salgas al mundo laboral. Además, si tienes un dominio adecuado de inglés u otros idiomas de la UE, podrás realizar las 370 horas de prácticas en empresas (F.C.T.) en varios países europeos a través de un proyecto Erasmus+ en el que colaboran los profesores del departamento.

Espero que os guste el book y que lo difundáis a quien pueda interesarle, los periodos de preinscripción y matriculación también los podéis ver pinchando AQUÍ.

Visita a la Fundación Laboral de la Construcción, marzo 2016

El pasado miércoles 16 de marzo, los alumnos y profesores del Ciclo Formativo de Grado Superior de Proyectos de Edificación realizamos, una vez más, la visita a las instalaciones que la Fundación Laboral de la Construcción tiene en su centro de formación de calle César Vallejo Nº1 del Polígono Guadalhorce de Málaga. Durante todo el recorrido nos acompañaron Silvia y Lola, que tradujeron todas las explicaciones que nos dieron al lenguaje de signos para nuestros alumnos sordos.

Nos atendieron fantásticamente, como siempre, Elena Linares Parrado, Coordinadora Provincial, y Mercedes, Responsable de Seguridad y Salud Laboral. Nos explicaron los objetivos de la Fundación, indicándonos los distintos apartados de su web, donde se puede encontrar información, sobre empleo, formación, Seguridad y Salud en el trabajo, y la Tarjeta Profesional de la Construcción (TPC).

Más tarde visitamos el aula de Equipos de Protección Individual (EPIs) viendo las formas de uso y características de cada uno de ellos, después pasamos a ver el Centro de Prácticas Preventivas, donde se pueden apreciar in situ las diferentes partes de una obra y ver los distintos medios de prevención individuales y colectivos que se utilizan habitualmente, así como las medidas preventivas que deben aplicarse en cada situación.

Nuevamente recomendamos esta visita, por tratarse de una excelente ocasión de apreciar en vivo diferentes elementos estudiados en los apartados dedicados a la Seguridad y Salud en las obras de edificación.

A continuación os dejamos con las fotos de la visita:

Visita al laboratorio de CEMOSA, marzo 2016

Durante la mañana de ayer, miércoles 16 de marzo, alumnos y profesores del Ciclo Superior de Proyectos de Edificación, realizamos una visita al laboratorio de la empresa CEMOSA situada en la calle Benaque Nº9 en la zona industrial del Guadalhorce de Málaga. Durante todo el recorrido nos acompañaron Silvia y Lola, que tradujeron todas las explicaciones que nos dieron al lenguaje de signos para nuestros alumnos sordos.

Por parte de la empresa nos recibió Francisco J. Becerra Pérez, Jefe del Laboratorio, que nos explicó varias pruebas que realizan a las probetas de hormigón. Primero vimos la cámara de curado de las probetas, saturada de humedad y con la temperatura controlada. Después el pulido de la cara, pruebas de compresión y ultrasonidos.

En otra parte, pudimos observar las pruebas de tracción sobre probetas de acero corrugado hasta que éste rompe, pudiendo observar en un monitor las clásicas curvas de deformación, superación del límite de elasticidad y finalmente la rotura. También nos explicaron sobre diferentes barras como se realiza la lectura de las corrugas.

Sorpresa general al romper la probeta de acero

Caja con probetas rotas en ensayo de tracción

En el laboratorio de mecánica de suelos pudimos observar diferentes pruebas, para determinar la composición, límites de Atterberg o la capacidad portante, sobre probetas de diferentes tipos de terrenos. Vimos cómo se realizan los ensayos de compactación Proctor para determinar la densidad máxima que se puede alcanzar un tipo de terreno en unas determinadas condiciones de energía y humedad.

Más adelante pudimos comprobar las cribas utilizadas para la determinación de la granulometría de los áridos.

Y por último, en el apartado de mezclas asfálticas, pudimos ver como se hace la extracción de las mezclas bituminosas para determinar la composición de áridos de la misma. También las pruebas de resistencia a la rodadura de los asfaltos en su máquina específica. Observad la huella dejada por la rueda en la probeta de prueba.

Soporte para impresora Witbox 2

Hoy os voy a comentar como hemos tuneado nuestras impresoras 3D Witbox 2. Al imprimir con esta impresora hemos tenido algún problema con los rollos de PLA(material para imprimir en impresora 3D fabricado a base de almidón de patata y maíz) de un fabricante, en los cuales la anchura del rollo impedía una buena extracción del hilo de PLA hacia la impresora.

Soporte del fabricante que a veces roza dependiendo del rollo de PLA

Es un problema mecánico que impide que el hilo salga correctamente hacia la impresora, sobre todo al inicio cuando el rollo pesa 1 kg; esto hace que el eje que viene con la impresora no quede perpendicular a la parte posterior, sino que se incline hacia abajo por el peso, rozando la bobina de hilo con la carcasa de la impresora e impidiendo el giro y extracción del hilo de PLA.

Nueva disposición del rollo con nuestros soportes

Lo hemos solucionado haciendo 2 soportes iguales para cada impresora que soporten un eje en el cual podamos insertar varios rollos de PLA, lo que nos facilitará el intercambio de hilos al tiempo que soluciona el problema de la salida del hilo. En el diseño de soportes hemos tenido en cuenta que tenga el menor impacto posible en la estética de la impresora y desde luego no queríamos modificar el diseño del fabricante para no perder la garantía. Ello nos ha hecho proyectar el nuevo soporte aprovechando los agujeros roscados ya practicados en los laterales, sin realizar nuevos agujeros en la impresora que pudieran modifica o alterar las condiciones de uso y garantizando la ventilación del interior de la impresora permitiendo en buen funcionamiento del ventilador posterior.

Vista lateral del nuevo soporte aprovechando los tornillos existentes

Así que he aprovechado una pletina de aluminio lacado en blanco de 4 mm de grueso que tenía en la casa y reciclando los ejes de un futbolín ya estropeado de diámetro 12 mm hemos construido los soportes que veis en las fotos. El coste de 8 tornillos de métrica 6, mas 4 pasadores pequeños ha sido de menos de 3 €, sin contar con las pletinas de aluminio y los ejes que los he reciclado de otra actividad.

Comparación del antiguo sistema (abajo) con el nuevo (arriba)

Para el taladrado, serrado y limado de los soportes hemos contado con la ayuda y el buen trabajo de los alumnos del Ciclo Formativo de Grado Medio de Chapa y Pintura, que han dejado los soportes tal y como los veis en éstas fotografías, con la supervisión de su profesor Manuel Vega Yerbes.

Plano acotado de los soportes