Prof. Dr. D. José Luis Lerma García.
Grupo de
Investigación en Fotogrametría y Láser Escáner. GIFLE
Departamento de
Ingeniería Cartográfica, Geodesia y Fotogrametría.
Universitat
Politècnica de València. UPV. Valencia. España.
“...el método de representación de los edificios que encontramos
aplicado en la mayoría de las historias del arte y de la arquitectura se sirve
de: a) plantas; b) alzados y secciones; c) fotografías. Hemos afirmado que
estos medios, considerados aisladamente o en su conjunto, son insuficientes
para representar completamente el espacio arquitectónico; sin embargo, es útil
profundizar en este problema, ya que —si, hasta ahora no tenemos mejores sistemas
de representación— nuestro trabajo es estudiar las técnicas que poseemos y
hacerlas más eficaces”.
De «Saper vedere l’architettura», (Bruno Zevi, 1949, 1991).
“…Como tecnología altamente
desarrollada, la fotogrametría continúa proporcionando información cuantitativa
y cualitativa para un amplio rango de aplicaciones. Sin embargo, la
contribución más dominante es que la fotogrametría es la base del origen de prácticamente
toda la información geoespacial”.
MCGLONE, J.C., MILCHALL, E.M. y BETHEL, J. (2004). “Manual of
Photogrammetry. 5th. Edition”. American Society for
Photogrammetry and Remote Sensing, Maryland, 1151 pp.
BREVE DESCRIPCIÓN DE
LOS CONTENIDOS
Este capítulo se centra en soluciones fotogramétricas basadas en
imágenes. El tema se abre con una introducción en la que se nos muestran los fundamentos
y aplicaciones de la fotogrametría a los levantamientos patrimoniales, pasando
en un segundo apartado a centrarse en los procedimientos comunes en
fotogrametría digital –tomas de datos fotogramétricos[1],
rectificación bidimensional de imágenes, fotogrametría de objeto cercano y
modelado digital a partir de software específico, etc.-.
El grueso de la materia fue trabajada a su vez a través de las
actividades y pruebas objetivas propuestas, centradas en la puesta en práctica
de los conocimientos aprendidos en el tema: orientación externa de un par
estereoscópico y generación automática de nubes de puntos 3D mediante procesos
de correspondencia con el software Orthoware, test y práctica de fotogrametría
de objeto cercano abordando un trabajo de documentación patrimonial con un par
de imágenes digitales.
OBJETIVOS ALCANZADOS
Con el trabajo de este tema, gracias a la temática, prácticas y
recursos aportados por el Prof. Lerma –tanto en este tema como en el anterior-,
me ha sido posible afianzar conocimientos acerca del desarrollo, implementación
y ensayo de procedimientos de documentación fotogramétrica prácticos y
eficientes orientados a la documentación del Patrimonio, que permiten la
obtención de medidas reales, generación de ortofotografías verdaderas y
generación de modelos digitales a partir de fotografías de campo, pese a la
complejidad técnica de la temática.
Grosso modo, han sido desarrolladas y afianzadas las siguientes
aptitudes:
- Conocimiento de los fundamentos de la fotogrametría.
- Conocimiento de las aplicaciones de la fotogrametría a los levantamientos patrimoniales.
- Uso de software específico para fotogrametría de objeto cercano.
- Aplicación de la técnica adecuada en diferentes situaciones y objetos a levantar.
- Gestión de nubes de puntos procedentes de fotogrametría.
- Modelado de objetos mediante software específico de fotogrametría.
- Obtención de productos fotogramétricos de utilidad en arqueología.
DATOS DE INTERÉS
ASIMILADOS
CONCEPTOS
Par estereoscópico. Par de imágenes paralelas, con un recubrimiento
estereoscópico longitudinal igual o superior al 60%.
Anaglifos. Imágenes de dos dimensiones capaces de
provocar un efecto tridimensional, cuando se ven con
lentes especiales (lentes de color diferente para cada ojo).
Ortoimagen. Se entiende por ortoimagen/ortofoto toda imagen/fotografía en la que
todo su contenido se encuentra en proyección ortogonal.
Parámetros de orientación interna de la cámara. Conjunto de
parámetros que “recrea matemáticamente la geometría que existía en la cámara en
el momento de obtención de una imagen fotográfica”. Los parámetros de
orientación interna se definen a partir de las coordenadas de punto principal o
(xo,yo) y la distancia principal (f), conjuntamente con los parámetros de
distorsión: radial (K1, K2…), tangencial (P1, P2…), y de afinidad (b1, b2…),
entre otros. En visión por computador, se conoce a los parámetros de
orientación interna con el nombre de parámetros intrínsecos. Los parámetros de
orientación interna permiten calcular sin error (sistemático) las coordenadas
imagen (x,y) de cualquier entidad sobre las imágenes digitales. Asimismo, los
parámetros de orientación interna pueden variar de una imagen fotográfica a
otra, si la cámara o sensor de imagen no está calibrada, o simplemente, si se
varía la distancia principal (por ejemplo, como consecuencia de cambiar el
enfoque o el zoom del objetivo de la cámara).
Parámetros de orientación externa de la cámara. Conjunto de
parámetros que determinan la localización y los giros del sensor en el espacio
en el sistema de coordenadas terreno u objeto (X,Y,Z). “La orientación angular
queda definida mediante un sistema que contiene tres ángulos independientes,
siendo varias las posibles combinatorias de orientación según el sentido de
giro (dextrógiro; levógiro) y el orden de sucesión de los giros”. Suele ser
usual utilizar las rotaciones omega (w, sobre el eje primario, generalmente el
eje X), phi (j, sobre el eje secundario, generalmente el eje Y), y kappa (k,
sobre el eje terciario, generalmente el eje Z). En visión por computador, se
conoce a los parámetros de orientación externa con el nombre de parámetros extrínsecos.
Resección espacial. Proceso de determinar “los seis parámetros de
orientación externa de una imagen fotográfica”. Los parámetros de orientación
externa podrán estar en un sistema relativo o absoluto. Si se determinan
únicamente a partir de imágenes digitales sin ayuda de instrumentación
topográfica auxiliar asociada al sensor (generalmente GNSS/INS), se entiende
que se utilizan métodos indirectos. Por tanto, se requiere la medición de las
coordenadas de múltiples puntos en los espacios imagen (x,y) y terreno/objeto
(X,Y,Z).
Intersección espacial. Proceso de determinar la coordenada (X,Y,Z) de
una entidad espacial generalmente a partir de la intersección1 de múltiples
(mínimo dos) haces de rayos homólogos medidos en el espacio imagen. La
intersección espacial solo se puede hallar de manera rigurosa si se conoce con
exactitud los parámetros de orientación externa de todas las imágenes
procesadas. Cuanto mejor sea el ángulo de intersección en el espacio objeto y
mayor el número de rayos que intersecten en el espacio objeto (relativo o
absoluto), mejor será la determinación de la coordenada espacial. Nótese que
los haces de rayos homólogos nunca de cortan en el espacio, siempre se cruzan,
debido a la inevitable existencia de errores en los procesos de calibración, de
medición de coordenadas imagen y terreno, de cálculo y de compensación.
Orientación relativa. Proceso que permite determinar en un par de
imágenes fotográficas las orientaciones angulares y las posiciones relativas
que se dieron en el momento de la toma. Tras la orientación relativa, cualquier
objeto medido sobre el par de imágenes fotográficas en coordenadas 2D (x,y) se
transforma a coordenadas modelo 3D (Xm,Ym,Zm).
Orientación absoluta. Proceso que permite situar el par de cámaras (o
sensores de imagen) en el espacio en verdadera magnitud con respecto a unos
cuantos puntos de apoyo (al menos 3). Tras la orientación absoluta el contenido
medido en el par se transforma a coordenadas objeto/terreno (X,Y,Z).
Consiguientemente, la orientación absoluta del par garantiza que las
coordenadas que se midan durante el proceso de restitución del par estén
escaladas y orientadas con respecto al sistema de coordenadas cartesiano
establecido a partir de los puntos de apoyo.
SOFTWARE
Orthoware. Implementado por la
empresa Metria Digital S.L. en colaboración con GIFLE. Orthoware ® es una nueva
herramienta de software específicamente diseñada para la reconstrucción digital
de alta calidad de bienes del patrimonio histórico y cultural. Partiendo de
unas cuantas fotografías tomadas con una cámara digital convencional y algunas
medidas auxiliares, Orthoware ® gracias a su simplificado e intuitivo manejo
reduce el tiempo de producción de ortoimágenes y de modelos digitales
tridimensionales texturizados de semanas a tan solo unas pocas horas. No es
necesario ningún MDS (Modelo Digital de Superficie) previo, ni cámaras métricas
o estereopares. Se trata de una herramienta progresiva diseñada para usuarios
no especializados, que proporciona métodos intuitivos para diagnosticar
visualmente la calidad de los resultados[2].
REFLEXIONES
La Fotogrametría se presenta como una técnica
óptima para la documentación gráfica del Patrimonio Cultural. El registro
fotogramétrico, apoyado en técnicas de topografía tradicional para poder obtener
modelos fotogramétricos georreferenciados como base del sistema de
documentación gráfica, nos permite realizar una documentación sistemática
adecuada como base para el análisis científico.
Esta técnica permite la obtención de un elevado
número de datos –modelo digital del terreno, ortoimágenes u ortofotografías,
modelos vectoriales, etc-, que pueden ser combinados con la finalidad de
generar un modelo virtual 3D fotorrealista del área de estudio, con el cual
poder producir imágenes estáticas –planos 2D, imágenes, mapas a cualquier
escala, etc.- o elaborar sobrevuelos virtuales, visibles desde cualquier punto
de vista, lo que permite al grueso de los investigadores poder acceder al
objeto estudio del caso, efectuar procesos de análisis en cualquier momento,
observando secciones, plantas, detalles, etc., ofreciendo de este modo una base
ideal para el análisis arqueológico del Patrimonio Cultural.
Actualmente encontramos multitud de ejemplos en
los que han sido experimentadas estas innovadoras técnicas de registro, desde
excavaciones de urgencias a gruesos proyectos de investigación, con unos
resultados espectaculares. Algunos ejemplos los encontramos en el yacimiento de
El Sequeral (Calahorra, La Rioja), donde el registro geométrico de las diferentes
unidades estratigráficas espacialmente complejas fueron documentadas por
métodos fotogramétricos; la Casa Ariadna en Pompeya, Italia (RIBERA, OLCINA Y
BALLESTER, 2007), donde se procedió a la gestión gráfica generada por las intervenciones
anuales practicadas en el yacimiento, así como a la realización del modelo
fotogramétrico de esta gran vivienda romana, a partir del cual se obtuvieron
los planos y secciones requeridos; o el caso de los geoglifos de Palpa, de la
cultura de Nasca, donde fue realizada su documentación por medio de un registro
fotogramétrico, prospecciones extendidas la generación de un modelo virtual 3D, el análisis
de los datos con la ayuda de un sistema de información geográfica (GIS) y un análisis
arqueológico.
La aplicación de estos nuevos métodos, relativamente
sencillos y de bajo coste, permiten la recuperación de un gran volumen de datos
no sólo interesantes desde el punto de vista de la gestión técnica de la información
arqueológica y la difusión de estos conocimientos, sino también en lo que
supone para la investigación y el análisis, para la generación de nueva
información a partir de ella. (CHARQUERO Y LÓPEZ, 2012).
PROYECTOS DE INTERÉS.
Esta semana me he inclinado por presentar el
proyecto TFM de un compañero muy apreciado, D. Juan Diego Carmona Barrero,
denominado Arquitectura y aprovechamiento del medio: restitución del complejo
rural protohistórico de La Ayuela (Cáceres). Este proyecto se
corresponde con su TFM (Trabajo Fin de Máster) tras haber cursado el MUI en el
Departamento de Historia de la Universidad de Extremadura, bajo la dirección de
D. Ignacio Pavón Soldevilla y D. David M. Duque Espino, presentado el pasado 16
de Julio del presente año.
El presente TFM aborda la restitución virtual del
complejo rural protohistórico de La Ayuela (Cáceres) partiendo de la
información recuperada en una intervención arqueológica de urgencia, y en
especial de la denominada “fotogrametría involuntaria”. Dos son sus
aportaciones principales: 1) la creación de su modelo tridimensional y las
posibilidades que plantea en cuanto a la comprensión del yacimiento y su
evolución; y 2) el estudio de la arquitectura vernácula del entorno y del
Mediterráneo protohistórico, y su asimilación a las estructuras exhumadas, que
permite establecer hipótesis constructivas que se pueden asociar también a
otros yacimientos del área suroccidental peninsular[1].
A continuación adjunto varios enlaces en los que
poder visualizar los resultados:
Enhorabuena por el tarbajo, Juan Diego...Espero que os guste!!.
PROYECTO. DOMUS DEL
MITREO.
A lo largo de estas dos semanas mis trabajos se
han centrado en dos vertientes bien definidas. Por un lado, y gracias al
desarrollo de la temática del presente capítulo, he continuado con la
documentación fotogramétrica de la domus, haciendo uso de las premisas marcadas
por el Prof. Lerma; y por otro lado, continúo con el análisis de paramentos,
gracias al cual ya es posible presentar hipótesis iniciales acerca de la
evolución histórico-arquitectónica del edificio.
Documentación
fotogramétrica.
Los trabajos de documentación se han centrado en la toma de
datos de la zona occidental de la domus. Para el procesado de algunos trabajos
he querido experimentar con un nuevo software, la Edición Estándar del software
Photoscan.
Agisoft PhotoScan, programa comercial pero con una versión
estándar muy asequible, crea automáticamente modelos 3D de calidad profesional
con textura de las imágenes fijas. Trabaja con formatos de entrada JPEG, TIFF,
PNG, BMP, JPEG Formato Multi-Picture (MPO), y los resultados de salida que
presenta son OBJ, PLY, VRML, COLLADA, Universal 3D, FBX, 3DS, PDF.
Se trata de un software muy completo con una interfaz muy
sencilla e intuitiva basada en el flujo de trabajo lógico de creación de
modelos digitales haciendo uso de técnicas fotogramétricas: Alineación de fotos,
generación de nube de puntos (baja densidad / densa), generación de modelos
poligonales y mapeo de textura.
La experiencia ha sido positiva, y los resultados hasta el
momento han sido óptimos, aunque debido a la escasez de tiempo tan solo he
generado modelos de nubes de puntos a baja densidad. A continuación os muestro
los resultados previos de algunos de los trabajos en curso:
Fig. Imagen general y nube de puntos de baja densidad de cisterna
bajo Oecus. Domus del Mitreo.
Fig. Imagen general y nube de puntos de baja densidad de viridarium.
Domus del Mitreo.
Fig. Nube de puntos de baja densidad de habitaciones en torno al
viridarium. Domus del Mitreo.
Estudio de Paramentos
Pese a que aún me encuentro en fases iniciales del estudio
del edificio, el análisis llevado a cabo hasta el momento junto al contraste
con la documentación bibliográfica –específica y genérica- consultada de forma
simultánea, me han llevado a esbozar grosso
modo al menos tres fases constructivas substanciales adscritas dentro del
periodo cronológico correspondiente a Época Romana. Las fases adscritas a los
periodos tardoantiguo y medieval han sido descartados por el momento debido a
que el edificio se encuentra prácticamente excavado y existen lagunas
documentales que aporten información estratigráfica acerca de estos momentos de
ocupación de la zona en estudio, mientras que en los paramentos los restos de
estas etapas históricas son prácticamente inapreciables.
Hasta que estas hipótesis no sean contrastadas con los
técnicos pertinentes y se llegue a un consenso acerca de la evolución histórico-arquitectónica
del edificio, no haré muestra de estos resultados previos.
Pese a todo, comenzaré con los bocetos de la reconstrucción
de la domus tal y como actualmente la conocemos, que se corresponderían con la última
fase de remodelaciones y abandono.
Continúo trabajando…
[1] http://www.historiauex.es/trabajos_fin_de_master_30/prehistoria_311/curso_34#sthash.iMXM4eJ7.lEwsuSHO.dpuf
[1] WALDHÄUSL, P. y OGLEBY, C. (1994). “3-by-3- Rules for Simple
Photogrammetric Documentation of Architecture”. In: J.G.Fryer (Editor): Close
Range Techniques and Machine Vision. Proceedings of the Symposium of Commission
V of ISPRS in Melbourne, Australia, 1-4 March. IAPRS XXX/5, pp. 426.
[2] http://www.orthoware.es/
No hay comentarios:
Publicar un comentario