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martes, 22 de enero de 2013

3D

Mafa Alborés y Elena Luís: "Broquesia Madagascariensis", reproducción en bronce y en plata a través de técnicas de microfusión y joyería.
Los que conocéis mi trabajo a través de este blog y, sobre todo, a través de El Árbol de Plástico , ya sabéis que me interesa mucho todo lo relacionado con la reproducción artificial de elementos de la naturaleza, ya sea a través de técnicas escultóricas, pictóricas, fotográficas o digitales.


En el caso de las volumetrías, yo mismo he hecho mis pinitos por motivos profesionales o por el mero placer de la experimentación plástica, y admiro a los artistas capaces de realizar fieles copias de la realidad, incluso a aquellos incapaces de aportar un plus de reflexión o de contenido (cuando, además de conseguir efectos realistas, aportan algo significativo a la historia del arte, mi admiración va más allá de la técnica artesanal o industrial, y por ello siento una especie de devoción por Ron Mueck o por Patricia Picinini, por poner dos ejemplos claros).
Mafa Alborés: "Adiós, Rino" Anaglifo Fotográfico (foto 3D -esteroscopia-)
Las técnicas de molde y vaciado tradicionales, aplicadas a la escultura o a la joyería, por ejemplo, generan huellas tridimensionales de la realidad a diferentes escalas, a menudo con una extraordinaria calidad de detalle, pero vivimos un nuevo advenimiento de las tecnologías 3D, y en el mundo del cine y de la animación audiovisual, por ejemplo, se genera una especia de ambigua confusión entre gráficos 3D, por ejemplo, y estereoscopia, ambos denominados 3D, sin más, como si de lo mismo se tratase. Dejo para otro momento la profundización de estos conceptos ya desarrollados en entradas anteriores de este blog o en páginas específicas de Fotografiar Animales Invisibles.



Mafa Alborés: "Adiós, Alce" Anaglifo Fotográfico (foto 3D -esteroscopia-)
En todo caso, mi interés por el arte tridimensional abarca la fotografía estereoscópica, el cine 3D, la escultura hiperrealista, las técnicas de reproducción tridimensional, la tomografía aplicada...y, por supuesto, lo que de forma un tanto confusa se denomina Impresión 3D.

Para los que compartan mi curiosidad, y, sencillamente, para ordenar mi archivo personal sobre estos temas y sus aplicaciones artísticas e industriales, he recopilado fragmentos extraídos de la red para que todos podamos saber un poco más del tema.

 

 

Impresión 3D

Impresoras 3D


Las impresoras 3D abarcan un conjunto muy amplio de tecnologías empleadas para la fabricación rápida de prototipos, maquetas de arquitectura y, en general, para la construcción de cualquier modelo 3D directamente a partir de un archivo CAD.
La tecnología de impresión 3D surge en 1987 de la mano de la empresa norteamericana 3D Systems, que pone en marcha el sistema conocido como estereolitografía.
Pocos años después, y dada la gran funcionalidad de esta tecnología, comienzan a surgir nuevos sistemas de impresión 3D hasta llegar al momento actual del mercado, en el existen varios sistemas según las necesidades del usuario.
Las principales tecnologías existentes actualmente son:
  • DSPC (Proyección aglutinante): tecnología de impresión 3D que trabaja mediante la deposición de material en polvo (composite) en capas y su ligazón selectiva con el sistema de impresión de "chorro de tinta" de material aglutinante.
  • SLA (Estereolitografía): sistema que proyecta un láser UV sobre un baño de resina fotosensible líquida para polimerizarla.
  • SGC (Fotopolimerización por luz UV): tecnología similar a la Estereolitografía. Funciona mediante la solidificación de un fotopolímero o resina fotosensible con una lámpara de UV de gran potencia.
  • FDM (Deposición de hilo fundido): tecnología que basa su funcionamiento en un hilo de material a 1ºC  que se mueve en el plano XY horizontal con la ayuda de una boquilla. Este hilo solidifica inmediatamente sobre la capa anterior.
  • SLS (Sinterización Láser Selectiva): sistema que funciona mediante el calentamiento previo de una cubeta en la que se deposita posteriormente una capa de polvo. Tras esto,  un láser CO2 sinteriza el polvo en  puntos concretos para crear la pieza.
  • LOM (Fabricación por corte y laminado): sistema de impresión 3D basado en la continua colocación de hojas de papel encolado sobre una plataforma. Tras ser colocada,  se prensa cada una de ellas con un rodillo caliente que la adhiere a la hoja anterior.

http://www.impresoras3d.net/ 

http://www.impresora3d.es/

http://www.xataka.com/tag/impresora-3dhttp://www.xataka.com/tag/impresora-3d

http://www.impresora3d.com/http://www.impresora3d.com/


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Progresión de una impresión 3D en una impresora FDM. El tiempo total de impresión de la esfera fue de 30 minutos, pero en la grabación ha sido editado y acortado.
La impresión 3D es un grupo de tecnologías de fabricación por adición donde un objeto tridimensional es creado mediante la superposición de capas sucesivas de material.1 Las impresoras 3D son por lo general más rápidas, más baratas y más fáciles de usar que otras tecnologías de fabricación por adición, aunque como cualquier proceso industrial, estarán sometidas a un compromiso entre su precio de adquisición y la tolerancia en las medidas de los objetos producidos. Las impresoras 3D ofrecen a los desarrolladores de producto, la capacidad para imprimir partes y montajes hechas de diferentes materiales con diferentes propiedades físicas y mecánicas, a menudo con un simple proceso de montaje. Las tecnologías avanzadas de impresión 3D, pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir como prototipos de producto.
Desde 2003 ha habido un gran crecimiento en la venta de impresoras 3D. De manera inversa, el coste de las mismas se ha reducido.2 Esta tecnología también encuentra uso en los campos tales como joyería, calzado, diseño industrial , arquitectura, ingeniería y construcción, automoción y sector aeroespacial, industrias médicas, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y muchos otros.

Índice

Métodos


Los datos de un modelo (izquierda) adquiridos digitalmente por medio de un scáner 3D, son procesados usando MeshLab, y el modelo 3D resultante es usado por una máquina de prototipado rápido para crear una réplica en resina (derecha)
Un gran número de tecnologías en competencia están disponibles para la impresión 3D; sus principales diferencias se encuentran en la forma en la que las diferentes capas son usadas para crear piezas. Algunos métodos usan fundido o ablandamiento del material para producir las capas, por ejemplo sinterizado de láser selectivo (SLS) y modelado por deposición de fundente (FDM), mientras que otros depositan materiales líquidos que son curados con diferentes tecnologías. En el caso de manufactura de objetos laminados, delgadas capas son cortadas para ser moldeadas y unidas juntas.
Cada método tiene sus propias ventajas e inconvenientes; por ello, algunas compañías ofrecen elegir entre polvos y polímero como material de fabricación de la pieza según sean las prioridades del cliente.3 Generalmente las consideraciones principales son velocidad, coste del prototipo impreso, coste de la impresora 3D, elección y coste de materiales, así como capacidad para elegir el color.4
Impresión por inyección
Un método de impresión 3D consiste en el sistema de impresión por inyección. La impresora crea el modelo de capa en capa esparciendo una capa de polvo (plástico o resinas) e inyecta un coaligante por inyección en la sección de la pieza. El proceso es repetido hasta que todas las capas han sido impresas. Esta tecnología es la única que permite la impresión de prototipos a todo color, permitiendo, además, extraplanos o salientes.
Procesado digital por luz
En el procesado digital por luz (DLP), un recipiente de polímero líquido es expuesto a la luz de un proyector DLP bajo condiciones controladas. El polímero líquido expuesto endurece; la placa de montaje se mueve hacia abajo en incrementos pequeños y el polímero es expuesto de nuevo a la luz. El proceso se repite hasta que el modelo es construido. El polímero líquido restante es entonces extraído del recipiente, dejando únicamente el modelo sólido. El ZBuilder Ultra es un ejemplo de sistema DLP de prototipado rápido.
Modelado por deposición de fundente
El modelado por deposición de fundente, una tecnología desarrollada por Stratasys5 que es usada en prototipado rápido tradicional, usa una tobera para depositar polímero fundido sobre una estructura soporte, capa a capa. Otro enfoque es fundir de manera selectiva el medio de impresión sobre una base granular. En esta variación el medio no fundido sirve de soporte para los resaltes y paredes delgadas de la pieza a producir, reduciendo así la necesidad de soportes auxiliares temporales. Típicamente un láser es usado para sinterizar el medio y formar el sólido. Ejemplos de esto son el sinterizado selectivo por láser y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS) usando metales. Una última variación consiste en usar una resina sintética que se solidifica usando la luz de LEDs.6
Fotopolimerización
Para terminar, características ultra pequeñas pueden ser conseguidas a través de la técnica de la microfabricación 3D, mediante el mecanismo de fotopolimerización por absorción de fotones. En esta variación, el objeto 3D deseado es trazado en un bloque de gel con un láser. El gel es curado y se solidifica sólo en los lugares en donde el láser es enfocado debido a la nolinealidad óptica de la fotoexcitación; después de la etapa de láser, el gel restante es lavado. Esta técnica ofrece tamaños de menos de 100 nm siendo fácilmente fabricables tanto en estructuras complejas de partes móviles como en fijas.7
Impresión con hielo
Recientemente se han desarrollado técnicas que por medio de un enfriamiento controlado de agua tratada, son capaces de producir una auténtica impresión 3D con hielo como material.8 Aunque es una tecnología en desarrollo y sus ventajas a largo plazo están aun por ver, el ahorro de material específico para llevar a cabo la impresión, independientemente del coste del proceso, parece una de ellas.9 10
Acabados
A diferencia de la estereolitografía, la impresión 3D por inyección está optimizada para obtener velocidad, coste bajo y facilidad de uso, todo lo cual hace de ella una técnica muy útil para etapas tempranas de diseño en ingeniería. No son necesarios materiales químicos tóxicos como los usados en estereolitografía y mínimo trabajo de post-impresión es requerido para el acabado; la única necesidad es el soplado del polvo sobrante después del proceso de impresión, o la retirada de material de soporte en otras técnicas. Las impresiones de polvo coaligado pueden ser endurecidas en el futuro por cera, o por impregnación de polímeto termoplástico. Las piezas FDM pueden ser endurecidas mediante filtrado de otro metal en la pieza.

Resolución y tolerancia de impresión

Los conceptos de resolución y tolerancia de impresión aparecen a menudo mezclados, superpuestos e incluso intercambiados.11 Algunos fabricantes prefieren usar un término que englobe a ambos conceptos, tal como precisión dimensional.12
Parece más razonable referir la resolución de una impresora 3D a la capacidad de posicionamiento o de discernimiento de distancias antes de la inyección o depósito de material, mientras que la tolerancia de impresión dependerá, además, del proceso de solidificación o de acabado. Una buena prueba de que pueden ser tomados como conceptos diferentes es que a menudo la tolerancia de impresión suele presentar valores más desfavorables que la resolución.13 14
En cualquier caso, la resolución puede estar dada en espesor de capa, mientras que en el plano X-Y, puede estarlo por puntos por pulgada (ppp). El espesor típico de capa es del orden de 100 micras (0,1 mm), aunque algunas máquinas tales como el Objet Connex imprimen capas tan delgadas como 16 micras.15 La resolución X-Y es comparable a la de las impresoras láser convencionales. En el caso de que el proceso las use, las partículas son del orden de 50 a 100 micras (0,05-0,1 mm) de diámetro.
La tolerancia final de pieza dependerá profundamente, además de la resolución antes descrita, de la tecnología y del material utilizados. Es uno de los parámetros más importantes en la elección de proceso de impresión y del dispositivo, ya que no sólo determinará la propia tolerancia dimensional de la pieza, sino si, en caso de espesores pequeños, dicha pieza es realizable o no.
El límite actual de tolerancia para dispositivos DIY o de bajo coste están en torno a 0,1 - 0,2 mm.14
Para trabajos de más demanda dimensional, algunos fabricantes son capaces de garantizar tolerancias del orden de las decenas de micras16

Aplicaciones

  • Generalidades
Aplicaciones típicas incluyen visualización de diseños, prototipado/CAD, arquitectura, educación, salud y entretenimiento. Otras aplicaciones pueden llegar a incluir reconstrucción de fósiles en paleontología, replicado de antigüedades o piezas de especial valor en arqueología y reconstrucción de huesos y partes del cuerpo en ciencia forense y patología.
  • Arte
Más recientemente el uso de las tecnologías de impresión 3D ha sido sugerido.17 Artistas han usado impresoras 3D de diferentes maneras.18 Durante el Festival de Diseño de Londres, un montaje, desarrollado por Murray Moss y dirigido a la impresión 3D tuvo lugar en el Museo de Victoria y Alberto. La instalación fue llamada Industrial Revolution 2.0: How the Material World will Newly Materialise.19
  • Biotecnología
La tecnología de impresión 3D esta siendo actualmente estudiada en el ámbito de la biotecnología, tanto académico como comercial, para su posible uso en la ingeniería de tejidos, donde órganos y partes del cuerpo son construidas usando técnicas similares a la inyección de tinta en impresión convencional. Capas de células vivas son depositadas sobre un medio de gel y superpuestas una sobre otra para formar estructuras tridimensionales. Algunos términos han sido usados para denominar a este campo de investigación, tales como impresión de órganos, bio-impresión e ingeniería de tejidos asistida por computadora, entre otros.20
  • Arqueología
El uso de tecnologías de escaneo 3D, permite la réplica de objetos reales sin el uso de procesos de moldeo, que en muchos casos pueden ser más caros, más difíciles y demasiado invasivos para ser llevados a cabo; en particular, con reliquias de alto valor cultural21 donde el contacto directo con sustancias de moldeo puede dañar la superficie del objeto original.

Uso doméstico


RepRap version 2.0 (Mendel)
Han existido diferentes esfuerzos, a veces relacionados entre sí, para desarrollar impresoras 3D adecuadas para su uso de "sobremesa" y conseguir que esta tecnología esté disponible a precios asumibles para el público. Gran cantidad de estos trabajos han sido dirigidos y enfocados hacia los entusiastas del DIY o las comunidades de 'early adopter', con conexiones ambos con el mundo académico y 'hacker'.22
  • RepRap
RepRap es un proyecto que intenta desarrollar una impresora 3D de código abierto gratuito FOSS, cuyas especificaciones completas son distribuidas bajo la Licencia General Pública GNU; esta impresora puede copiar algunas partes de sí misma. A noviembre de 2010 la RepRap puede únicamente imprimir sus partes plásticas. Desde entonces se está llevando a cabo un desarrollo para dotar al dispositivo de la capacidad de imprimir sus propias placas de circuitos también, así como sus piezas de metal.
  • Equipos
Los kits de impresoras también están disponibles. Existen kits Thing-O-Matic, Ultimaker, Shapercube, Mosaic, Prusa y Huxley.23 Los precios de estos kits de impresoras varían desde los 500 USD por el Printrbot derivado de modelos previos de la RepRap,24 hasta 1800 USD. El MakerBot is una impresora 3D de código abierto de MakerBot Industries.

Vendedores y servicios

  • Proveedores
Compañías tales como Objet Geometries, Stratasys, 3D Systems, EOS GmbH, and Z Corporation.25 son proveedores de impresoras industriales.
  • Otros servicios
Algunas compañías como Shapeways, Sculpteo y Ponoko ofrecen servicios de impresión 3D on-line, abiertos tanto a la industria como a clientes individuales.26 Una vez enviado el diseño 3D en el formato pedido, la compañía se hace cargo de la impresión y del envío de la pieza terminada al cliente.27

Véase también

Referencias

  1. Ver animación de superposición de capas
  2. «Close-Up On Technology - 3D Printers Lead Growth of Rapid Prototyping - 08/04». Ptonline.com. Consultado el 2009-09-01.
  3. «The World In 2008», Economist.com, 15-11-2007. Consultado el 01-09-2009.
  4. «Factors to Consider When Choosing a 3D Printer». Consultado el 2009-09-01.
  5. Rapid Prototyping. World Scientific. 2003. p. 124. ISBN 978-981-238-117-0. Consultado el 2008-10-31.
  6. Printer using synthetic resin
  7. «Cheaper avenue to 65 nm?». EETimes.com. Consultado el 01-09-2009.
  8. http://www.shapeways.com/creator/icesculpturecreator
  9. http://www.3ders.org/articles/20120103-3d-ice-printer.html
  10. http://www.arch.mcgill.ca/prof/sijpkes/ice/
  11. http://hackaday.com/2011/04/01/3d-printer-gets-a-big-resolution-improvement/
  12. http://www.shapeways.com/forum/index.php?t=msg&th=329
  13. http://www.printit-3d.com/0511-BFB3000-PLUS-WEB.pdf
  14. a b http://www.johnburn.co.uk/docs/datasheets/BFB3000_product_sheet%20JB_2011_web_version.pdf
  15. http://www.ops-uk.com/3d-printers/objet-connex
  16. http://www.scicontech.com/faq.html
  17. «Wall Street Journal» (PDF). Consultado el 01-09-2009.
  18. Séquin, C. H. 2005. Rapid prototyping: a 3d visualization tool takes on sculpture and mathematical forms. Commun. ACM 48, 6 (June 2005), 66-73. [1]
  19. Williams, Holly. «Object lesson: How the world of decorative art is being revolutionised by 3D printing», 28/08/2011. Consultado el 15 de noviembre de 2011.
  20. «ABC News: 'Organ Printing' Could Drastically Change Medicine». Abcnews.go.com. Consultado el 01-09-2009.
  21. Paolo Cignoni, Roberto Scopigno (June 2008), «Sampled 3D models for CH applications: A viable and enabling new medium or just a technological exercise?» (PDF), Association for Computing Machinery (ACM) Journal on Computing and Cultural Heritage 1 (1): 1, doi:10.1145/1367080.1367082.
  22. Jon Kalish (28 de noviembre, 2010). «A Space For DIY People To Do Their Business». NPR.
  23. (en holandés)Kijk magazine. 6/2011.
  24. «Printrbot: Your First 3D Printer». Kickstarter.
  25. Kijk magazine 6/2011
  26. http://www.wired.com/beyond_the_beyond/2011/06/spime-watch-dassault-systemes%E2%80%99-3dvia-and-sculpteo/
  27. Vance, Ashlee. «The Wow Factor of 3-D Printing», 12 de enero de 2011.

Bibliografía

  • Easton, Thomas A. (November 2008). «The 3D Trainwreck: How 3D Printing Will Shake Up Manufacturing». Analog 128 (11):  pp. 50–63.
  • Wright, Paul K. (2001). 21st Century manufacturing. New Jersey: Prentice-Hall Inc.

Enlaces externos

 

 

 

Impresora 3D

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Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar "impresiones" de diseños en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador. Surgen con la idea de convertir archivos CAD en prototipos reales. A día de hoy son utilizados para la matricería o la prefabricación de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. El sector en el que este tipo de herramientas resulta más común es el de las prótesis médicas, donde resultan ideales dada la facilidad para adaptar cada pieza fabricada a las características exactas de cada paciente.
Los modelos comerciales son actualmente de dos tipos:
  • de compactación, en las que una masa de polvo se compacta por estratos.
  • de adición, o de inyección de polímeros, en las que el propio material se añade por capas.
Según el método empleado para la compactación del polvo, se pueden clasificar en:
  • Impresoras 3D de tinta: utilizan una tinta aglomerante para compactar el polvo. El uso de una tinta permite la impresión en diferentes colores.
  • Impresoras 3D láser: un láser transfiere energía al polvo haciendo que se polimerice. Después se sumerge en un líquido que hace que las zonas polimerizadas se solidifiquen.
Una vez impresas todas las capas sólo hay que sacar la pieza. Con ayuda de un aspirador se retira el polvo sobrante, que se reutilizará en futuras impresiones.

Índice

Impresoras 3D de tinta

En el caso de las impresoras de tinta, el polvo composite utilizado puede ser a base de escayola o celulosa (el más común es el de escayola). El resultado es bastante frágil, por lo que conviene someter la pieza a una infiltración a base de cianocrilato o epoxis para darle la dureza necesaria. Las piezas hechas con polvo de celulosa pueden infiltrarse con un elastómero para conseguir piezas flexibles.
  • La ventaja es que es un método más rápido y económico, aunque las piezas son más frágiles.

Impresoras 3D de láser

En el caso de las impresoras de láser, al acabar el proceso de impresión, debe esperarse un tiempo para que el material acabe de polimerizarse. Después ya se puede manipular la pieza.
  • La ventaja es que las piezas son más resistentes, aunque el proceso es más lento y más costoso.

Impresoras que inyectan polímeros

Otra tecnología de impresión 3D funciona inyectando resinas en estado líquido y curándolas con luz ultravioleta. Se trata de fotopolímeros de base acrílica con diferentes propiedades físico-mecánicas: variedad de flexibilidades, elongación a rotura, resistencia, colores, etc. Se caracteriza por su precisión y acabado de superficie, lo que hace que su aplicación en matricería resulte muy adecuada. Las piezas están totalmente curadas al terminar la impresión y no hay tiempo de espera, aunque hay que retirar soportes de impresión con un chorro de agua a presión. Esta tecnología ha sido la primera en lograr inyectar dos materiales diferentes en una misma impresión, permitiendo la creación de materiales digitales con propiedades "a la carta".

Véase también

 

 

 

Escáner 3D

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Un escáner 3D es un dispositivo que analiza un objeto o una escena para reunir datos de su forma y ocasionalmente su color. La información obtenida se puede usar para construir modelos digitales tridimensionales que se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Desarrollados inicialmente en aplicaciones industriales ( metrología, automóvil ), han encontrado un vasto campo de aplicación en actividades como la arqueología, arquitectura, ingeniería, y entretenimiento (en la producción de películas y videojuegos ).

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Funcionalidad

El propósito de un escáner 3D es, generalmente, el de crear una nube de puntos a partir de muestras geométricas en la superficie del objeto. Estos puntos se pueden usar entonces para extrapolar la forma del objeto (un proceso llamado reconstrucción). Si la información de color se incluye en cada uno de los puntos, entonces los colores en la superficie del objeto se pueden determinar también.
Los escáneres 3D son distintos a las cámaras. Al igual que éstas, tienen un campo de visión en forma de cono, pero mientras una cámara reúne información de color acerca de las superficies dentro de su campo de visión, los escáneres 3D reúnen información acerca de su geometría. El modelo obtenido por un escáner 3D describe la posición en el espacio tridimensional de cada punto analizado.
Si se define un sistema esférico de coordenadas y se considera que el origen es el escáner, cada punto analizado se asocia con una coordenada φ y θ y con una distancia, que corresponde al componente r. Estas coordenadas esféricas describen completamente la posición tridimensional de cada punto en el modelo, en un sistema de coordenadas local relativo al escáner.
Para la mayoría de las situaciones, un solo escaneo no producirá un modelo completo del objeto. Generalmente se requieren múltiples tomas, incluso centenares, desde muchas direcciones diferentes para obtener información de todos los lados del objeto. Estos escaneos tienen que ser integrados en un sistema común de referencia mediante, un proceso que se llama generalmente alineación, y que transforma las coordenadas locales de cada toma en coordenadas generales del modelo. El proceso completo que va de las tomas individuales a un modelo completo unificado define el flujo de captura de modelo 3D.1

Tecnología

Hay dos tipos de escáneres 3D en función de si hay contacto con el objeto o no. Los escáneres 3D sin contacto se pueden dividir además en dos categorías principales: escáneres activos y escáneres pasivos. Hay una variedad de tecnologías que caen bajo cada una de estas categorías.

Contacto

Los escáneres 3D examinan el objeto apoyando el elemento de medida (palpador) sobre la superficie del mismo, típicamente una punta de acero duro o zafiro. Una serie de sensores internos permiten determinar la posición espacial del palpador. Un CMM (Máquina de medición por coordenadas) o un brazo de medición son ejemplos de un escáner de contacto. Se usan en su mayoría en control dimensional en procesos de fabricación y pueden conseguir precisiónes típicas de 0,01 mm. Su mayor desventaja es que requiere el contacto físico con el objeto para ser escaneado, por lo que el acto de escanear el objeto quizás lo modifique o lo dañe. Este hecho es crítico cuándo se escanean objetos delicados o valiosos tales como los artefactos históricos. La otra desventaja de los CMMs es que son muy lentos en comparación con los otros métodos que se pueden utilizar para escanear. El movimiento físico del brazo donde se monta el escáner puede ser muy lento y el CMMs más rápido puede sólo operar en unos pocos cientos de hertz. Por contraste, un sistema óptico semejante al de un sistema de escáner de láser puede operar de 10 a 1000 khz.

Sin contacto

Activos

Los escáneres activos emiten alguna clase de señal y analizan su retorno para capturar la geometría de un objeto o una escena. Se utilizan radiaciones electromagnéticas ( desde ondas de radio hasta rayos X ) o ultrasonidos.
Time of Flight (Tiempo de Vuelo)

Este escáner Láser Leica puede ser usado para escanear edificios, formaciones rocosas, etc. y producir un modelo 3D. El equipo rota horizontalmente 360º, y un espejo deflecta el haz de medida hacia arriba y hacia abajo. El rayo láser es usado para medir la distancia al primer objeto que encuentre en su trayectoria.
Un escáner 3D de tiempo de vuelo determina la distancia a la escena cronometrando el tiempo del viaje de ida y vuelta de un pulso de luz. Un diodo láser emite un pulso de luz y se cronometra el tiempo que pasa hasta que la luz reflejada es vista por un detector. Como la velocidad de la luz C es conocida, el tiempo del viaje de ida y vuelta determina la distancia del viaje de la luz, que es dos veces la distancia entre el escáner y la superficie. Si T es el tiempo del viaje completo, entonces la distancia es igual a (C * T) /2. Claramente la certeza de un escáner láser de tiempo de vuelo 3D depende de la precisión con la que se puede medir el tiempo T: 3,3 picosegundos (aprox.) es el tiempo requerido para que la luz viaje 1 milímetro. Se utilizan láseres visibles (verdes) o invisibles (infrarrojo cercano)
El distanciómetro láser sólo mide la distancia de un punto en su dirección de la escena. Para llevar a cabo la medida completa, el escáner va variando la dirección del distanciómetro tras cada medida, bien moviendo el distanciómetro o deflectando el haz mediante un sistema óptico. Este último método se usa comúnmente porque los pequeños elementos que lo componen pueden ser girados mucho más rápido y con una precisión mayor. Los escáneres láser de tiempo de vuelo típicos pueden medir la distancia de 10.000 ~ 100.000 puntos cada segundo.
Resumen de caracteristicas:
  • Rápido muestreo.
  • Dispone de un sistema de medición(contador) que se reinicia al alcanzar el objetivo.
  • Suelen ser equipos de alta precisión(submilimétrica)
  • Apto para trabajos de alta precisión en moumentos o elementos constructivos( para el analisis de las defomaciones).
  • Generación de una alta densidad de puntos
  • Frecuencia oscilante entre los 10.000-100.000 puntos.
Algunos ejemplos de escáneres basados en el tiempo de vuelo:
  • Callidus CP3200
  • Leica ScanStation2
  • Leica C10
  • Mensi GS100/200 (ahora Trimble GX)
  • Optech ILRIS
  • Riegl (Toda la gama)
Triangulación

Principio de un sensor Láser de triangulación. Se muestra la posición de dos objetos.
El escáner láser de triangulación 3D es también un escáner activo que usa la luz del láser para examinar el entorno. El haz de luz láser incide en el objeto y se usa una cámara para buscar la ubicación del punto del láser. Dependiendo de la distancia a la que el láser golpee una superficie, el punto del láser aparece en lugares diferentes en el sensor de la cámara.
Esta técnica se llama triangulación porque el punto de láser, la cámara y el emisor del láser forman un triángulo. La longitud de un lado del triángulo definido por la cámara y el emisor del láser es conocida. El ángulo del vértice del emisor de láser se sabe también. El ángulo del vértice de la cámara ( paralaje) puede ser determinado mirando la ubicación del punto del láser en la cámara. Estos tres valores permiten determina el resto de las dimensiones del triángulo, y por tanto, la posición de cada punto en el espacio.
La precisión de este sistema de medida puede ser muy elevada (milésimas de milímetro), pero depende del ángulo del vértice opuesto al escáner (cuanto más se aparte de 90º más baja es la precisión), lo que limita el tamaño de la escena a analizar. Dado que ese ángulo depende fuertemente de la distancia entre el emisor láser y la cámara, el aumentar el alcance supone incrementar mucho el tamaño del equipo de medida. En la práctica, el alcance máximo de estos escáneres se limita a 20-30 cm.
En la mayoría de los casos en lugar de un punto de medida se proyecta una línea que barre la superficie del objeto para acelerar el proceso de adquisición.
Algunos ejemplos de escáneres 3D por triangulación:
  • Minolta Vivid

El Concilio Nacional de Investigación de Canadá estaba entre los primeros institutos en desarrollar la tecnología basada de examen por triangulación en 1978.2
Diferencia de fase
Este tercer tipo de escáner mide la diferencia de fase entre la luz emitida y la recibida, y utiliza dicha medida para estimar la distancia al objeto. El haz láser emitido por este tipo de escáner es continuo y de potencia modulada.
El rango y la precisión de este tipo de scáner es intermedio, situándose como una solución entre el largo alcance de los dispositivos TOF y la alta precisión de los escáneres por triangulación. Su alcance ronda los 200 m en condiciones de poco ruido (baja iluminación ambiente), y su error característico ronda los 2mm por cada 25 m.
En algunos modelos el alcance está limitado precisamente por su modo de funcionamiento, ya que al modular el haz con una frecuencia constante, existe ambigüedad en la medida de la distancia proporcional a la longitud de onda de la modulación utilizada.
La precisión de la medida también depende de la frecuencia utilizada, pero de manera inversa a cómo lo hace el alcance, por lo cual estos conceptos son complementarios, y se debe encontrar un punto de compromiso entre ambos, o bien utilizar dos frecuencias distintas (multi-frequency-ranging).
La velocidad de adquisición es muy alta, consiguiendo los modelos actuales velocidades de escaneo que oscilan entre los 100.000 y 1 millón de puntos por segundo, en función de la precisión requerida. Resumen de las características:
  • Haz continuo y de potencia modulada.
  • Rango y precisión intermedio( 100 metros en condiciones de baja iluminación ambiente).
  • Error característico de 2mm. a los 25m.
  • Alcance limitado por el fenómeno de ambigüedad de la onda en función de la frecuencia utilizada.
  • Posibilidad de establecer un modo de multifrecuencia.
  • Tiempo de adquisición del producto intermedio.
  • Velocidades de escaneo comprendidas entre los 100.000 ptos. y el 1.000.000 de ptos.
Algunos ejemplos de escáneres basados en Diferencia de Fase:
  • Faro Photon, Zoom
  • Trimble CX (mixto, fase y tiempo de vuelo)
  • Trimble FX
  • Z+F Imager 5005, 5010
La Holografía Conoscópica
Es una técnica interferométrica por la que un haz reflejado en una superficie atraviesa un cristal birrefringente, esto es un cristal que posee dos índices de refracción, uno ordinario y fijo y otro extraordinadio que es función del ángulo de incidencia del rayo en la superficie del cristal.
Como resultado de atravesar el cristal obtienen dos rayos paralelos que se hacen interferir utilizando para ello una lente cilíndrica, esta interferencia es capturada por el sensor de una cámara convencional obteniendo un patrón de franjas. La frecuencia de esta interferencia determina la distancia del objeto en el que se proyectó el haz. Esta técnica permite la medición de orificios en su configuración colineal, alcanzando precisiones mejores que una micra. La ventaja de esta técnica es que permite utilizar luz no coherente, esto quiere decir que la fuente de iluminación no tiene porqué ser un láser, la única condición es que sea monocromática.
Las aplicaciones de esta técnica son muy variadas, desde la ingeniería inversa hasta la inspección de defectos superficiales en la industria del acero a altas temperaturas. Los sensores de Holografía Conoscópica son fabricados por Optimet. La Holografía Conoscópica fue descubierta por Gabriel Sirat y Demetri Psaltis en el año 1985.
La luz estructurada
Los escáneres 3D de luz estructurada proyectan un patrón de luz en el objeto y analizan la deformación del patrón producida por la geometría de la escena. El modelo puede ser unidimensional o de dos dimensiones. Un ejemplo de un un modelo unidimensional es una línea. La línea se proyecta sobre el objeto que se analiza con un proyector de LCD o un láser. Una cámara, desviada levemente del proyector de modelo, mira la forma de la línea y usa una técnica semejante a la triangulación para calcular la distancia de cada punto en la línea. En el caso del modelo de una sola línea, la línea se barre a través del campo del panorama para reunir información de distancia una tira a la vez.
Un ejemplo de un modelo bidimensional es una cuadrícula o un modelo de líneas. Una cámara se usa para registrar la deformación del modelo y un algoritmo bastante complejo se usa para calcular la distancia en cada punto en el modelo. Una razón para la complejidad es la ambigüedad. Considere una serie de rayas verticales paralelas de láser que barren horizontalmente a través de un blanco. En el caso más sencillo, uno podría analizar una imagen y asumir que la secuencia izquierda-derecha de rayas refleja la sucesión de los láseres en la serie, así de esta manera la raya de extremo izquierdo de la imagen sea el primer láser, el próximo es el segundo láser, etcétera. En objetivos no triviales que contienen cambio de patrón, hoyos, oclusiones, y de la profundidad, sin embargo, esta secuencia se descompone como rayas que a veces se esconden o pueden aparecer incluso con el orden cambiado, teneiendo como resultado la ambigüedad de raya de láser. Este problema particular fue resuelto recientemente por una tecnología de ruptura llamada Multistripe Laser Triangulation (MLT). El escaneo estructurado de luz todavía es un área muy activa de investigación con muchas investigaciones publicadas cada año.
La ventaja de los escáneres 3D de luz estructurada es la velocidad. En vez de escanear un punto a la vez, escanean múltiples puntos o el campo entero del panorama inmediatamente. Esto reduce o elimina el problema de la deformación del movimiento. Algunos sistemas existentes son capaces de escanear objetos en movimiento en tiempo real.3
Ver Escáner_de_luz_estructurada
La luz modulada
Escáneres 3D de luz modulada brillan una luz continuamente cambiante en el objeto. Generalmente la fuente de luz simplemente cicla su amplitud en un patrón sinodal. Una cámara detecta la luz reflejada y la cantidad que el patrón de luz cambia para determinar la distancia viajada por la luz.

Pasivos

Los escáneres pasivos no emiten ninguna clase de radiación por sí mismos, pero en lugar se fía de detectar la radiación reflejada del ambiente. La mayoría de los escáneres de este tipo detectan la luz visible porque es una radiación ya disponible en el ambiente. Otros tipos de radiación, tal como el infrarrojo podrían ser utilizados también. Los métodos pasivos pueden ser muy baratos, porque en la mayoría de los casos estos no necesitan hardware particular.
Estereoscópicos
Los sistemas estereoscópicos utilizan el mismo principio de la fotogrametría, utilizando la medida de la paralaje entre dos imágenes para determinar la distancia de cada pixel de la imagen. Emplean generalmente dos cámaras de video, levemente separadas, mirando a la misma escena. Analizando las diferencias leves entre las imágenes vistas por cada cámara, es posible determinar la distancia en cada punto en las imágenes. Este método se basa en la visión estereoscópica humana.
Silueta
Estos tipos de escáneres 3D usan bosquejos creados de una sucesión de fotografías alrededor de un objeto tridimensional contra un fondo muy bien contrastado. Estas siluetas se estiran y son cruzadas para formar la aproximación visual de casco del objeto. Con esta clase de técnicas alguna clase de concavidades de un objeto (como el interior de un tazón) no son detectadas.
Con Ayuda del Usuario (Modelado Basado en Imagen)
Hay otros métodos que, basados en la ayuda del usuario para el descubrimiento e identificación de algunas características y formas en un conjunto de retratos diferentes de un objeto son capaces de construir una aproximación del objeto mismo. Esta clase de técnicas son útiles para construir la aproximación rápida de edificios a semejanza de objetos, formados y sencillos. Varios paquetes comerciales están disponibles como iModeller, el Escultor D o RealViz ImageModeler.
Este tipo de escaneo 3D se basa en los principios de fotogrametría. Es también algo semejante en la metodología a la fotografía panorámica, excepto que las fotos se toman de un objeto en un espacio tridimensional para replicarlo en vez de tomar una serie de fotos de un punto en un espacio tridimensional para replicar el ambiente circundante.

Reconstrucción y Modelado

Las nubes de puntos producidas por los escáneres 3D pueden ser utilizadas directamente para la medición y la visualización en el mundo de la arquitectura y la construcción. No obstante, la mayoría de las aplicaciones, utilizan modelos 3D poligonales, modelos de superficies NURBS, o modelos CAD basados en las características (modelos sólidos).

Modelos de malla de polígonos

En una representación poligonal de una forma, una superficie curva es modelada como muchas pequeñas superficies planas (al igual que una esfera es modelada como una bola de discoteca). El proceso de convertir una nube de puntos en un modelo poligonal 3D se llama reconstrucción. La reconstrucción de modelos poligonales implica encontrar y conectar los puntos adyacentes mediante líneas rectas con el fin de crear una superficie continua.
Los modelos poligonales, también llamados modelos de malla, son útiles para la visualización o para algunas aplicaciones CAM, pero son, en general, "pesados" (archivos de datos muy grandes), y son relativamente difíciles de editar en este formato.
Existen muchas aplicaciones, tanto libres como propietarias, destinadas a este fin: MeshLab, cyclone, kubit PointCloud para AutoCAD, JRC 3D Reconstructor, PhotoModeler, ImageModel, PolyWorks, Rapidform, Geomagic, ImageWare, Rhino, etc.

Modelos de superficies

El siguiente nivel de sofisticación en la modelización implica el uso de un conjunto de pequeñas superficies curvas que unidas entre sí modelan nuestra forma. Estas superficies pueden ser NURBS, T-Splines u otras representaciones de curvas. Utilizando NURBS, nuestra esfera es una esfera matemática verdadera.
Estas superficies tienen la ventaja de ser más ligeras y más fácilmente manipulables cuando se exportan a CAD. Los modelos de superficie son algo más modificables, pero sólo en un sentido escultórico de empujar y tirar para deformar la superficie. Esta representación se presta bien al modelado de formas orgánicas o artísticas.
Algunas aplicaciones sólo ofrecen un diseño manual de las curvas, pero las más avanzadas ofrecen tanto manual como automático. Aplicaciones usadas para este modelado son: Rapidform, Geomagic, Rhino, Maya, T Splines, etc.

Modelos sólidos CAD

Desde el punto de vista de la ingeniería y la fabricación, la representación fundamental de una forma digitalizada es el modelo CAD, totalmente editable. Después de todo, el CAD es el "lenguaje común" de la industria para describir, editar y producir la forma de los bienes de una empresa. En CAD, nuestra esfera está descrita por parámetros que son fácilmente editables mediante el cambio de un valor (por ejemplo, el centro de la esfera o su radio).
Estos modelos CAD no describen simplemente el envoltorio o la forma del objeto, sino que también incorporan la "intención del diseño" (es decir, las características fundamentales y su relación con otras funciones). Un ejemplo de la intención del diseño más allá de la forma por sí sola podrían ser los tornillos de un freno de tambor, que deben ser concéntricos con el agujero en el centro del tambor. Este conocimiento podría guiar la secuencia y el método de creación del modelo CAD: Un diseñador con el conocimiento de esta relación, no diseñaría los tornillos referenciados al diámetro exterior, sino que lo haría depender del centro del tambor. Por tanto, un diseñador creando un modelo CAD, incluirá tanto la forma como la finalidad del diseño en el modelo CAD completo.
Distintos enfoques se ofrecen para llegar al modelo CAD. Algunos exportan las superficies NURBS tal cual y dejan que sea el diseñador el que complete el modelo en CAD (por ejemplo, Geomagic, ImageWare, Rhino). Otros utilizan el análisis de los datos para crear un modelo editable basado en las características que se importa en CAD con el árbol de características intacto, produciendo un modelo completo y nativo de CAD, recogiendo tanto la forma como la finalidad del diseño (Geomagic, Rapidform). Mientras que otras aplicaciones de CAD son lo suficientemente robustas como para manipular modelos de un número limitado de puntos o polígonos dentro del entorno CAD (por ejemplo, Catia).

Aplicaciones

Industria

El escáner 3D ha encontrado una aplicación insustituible en el control dimensional de fabricación de componentes que requieren tolerancias muy estrictas, como álabes de turbina, mecanizados de alta precisión, estampación y matricereía .... Las piezas se escanean y la nube de puntos se compara con el modelo teórico, permitiendo un control muy minucioso sobre la producción. También se utiliza para "escalar" diseños a partir de modelos creados a mano.

Ingeniería inversa

La ingeniería inversa de un componente mecánico requiere un modelo digital preciso de los objetos a ser reproducido. Antes que un conjunto de los puntos que un modelo digital preciso es representado típicamente por un conjunto de superficies tal como un conjunto de superficies triangulares planas, un conjunto de la planicie o superficies curvas de NURBS, o idealmente para componentes mecánicos un sólido de CAD que se compone de un subconjunto de CAD de superficies de NURBS. Un escáner 3D se puede usar para digitalizar forma libre o componentes formados gradualmente cambiantes de geometrías así como también prismáticas mientras que una CMM es usada generalmente sólo para que determine las dimensiones sencillas de un modelo sumamente prismático. Estos puntos de datos entonces se procesan para crear un usable modelo digital.

Documentación "as built"

Los escáneres 3D permiten obtener modelos precisos de la situación real de un edificio o instalación, de manera que se pueden realizar proyectos de documentación o mantenimiento basados en su situación real. Además, permiten comparar la evolución temporal de un objeto, permitiendo identificar deformaciones, movimientos, etc.

Entretenimiento

Escáneres 3D son usados por la industria del entretenimiento para crear los modelos 3D digitales para películas y videojuegos. En caso de que donde un equivalente de mundo verdadero de un modelo exista, es mucho más rápido escanear el objeto físico que crear manualmente el modelo 3D por medio de software de modelado. Frecuentemente, los artistas esculpen los modelos físicos de lo que ellos quieren y los escanean en forma digital antes de pasarlos directamente a modelos digitales en una computadora.

Patrimonio Cultural

Ha habido muchos proyectos de investigación emprendieron el escanear sitios y artefactos históricos. La técnica de escaneo láser contribuye a la documentación y mantenimiento de edificaciones, monumentos y otros elementos históricos. Además, puede ser una herramienta para la divulgación de turismo histórico a través de modelos virtuales.

Documentación

Para una documentación completa de la información de un monumento histórico (arqueológico, arquitectónico, etc.) es necesario realizar un levantamiento preciso y en detalle de los distintos elementos que constituyen el objeto de estudio para obtener unos resultados fiables y ajustados a la realidad, así como identificar las distintas patologías que puedan afectar al objeto, como problemas estructurales, deformaciones, etc. Pero la documentación del patrimonio cultural no consiste únicamente en el levantamiento de campo de los datos necesarios para su registro en detalle, sino que también requiere procedimientos necesarios para procesar esta información, su presentación posterior y el archivo de los datos imprescindibles para representar la forma, volumen y tamaño del elemento documentado en un determinado momento de la vida del mismo. Como es cada vez más habitual la exigencia en la rapidez y precisión en la documentación de los elementos patrimoniales, la tendencia actual es usar como herramientas más avanzadas de documentación geométrica los métodos topográficos y la fotogrametría. Cada vez se hace más necesario obtener un registro en 3D y con ello, un modelo tridimensional que represente gráficamente tanto la geometría del edificio como el aspecto en que se encuentra. En este sentido ha avanzado en las últimas décadas la aplicación del escáner láser 3D en el campo del patrimonio cultural, que suple huecos de otras técnicas, presentándose como una alternativa eficiente para la documentación de elementos históricos. Así como en la fotogrametría, el escáner láser puede ser utilizado en suelo o aerotransportado. En un mundo donde la información se almacena fundamentalmente en formatos digitales, se hace cada vez más necesario generar sistemas en los que ésta quede archivada en formatos que permitan su conservación en el futuro; un formato que sea además compatible con otro tipo de información digital sobre los sitios analizados (bien sea ésta descriptiva, gráfica, histórica, etc.), con la cual se pueda también relacionar.

Miguel Ángel

En 1999, dos grupos diferentes de investigación comenzaron a escanear estatuas de Miguel Ángel. La Universidad de Stanford con un grupo dirigido por Levoy de Marc usó un escáner láser de triangulación comercial y construido por Cyberware para escudriñar las estatuas de Miguel Ángel en Florencia, notablemente el David, el Prigioni y las cuatro estatuas en la Capilla de Medici. El escaneo produjo una densidad de puntos de datos de una muestra por 0,25mm, detallado bastante para ver las marcas de cincel de Miguel Ángel. Este detallado escaneo produjo una cantidad inmensa de datos (hasta 32 gigabits) y el procesamiento de los datos de su escaneo llevó 5 meses. Aproximadamente en el mismo período un grupo de investigación de IBM, dirigido por H. Rushmeier y F. Bernardini escaneo la Pietà de Florencia adquiriendo detalles geométricos y de color.4

Monticello

En 2002, David Luebke y otros escanearon Monticello.5 Un tipo comercial de escáner de láser de tiempo vuelo, el DeltaSphere 3000, fueron usados. Los datos de escáner se combinaron luego con datos de color de fotografías digitales para crear el Monticello Virtual, y se exhibieron en el Museo de Arte de Nueva Orleans en 2003. La exhibición virtual de Monticello simuló una ventana que mira a la Biblioteca Jefferson. La exhibición se compuso de un despliegue de la proyección en una pared y un par de lentes estéreos para el espectador. Las lentes, combinado con proyectores polarizados, proporcionaron un efecto 3D. La posición rastreando hardware en los lentes permitió que el despliegue adaptara como el espectador circula, creando la ilusión que el despliegue es verdaderamente un hoyo en la pared que mira en la Biblioteca. La exhibición estereógrafa de la barrera (esencialmente un holograma no activo que aparece diferente de ángulos diferentes) del gabinete de Jefferson.

Generación de modelos digitales del terreno y/o elevación

Para muchos, el sistema láser es considerado como una solución completa que llega a reemplazar la Fotogrametría. Es prudente que los usuarios de esa tecnología interpreten el láser como siendo otra herramienta más o sensor que ayuda en la solución de problemas específicos de la Fotogrametría o de la Ingeniería.Así como las imágenes satelitales, de RADAR, o de Fotogrametría, los Sistemas Lçaser Aerotransportados tienen su aplicación apuntada hacia donde sea económicamente viable. Puede proveer resultados muy rápidos y precisos en distintas situaciones donde los métodos convencionales no son los más apropiados.
Hay dos ventajas importantes respecto a los procesos fotogramétricos convencionales. Debido a sus características de operación, el Sistema Láser Aerotransportado sufre menos influencia por las condiciones atmosféricas adversas, como cobertura de nubes y lluvia. Como se trata de luz próxima del espectro visible, interrupciones visuales del pulso son los únicos obstáculos en el proceso. De esa forma, días de poco sol son incluso más propicios para la ejecución de levantamientos láser. Otra ventaja es la rapidez en la captación, o sea, en las operaciones de campo y post relevamiento. El procesamiento de datos crudos independe de servicios adicionales, una vez que son exclusivamente numéricos. En los procesos fotogramétricos, el uso de escáner y estaciones de trabajo tienen importancia fundamental para la derivación de los modelos digitales. En el caso de los Sistemas Láser Aerotransportado, el procesamiento de los datos crudos es la única actividad a ser hecha para la obtención del modelo digital.

Véase también

Referencias

  • C. Teutsch, "Model-based Analysis and Evaluation of Point Sets from Optical 3D Laser Scanners", volume 1. Shaker Verlag, 2007. ISBN: 978-3-8322-6775-9
  • François Blais, Michel Picard, Guy Godin, "Accurate 3D acquisition of freely moving objects," Proceedings. 2nd International Symposium on 3D Data Processing, Visualization and Transmission, 2004, pp.422-429.
  • Qian Chen, Toshikazu Wada, "A light Modulation/Demodulation Method for Real-Time 3D Imaging," Fifth International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, 2005, pp.15-21.
  • Brian Curless, "From Range Scans to 3D Models," ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Vol. 33, Issue 4, Nov 2000, pp.38-41.
  • Joseph P. Lavelle, Stefan R. Schuet, Daniel J. Schuet, "High Speed 3D Scanner with Real-Time 3D Processing," 2004 IEEE International Workshop on Imaging Systems and Techniques, 2004, pp.13-17.
  • Katsushi Lkeuchi, "Modeling from Reality," Third International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, 2001, pp.117-124.
  1. Fausto Bernardini, Holly E. Rushmeier: The 3D Model Acquisition Pipeline. Comput. Graph. Forum 21(2): 149-172 (2002), (pdf).
  2. Roy Mayer, Scientific Canadian: Invention and Innovation From Canada's National Research Council, Vancouver: Raincoast Books, 1999.
  3. Song Zhang, Peisen Huang, "High-resolution, real-time 3-D shape measurement," Optical Engineering, 2006, pp.123601. (pdf)
  4. Marc Levoy, Jeremy Ginsberg, Jonathan Shade, Duane Fulk, Kari Pulli, Brian Curless, Szymon Rusinkiewicz, David Koller, Lucas Pereira, Matt Ginzton, Sean Anderson, James Davis, "The Digital Michelangelo Project: 3D Scanning of Large Statues," Proceedings of the 27th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, 2000, pp.131-144. (pdf)
  5. David Luebke, Christopher Lutz, Rui Wang, and Cliff Woolley, “Scanning Monticello,” 2002, http://www.cs.virginia.edu/Monticello.

Enlaces externos

 

 

 

SIGGRAPH 2000 Course on

3D Photography

Monday July 24, 2000
New Orleans, Louisiana

Organizers: Brian Curless (U. Washington) and Steve Seitz (CMU/U. Washington)


Speakers
Jean-Yves Bouguet Intel Corporation
Brian Curless University of Washington
Paul Debevec University of California, Berkeley
Marc Levoy Stanford University
Shree Nayar Columbia University
Steve Seitz Carnegie Mellon University/U. of Washington



Course Syllabus

Course Notes

Video Contents

Course Abstract

3D photography is the process of using cameras and light to capture the shape and appearance of real objects. This process provides a simple way of acquiring 3D models of unparalleled detail and realism by scanning them in from the real world. This course provides an introduction to the emerging area of 3D photography, focusing on the current state of the art and the principles underlying several leading approaches.
After introducing fundamental concepts, the course surveys a variety of techniques and provides an in-depth analysis of a few successful approaches at the forefront of 3D photography, presented by leading researchers in the field. The focus is on passive and active optical methods, including stereo vision, photogrammetry, structured light, imaging radar, interferometry, and optical triangulation. The course concludes with a field study: capturing 3D photographs of Michelangelo's statues.

Scope

The course will cover a variety of methods for recovering shape from images. Introductory material will describe the fundamentals of cameras from lenses to CCD's and ways of calibrating them. A number of standard and emerging passive vision methods will be presented, including stereo, structure from motion, shape from focus/defocus, shape from shading, interactive photogrammetry, and voxel-based reconstruction . Active vision methods will include imaging radar, optical triangulation, moire, active stereo, active depth from defocus, and desktop shadow striping.

Online Resources



Commercial Scanners



Commercial Image-Based Modelers


 

 

 

3D Photography Course Notes


  1. Introduction (Steve Seitz)
  2. Sensing for vision and graphics (Shree Nayar)
  3. Camera Calibration (Steve Seitz)
  4. Overview of passive vision techniques (Steve Seitz)
    • Abstract
    • Slides
    • Papers
      • A Versatile Camera Calibration Technique for High Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Cameras and Lenses, R. J. Tsai
      • Shape and Motion from Image Streams under Orthography: A Factorization Method, C. Tomasi and T. Kanade
      • A Multiple-Baseline Stereo, M. Okutomi and T. Kanade
      • Photometric Method for Determining Surface Orientation from Multiple Images, R. J. Woodham
  5. Voxel-based techniques for reconstruction (Steve Seitz)
  6. Façade: modeling architectural scenes (Paul Debevec)
  7. Overview of active vision techniques (Brian Curless)
  8. Desktop 3D photography (Jean-Yves Bouguet)
  9. Shape and appearance from images and range data (Brian Curless)
  10. Application: The Digital Michelangelo Project (Marc Levoy)

Bibliography (see slides for more references)
  • R. J. Tsai, A Versatile Camera Calibration Technique for High Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Cameras and Lenses, IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. 3, No. 4, 1987, pp. 323-344.
  • C. Tomasi and T. Kanade, Shape and Motion from Image Streams under Orthography: A Factorization Method, International Journal of Computer Vision, Vol. 9, No. 2, 1992, pp. 137-154.
  • M. Okutomi and T. Kanade, A Multiple-Baseline Stereo, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 15, No. 4, 1993, pp. 353-363.
  • R. J. Woodham, Photometric Method for Determining Surface Orientation from Multiple Images, Journal of Optical Engineering, Vol. 19, No. 1, 1980, pp. 138-144.
  • S. M. Seitz, Photorealistic Scene Reconstruction by Voxel Coloring, Proc. IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition, 1997, pp. 1067-1073.
  • K. N. Kutulakos and S. M. Seitz, A Theory of Shape by Space Carving, Technical Report 692, Computer Science Department, University of Rochester, Rochester, NY, May 1998.
  • P. E. Debevec, C. J. Taylor, and J. Malik, Modeling and Rendering Architecture from Photographs: A Hybrid Geometry- and Image-Based Approach, Proc. ACM SIGGRAPH 96, 1996, pp. 11-20.
  • B. Curless and M. Levoy, Better Optical Triangulation through Spacetime Analysis, IEEE International Conference on Computer Vision, 1995, pp. 987-994.
  • J. Y. Bouguet and P. Perona, 3D photography on your desk, Proc. IEEE International Conference on Computer Vision, 1998, pp. 43-50.
  • G. Turk and M. Levoy, Zippered Polygon Meshes from Range Images, Proc. ACM SIGGRAPH 94, 1994, pp. 311-318.
  • H. Hoppe, T. DeRose, and T. Duchamp, Surface Reconstruction from Unorganized Points, Proc. ACM SIGGRAPH 92, 1992, pp. 71-78.
  • H. Hoppe, T. DeRose, T. Duchamp, J. McDonald, and W. Stuetzle, Mesh Optimization, Proc. ACM SIGGRAPH 93, 1993, pp. 19-26.
  • B. Curless and M. Levoy, A Volumetric Method for Building Complex Models from Range Images, Proc. ACM SIGGRAPH 96, 1996, pp. 303-312.


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Cuaderno de Ciencias

El primer boli que escribe en 3D

En un conocido episodio de Bob Esponja, nuestro héroe submarino encuentra un lápiz que tiene una peculiaridad, las obras con él dibujadas cobran vida.
[Relacionado: ¿Necesitas un órgano? Muy pronto podrás imprimirlo en 3D]
Obviamente nunca conseguiremos que un dibujo gane tres dimensiones y salga caminando con sus patas recién garabateadas, pero lo que acabo de ver en Newscientist es lo más parecido que he visto en el mundo real. Sus creadores - Wobble works - lo llaman 3Doodle pen (un juego de palabras entre "3D" y el término "doodle" que significa garabatear) y podrás adquirirlo por 'sólo' 75 dólares.
¿Cómo funciona este boli en 3D? Pues de un modo muy parecido al de las impresoras 3D, esos dispositivos tan de moda últimamente. De hecho, este dispositivo podría ser un buen comienzo si quieres iniciarte en este concepto tecnológico.
Básicamente, el bolígrafo es un contenedor de bolas de plástico, que al calentarse producen el fluido que se aprecia en el vídeo. El componente clave del artilugio es un ventilador diminuto que enfría el plástico a medida que sale por el plumín, lo cual hace que solidifique muy pronto.
[Podría interesarte: Crean un material que repele los líquidos]
Puedes emplear el boli a la manera tradicional, sin levantar la punta del papel haciendo que el plástico haga las veces de tinta, o bien puedes levantar la punta y comenzar a divertirte en tres dimensiones.
Con el 3Doodle pen, el sueño de cualquier dibujante de hacer que sus creaciones "ganen perspectiva" por fin está al alcance de la mano. La persona que aparece en el vídeo, Daniel Cowen (el portavoz de la empresa fabricante) nos muestra una plantilla en papel de la Torre Eiffel y lo fácil que es replicar tridimensionalmente el famoso monumento parisino con este bolígrafo.
Si estás pensando que es un juguete te equivocas. Hay que manejarlo con cuidado y esta herramienta no debe dejarse al alcance de los niños ya que su plumín funde el plástico a unos nada desdeñables 270ºC.
En el futuro, el fabricante prevé lanzar una versión para crear comida, sustituyendo el plástico por caramelo fundente, para que los reposteros creen adornos imposibles sobre las tartas de nuestros hijos. En teoría eso permitiría trabajar a menores temperaturas, porque el azúcar se funde con más facilidad que el plástico.
[Relacionado: Los dientes en el Paleolítico sufrían menos incidencia de caries]
Muy pronto en su confitería más cercana.
Me enteré leyendo New Scientist.