Escuela Técnica Superior de Ingenieros en Topografía, Geodesia … · Universidad Politécnica de...

Universidad Politécnica

de Madrid

Escuela Técnica Superior de Ingenieros en

Topografía, Geodesia y Cartografía

TITULACIÓN: INGENIERO TÉCNICO EN TOPOGRAFÍA

PROYECTO FIN DE CARRERA

OBTENCIÓN DEL MODELO TRIDIMENSIONAL DE UNA

VASIJA PRECOLOMBINA DE LA CULTURA NAZCA-PERÚ

MEDIANTE SISTEMAS LÁSER ESCÁNER 3D

Alumno: Álvaro Aarón Solera Arganda

Tutor: Dra. Mercedes Farjas Abadía Madrid, Junio 2012

Modelo tridimensional de una vasija Precolombina de la cultura Nazca-Perú mediante sistemas LasérEscaner3D

ALVARO AARON SOLERA ARGANDA - 1 -

ÍNDICE



ÍNDICE

1.- INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 7

1.1.- ANTECEDENTES ...................................................................................... 7

1.2.- APLICACIONES ......................................................................................... 7

1.2.1.- Ingeniería inversa ................................................................................ 8

1.2.2.- Derrumbes y hundimientos .................................................................. 9

1.2.3.- Temblores y terremotos ....................................................................... 9

1.2.4.- Accidentes de avión ........................................................................... 10

1.2.5.- Accidentes, riesgos industriales......................................................... 11

1.2.6.- Accidentes de circulación y escenas de crimen................................. 12

1.2.7.- Patrimonio ......................................................................................... 13

1.2.8.- Túneles .............................................................................................. 15

1.2.9.- Animación tridimensional ................................................................... 16

1.3.- OBJETIVOS ............................................................................................. 17

2.- SITUACIÓN, RESEÑA HISTÓRICA Y DESCRIPCIÓN ............................. 19

2.1.- ORIGEN DE LA VASIJA ........................................................................... 19

2.2.- RESEÑA HISTÓRICA .............................................................................. 20

2.3.- DESCRIPCIÓN DE LA VASIJA ................................................................ 22

3.- EL ESCÁNER LÁSER 3D .......................................................................... 24

3.1.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO LÁSER 3D Y EL PROGRAMA PARA

ESCANEADO EN 3D ....................................................................................... 24

3.1.1.- Características del equipo láser escáner 3D de Nextengine ............. 24

3.1.2.- Características del programa NextEngine ScanStudio HD ................ 26



3.2.- PROCESO DE ESCANEO 3D. ................................................................ 39

3.2.1.- Fase previa al escaneo ...................................................................... 40

3.2.2.- Alineado, cortado y fusionado ............................................................ 41

3.2.3.- Comprobación, preparación y mejora del objeto 3D sin refinar ......... 46

3.2.4.- Exportación e importación de modelos 3D ........................................ 53

4.- METODOLOGÍA DEL TRABAJO. .............................................................. 56

4.1.- ESTUDIO PREVIO PARA LA DEFINICIÓN DE LA METODOLOGÍA DEL

TRABAJO ......................................................................................................... 56

4.2.- METODOLOGÍA DEL TRABAJO ............................................................. 58

4.2.1.- Adquisición de datos .......................................................................... 59

4.2.2.- Tratamiento y procesamiento de la información ................................ 61

4.2.3.- Visualización de los resultados .......................................................... 61

4.3.- METODOLOGÍA EN LA ADQUISICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS .. 63

4.3.1.- Metodología en la adquisición de datos ............................................. 63

4.3.2.- Metodología en el tratamiento de datos. ............................................ 67

5.- EL LÁSER TRACKER LTD800 .................................................................. 96

5.1.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO LÁSER TRACKER LTD800………………96

5.1.1.-Característcas del equipo Láser Tracker LTD800 ............................... 98

5.2.- TOMA DE DATOS DEL CONTROL MÉTRICO………………………….....99

5.3.- TRATAMIENTO DATOS. DATOS ESPECTRALES………………………101

6.- ESTUDIO DE PRECISIONES ................................................................... 104

6.1.- ESTUDIO DE PRECISIÓN DE LAS TOMAS Y FAMILIAS DE

ESCANEO…………………………………………………………………………...105



6.2.- ESTUDIO DE LA PRECISION OBTENIDA ……………………………….105

6.3.- COMPARATIVA DE RESULTADOS…………………..………….…….....131

7. - PRESUPUESTO ...................................................................................... 133

7.1.- FORMACIÓN DEL PRESUPUESTO……………………………………….133

8.- CAPTURA DE VIDEOS..............................................................................142

9.- CONCLUSIONES...................................................................................... 144

10.- BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................... 148

11.- AGRADECIMIENTOS ............................................................................. 150

ANEXO I (NEXTENGINE ESPECIFICACIÓN TÉCNICA) .............................. 152

ANEXO II (CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN LASER TRACKER) .............. 154



INTRODUCCIÓN



1. INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

En los últimos años la tecnología laser está demostrando un avanzado ritmo de

crecimiento, con instrumental y metodologías que permiten un amplio espectro

de posibilidades para la obtención de registros digitales tridimensionales de

objetos.

Es en el campo de la arquitectura e ingeniería donde más se están utilizando

este tipo de equipos. Las posibilidades van desde el levantamiento de fachadas

de edificios, levantamiento de cúpulas, a complejos modelos tridimensionales

de estructuras de edificios y puentes así como la fabricación de piezas

mediante ingeniería inversa.

La irrupción del Laser Scanner en el campo de la arqueología ha permitido un

avance importantísimo en la realización de manera rápida y precisa de

proyectos de restauración y rehabilitación dentro del amplio campo de la

arqueología.

1.2. APLICACIONES

La nueva tecnología de adquisición masiva de datos mediante el empleo del

láser tridimensional es a día de hoy un mundo en plena expansión.

Entre las aplicaciones en las que se puede trabajar con un equipo escáner

láser, se plantean en primer lugar las aplicaciones topográficas, ya que son con

las que más familiarizados estamos. Pero este sistema de trabajo puede

aportar un valor añadido importante en aplicaciones cotidianas como

levantamientos topográficos, de taludes, presas, túneles, carreteras, viaductos,

puentes, edificios, etc.

Además existen otras aplicaciones como levantamientos en plantas

industriales, instalaciones, construcción naval, sistemas de tuberías,



plataformas marítimas, preservación histórica (patrimonio), forenses, militar,

captura de la realidad, arqueología, geología,..etc.

Los levantamientos tridimensionales por medio del escáner láser tridimensional

en escenas de crimen, atentados o accidentes, permiten obtener una

documentación topográfica del lugar y de los objetos presentes de forma

exhaustiva, incluyendo información métrica (tridimensional) y de imágenes

(bidimensionales). Estos levantamientos se obtienen en un corto espacio de

tiempo, lo que facilita la normalización de la circulación en el caso de

accidentes, o el inicio de las reparaciones en tiempos récord.

A continuación se presenta una relación de algunas de las aplicaciones y fines

para las que se están utilizando estos equipos y su metodología.

1.2.1. Ingeniería inversa

La ingeniería inversa consiste en obtener la geometría completa de una pieza

real, sin necesidad de sus planos técnicos. Se trata de adaptarla a los sistemas

CAD/CAM/CAE para que, una vez integrada en estos sistemas, podamos

obtener rendimiento de todas las operaciones que se ofrecen: modelado,

mecanizado y análisis. Es también un proceso de duplicación de objetos, sin la

ayuda de documentación técnica que contiene las especificaciones de diseño y

fabricación. El objeto en cuestión puede ser una pieza, un componente o un

sistema. La ingeniería inversa tuvo en sus orígenes esta finalidad, la del

copiado, por lo que todavía conserva mala prensa. Pero hoy ofrece ya un buen

paquete de otras e interesantes aplicaciones.

El proceso de la ingeniería inversa comprende todo un abanico de técnicas, por

lo que precisa de un variado sistema de software, cada uno con características

que lo hacen adecuado para cierta parte del proceso.



1.2.2. Derrumbes y hundimientos

La técnica de modelización tridimensional se ha tenido en cuenta en el estudio

de derrumbes y hundimientos.

Un ejemplo de un hundimiento fue el del patio de una escuela en París, imagen

(1), en Febrero de 2003, que se derrumbó sobre las obras de un túnel en

construcción. La escena se escaneo en pocas horas, después del accidente. El

modelo digital permitió documentarlo de forma precisa y sirvió de base a los

análisis y estudios para determinar las causas del derrumbe.

Imagen (1).- Imágenes del patio de la escuela y de la nube de puntos capturada.

Otro gran ejemplo, es el del socavón provocado por el atentado de septiembre

2001 en Nueva York, que fue medido con un láser tridimensional terrestre

combinado con un levantamiento láser aéreo. (Soubra O., Alfedro Lorenzo,

2005).

1.2.3. Temblores y terremotos

En Hokkaido, Japón, en Septiembre 2003, un temblor de magnitud 8,3 en la

escala de Richter provocó importantes daños materiales. Con el fin de

restablecer lo más rápido posible las infraestructuras ferroviarias y de

carreteras, el escaneado láser tridimensional se impuso como la herramienta



de análisis rápida y eficaz. Los resultados obtenidos permitieron al mismo

tiempo preparar las reparaciones necesarias con los programas informáticos

actuales, y, ajustar los resultados de las simulaciones teóricas al compararlos

con los resultados reales levantados en campo, imagen (2). (Soubra O., Alfedro

Lorenzo, 2005).

Imagen (2).- Levantamiento láser de una carretera después de un temblor.

1.2.4. Accidentes de avión

Otro caso que puso en evidencia la utilidad de los sistemas de escaneo láser

es el desplome del trasbordador espacial americano Columbia en febrero de

2003.

La NASA y Boeing, organizaciones a cargo del mantenimiento del trasbordador

espacial, realizaron el escaneado de todas las piezas que se encontraron de la

aeronave, imagen (3), utilizando instrumentos láser y la reconstruyeron por

completo para analizar las causas del accidente.

Con anterioridad la NASA y Boeing habían adquirido varios sistemas de

escaneado láser tridimensional que permitieron obtener un modelo

tridimensional actualizado y real del trasbordador. Este primer escaneado se

utilizó para la reconstrucción después del accidente. (Soubra O., Alfedro

Lorenzo, 2005).



Imagen (3).- Reconstrucción del trasbordador espacial americano Columbia y la restitución de nubes de puntos.

1.2.5. Accidentes, riesgos industriales

El caso de la explosión de varios componentes de una maquina de papel ha

demostrado la eficacia de los equipos escáner láser para encontrar las causas

de accidentes.

Los pedazos de los dos rodillos de secado, se escanearon uno por uno, imagen

(4). Un trabajo de reconstrucción virtual de las piezas permitió confirmar a los

expertos que la explosión fue provocada por el desplome de una viga metálica

de la estructura de soporte.

En este caso, en particular, las conclusiones del estudio de los datos del equipo

láser escáner se confirmaron por completo a través de un estudio tradicional de

las piezas. Sin embargo, mientras que el estudio con los datos del equipo láser

escáner necesitó únicamente varias horas de trabajo en el lugar del accidente,

el estudio tradicional requirió el envío de las piezas en container por barco a

Estados Unidos, y el informe fue entregado varios meses después del

accidente.

El estudio de los cráteres provocados por explosiones industriales también se

ha realizado a través de equipo láser escáner. Las maquetas virtuales y los



modelos de simulación pueden proporcionar resultados precisos del impacto

ambiental en caso de accidentes. (Soubra O., Alfedro Lorenzo, 2005).

Imagen (4).- Escaneado de los pedazos de rodillos de secado

1.2.6. Accidentes de circulación y escenas de crimen

Desde un simple accidente automovilístico, hasta el levantamiento completo de

una escena de crimen, imagen (5), el equipo escáner láser aporta un registro

numérico prácticamente exhaustivo de los hechos en un instante preciso. Esto

puede servir para confirmar o desechar las diferentes hipótesis emitidas por los

investigadores.

Imagen (5).- Resultados del escaneado láser de un accidente automovilístico.



La demostración de la culpabilidad o la inocencia de los sospechosos en los

tribunales se pueden facilitar a través de estos estudios tridimensionales. En

caso de litigio, los datos recuperados con escáner láser tridimensional pueden

aportar elementos adicionales para la comprensión de los hechos. La facultad

de medicina de la universidad de Hannover, Alemania, utiliza sistemas de

escaneado láser tridimensional para efectuar los levantamientos topográficos

de accidentes de automóvil, para, posteriormente analizar las causas del

mismo, imagen (5). (Soubra O., Alfedro Lorenzo, 2005).

1.2.7. Patrimonio

Los sistemas de documentación de bienes históricos han avanzado al compás

de las tecnologías disponibles en cada momento. La necesidad de conseguir

un procedimiento que proporcione datos precisos de una manera eficaz y

productiva ha forzado a seguir de manera muy próxima los avances técnicos

disponibles en cada momento.

El trabajo de dibujantes expertos se complementó en una primera fase con la

fotografía química y con la fotogrametría. Hoy en día, la tecnología laser

escáner, aporta numerosos beneficios a los procesos de documentación de los

sistemas tridimensionales.

Debido a la elevada densidad de información que podemos capturar con estos

sistemas, unida a la gran precisión de las medidas individuales, es posible

detectar pequeños cambios en la forma en grandes elementos, como el

abombamiento del sustrato de un fresco en una cúpula, o el pandeo de una

fachada.

Los sistemas de medición tridimensional suponen un complemento eficaz en

las operaciones de documentación de los bienes patrimoniales, especialmente

por la flexibilidad y rendimiento que proporcionan.

La capacidad de obtener información permite acortar los plazos de los

proyectos, así como aumentar la calidad de los mismos. Características como



la medición sin contacto y a distancia, y la nula alteración del objeto analizado

hacen que en determinadas ocasiones estos sistemas sean la única alternativa

viable. (Escarpa Sánchez-Garnica, F.J., 2006). Un ejemplo es el levantamiento

de la fuente de los leones en la Alhambra de Granada.

Imagen (6).- Modelo 3D de los leones de la Alhambra de Granada.

Otro ejemplo de esta aplicación es el levantamiento de fachadas, por ejemplo

el realizado por la empresa ACRE en la fachada principal de la Biblioteca

Nacional en Madrid, imagen (7). El flujo de trabajo fue la obtención de tres

escaneados y su unión sin necesidad de instalar dianas en la fachada,

pinchando puntos en las zonas comunes de los diferentes escaneados.

Posteriormente se realizó el dibujo tridimensional directamente en AutoCad. En

dos horas de campo y cuatro días de oficina se generó una entrega al cliente

por encima de lo que con un método tradicional se hubiera conseguido.

Imagen (7).- Fachada principal de la Biblioteca Nacional de Madrid.



Un caso similar es el realizado por la empresa Toyser, en el levantamiento y

delineación de doce fachadas del colegio García Fossas (Igualada, Barcelona),

imagen (8). El rendimiento obtenido en este caso fue de tres días de campo y

cinco días de trabajos de delineación realizando la entrega de doce alzados en

dos dimensiones correspondientes a cada una de las fachadas. (Bravo Ribó, A.

Noviembre 2005).

Imagen (8).- Fachadas del colegio García Fossas (Igualada, Barcelona).

1.2.8. Túneles

La tecnología moderna de la exploración del láser ofrece ventajas masivas

durante la construcción y el mantenimiento de túneles. La documentación para

el trabajo subterráneo se puede acelerar de manera sustancial. Las superficies

del túnel se pueden medir directamente después de la perforación o

directamente detrás del protector de una máquina túnel-que perfora.

Un ejemplo en el levantamiento de túneles, lo aporta la empresa de servicios

topográficos TOYSER de Barcelona, que se encarga de gran parte de los

trabajos de topografía en el Metro de la ciudad, imagen (9). Esta empresa

considera una ventaja la captura de datos masiva que el sistema escáner láser

tridimensional le proporciona, para la posterior extracción de los perfiles

transversales. En un túnel de Metro la toma de detalle es importantísima debido

a la cantidad de servicios que existen en el proyecto.



Imagen (9).- Perfiles y nube de puntos obtenida.

Otro ejemplo es el de la empresa de Toledo ACRE, que está utilizando el

sistema escáner en los túneles más emblemáticos de nuestro país. El ejemplo

que se muestra es una nube completa de 2500 m del túnel Bregua en Galicia,

imagen (10), en la que se tuvo un avance en el levantamiento de 600 m/día y

un día para la unión de escaneados con generación de las secciones del

mismo. (Bravo Ribó, A., Noviembre 2005).

Imagen (10).- Nube de puntos del túnel de Bregua, Galicia.

1.2.9. Animación tridimensional

Existen una gran cantidad de películas, cuyos efectos especiales se han hecho

con equipos escáner láser tridimensional. Algunos ejemplos son: Deep Blue

Sea, imagen (11), Minority Report, Matrix I y II, Master&Comander, el Señor de

los Anillos, Harry Potter, Moulin Rouge, etc.



Imagen (11).- Imágenes de Deep blue sea.

Además esta aplicación podría extenderse a los diferentes programas de

entretenimiento y realidad virtual. (Bravo Ribó, A., Noviembre 2005).

1.3. OBJETIVOS

El objetivo del proyecto, consiste en realizar un modelo tridimensional mediante

la utilización de un equipo escáner láser tridimensional de una vasija

Precolombina de la cultura Nazca de Perú.

La toma de datos se ha realizado con el equipo escáner láser tridimensional,

colocando la vasija en varias posiciones, uniendo las diferentes tomas

mediante transformaciones y formando el modelo completo.

Otro de los objetivos del proyecto es el análisis métrico de la precisión

obtenida en la toma de datos, nuestro propósito es obtener una precisión de

escaneo por debajo de 1 mm.



SITUACIÓN, RESEÑA HISTÓRICA

Y DESCRIPCIÓN



2. SITUACIÓN, RESEÑA HISTÓRICA Y

DESCRIPCIÓN

2.1. ORIGEN DE LA VASIJA

La vasija proviene de la costa Sur de Perú, de la Provincia de Nazca, que es

una de las cinco provincias que forman la Región Ica.

Imagen (12).- Mapa Situación Vasija, Provincia de Nazca, Perú.



Imagen (13).- Mapa Situación Vasija, Provincia de Nazca, Perú.

2.2. RESEÑA HISTÓRICA

La cultura Nazca fue una civilizacion prehispanica que floreció en los siglo I d.c.

hasta el siglo IX d.c.

Se desarrolló junto a la costa Sur del Perú (Region Ica) en los valles de Pisco,

Nasca (Rio Grande), Cañete, Chincha, Ica y Acari, estos valles atraviesan una

zona costera desertica .

Imagen (14).- Situación de la Vasija, Nazca, Perú.

La cultura Nazca ha sido fuertemente influenciada por la anterior cultura

Paracas que se desarrollo en ese territorio, el pueblo de Nazca desarrolló

mayormente una serie de hermosas cerámicas y geoglifos (las Líneas de

Nazca). También construyeron un impresionante sistema subterráneos de

acueductos, conocido como puquios.

La Estructura social sociedad Nazca estaba compuesta de cacicazgos locales

y centros regionales de poder centralizados alrededor de su capital Cahuachi



(centro ceremonial principal). Las excavaciones en Cahuachi han dado a los

arqueólogos ideas claves sobre la cultura Nazca. Restos de materiales

encontrados en el sitio incluyen grandes cantidades de cerámica policromada,

maíz, calabaza, frijol y maní, así como algunos textiles simples y elegantes,

pequeñas cantidades de oro, conchas spondylus.

La cerámica Nazca fue estudiada por Max Uhle en 1901, y es considerada

como la más lograda del antiguo Perú. La cultura Nazca se caracteriza por la

calidad de sus vasijas, las complejas representaciones que pintaron en sus

superficies antes de ser cocidas y la policromía de sus motivos, son piezas que

tienen hasta seis o siete colores, y unos 190 matices diferentes.

Imagen (15).- Vasija de la Cultura Nazca.

La forma más típica de las vasijas es la botella asa-puente con dos vertederos,

pero también fabricaron ollas esféricas, tazas y vasos ceremoniales. La

característica principal de la cerámica Nazca es el “Horror al vacío”, es decir

que los Nazcas no dejaron en ninguna de sus cerámicas algún espacio sin

pintar o decorar. En estas piezas sere presentaron elementos de la vida



cotidiana, tales como flores, frutos, aves, animales e insectos, pero también

personajes mitológicos o que combinan atributos humanos y animales.

2.3. DESCRIPCIÓN DE LA VASIJA

Se trata de una vasija cerámica polícroma correspondiente a cultura Nazca

(Perú). Decorada con pinturas minerales, cuidadosamente molidas y

mezcladas con agua o savia de plantas locales. Diseños y motivos geométricos

decorativos, serios y austeros, remarcados y separados por elementos

irregulares lineales en tonos marrones, sobre fondo de pigmentación en tonos

blancos y ocres. Gamas decorativas en tonos rojizos y azulados. Material

constructivo cerámico fino. Composición no determinada. Presenta restos

refractarios y otro tipo de patología sin especificar, afectando al material y a la

pintura. Posible uso doméstico.

Imagen (16).- Vasija del proyecto.



EL ESCÁNER LÁSER 3D



3. EL ESCÁNER LÁSER 3D

3.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO LÁSER 3D Y EL PROGRAMA

PARA ESCANEADO EN 3D

El escáner 3D para escritorio de la compañía NextEngine realiza capturas de

objetos en tres dimensiones a todo color mediante Multi-Laser de precisión.

El escáner incluye un software propio de procesamiento de datos llamado,

ScanStudio HD, que permite realizar la exploración, alineación, fusionado,

depurado de las imágenes escaneadas y la exportación a de diferentes tipos de

ficheros STL, OBJ, VRML, U3D, entre otros muchos. También hace posible la

salida de resultados en modelos 3D para que sean compatibles con los

programas de diseño más populares como SolidWorks, 3DS Max, ZBrush,

Rhino, Modo, Matemática e imprimir los modelos tridimensionales con ZCrop,

Stratasys y otras impresoras 3D.

3.1.1. Características del equipo láser escáner 3D de Nextengine

El escáner 3D de NextEngine, que se muestra en la imagen (17), es un

dispositivo de escaneo láser que utiliza múltiples láseres para escanear un

objeto tridimensional, se basa en la triangulación óptica de medición 3D.

El escáner está formado por dos componentes básicos: uno es la unidad del

escáner principal y el otro el auto-posicionador, imagen (17).

Las dimensiones del escáner son 224 mm de largo, 91 mm de ancho y 277mm

de alto (224 x 91 x 277mm). El escáner de sobremesa contiene óptica láser,

cámaras y equipos de procesamiento. Utiliza matrices de cuatro clases 1M 10

mW (650nm de longitud de onda), láseres de estado sólido y dobles sensores

de imagen CMOS RGB de 3,0 megapíxeles, para capturar la geometría y las



texturas de color de un objeto. La iluminación de estudio incluye iluminadores

de luz blanca con tri-fósforo, para toda la gama de colores. No hay ningún

límite preestablecido para el objeto. La velocidad de adquisición es de 50.000

puntos/seg. Hay dos modos de escanear: “wide” y “macro”. La elección del

modo depende tanto del tamaño del objeto como de las resoluciones de los

archivos de salida. El área visible para el modo “macro” es de 130 x 97mm, la

distancia entre el objeto y el escáner es alrededor de 178mm, el área visible

para el modo “wide” es de 343 x 256mm y la distancia de alcance es de unos

406mm. La resolución, la textura de color y la exactitud de estos dos modos

son también diferentes. El modo “macro” utiliza 200 ppp de resolución y 400

ppp de densidad de puntos sobre la superficie y una precisión de ± 0,127 mm.

En el modo “wide” sólo se alcanza una resolución de 75 ppp, una densidad de

150 ppp y una precisión de ± 0.381mm.

Imagen (17).- Escáner y Auto-posicionador NextEngine.

El auto-posicionador es un plato giratorio controlado por el software NextEngine

ScanStudio HD. A pesar de que tiene una limitación de peso del objeto de 9

kg, es muy estable y útil cuando se necesita la opción de escaneo de 360 º. El

auto-posicionador proporciona una serie de posiciones (un conjunto de

intervalos de rotación) para un objeto tridimensional, girándolo cada vez que

escanea un sector. Este proceso produce varias secciones de la digitalización

Auto-Posicionador

Unidad Escáner Principal



en 3D, después de la digitalización de 360 º, las secciones se pueden alinear

como un objeto entero utilizando el programa NextEngine ScanStudio HD.

La interfaz para conectar el escáner y el ordenador se realiza mediante puerto

USB 2.0. y la conexión entre el auto-posicionador y el escáner se realiza

mediante conector RJ-42.

3.1.2. Características del programa NextEngine ScanStudio HD

Requisitos del sistema para el software

Es muy importante tener un potente ordenador para el correcto funcionamiento

del equipo y del software, ya que el escáner 3D es un dispositivo de alta

resolución que captura rápidamente muchos millones de puntos y píxeles. La

tabla (1) muestra los requisitos del sistema para el Software ScanStudio

NextEngine HD:

Requisitos mínimos Configuración recomendada

CPU 2GH PC Dual Core CPU

RAM 2GB RAM 4GB RAM

Tarjeta gráfica

128MB tarjeta gráfica 512MB Tarjeta gráfica

Sistema operativo

Windows XP Windows XP64 ( modo 32 bit)

USB USB 2.0 USB 2.0 Powered

Hub

Memoria necesaria

10GB disco Duro Mayor que 10GB

Tabla (1).- Requisitos del sistema para NextEngine ScanStudio HD



Introducción al Interfaz de usuario.

La imagen (18) presenta el menú principal de NextEngine ScanStudio HD.

Este menú es el mostrado por defecto cuando arranca NextEngine ScanStudio

HD. El interfaz puede ser dividido en tres partes como se muestra a

continuación:

Menú de control

El menú de control tiene dos áreas, imagen (18). Una es el Menú de opciones,

la otra es el Menú de Control Principal. El usuario puede controlar el escaneado

y el proceso eligiendo las distintas opciones del menú.

Imagen (18).- Menú de control

Imagen (19).- Menú de opciones

El usuario puede también elegir los procesos, haciendo click en los botones

gráficos del menú de control principal, imagen (19):

Imagen (20).- Menú de Control Principal

Browse: Opciones de archivo, el botón “Browse” es utilizado para abrir,

guardar, importar y exportar archivos.



Align: Se utiliza para alinear las diferentes tomas de escaneo de una

misma pieza con el fin de que se formen y compilen en el orden

correcto.

Trim: Esta orden es empleada para eliminar ruido en las imágenes

escaneadas: en primer lugar se realiza una selección y posteriormente

se corta “o elimina” las partes innecesarias de las piezas escaneadas.

Fuse: para fusionar las piezas alineadas como un objeto entero.

Polish: permiten al usuario refinar el modelo, rellenando posibles

agujeros existentes en el objeto, realizando una operación de pulido o

suavizado para todas aquellas superficies que así lo requieran.

CAD: utilizado para preparar el modelo escaneado con las propiedades

y dirección tridimensional deseada para exportar a extensión CAD.

imagen (21) muestra otros componentes

del menú de control:

Imagen (21).- Otros componentes del menú de control.

a. El botón enlaza con la web oficial de NextEngine.

b. Al hacer clic en el botón MODE, la ventana del visor mostrará el objeto en

diferentes modos. En la versión actual de ScanStudio NextEngine HD, los

cuatro botones de Modo están en el lado derecho de la barra de miniaturas. El



botón SETTINGS, permite sacrificar la parte trasera de la objeto y mostrar el

fondo. SUPPORT es un botón de conexión a la NextWiki, Centro de Apoyo,

como la opción de menú Ayuda. Cuando se plantean algunos problemas que

deben ser abordados, aparecerá automáticamente, el wiki mostrará los errores

y ejecutará automáticamente un tutorial de NextEngine ScanStudio HD.

También permite actualizaciones del software. Al hacer clic en el botón CLOSE

el archivo actualmente en ejecución se cerrará.

c. La ventana de procesamiento. Normalmente se muestra el nombre del

archivo. También muestra los detalles de procesamiento cuando el proceso

está siendo ejecutado.

d. El botón de escaneo. Si el hardware del escáner 3D está disponible y

conectado correctamente, está en color verde, de lo contrario estará de color

gris.

La ventana del visor de objetos

La ventana del visor de objetos tiene cuatro modos de visualización

accesible pulsando el botón MODE botón, imagen (22).

Imagen (22).- Botón MODE



Imagen (23).- Diferentes modos de visualización, de izda. A dcha. Textura, Sin Textura,

Polígonos y Puntos.

El modo de visualización muestra primero el objeto con textura, mientras que la

segunda muestra el objeto sin textura, como una superficie. El modo de

visualización tercero presenta la forma del objeto con polígonos y finalmente la

cuarta muestra la forma con puntos, imagen (23) Para facilitar la visualización,

los modos tercero y cuarto se presentan con un azul de fondo de pantalla, que

en la última versión de ScanStudio puede ser elegido por el usuario, imagen

(24).

Imagen (24).- Detalle del modelo de visualización Malla y Punto.

El ratón se puede utilizar para mover el objeto en diferentes direcciones

arrastrando y convirtiendo el objeto en el visor, y para acercar y alejar.

Arrastrando el botón derecho del ratón horizontalmente en los espacios vacíos,

se podrán ver los detalles de los objetos.



Jerarquía de escaneo

Cada exploración crea una familia de imágenes. La primera familia creada para

el modelo se denominará A, la segunda B, y así sucesivamente.

Los miembros de una familia de exploración son numeradas como N1, N2, N3,

etc., donde N es la letra de identificación de la familia. El siguiente esquema

muestra la organización de las exploraciones de un modelo creado a partir de

un análisis de 360º con seis divisiones, seguido de otro análisis de tres

divisiones y un último análisis sin divisiones.

Imagen (25).- Ejemplo de jerarquía de escaneo.

Cuando se termina una exploración multi-división, la familia queda

representada por una imagen en miniatura en la barra verde y azul en la parte

inferior de la pantalla. Para acceder a los distintos miembros de una familia, se

debe hacer doble clic en la miniatura de la familia. Las otras familias, en caso

de que las hubiere, desaparecen y la barra muestra el nivel inferior de la

jerarquía, donde cada miembro de la familia está representada por la imagen

en miniatura correspondiente. Se puede volver al nivel de la familia, haciendo

clic en la palabra Up junto al primer miembro de la familia.



Imagen (26).- Ventana donde se muestra en miniatura las familias o las tomas de cada

familia.

Cuando los miembros de una familia están alineados aparecen en la zona

verde. En ese caso, si desea aislar una de los miembros individuales de la

edición, primero hay que separarlo arrastrándolo su miniatura a la zona azul. El

miembro puede ser devuelto a su familia arrastrándolo de nuevo en la zona

verde. Hay que tener en cuenta que si un miembro se separa de una familia, es

excluida de las operaciones que se aplican a la familia, como una fusión, una

regeneración, etc.

Panel principal de escaneo

Pinchando el botón “SCAN” accedemos al menú principal de escaneado,

imagen (27). En la parte superior de la pantalla aparece el botón “BACK” en

color azul, una ventana en color amarillo, unos botones de direccionamiento y

el botón de comienzo de escaneo que se describe a continuación, imagen (28).

Imagen (27).- Botón SCAN

Imagen (28).- Menú de control de escaneo

a.) Esta ventana “a” de color amarillo muestra el nombre del modelo que se

está escaneando. El usuario puede cambiar este nombre pinchando

dentro del recuadro, junto a la palabra MODEL.



b.) Los botones de rotación “b” hacen girar la plataforma del auto-

posicionador para colocar el objeto que se vaya a escanear en la

posición deseada por el usuario.

c.) Los botones de direccionamiento “c” realizan un movimiento de la

vantana de encuadre hacia derecha e izquierda para fijar dentro de la

misma el objeto que se vaya a escanear.

d.) El botón “BACK” se utiliza para volver al menú principal.

Existen tres modos de escaneo: Simple, Sector y 360º.

Imagen (29). - Modos de escaneo

Single: Es el más rápido y escanea solo una parte del objeto, desde un

solo ángulo.

Bracket: Puede escanear el objeto desde tres ángulos continuos, el

grado de rotación está controlado por la división numérica seleccionada

por el usuario. El resultado serán tres imágenes escaneadas que habrá

que alinear y pertenecerán a una nueva familia.

360º: Escanea el objeto completo desde todos los ángulos. El grado de

rotación entre escaneos y el número total de tomas es controlado por el

número de divisiones. Por ejemplo: 360º / nº de divisiones = Grado de

rotación. Un escaneo completo conforma una nueva familia de escaneo.



Precisión y Velocidad.

Imagen (30).- Panel de velocidad y precisión

Precisión:

Hay dos modos de precisión que se eligen en función de la distancia de

escaneo: “Macro” y “Wide”. La elección la determinará el tamaño del objeto y la

resolución deseada.

Modo MACRO Modo WIDE



Macro = 0,127mm de precisión, el campo de visión es de 76x127mm. El objeto

se coloca a una distancia del escáner de 165mm.

Wide = 0,381mm de precisión, el campo de visión es de 254x330mm. El objeto

se coloca a una distancia del escáner de 432mm.

Velocidad:

Hay tres velocidades de escaneo diferentes: estándar, rápido y lento. Las

propiedades de la velocidad dependen del tiempo de escaneo y de la calidad

deseada. La ventana de color amarillo en el panel de control mostrará también

el tiempo aproximado total para diferentes modos de velocidad. La imagen (31)

muestra el tiempo de escaneo aproximado para un escaneo simple.

Imagen (31).- Tiempo de escaneo aproximado

Target La imagen (32) muestra el control deslizante del ajuste para reflejar el color del

objeto. El ajuste correcto será aumentado o mejorado con los resultados que se

obtengan. Se ha de tener en cuenta los siguientes parámetros antes de

escanear un objeto: Un valor del 5% se debe seleccionar para los objetos muy

oscuros para que el tiempo de exposición sea máximo. Para los objetos

completamente claros el valor que se ha de fijar será 90-95%.

Imagen (32).- Las herramientas Target en el panel de escaneo.



Acabado superficial:

Se elija el acabado mate o brillante, dependiendo de la textura de su objeto.

Procesado (Processing) Hay dos parámetros de ajuste y ensamblaje para procesar los datos de

escaneo, imagen (33).

Imagen (33). Herramientas de procesado en el panel de control

Tamaño del triangulo (Triangle Size)

También conocido como una simplificación de la herramienta de regenerar. El

tamaño del triangulo controla la disminución de resolución y el filtrado de los

datos recogidos. El tamaño del triangulo más pequeño aumentará el tiempo de

recorte y el número de puntos del modelo, y también ocupará mucho mas

memoria en el ordenador. Las propiedades se muestran a continuación:

0,0050” (0,127mm) Muestra un simplificación sin tratar de los datos. Esto

requiere mayor tiempo de procesado pero se obtiene una gran cantidad

de detalles de los objetos más pequeños.

0,0100” (0,254mm) Muestra una simplificación de ¼ de los datos.

0,0150” (0,381mm) Muestra una simplificación de 1/9 de los datos.



0,0500” (1,27mm) Muestra un simplificación de mayor filtrado y

disminución de resolución de los datos.

Suavizado (Smoothing)

Imagen (34).- Diferentes ejemplos de una cara escaneada con diferentes modos de suavizado.

La imagen (34) muestra los diferentes resultados de la simplificación y

suavizado de los datos procesados. En cuanto a la fijación de la suavización, el

valor 0 muestra la más desfavorable, mientras que 5 da lugar a la textura más

suavizada. El ajuste de suavizado se adaptará a la textura de la pieza

escaneada.

Ensamblaje (Assembly)

Permite definir la alineación manual o automático de las diferentes imágenes

de escaneo. En este proyecto la alineación se ha realizado manualmente.



Posición (Position)

El auto-posicionador deberá ser girado usando los controles de rotación,

no pudiéndose hacer manualmente.

Se puede arrastrar el cursor alrededor del objeto para seleccionar un

área más pequeña de escaneo.

La escala métrica en el visor puede cambiarse modificando la precisión

de la vista de escáner como se muestra en la imagen (35).

Imagen (35).- Diferentes escalas métricas del visor.



3.2. PROCESO DE ESCANEO 3D.

El siguiente diagrama de flujo muestra el orden en el se utilizaran las

herramientas del programa para escanear un objeto y obtener un modelo

tridimensional del mismo.

Imagen (36).- Diagrama de flujo.



3.2.1. Fase previa al escaneo

Una vez que el programa ha sido instalado en el ordenador y el escáner

conectado, hay que estar seguro de que todos los componentes necesarios

están disponibles para realizar el escaneo. Estos componentes son:

- Ordenador con el programa ScanStudio NextEngine HD instalado.

- El escáner 3D NextEngine de sobremesa.

- El cable USB

- El cable de alimentación.

- El Auto-posicionador

- Varilla porta base

- Conector del Auto-posicionador.

Los pasos de la conexión son los siguientes:

- Conectar el cable de alimentación al escáner.

- Conectar el cable USB al puerto USB del ordenador y en la parte trasera

del escáner.

- Introducir la varilla porta base en una de las cuatro esquinas del auto-

posicionador.

- Introducir el plato base y la pinza soporte en la varilla porta base,

apretando los tornillos prisioneros correspondientes a cada una de las

partes.

- Conectar el auto-posicionador en el escáner.

Después de preparar el trabajo anterior, se debe marcar algunos puntos en el

objeto, que serán útiles para facilitar el proceso de alineación que se realizará

más adelante. Se colocará el objeto sobre la base del auto-posicionador. Para

la opción de precisión “WIDE”, la distancia entre el objeto y el escáner es

aproximadamente de 40-50cm. Cuando tenemos todo listo, abriremos el

programa ScanStudio NextEngine HD y la ventana de escaneado. Por último,

antes de fijar las propiedades de escaneo, se debe actuar sobre el comando de

rotación y direccionamiento para comprobar que todo el objeto este dentro de

la ventana del visor de escaneo y del alcance del rayo laser.



3.2.2. Alineado, cortado y fusionado

Alineado (Align) Una vez realizada la primera exploración, y en función del tipo de escaneado

elegido obtenemos una o varias tomas del objeto en la parte inferior de la

pantalla. Cada una de ellas representa un miembro de la familia o una toma

del escaneo. Debemos alinear cada una de esas tomas para obtener una

imagen tridimensional del escaneo realizado.

Imagen (37).- Botón de ALINEAR.

Si el objeto que se fuera a escanear no tuviera marcas naturales en su

superficie que nos permitieran utilizarlas posteriormente como puntos

identificativos entre las diferentes tomas para realizar la alineación, deberíamos

realizar unas marcas artificiales en el propio objeto para facilitar una correcta

alineación.

Para llevar a cabo la alineación de una familia de tomas, elegiremos dos

imágenes miniatura en la parte inferior una por defecto en la casilla de color

verde y otra en la casilla de color azul. Una vez seleccionadas las dos

imágenes miniaturas que queremos utilizar para la alineación de la familia, se

pulsa el botón de alinear. En la pantalla aparecerá ampliadas ambas imágenes,

y nuestra misión ahora consistirá en localizar al menos tres puntos homólogos

en ambas imágenes y marcarlos con las bolitas de colores que aparecen en la

para superior derecha de cada una de las imágenes. Una vez que tengamos

marcados al menos los tres puntos en ambas imágenes, pulsamos la orden

“Attach Scans” dentro de la ventana de color amarillo en el panel principal. En

ese momento darán comienzo los cálculos de alineación entre todas las tomas

de la familia de imágenes, y obtendremos un mensaje que nos indicará que el

modelo está alineado “Model Aligned”. Las tomas en miniatura que estaban en



las casillas de color azul ahora están en la zona verde, mostrando que han

quedado alineadas y enlazadas.

En la parte superior del panel aparece una barra naranja que indica la

precisión alcanzada en la alineación de la familia de tomas.

Cortar (Trim)

Imagen (38).- Botón de Cortar.

Después de la alineación del primer escaneado, el objeto completo es

mostrado en la pantalla, pero también hay algunas partes innecesarias que han

sido escaneadas junto con el objeto, por ejemplo, alguna parte del auto-

posicionador o de la pinza soporte, por eso es necesario cortar siempre

después de cada alineación.

Dentro del menú TRIM aparece una serie de herramientas como se muestra en

la imagen (39) que podemos elegir para hacer la selección de las partes del

objeto escaneado que deseemos eliminar. El área seleccionada cambia a color

rojo y el área no seleccionada permanece en su color o textura original. Una

vez tengamos la selección hecha pulsamos la orden Trim (h) y

automáticamente se eliminará de la pantalla.



Imagen (39).- Componentes del menú Trim.

a.) Botón de navegación del ratón: es el interruptor de funcionamiento

normal del ratón.

b.) Selector circular: dejándolo pulsado hacemos la selección de la parte del

objeto que deseamos eliminar.

c.) Selector Cuadrado: el puntero de selección de objetos que aparece en

pantalla es cuadrado.

d.) Selector de arrastre cuadrado: si dejamos el botón izquierdo del ratón

pulsado y nos desplazamos por la pantalla realizaremos una captura en

forma de ventana.

e.) Selector poliforma: Selecciona un área mediante un dibujo de polilínea

irregular.

f.) All: selecciona todo.

g.) De/Select: es el interruptor de seleccionar y deseleccionar.

h.) Trim: después de la selección se presiona este botón para eliminar los

objetos.

El primer escaneo general está casi terminado después de eliminar las partes

innecesarias del objeto, pero todavía falta información que no ha podido ser

escaneada como por ejemplo la parte superior e inferior. Por eso es necesario

seguir realizando al menos otros dos escaneos más para completar el modelo.



Fusionado (Fuse)

El fusionado es el medio de compilar todas las partes cortadas y alineadas del

objeto escaneado o juntar grupos para conformar un objeto completo. Incluye

los siguientes pasos:

- Inicialización

- Analizar el modelo a fusionar

- Procesar las exploraciones fusionadas

- Procesar el mallado de las exploraciones

- Reparación o fijación de agujeros

- Regeneración de la textura de la malla

- Simplificación de la malla

- Fusión de texturas

Cabe señalar que la reparación o fijación de los agujeros y la simplificación de

las mallas, también se puede realizar manualmente con la orden “POLISH”.

Hay un botón de configuración, una barra deslizable de simplificación, un botón

de fusión y una barra amarilla en el menú de control de fusión, imagen (40).

Imagen (40)-. El botón de fusión y la barra de herramientas.

- La ventana amarilla: muestra el proceso de fusión y la información del

archivo.

- El botón de configuración (Settings): Abre la ventana de configuración

que se muestra en la imagen (41).



Imagen (41).- El panel de configuración de Fusión

- Relleno de Todos los Agujeros “Fill All Holes”: con la casilla

activada se rellenan con la malla todos los agujeros del objeto

escaneado.

- Relleno de Agujeros “Hole Filling”: rellena con la malla todos

aquellos agujeros que tengan un tamaño superior al valor que se

muestra en la ventana. Este valor se puede variar deslizando el

indicador, imagen (41).

- Mezclador de Texturas “Texture Blending”: indica cuantos pixeles

serán mezclados.

- Índice de resolución “Resolution Ratio”.

- Simplificación deslizando la escala: hay un rango de simplificación de

± 0,0000” (nada simplificado) hasta ± 0,2000 "(valor máximo de



simplificación). Cuanto mayor es el valor de simplificación mayor es el

tiempo de procesado.

- El botón de Fusión “Fuse”: se deberá ejecutar cuando estén definidas

todas las opciones de la fusión. Cuando se pincha en el botón de Fuse,

éste cambia a un botón de parada “stop” para anular la operación de

fusión cuando el usuario lo desee.

Si un objeto tiene varias partes, la fusión se puede hacer en diferentes

momentos y se han de compilar las partes una a una.

El resultado final de la fusión aparecerá como un grupo de familia en el bloque

verde de la barra inferior de vistas en miniatura.

3.2.3. Comprobación, preparación y mejora del objeto 3D sin

refinar

Es importante comprobar, preparar y mejorar el objeto 3D en bruto antes de

exportarlo a un fichero de CAD. El objeto posiblemente necesitará algún

pequeño retoque y modificación que se realizará manualmente con la orden

POLISH, para simplificar, suavizar o realizar un rellenando de agujeros. Por

otra parte, la herramienta CAD también puede ser utilizada para definir un

espacio de coordenadas global en el espacio objeto, orientado según nuestras

necesidades.

Refinado (Polishing) El refinado consta de tres partes: puede rellenar agujeros, suavizar la superficie

y simplificar polígonos, imagen (42).



Imagen (42).- El botón de refinado”Polish” y su panel de control.

Rellenado (FILL) Podremos ahorrar tiempo en el rellenado de agujeros manualmente si se

realiza automáticamente, durante la fase de fusionado. La imagen (43),

muestra el menú de Relleno.

Imagen (43).- Menú de Rellenado (Fill).

a.) Ventana de color amarillo: presenta el estado del proceso. (Por ejemplo

en la imagen (43) se muestra como se está haciendo una copia de

seguridad del modelo antes del rellenado).

b.) Botón de navegación del ratón: es el interruptor de funcionamiento

normal del ratón.

c.) Selector circular: dejándolo pulsado hacemos la selección de la parte del

objeto que deseamos eliminar

d.) Selector Cuadrado: el puntero de selección de objetos que aparece en

pantalla es cuadrado.

e.) De/Select: es el interruptor de seleccionar y deseleccionar.



f.) Trim: después de la selección se presiona este botón para eliminar los

objetos.

Suavizado (BUFF) Puede haber algunos puntos erróneos que nos hacen ver la superficie un poco

vasta después del escaneado o rellenado. Por eso es necesario realizar un

suavizado para corregirlo y conseguir una superficie más refinada. Esta acción

la podemos comparar como cuando un artista suaviza la superficie de una

escultura de yeso con un trozo de papel de lija. La imagen (44) muestra el

menú de suavizado.

Imagen (44).- Menú control de suavizado (BUFF).

Este menú de control es casi igual que el menú de control TRIM mostrado en el

apartado 4.3. Todos los botones, excepto el botón W, tienen la misma función

de selección y propiedades. El botón de suavizado “BUFF” se deberá ejecutar

cuando estén definidas todas las opciones.

Simplificación (SIMPLIFY) La simplificación es una manera de reducir el número de polígonos en zonas

de superficie del objeto donde no es necesario que exista mucha densificación.

La imagen (45) muestra el menú de simplificación:

Imagen (45).- Menú de simplificación (SIMPLIFY)



Este menú de control es casi igual a los menús de control de Cortado (TRIM) y

suavizado (BUFF), excepto el control deslizable del valor de la simplificación y

el propio botón de simplificar (SIMPLIFY).

Botón CAD (ScanStudio HD) Normalmente el botón CAD, que se muestra en la imagen (46), se utiliza para

preparar el modelo para exportarlo a un fichero CAD/CAM tipo 3DS Max,

SolidWork, RapidWorks, OBJ, STL. Para la preparación se tienen cuatro

herramientas – Orientación (Orient), Seccionado (Spline), Recubrir (Surface) y

Comparar (Compare), imagen (46).

Imagen (46).- Botón CAD y sus cuatro herramientas.

Orientación (ORIENT) La herramienta de Orientación (ORIENT) se utiliza para definir un sistema de

coordenadas en el espacio modelo y orientar el objeto respecto a dicho

sistema.

La orientación del modelo se realiza de la siguiente manera:



1.) Hacer clic en el botón de la barra de herramientas de CAD para entrar

en la barra de herramientas de CAD.

Imagen (47).-

2.) Seleccionar la opción Orientar (ORIENT)

Imagen (48).-

3.) ScanStudio mostrará una representación de un cubo delimitador de los

planos de vista comunes: (Arriba, izquierda, delante..etc.).

Imagen (49).-

4.) Se puede elegir rotar el cubo delimitador y el conjunto de datos a la vez,

los datos de escaneo en relación con el cubo delimitador o el cubo

delimitador en relación con el conjunto de datos a través de la rotación

botones.

5.) Se Utiliza el botón para limitar las rotaciones en un solo eje.



Imagen (50).-

6.) Se hace clic en el botón de base y se ponen 3 esferas en el objeto que

definirán una de las caras del cubo limitador.

Imagen (51).-

7.) Se hace clic en el botón de origen y se coloca 1 esfera para definir el

origen.

Imagen (52).-



Seccionar (SPLINE) La herramienta Seccionar (SPLINE) puede ser usada para extraer los límites

de contorno del objeto escaneado.

Imagen (53).-

ScanStudio automáticamente calculará y mostrará un cubo delimitador que

puede ser utilizado para definir los planos de corte a utilizar para extraer las

líneas frontera o contornos del modelo escaneado.

Imagen (54).-

El control deslizante ESPACIADO (Spacing) se puede utilizar para controlar la

distancia entre planos paralelos de corte.

Imagen (55).-

Se puede indicar manualmente la distancia entre planos de corte con el botón

Bounds y orientar la malla de datos respecto al cubo delimitador.

Cuando todo está preparado se ejecuta la orden SPLINE y se obtiene una

nueva ventana miniatura en la parte inferior de la pantalla de color verde, como

si de una nueva familia de tomas se tratara.



El resultado puede ser exportado a un fichero IGES para poder ser analizadas

las secciones del objeto en un programa CAD.

Recubrir (SURFACE) La herramienta Surface convierte automáticamente los datos de escaneo en

superficies NURBS. Las superficies NURBS son representaciones matemáticas

de geometría en 3D capaces de describir cualquier forma con precisión, desde

simples líneas en 2D, círculos, arcos o curvas, hasta los más complejos sólidos

o superficies orgánicas de forma libre en 3D. Gracias a su flexibilidad y

precisión, se pueden utilizar modelos NURBS en cualquier proceso, desde la

ilustración y animación hasta la fabricación.

Comparar (COMPARE) Se utiliza para comparar los datos de escaneo con los datos CAD.

3.2.4. Exportación e importación de modelos 3D

Exportación Hay dos formas de exportar datos en 3D ScanStudio - ya sea utilizando el

menú SALVAR COMO (Save as….) o haciendo clic en el botón SALIDA

(OUTPUT), imagen (56).

Imagen (56).- Dos caminos para exportar el fichero.



Al elegir la opción Guardar como en el menú Archivo, aparecerá en la pantalla

un explorador de archivos. Se elige el directorio donde debe ser guardado el

archivo. El archivo se nombra en el cuadro de texto Nombre de archivo (por

ejemplo, prueba.obj). El paso más importante es elegir el tipo de archivo o

extensión Obj, UD3, xyz….etc. en la opción Guardar como. Esto dependerá de

las propiedades del programa donde vaya a utilizarse. Las unidades pueden

ser en milímetros o centímetros, dependiendo de las necesidades del usuario.

Importación La importación de ficheros se realiza mediante el menú Archivo, en la opción

Import. Se muestran una serie de extensiones o tipos de archivos que

ScanStudio puede leer.



METODOLOGÍA DEL

TRABAJO



4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO.

4.1. ESTUDIO PREVIO PARA LA DEFINICIÓN DE LA

METODOLOGÍA DEL TRABAJO

Antes de definir la metodología del trabajo, se realizó un exhaustivo estudio del

escáner y del programa ScanStudio HD. El objetivo era conocer el

procedimiento de escaneo y los diferentes métodos de procesamiento. Se

analizó la documentación técnica entregada por NextEngine y posteriormente

se comenzó con las pruebas de escaneo.

Primeramente se eligió un objeto cerámico para comprobar los resultados que

se obtenían con este tipo de textura superficial, imagen (57).

Imagen (57).- Objeto cerámico.

Posteriormente se opto por escanear un objeto piramidal oscuro y con una

superficie pulida, siendo necesario aplicar una fina capa de PowderPen (polvos

de talco) para reducir la reflectividad, imagen (58).



Imagen (58).- Objeto oscuro y pulido en forma piramidal.

Con todos los resultados obtenidos se pudo conocer los tiempos de escaneo,

las configuraciones más idóneas en función de las características superficiales

del objeto, desarrollar un método que nos permitiera fusionar las diferentes

tomas de escaneo sin tener que alterar la superficie del objeto realizando

marcas en ella y que era condición indispensable para nuestro proyecto. En

definitiva nos permitió obtener una visión global del funcionamiento del escáner

y poder definir una metodología óptima para la realización del proyecto.



4.2. METODOLOGÍA DEL TRABAJO

Las fases de un proyecto con láser escáner las podemos dividir en tres grandes

apartados:

Adquisición de datos.

Tratamiento y procesamiento de la información.

Visualización de resultados.

El método de trabajo que seguiremos para obtener el modelo tridimensional de

nuestra vasija será el siguiente:

Imagen (59).- Diagrama de flujo



4.2.1 Adquisición de datos

Antes de comenzar la fase de adquisición, hay que hacer un estudio previo del

objeto. Se debe prestar atención a varios aspectos:

Elección del sistema de escaneado.

El escáner NextEngine viene preparado con dos sistemas de escaneado

completos en el mismo equipo. Posee dos cámaras y dos juegos de láseres,

cada uno de ellos con sus correspondientes sistemas ópticos, optimizados para

obtener un resultado de alta precisión en función de la distancia donde

coloquemos el objeto.

Como se ha indicado anteriormente podemos optar por siguientes modos:

MACRO: utilizado para escanear objetos de tamaño pequeño (ej.

Teléfono móvil) con muy buena resolución. Distancia ideal desde el

escáner hasta el objeto 6,5” (16,5cm). Precisión alcanzada

±0,127mm.

WIDE: utilizado para objetos de mayor tamaño (ej. Caja de

zapatos). Distancia ideal desde el escáner hasta el objeto 17”

(43cm). Precisión alcanzada ±0,381mm.

Imagen (60).- Cable de selección del método MACRO o WIDE.



Preparación del Objeto. Para objetos que son oscuros, brillantes o transparentes, puede ser necesario

aplicar una fina capa de PowderPen (polvos de talco) para reducir la

reflectividad.

Imagen (61).- Pincel y polvo de talco.

También es necesario para objetos que no posean marcas naturales en su

superficie que facilite su identificación en la fase de alineación, realizarles unas

pequeñas marcas que nos permitan utilizarlas para fusionar las diferentes

imágenes o bien introducir en la toma un segundo objeto auxiliar con rasgos

bien definidos de ayuda para identificar puntos comunes (ej. regla graduada).

Posición del objeto y elección de las tomas de escaneo.

Es conveniente realizar un estudio visual detallado del objeto previo al escaneo

para elegir la posición de escaneo más óptima del mismo. Valorando la

morfología del objeto debemos colocarlo sobre la plataforma para obtener una

optimización del proceso y reducir así las tomas de escaneo. Nuestro objetivo

debe ser conseguir escanear la mayor cantidad de superficie del objeto en un

solo escaneo de 360º con el fin de facilitar el proceso de alineación y reducir

las posteriores tomas de escaneo ya que de esta manera conseguiremos

también reducir el volumen de información.



4.2.2 Tratamiento y procesamiento de la información

Una vez realizada la toma de datos, habrá que efectuar un tratamiento de la

información capturada, a fin de poder obtener el máximo rendimiento. La

mayoría de los equipos láser escáner tienen asociada una aplicación

informática de tratamiento de datos. Este programa está preparado para recibir

y tratar la gran cantidad de puntos de cada toma. Un sistema tradicional de

CAD se colapsaría sin una utilización de estos programas específicos.

En general se pueden seguir los siguientes pasos:

Predicción de cada toma.

Toma de datos y captura de los escaneos.

Alineación de las tomas pertenecientes a cada una de las familias de

escaneos.

Eliminación de ruido en las tomas y depuración de información.

Alineación de familias de escaneos.

Simplificación del modelo.

Fusión de las diferentes familias de escaneos.

Depuración y refinamiento del modelo manualmente (opcional).

Preparación CAD del modelo.

Exportación de resultados.

La mayoría de estos procesos se realizan de forma interactiva.

4.2.3 Visualización de los resultados

La visualización de los resultados puede realizarse anteriormente a los

procesos de tratamiento o procesado de los datos o una vez procesados los

mismos. Lógicamente, la calidad en el resultado final variará sustanciosamente

en función del tratamiento desarrollado.



Las distintos resultados que se pueden obtener son las siguientes:

Nubes de puntos

Superficies malladas en base a triángulos.

Sólido del objeto sin texturas superficiales fotorrealistas.

Sólido del objeto con texturas superficiales fotorrealistas.

Secciones paralelas y orientadas del objeto.



4.3. METODOLOGÍA EN LA ADQUISICIÓN Y TRATAMIENTO DE

DATOS

4.3.1 Metodología en la adquisición de datos

4.3.1.1. Planificación

En primer lugar fué necesario realizar un estudio previo de la vasija. Se

analizaron sus características y restricciones, se analizó el número de tomas

necesarias y la distancia de escaneo idónea.

Al tratarse de una vasija de tamaño medio elegimos la opción de escaneo

WIDE ya que el área visible para esta opción es de 254 x 330mm, el necesario

para visualizar nuestra vasija, ya que la opción MACRO se nos quedaba

pequeña para nuestra vasija, con una precisión de escaneo de 0,381mm.

La vasija presenta en su superficie una serie de motivos geométricos

decorativos geométricos que nos servirán para poder realizar las

señalizaciones necesarias de puntos comunes en diferentes tomas y llevar a

cabo la fase de alineación. Para asegurarnos aún más la posibilidad de

identificar puntos comunes entre las diferentes tomas se optó por utilizar un

regla graduada al centímetro y colocarla sobre la vasija en el momento de cada

escaneo.

Después de estudiar la morfología de la vasija se decidió realizar cuatro

familias de escaneos para abarcar toda su superficie. En total se obtuvieron 11

tomas, ocho pertenecientes a la familia A, o primer escaneo, una a la familia B,

o segundo escaneo, una la familia C o tercer escaneo y por último otra

perteneciente a la familia D, o cuarto escaneo.

El equipo escáner láser lleva integrada una cámara que puede capturar

imágenes que son aplicadas específicamente para la elección de la zona a

barrer.



Para llevar a cabo el proceso de escaneado, se dispuso del siguiente material:

Equipo escáner láser tridimensional NextEngine.

Auto-posicionador o plataforma giratoria de plato y pinza soporte

Accesorios: regla graduada, cables de comunicación, etc.…

Un ordenador portátil con el programa ScanStudio HD.

4.3.1.2. Proceso de escaneado

El equipo escáner láser tridimensional trabaja conectado a un ordenador

portátil a través del cual se dan ordenes por comandos al equipo, indicándole

en cada momento que movimientos y acciones ha de realizar, además de

recoger, guardar y procesar la información que el equipo le envía como

resultado de la acción que se le ordenó.

El ordenador portátil se conecta mediante cables de conexión USB al equipo

escáner láser tridimensional y éste a la plataforma giratoria mediante conexión

ARJ-45. El ordenador portátil y el escáner se conectaran a una toma de tensión

eléctrica a 220V.

Una vez tengamos alimentación eléctrica tanto en el ordenador portátil como en

el escáner, se procede a ejecutar el programa ScanStudio HD. Este programa

permite interactuar con el equipo escáner láser tridimensional a través del

ordenador portátil, indicándole así las distintas órdenes o comandos.

Primer escaneo. (Familia A)

Una vez hayamos ejecutado el programa y accedido a la pantalla principal,

accionamos el comando SCAN e inmediatamente aparecerá en pantalla el

menú de configuración de los parámetros de escaneo, imagen (62).



Imagen (62).- Menú configuración parámetros del primer escaneo.

El objetivo de este primer escaneo será el de obtener un registro digital de la

máxima superficie de la vasija con el fin de optimizar al máximo el número total

de escaneos. Se optó por la opción de escaneo 360º con ocho tomas o

divisiones, cada una de ellas registrará por lo tanto una porción de superficie

dentro de un rango angular de 60º hasta completar un giro completo del Auto-

posicionador.

Imagen (63).- Configuración SCAN.

Se eligió la opción de máxima precisión WIDE (0.015”=0,381mm) en

combinación con la velocidad más lenta y con más resolución (HD), imagen

(64, para que el registro de la superficie de la vasija fuera lo más detallado

posible y obtener la máxima calidad en el resultado final.



Imagen (64).- Configuración PRECISION y VELOCIDAD

Figura (65).- Proceso escaneado vasija.

Finalmente, se optó por la opción de alineación manual, para ello se desactivó

el comando “AUTOALIGN”. Se eligió la opción manual para la alineación de

tomas y familias de escaneos porque permite tener un control más exhaustivo

del proceso y el resultado obtenido suele ser es más preciso que en la opción

automática.



Segundo, tercer y cuarto escaneo. (Familias B, C y D).

Nuestro objetivo en el segundo, tercer y cuarto escaneo será la de cubrir la

zona de sombra que no se pudo registrar con el láser anteriormente,

concretamente la zona inferior del apoyo con la plataforma soporte y la zona

superior de la vasija donde colocamos la regla graduada.

La configuración de los parámetros de escaneo es idéntica en ambos

escaneos. Las únicas diferencias existentes son; la zona registrada en cada

una de ellas, el segundo escaneo registrará la zona inferior, el tercero y cuarto

la zona superior, y el número de tomas, que es de una única toma en todas

ellas. Las familias C y D son idénticas, ya que después de un primer escaneo

de la zona superior de la vasija, nos dimos cuenta de que había una zona que

no quedaba bien representada, por la dificultad de escanear el borde de la

vasija, se decidió repetir el escaneo asegurándonos de que quedaría cubierta

la zona anterior, y asi tendríamos un mayor numero de puntos para cubrir

zonas que no se habían cubierto anteriormente.

4.3.2 Metodología en el tratamiento de datos.

4.3.2.1. Alineación de tomas. (Align family)

Después de cada escaneo se debe realizar la alineación de las tomas

pertenecientes a cada una de las familias. Para llevar a cabo este proceso se

han de elegir dos tomas de cada una de ellas y fijar al menos tres puntos

idénticos en ambas tomas. Posteriormente, se realizará la alineación

automatizada de toda la familia.

El programa ScanStudio HD presenta dos tomas consecutivas por defecto en

pantalla, se pueden cambiar por otras dos diferentes que aparecen en

miniatura en la parte inferior de la pantalla. La alineación se lleva a cabo

colocando sobre los puntos elegidos las esferas de colores (rojo, amarillo y



azul) que aparecen en la parte superior derecha. Se han de elegir al menos

tres puntos fácilmente identificables en ambas tomas y arrastrar cada una de

esas esferas hasta situarlas justo encima de cada punto de alineación.

Alineación tomas. Familia A

Para llevar a cabo la alineación de las ocho tomas pertenecientes a la familia A

se eligieron las tomas A1 y A2. Se colocaron las siete esferas que identifican a

puntos comunes en ambas tomas; (siendo 3 el número mínimo de esferas

sobre la vasija), imagen (66).

Imagen (66).- Alineación Familia A. Situación de esferas.

Cuando se tuvo marcados los siete puntos comunes en ambas tomas, se

ejecutó la orden Alinear (ALIGN). Las ocho tomas pasan automáticamente a

estar dentro de la ventana de color verde en la parte inferior de la pantalla. Este

hecho indica que se han alineado correctamente. El valor de la precisión

obtenida en la alineación lo muestra la barra de color mostaza, donde se puede

leer un valor de 0.002 in. (0,051 mm), imagen (67).



Imagen (67).- Alineación Familia A. Resultado obtenido.

Alineación tomas. Familia C y D

La alineación de las familia C y D se llevó a cabo con las únicas tomas de estas

familias, las correspondientes C y D. Las cinco esferas de alineación se

colocaron dos sobre la vasija y tres sobre las intersecciones de las zonas

coloreadas de la regla graduada, imagen (68).

Imagen (68).- Alineación Familias C y D. Situación de esferas.



Posteriormente, se ejecutó el comando ALIGN (Alinear), y las dos tomas

pasaron a formar parte de la zona verde indicando que se había realizado

correctamente. El valor de la precisión obtenida en la alineación fue 0.003 in.

(0,076mm), imagen (69).

Imagen (69). - Alineación Familias C y D. Resultado obtenido.

Alineación tomas. Familia B

En la familia B no se tuvo que realizar ninguna alineación, ya que con la toma

obtenida fue suficiente para captar el fondo de la vasija, imagen (70).

Imagen (70).- Toma Familia B.



4.3.2.2. Cortado (Trim)

Una vez hayamos obtenido la alineación de cada una de las familias, el

siguiente paso a cada alineación es el cortado (TRIM). Esta operación consiste

en eliminar el ruido y los elementos que no sean de nuestro interés y que

hayan sido registrados durante el escaneado de la vasija y que ahora aparecen

en el modelo alineado.

Es un proceso muy laborioso y que requiere cierta habilidad en la visión

espacial, siendo imprescindible manejar y conocer perfectamente los

comandos de giro, desplazamiento y zoom del propio programa que se

ejecutan actuando sobre los botones del propio ratón.

Cortado. Familia A

La depuración de información en la familia A, se llevo a cabo eliminando los

elementos auxiliares utilizados para el escaneo de la vasija, tal como la regla

graduada empleada para poder alinear que fue registrada durante el

escaneado. La selección realizada se muestra en color rojo.

Imagen (71).- Cortado Familia A. Selección de elementos.



Imagen (72).- Cortado Familia A. Selección de elementos.

La herramienta más utilizada fue la poligonal, por ser esta la que mejor se

adaptaba a las formas de los elementos que teníamos que borrar. Esta opción

era también la más lenta de todas ellas, pero la más segura para no borrar

elementos no deseados.

El resultado final se puede apreciar en la figura (73), donde se observa la

eliminación de todos los elementos no pertenecientes a la vasija y que se

habían registrado en la fase de escaneado.

Imagen (73).- Cortado Familia A. Resultado final.



Cortado. Familia C-D

El proceso de cortado en la familia C fue muy similar a la anterior, se observa

en la imagen (74) se llevo a cabo eliminando los elementos auxiliares utilizados

para el escaneo de la vasija, tal como la regla graduada empleada para poder

alinear y la plataforma de apoyo que fueron registrados durante el escaneado.

También fue necesario eliminar ruido alrededor de la imagen alineada. La

selección realizada se muestra en color rojo.

Imagen (74).- Cortado Familia C-D. Selección de elementos.

Imagen (75).- Cortado Familia C-D. Selección de elementos.



Imagen (76). Cortado Familia C-D. Resultado final.

El resultado final se observa en la imagen (76), donde se aprecia la eliminación

de todos los elementos no pertenecientes a la vasija y que se habían registrado

en la fase de escaneado.

Cortado. Familia B

Por último, se llevó a cabo el proceso de limpieza y cortado en la familia D,

siendo el resultado la parte inferior de la vasija, imagen (77).

Imagen (77).- Cortado Familia B. Resultado final.



4.3.2.3. Alineación de familias (ALIGN FAMILIES)

Hasta este momento tenemos 3 familias de tomas realizadas, alineadas,

cortadas pero independientes unas de otras, es decir, tenemos nuestra vasija

dividida en tres pedazos que debemos de unir para confeccionar un solo

cuerpo. Con la alineación de familias vamos a conseguir tener nuestro modelo

unido utilizando puntos comunes en las tres familias de tomas existentes.

El proceso de alineación será exactamente igual al explicado anteriormente en

la alineación de las tomas de cada una de las tres familias. Habremos de

identificar al menos tres puntos en común entre dos familias y colocar sobre

ellos las esferas de colores que para tal fin tiene diseñado el propio programa.

Cuando hayamos tenido las dos primeras familias alineadas, una de ellas se

alineará con la última familia que haya quedado.

Alineación familias A y C-D.

Una vez estudiados los tres resultados obtenidos después de la operación de

cortado, se decidió empezar con la alineación de las familias A y C-D, ya que

mostraban puntos comunes mejor identificables que el resto de las posibles

combinaciones. Ya no disponemos de elementos auxiliares que nos faciliten la

alineación, ahora estamos obligados a identificar puntos característicos en la

superficie de nuestra vasija. Este hecho requiere mucho más atención y el

proceso se ralentiza considerablemente.

Para llevar a cabo la alineación se fijaron seis esferas, imagen (78).



Imagen (78).- Alineación Familia A y C-D. Situación de esferas.

Imagen (79).- Alineación Familia A y C-D. Resultado final.

Imagen (80).- Alineación Familia A y C-D. Resultado final.



Cuando se tuvo colocadas las seis esferas, se ejecuto la orden ALIGN

(Alinear). Las dos familias C y D pasaron automáticamente a estar dentro de la

ventana de color verde en la parte inferior de la pantalla, este hecho indica que

se han alineado correctamente. El valor de la precisión obtenida en la

alineación lo muestra la barra de color mostaza, donde se puede leer un valor

de 0.002 in. (0,051mm), imágenes (79 y 80).

Alineación familias A Y B.

Para obtener un único modelo, ya solo nos falta alinear una de las dos familias

que se encuentras alineadas con la familia B. El proceso fue idéntico al

anterior.

Imagen (81).- Alineación Familia A y B. Situación de esferas.

Cuando se tuvo colocadas las ocho esferas, se ejecuto la orden ALIGN

(Alinear). La familia B paso automáticamente a estar dentro de la ventana de

color verde en la parte inferior de la pantalla, este hecho indica que se han

alineado correctamente. El valor de la precisión obtenida fue también 0.002 in.

(0,051mm).



Imagen (82).- Alineación Familias A, B y C-D. Resultado final.

Imagen (83).- Alineación Familia A, B y C-D. Resultado final.

En las imágenes (82 y 83) se muestra el resultado de la alineación de las

familias A, B y C-D, donde claramente se observa que ya se ha formado un

modelo completo y único, por primera vez en todo el proceso se puede ver

nuestra vasija escaneada en pantalla.



4.3.2.4. Fusión (fuse)

Una vez que hemos ensamblado todas las tomas realizadas, hemos creado un

modelo formado por múltiples tomas y con diferente mallas superpuestas unas

con otras, con la herramienta de fusión pretendemos obtener una simplificación

de los datos de alineación, una única malla del objeto escaneado sin

superposiciones y el cerramiento o relleno de los posibles huecos que tenga el

objeto.

El proceso de fusión fácil y sencillo, primero se obtuvo la información en cuanto

al número de puntos y triángulos de nuestro modelo, a través del menú

principal, pulsando la opción “Model Information”, imagen (84).

Imagen (84).- “Model Information” Números de triángulos y puntos.

Después de varias pruebas cambiando los valores de, mezclador de texturas

“Texture Blending”, que indica cuantos pixeles serán mezclados y el índice de

resolución “Resolution Ratio”, asi como la configuración del fusionado probando

con, “Fill holes”, “No hole filling” y ”create water-tight model”, nos quedamos

con esta última ya que los bordes de la vasija estaban mejor definidos.

La fusión se llevo a cabo sin problemas con la siguiente configuración, imagen

(85).



Imagen (85).- Configuración Fuse.

Obteniendo una tolerancia de 0,0000” (0,00mm) y el programa creó una nueva

familia “E”, donde se guarda el modelo tridimensional de nuestra vasija

fusionada, imágenes (86 y 87).El resultado final de la fusión fue inesperado,

aunque los bordes quedaron bien definidos y programa cerro automáticamente

la parte superior de la vasija, con lo que tuvimos que hacer un posterior

cortado de la zona inesperada, imágenes (88 y 89). Obteniendo así el modelo

tridimensional de la vasija, imágenes (90 y 91).

Imagen (86).- Resultado de la Fusión.



Imagen (87).- Resultado de la Fusión.

Imagen (88).- Selección de la zona de cortado.

Imagen (89).- Selección de la zona de cortado.



Imagen (90).- Resultado final.

Imagen (91).- Resultado final.



4.3.2.5. Pulido y refinamiento manual del modelo (Polish)

Tal como se indicó anteriormente, el pulido y refinamiento manual del modelo

es opcional. En nuestro caso, fue necesario realizar un proceso de pulido pero

únicamente en los bordes de nuestra vasija que mostraba algún trazo irregular

fuera de lo común, en cambio no fue necesario realizar un cerramiento o

rellenado manual de huecos ya que se realizo automáticamente en el proceso

de fusión y por último tampoco fue necesario simplificar la superficie de la

vasija reduciendo número de puntos y triángulos, por tratarse de una vasija con

una superficie homogénea en su totalidad.

Para el proceso de pulido de los bordes primero, tuvimos que seleccionar la

zona del borde de la vasija, imagen (92). Utilizando la siguiente configuración,

imagen (93).

Imagen (92).- Selección de la zona a pulir.



Imagen (93).- Configuración Buff

Imagen (94).- Antes y después del pulido.

En la imagen (94) podemos apreciar el resultado del pulido comparando las

dos imágenes.



4.3.2.6. Salvar y exportar

El programa a través del menú FILE y la orden SAVE y SAVE AS, permite

salvar todos los cambios realizados en el modelo y guardarlos en un fichero

dentro del directorio elegido. Decidimos exportar nuestro modelo a todas las

clases de ficheros que nos permite el programa que por defecto en la versión

básica son: PLY, OBJ, STL, VRML, XYZ, U3D, IGES y STEP, con el fin de

facilitar la conversión a través de un programa puente a fichero de AutoCad u

otro programa 3D que nos permita analizar geométricamente el modelo

obtenido.

Imagen (95).- Diferentes ficheros de exportación



4.3.3.1. Resultados NextEngine 3D ScanStudio HD

Después de realizar todos los procesos, se obtiene el resultado final, que

puede ser visualizado de cuatro formas diferentes, modelo realista, modelo sin

color, modelo con triángulos y modelo con puntos. En este apartado se

muestran algunos ejemplos de las posibles opciones. Para seleccionar

cualquiera de las cuatro opciones basta con pinchar en una de las cuatro

esferas representadas en la esquina inferior izquierda de la pantalla.

Modelo Realista:

Imagen (96).- Resultado modelo realista.




Modelo Sólido:




Imagen (99).- Resultado modelo sólido.





En este modelo de sólido pudimos apreciar claramente las hendiduras y

pequeñas irregularidades de la vasija, esto se debe al proceso de fabricación

de la vasija.

Modelo Malla:

Imagen (102).- Resultado modelo Malla.




Modelo con puntos:

Imagen (106).- Resultado modelo Puntos.



Modelo con CAD TOOLS:

En la versión ScanStudio HD con la que se ha realizado este trabajo, viene

como opción demo una serie de herramientas que son suministradas en la

versión CAD TOOLS y que se venden por separado. Nuestra versión

solamente nos permite trabajar en forma demo con la herramienta

ORIENTACION (ORIENT) y SECCIONADO (SPLINE) para mostrarnos los

resultados en pantalla, no nos deja exportar los resultados obtenidos. Las

herramientas de CAD TOOLS son ORIENTACION (ORIENT), SECCIONADO

(SPLINE), SUPERFICIE (SURFACE) Y COMPARACION (COMPARE).

Los resultados CAD TOOLS DEMO obtenidos para nuestro modelo fueron los

siguientes:

ORIENTACION (ORIENT): Nos permite girar la vasija en los tres ejes X, Y, Z

hasta colocar el modelo en la orientación deseada, actuando sobre el cubo o

bien sobre el modelo.

Imagen (109).- Orientación



SECCIONADO (SPLINE): Nos permite seccionar la vasija en el número de

planos paralelos que deseemos para obtener posteriormente las líneas de

intersección entre dichos planos y el modelo, creando una nueva familia “F”.

Imagen (110).- Selección Spline

Imagen (111).- Resultado Spline



EL LÁSER TRACKER LTD800



5. EL LÁSER TRACKER LTD800

5.1.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO LÁSER TRACKER LTD800 Para hacernos una idea de la filosofía de funcionamiento del sistema, podemos

decir que mediante el cálculo de los ángulos verticales y horizontales junto con

una distancia, podemos obtener las coordenadas X,Y,Z de un punto en el

espacio y un sistema de coordenadas, imagen (112).

Imagen (112).- Funcionamiento del sistema Láser Tracker.

Internamente, vemos a continuación un pequeño esquema de la composición

del sistema, imagen (113).

Imagen (113).- Componentes internos del Láser Tracker.



Ligado al sistema, siempre tenemos la unidad de control (LTController) que

mediante el cable de red, los cables motor y sensor, obtenemos la constante

comunicación durante la medición.

A continuación, podemos ver una configuración simple de un sistema para el

normal funcionamiento, imagen (114).

Imagen (114).- Configuracion del sistema Láser Tracker.

Para poder establecer una comunicación estable, es necesario configurar un

tipo de comunicación en red. En este caso debe ser mediante un protocolo

TCP/IP.

El Láser Tracker de Leica permite la medición móvil mediante el palpador de

Leica (T-Probe).



Palpadores (T-Probe):

El palpador de Leica (T-Probe), inalámbrico y sin brazo para el palpado de

puntos ocultos o difíciles de acceder, alcanza hasta los 30 m en cualquier

dimensión.

Imagen (115).- Palpador inalambríco (T-Probe).

5.1.1.- Características del equipo Láser Tracker ltd800 El Láser Tracker puede medir objetos de hasta 70 metros de diámetro con una

precisión de micras.La velocidad de adquisición de datos es de 3000

puntos/seg, en tiempo real. Se adjunta certificado de calibración, anexo II.

Imagen (116).- Láser Tracker LTD 800.



5.2.- TOMA DE DATOS DEL CONTROL MÉTRICO

El equipo Láser Tracker se colocó a unos 5 metros de distancia de la vasija, en

un soporte de corcho con unos clavos numerados que indicaban las diferentes

posiciones en las que se iban a tomar los datos, 8 en total, con una variación

de 45 grados. De esta manera se tomaban todos los datos desde una posición

se giraba 45 grados y así sucesivamente, también colocamos 4 dianas

reflectantes, imagen (117).

Imagen (117).- Toma de datos Láser Tracker LTD 800.

El primer paso fue medir los elementos de preseñalización, las 4 dianas y los

ocho tornillos con la ayuda del palpador.

A continuación se midieron los extremos de los elementos rectilíneos de la

vasija, mientras el equipo medía iba tomando imágenes infrarrojas de cada una

de las ocho tomas, imágenes (118, 119), así como imágenes en visible,

imágenes (120, 121), con una cámara digital Olympus auto-calibrada situada



en la cabeza del Láser Tracker para el posterior tratado de los datos

espectrales

Imagen (118).- Imagen infrarroja de la vasija.

Imagen (119).- Imagen infrarroja de la vasija.



Imagen (120).- Imagen visible de la vasija.

Imagen (121).- Imagen visible de la vasija.



5.3.- TRATAMIENTO DATOS. DATOS ESPECTRALES

5.3.1.- Tratamiento de coordenadas X, Y, Z

Obtuvimos las coordenadas X, Y, Z de los elementos de preseñalizado así

como los puntos de los extremos de los elementos rectilíneos de para cada una

de las ocho tomas.

Seleccionamos las coordenadas del elemento rectilíneo central de cada toma y

calculamos la distancia, obteniendo ocho distancias, para posteriormente

compararlas con las mismas distancias medidas en el modelo creado en 3D.

5.3.2.- Tratamiento de datos espectrales

En cuanto al tratamiento de datos espectrales, durante la toma de datos se

generaron dos ficheros, un fichero imagen para cada toma en visible, tres

bandas RGB y otro fichero imagen para cada toma en infrarrojo, una banda.

Con estos dos ficheros se podría generar uno único para cada toma con las 4

bandas superpuestas, donde se podrían analizar los componentes principales

(PCA) de la vasija, este estudio sería motivo para otro proyecto fin de carrera.

Con las imágenes infrarrojas realizaremos una pseudo-prueba, con el

programa microstation, para intentar ajustarlas a nuestro modelo 3D, y obtener

así un modelo 3D con imágenes infrarrojas.



PRECISIONES



6. ESTUDIO DE PRECISIONES

6.1. ESTUDIO DE PRECISIÓN DE LAS TOMAS Y FAMILIAS DE

ESCANEO

Una vez calculado y generado el modelo tridimensional de la vasija se procede

a determinar la precisión del mismo.

Para el cálculo de la precisión a posteriori se analizaron todos y cada uno de

los factores que podían afectar al proceso de generación del modelo.

La primera variable a tener en cuenta es la incertidumbre producida en la

propia toma de datos, debido a las características técnicas del instrumento de

medida.

Observando las especificaciones técnicas que proporciona el fabricante del

equipo escáner láser, se calculó que la precisión en la posición absoluta en

cada uno de los puntos medidos es de 0,381 mm a una distancia de 43 cm.

A este error se le denomina error de instrumentación y se expresa:

ei = 0,381 mm

El siguiente error que influye en la determinación de la precisión final, es la

precisión con la que se realizó la unión de cada toma independiente en el

modelo.

La precisión en la unión de las tomas, viene determinada por las desviaciones

típicas del cálculo de la transformación, realizada en el proyecto con el

programa ScanStudio HD.

En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos.



UNIÓN DE ESTACIONES ERROR COMETIDO (mm)

TOMAS FAMILIA A =

1+2+3+4+5+6+7+8 0,051

FAMILIA “C+D” 0,076

FAMILIA “A+CD” 0,051

FAMILIA “A+B” 0,051

Tabla (2).- Error cometido en la unión de tomas.

Este parámetro que denominaremos error de unión, vendrá dado en el modelo

completo por la componente cuadrática de cada uno de los errores cometidos

en la unión de pares y se expresa:

eu = √ 0,0512 +0,0762 + 0,0512 + 0,0512

eu = 0,1165 mm

Una vez obtenidos todos y cada uno de los errores que influyeron en la

formación del modelo, se obtiene el error total como la componente cuadrática

de los valores que forman estas variables en el proyecto que se presenta.

eT =√ ei2 + eu

2

eT = 0,3984 mm

6.2. ESTUDIO DE LA PRECISION OBTENIDA

Para llevar a cabo el estudio de precisión del resultado obtenido en el escaneo

de nuestra vasija, se midieron unos puntos mediante Laser-Tracker que ofrecía

una precisión de la centésima de milímetro. Estos puntos medidos eran

extremos de las líneas verticales de la vasija, imagen (122), midiendo tres

líneas por cada posición. Posteriormente se hará una comparativa de

distancias entre puntos tanto con las mediciones Láser Tracker como en el

modelo obtenido con el Láser Escáner.



Imagen (110).- Puntos de control medidos con Láser Tracker

La vasija se colocó en un soporte de corcho con unos clavos numerados que

indicaban las diferentes posiciones en las que se iban a tomar los datos, 8 en

total, con una variación de 45 grados. De esta manera se tomaban todos los

datos desde una posición se giraba 45 grados y así sucesivamente.

Dado que la medición con Láser Tracker es una técnica más precisa que la

medición con el escáner láser, las medidas tomadas con Láser Tracker tienen,

en esta comparación, el papel de valores” verdaderos”, y las diferencias

encontradas el de “errores absolutos”.

Para determinar la precisión con la que obtenemos las mediciones realizadas

en nuestro programa de análisis dimensional, se realizaron los siguientes

cálculos correspondientes a las 8 tomas.



PRIMERA TOMA.

Primero comenzaremos calculando el valor de la desviación estándar ( σ ) a

partir de las observaciones anteriormente señaladas.

Siendo la expresión algebraica de la desviación estándar:

Expresión algebraica (1). Desviación estándar.

En la tabla siguiente se detalla las medidas obtenidas sobre el modelo digital y

los primeros cálculos necesarios para lograr el resultado de la desviación.

Distancias de los elementos rectilíneos

1ª TOMA

Nº medida Distancia (mm) 2iX

1 53,982 0,0280563

2 53,736 0,0061466

3 53,819 0,0000212

4 53,822 0,0000578

5 54,150 0,1126274

6 53,803 0,0001300

7 53,885 0,0050268

8 53,717 0,0094868

9 53,637 0,0313998

10 53,593 0,0488410

Tabla (3). Observaciones en la vasija.

μ (media de las observaciones) = 53,8144mm

0,2417

N

XN

i

i

1

2

N

i

iX1

2



Siendo el valor final de la desviación estándar:

Una vez obtenido el valor de la desviación estándar, a partir de este resultado

podemos establecer el intervalo de confianza, que responde a la siguiente

expresión algebraica:

5.2,5.2

Expresión algebraica (2). Intervalo de confianza.

Sustituyendo nuestros valores en la anterior expresión obtendremos el

intervalo:

54.203 , 53.426

Estos valores me permiten contrastar las observaciones admitidas, obteniendo

la validez de los siguientes valores:

Nº medida Observaciones admitidas

1 53,982

2 53,736

3 53,819

4 53,822

5 54,150

6 53,803

7 53,885

8 53,717

9 53,637

10 53,593

Tabla (4). Observaciones admitidas 1ª Toma.

0,1554mm

N

XN

i

i

1

2



Como se puede observar en la tabla 3, todas las observaciones quedan dentro

del intervalo de confianza anterior.

Tras el cálculo de la desviación estándar y del intervalo de confianza

realizamos un test estadístico, que nos mostrará la validez de las medidas. En

este test comparamos el valor observado de la magnitud, con el valor teórico

de la misma. Cuanto más se aproximen a cero, los resultados, mas validas

serán las medidas obtenidas

La expresión que nos permite llevar a cabo dicho test es la siguiente:

/teoricateorica)-(observada 2Test

Expresión algebraica (3). Comparativa valor real valor teórico.

Siendo la observación teórica de 53.663 mm, dato obtenido mediante Láser

Tracker.

En la siguiente tabla indicamos los resultados del test:

Nº medida TEST

1 0,0018968

2 0,0000994

3 0,0004537

4 0,0004713

5 0,0044203

6 0,0003654

7 0,0009187

8 0,0000544

9 0,0000126

10 0,0000912

Tabla (5). Resultado del test 1ª Toma.



Como se puede comprobar, todas las medidas están en valores en torno a cero

o muy próximos a cero, por lo que podemos concluir que las medidas son

admitidas, es decir todas quedan verificadas.

Atendiendo a los resultados obtenidos a lo largo de todo el proceso podemos

concluir que el valor final es el que responde a la media de los valores

admitidos.

SEGUNDA TOMA.

Primero comenzaremos calculando el valor de la desviación estándar ( σ ) a

partir de las observaciones anteriormente señaladas.

En la tabla siguiente se detalla las medidas obtenidas y los primeros cálculos

necesarios para lograr el resultado de la desviación.


2ª TOMA


1 55,922 0,0161138

2 55,964 0,0071809

3 55,782 0,0709370

4 55,959 0,0079816

5 55,969 0,0062790

6 56,411 0,1310874

7 56,185 0,0185940

8 55,922 0,0161138

9 56,186 0,0189228

10 56,186 0,0189228


μ (media de las observaciones) = 56,0486 mm

0,3121

N

i

iX1

2







5.2,5.2



intervalo:

49055.607,56.




1 55,922

2 55,964

3 55,782

4 55,959

5 55,969

6 56,411

7 56,185

8 55,922

9 56,186

10 56,186


0,1766 mm

N

XN

i

i

1

2



Como se puede observar en la tabla 8, todas las observaciones quedan dentro

del intervalo de confianza anterior.


realizamos un test estadístico, que nos mostrará la validez de las medidas.

Cuanto más se aproximen a cero, los resultados, mas validas serán las

medidas obtenidas.




Siendo la observación teórica de 55,680 mm, dato obtenido mediante Láser Tracker.


Nº medida TEST

1 0,0010540

2 0,0014511

3 0,0001878

4 0,0014005

5 0,0015026

6 0,0096036

7 0,0045847

8 0,0010540

9 0,0046029

10 0,0046029




admitidas, es decir todas quedan verificadas. Atendiendo a los resultados

obtenidos a lo largo de todo el proceso podemos concluir que el valor final es el

que responde a la media de los valores admitidos.



TERCERA TOMA.

Comenzaremos calculando el valor de la desviación estándar ( σ ) a partir de

las observaciones anteriormente señaladas.




3ª TOMA


1 56,9676 0,0465869

2 56,7071 0,0019945

3 56,8347 0,006879

4 56,9375 0,0344993

5 56,6012 0,0226683

6 56,4735 0,0774286

7 56,8101 0,0034036

8 56,8101 0,0034036

9 56,7071 0,0019945

10 56,6687 0,006899


μ (media de las observaciones) = 56,7518 mm


0,2058

0,1434 mm

N

i

iX1

2

N

XN

i

i

1

2






5.2,5.2



intervalo:

11056.393,57.




1 56,968

2 56,707

3 56,835

4 56,938

5 56,601

6 56,474

7 56,810

8 56,810

9 56,707

10 56,669


Como se puede observar en la tabla 11, todas las observaciones quedan

dentro del intervalo de confianza anterior.




medidas obtenidas.








Nº medida TEST

1 0,0083089

2 0,0031768

3 0,0053912

4 0,0075958

5 0,0017837

6 0,0006404

7 0,0049130

8 0,0049130

9 0,0031768

10 0,0026315







admitidos.



CUARTA TOMA.






4ª TOMA


1 54,4517 0,0123077

2 54,7126 0,0224880

3 54,6878 0,0156650

4 54,4779 0,0071809

5 54,7397 0,0313502

6 54,7632 0,0402243

7 54,4779 0,0071809

8 54,3927 0,0288796

9 54,7082 0,0211877

10 54,2147 0,1210622




0,3075

0,1754 mm

N

i

iX1

2

N

XN

i

i

1

2






5.2,5.2



intervalo:

00154.124,55.




1 54,452

2 54,713

3 54,688

4 54,478

5 54,740

6 54,763

7 54,478

8 54,393

9 54,708

10 54,215







medidas obtenidas.








Nº medida TEST

1 0,0003750

2 0,0030010

3 0,0026409

4 0,0005241

5 0,0034159

6 0,0037904

7 0,0005241

8 0,0001290

9 0,0029271

10 0,0001637







admitidos.



QUINTA TOMA.






5ª TOMA


1 51,8916 0,0026626

2 51,6405 0,0398002

3 52,1346 0,0867892

4 51,8802 0,0016160

5 51,8958 0,0031136

6 51,6317 0,0433889

7 51,6475 0,0370562

8 51,9031 0,0039816

9 51,8875 0,0022563

10 51,8875 0,0022563




0,2229

0,1493 mm

N

i

iX1

2

N

XN

i

i

1

2






5.2,5.2



intervalo:

21351.467,52.




1 51,8916

2 51,6405

3 52,1346

4 51,8802

5 51,8958

6 51,6317

7 51,6475

8 51,9031

9 51,8875

10 51,8875









medidas obtenidas.






Nº medida TEST

1 0,0049780

2 0,0012621

3 0,0109106

4 0,0047561

5 0,0050610

6 0,0011764

7 0,0013324

8 0,0052070

9 0,0048976

10 0,0048976







admitidos.



SEXTA TOMA.






6ª TOMA


1 52,8583 0,0023532

2 52,3000 0,2598858

3 52,6349 0,0305865

4 53,1348 0,1056315

5 53,1852 0,1409327

6 53,1424 0,1106294

7 52,7726 0,0013831

8 52,5860 0,0500820

9 52,7205 0,0079727

10 52,7632 0,0021706




0,7116

0,2668 mm

N

i

iX1

2

N

XN

i

i

1

2






5.2,5.2



intervalo:

47752.143,53.




1 52,8583

2 52,3000

3 52,6349

4 53,1348

5 53,1852

6 53,1424

7 52,7726

8 52,5860

9 52,7205

10 52,7632









medidas obtenidas.






Nº medida TEST

1 0,0045706

2 0,0000911

3 0,0013495

4 0,0111968

5 0,0127192

6 0,0114201

7 0,0031096

8 0,0008987

9 0,0023585

10 0,0029664







admitidos.



SÉPTIMA TOMA.






7ª TOMA


1 54,0999 0,0044542

2 54,2915 0,0155900

3 54,2871 0,0145106

4 53,9066 0,0676208

5 53,6759 0,2408257

6 54,2346 0,0046186

7 54,2413 0,0055741

8 54,2386 0,0051782

9 54,443 0,0763748

10 54,2479 0,0066032




0,4414

0,2101mm

N

i

iX1

2

N

XN

i

i

1

2






5.2,5.2



intervalo:

47752.143,53.




1 54,0999

2 54,2915

3 54,2871

4 53,9066

5 53,6759

6 54,2346

7 54,2413

8 54,2386

9 54,443

10 54,2479









medidas obtenidas.






Nº medida TEST

1 0,0017109

2 0,0045543

3 0,0044737

4 0,0002253

5 0,0002704

6 0,0035674

7 0,0036774

8 0,0036329

9 0,0077689

10 0,0037873







admitidos.



OCTAVA TOMA






8ª TOMA


1 54,0276 0,0000992

2 53,6843 0,1111156

3 53,8598 0,0249135

4 53,8597 0,0249450

5 53,9778 0,0015872

6 54,1375 0,0143664

7 54,1467 0,0166565

8 54,1542 0,0186486

9 53,9869 0,0009449

10 54,3419 0,1051445




0,3184

0,1784 mm

N

i

iX1

2

N

XN

i

i

1

2






5.2,5.2



intervalo:

46453.572,54.




1 54,0276

2 53,6843

3 53,8598

4 53,8597

5 53,9778

6 54,1375

7 54,1467

8 54,1542

9 53,9869

10 54,3419









medidas obtenidas.






Nº medida TEST

1 0,0007267

2 0,0003934

3 0,0000167

4 0,0000166

5 0,0004068

6 0,0017587

7 0,0018655

8 0,0019548

9 0,0004584

10 0,0048715







admitidos.



6.3. COMPARATIVA DE RESULTADOS.

Una vez terminado el análisis métrico de cada uno de los modelos digitales,

procederemos a mostrar los resultados obtenidos a través de una tabla, en la

que comparamos los valores más probables obtenidos del tratamiento

estadístico al que se sometieron las diez observaciones medidas sobre los

modelos digitales, con el valor teórico obtenido mediante observación de

puntos de control métrico con Láser Tracker.

COMPARATIVA RESULTADOS DISTANCIAS

Distancia 11_12 Láser Tracker LTD 800 Escáner Láser 3D Diferencia (mm)

Toma 1 53,663 53,8144 0,1514

Toma 2 55,6798 56,0487 0,3689

Toma 3 56,2841 56,7518 0,4677

Toma 4 54,3093 54,5626 0,2533

Toma 5 51,3858 51,84 0,4542

Toma 6 52,3691 52,8098 0,4407

Toma 7 53,7965 54,1666 0,3701

Toma 8 53,8298 54,0176 0,1878

Tabla (27). Comparativa de resultados.

Como podemos observar en la tabla, concretamente en la columna de

diferencia, todos los valores se sitúan por debajo del milímetro, con lo que

podemos validar la fiabilidad de los modelos digitales.



PRESUPUESTO



7. PRESUPUESTO

7.1.-FORMACIÓN DEL PRESUPUESTO

En este apartado, se hará un cálculo sobre el coste total de la actividad que

hemos realizado. El cálculo del presupuesto para un proyecto fin de carrera es

distinto que para un proyecto de carácter privado. En nuestro caso, con el fin

de estimar un coste, simularemos que el proyecto ha sido llevado a cabo por

una empresa privada.

La elaboración de un presupuesto consiste en la evaluación de los costes que

se producen en la ejecución del mismo. Los costes se pueden dividir en costes

directos e indirectos. Los costes directos son los que intervienen directamente

en el proceso de producción como la mano de obra, materiales, etc. Los costes

indirectos son los necesarios para el mantenimiento de una empresa, como

alquiler de oficina, energía eléctrica, mantenimiento de coches de empresa, etc.

Estos últimos quedan reflejados en el presupuesto partiendo de ser una

empresa ficticia la realizadora del proyecto, con unos costes indirectos o gastos

generales de 20€ al día, que obtiene el 15% del coste como beneficio

empresarial y aplica el 18% de IVA.

En las siguientes tablas se detallan todos los costes del proyecto y el coste

total del mismo, desglosándose por actividades:



Proyecto: Modelo tridimensional de una vasija Precolombina de la cultura

Nazca-Perú mediante sistemas LasérEscaner3D.

Actividad: GESTIONES

Horas de trabajo efectivo: 6 Nº de Ficha: 1

Co

ste

Bás

ico

Concepto Unidades Clase Coste

unidad Coste Total

Mano de obra

6 horas I.T. Topógrafo 20,00 € 120,00 €

Materiales

Total Coste Básico 120,00 €

Co

ste

Ge

ne

ral d

e P

rod

ucc

ión


unidad Coste Total

Instrumental

Transporte

Dietas

1 día I.T. Topógrafo 15,00 € 15,00 €

Otros Costes

Total Coste de Producción 15,00 €

Co

ste

s In

dir

ecto

s


unidad Coste Total

Gas

tos

Gen

eral

es 1 día

Oficina, Coche..etc 20,00 € 20,00 €

Total Costes Indirectos 20,00 €

Coste Final de la Actividad 155,00 €

Tabla (28).- Coste de Gestiones.





Actividad: ESCANEADOS CON ESCÁNER LÁSER 3D

Horas de trabajo efectivo: 16

Nº de Ficha: 1

Co

ste

Bás

ico


unidad Coste Total

Mano de obra


Materiales


Co

ste

Ge

ne

ral d

e P

rod

ucc

ión


unidad Coste Total

Instrumental

2 días Escáner Láser 3D 150,00 € 300,00 €

2 días Ordenador 5,00 € 10,00 €

1 Regla Graduada 5,00 € 5,00 €

2 días Programa ScanStudio HD 30,00 € 60,00 €

Transporte

Dietas

2 días I.T. Topógrafo 15,00 € 30,00 €

Otros Costes


Co

ste

s In

dir

ecto

s


unidad Coste Total

Gas

tos

Gen

eral

es 2 días Oficina, Coche..etc. 20,00 € 40,00 €


Coste Final de la Actividad 765,00€

Tabla (29).- Coste de Escaneados con Escáner Láser 3D.





Actividad: CONTROL DE PUNTOS MÉTRICOS LÁSER TRACKER LTD800


Nº de Ficha: 1

Co

ste

Bás

ico


unidad Coste Total

Mano de obra


Materiales


Co

ste

Ge

ne

ral d

e P

rod

ucc

ión


unidad Coste Total

Instrumental 1 día Láser Tracker LTD800 1.000,00 € 1.000,00€

1 día Ordenador 5,00 € 5,00 €

Transporte

Dietas

1 día I.T. Topógrafo 15,00 € 15,00 €

Otros Costes

Total Coste de Producción 1.020,00€

Co

ste

s In

dir

ecto

s


unidad Coste Total

Gas

tos

Gen

eral

es 1 día Oficina, Coche..etc. 20,00 € 20,00 €


Coste Final de la Actividad 1.200,00€

Tabla (30).- Coste de Control de Puntos Métricos Láser Tracker LTD800.





Actividad: OBTENCION DEL MODELO TRIDIMENSIONAL


Nº de Ficha: 1

Co

ste

Bás

ico


unidad Coste Total

Mano de obra

56 horas I.T. Topógrafo 20,00 € 1.120,00€

Materiales

Total Coste Básico 1.120,00€

Co

ste

Ge

ne

ral d

e P

rod

ucc

ión


unidad Coste Total

Instrumental


7 días Programa ScanStudio HD 30,00 € 210,00 €

Transporte

Dietas


Otros Costes


Co

ste

s In

dir

ecto

s


unidad Coste Total

Gas

tos

Gen

eral




Tabla (31).- Coste Obtención del Modelo Tridimensional.



Proyecto: Modelo tridimensional de una vasija Precolombina de la cultura Nazca-Perú mediante sistemas LasérEscaner3D.

Actividad: REDACCIÓN DE LA MEMORIA


Nº de Ficha: 1

Co

ste

Bás

ico


unidad Coste Total

Mano de obra

120 horas I.T. Topógrafo 20,00 € 2.400,00€

Materiales 1

PAPEL A4 (500 FOLIOS) 10,00 € 10,00 €

2 DVD 2,00 € 4,00 €

Total Coste Básico 2.414,00€

Co

ste

Ge

ne

ral d

e P

rod

ucc

ión


unidad Coste Total

Instrumental


1 Impresora 45,00 € 45,00 €

Transporte

Dietas


Otros Costes


Co

ste

s In

dir

ecto

s


unidad Coste Total

Gas

tos

Gen

eral




Tabla (32).- Coste Redacción de Memoria.



COSTE DEL PROYECTO 6.789,00 €

BENEFICIO INDUSTRIAL (15%) 1.018,35 €

SUMA 7.807,35 €

I.V.A. (18%) 1.405,32 €

COSTE FINAL 9.212,67 €

Tabla (33).- Suma de Costes y aplicación de B.I. e I.VA.

En la siguiente tabla se muestra el resumen del presupuesto:

RESUMEN DEL PRESUPUESTO

ACTIVIDADES COSTE DE LA ACTIVIDAD (€)

Gestiones 155,00

Escaneos con equipo Escáner Láser 3D 765,00

Escaneos con equipo Láser Tracker LTD 800 1.200,00

Obtención del modelo tridimensional 1.610,00

Redacción de la memoria 3.059,00

TOTAL 6.789,00

Beneficio Industrial (15% TOTAL) 1.018,35

SUMA 7.807,35

IVA (18% SUMA) 1.405,32

PRESUPUESTO TOTAL PROYECTO 9.212,67

Tabla (34).- Resumen del presupuesto.

El presupuesto total del proyecto se eleva a nueve mil doscientos doce euros

con sesenta y siete céntimos. (9.212,67 €).

A continuación se muestra un gráfico que representa la distribución del

presupuesto por actividad.



Gráfica (1).- Distribución del Presupuesto por Actividad.



CAPTURA DE VIDEOS



8. CAPTURA DE VIDEOS

Una vez terminados el modelo digital tridimensional, creímos conveniente a la

hora de mostrar el resultado generar un videos en el que se pueda apreciar con

mayor detalle la vasija obtenida.

Dicho proceso se realizó gracias al programa Camtasia Studio 7, se trata de un

capturador de pantalla de gran facilidad de uso y con el cual podemos obtener

videos de gran calidad en diferentes formatos como puede ser AVI o MP4.

Imagen (136). Editor de video Camtasia Studio 7.



CONCLUSIONES



9. CONCLUSIONES.

Este proyecto se ha realizado con una de las tecnologías más avanzadas en el

campo de la captura, manipulación y modelado tridimensional de datos.

El equipo escáner láser tridimensional NextEngine permite capturar un gran

volumen de datos en poco tiempo con un nivel de detalle óptimo, siendo vistos

en la pantalla del ordenador en tiempo real. Su tamaño, su coste y relativo fácil

manejo lo hace ideal como escáner de escritorio para registrar

tridimensionalmente piezas geológicas de tamaño pequeño y mediano.

El procesamiento y el posterior tratamiento de los datos es la parte más

compleja del trabajo ya que el gran volumen de datos con el que se trabaja

dificulta su manejo, con lo cual no se puede usar cualquier ordenador, se

necesita uno con gran capacidad de procesamiento de datos.

Del análisis dimensional de los resultados se puede concluir que las medidas

obtenidas mediante el escáner láser son aceptables, pudiéndose dar como

válidas, ya que nuestro propósito era la de obtener una precisión de escaneo

de 1mm y la precisión obtenida en la formación del modelo ha sido de

0,398mm.

En el presente PFC hemos realizado un trabajo de métrica que nos permite

verificar que el modelo tridimensional obtenido es aceptado geométricamente,

comparando las medidas obtenidas mediante el Láser Tracker LTD 800 y

mediante Escáner Láser 3D, tabla (34). Como podemos observar la diferencia

de medidas oscila entre los 0,2 y los 0,5 mm, siendo validas todas nuestras

observaciones.



COMPARATIVA RESULTADOS DISTANCIAS

Distancia 11_12 Láser Tracker LTD 800 Escáner Láser 3D Diferencia (mm)

Toma 1 53,6630 53,8144 0,1514

Toma 2 55,6798 56,0487 0,3689

Toma 3 56,2841 56,7518 0,4677

Toma 4 54,3093 54,5626 0,2533

Toma 5 51,3858 51,8400 0,4542

Toma 6 52,3691 52,8098 0,4407

Toma 7 53,7965 54,1666 0,3701

Toma 8 53,8298 54,0176 0,1878

Tabla (34).- Comparativa de distancias.

Este proyecto fin de carrera se ha realizado con la ayuda del Laser escáner

Next Engine, pero el mercado ofrece en este momento una gran variedad de

aparatos de diferentes marcas y modelos.

Por todo ello consideramos que el objetivo global del Proyecto está

conseguido, ya que los modelos tridimensionales son totalmente válidos,

habiéndose obtenido una geometría completa y detallada, con una precisión

por debajo del milímetro, así como hemos dejado una puerta abierta para un

posible estudio de las componentes principales de la vasija con las imágenes

infrarrojas y visibles.

Los profesionales del patrimonio cultural, creen que la conservación de los

restos arqueológicos es un beneficio social. El patrimonio proporciona los

mecanismos intelectuales y emocionales para comprender nuestra identidad y

nuestra continuidad cultural: es un recordatorio de donde procedemos , de

quienes somos y lo más importante de que queremos ser. Además comunica

estas condiciones culturales a otras comunidades humanas y, por lo tanto,

contribuye a fomentar la tolerancia entre culturas e individuos. De ello

concluimos la necesidad de buscar, experimentar y aplicar tecnologías que

faciliten, flexibilicen, mejoren y divulguen la información que acerca de ello

tenemos.



La modelización tridimensional de restos arqueológicos es una técnica

imprescindible y su uso será normalizado en pocos años. La principal ventaja

del escáner láser de tres dimensiones (3D) es la posibilidad de manipular

objetos que pueden o no ser frágiles y obtener mediciones detalladas a través

de una reconstrucción digital. Los datos escaneados son fácilmente

manipulables estadística y gráficamente con el software adecuado. Además,

las reconstrucciones digitales de objetos pueden permitir un intercambio

eficiente de información que normalmente sólo se obtiene mediante la

observación directa limitada del objeto. La capacidad de mostrar

reconstrucciones digitales tridimensionales y poder compartir éstos con el resto

de la comunidad científica ayuda enormemente a la divulgación investigadora,

también en las presentaciones educativas con ilustraciones tridimensionales y

videos para ayudar a comunicar el conocimiento científico a la opinión pública.

Así podremos avanzar ya que esta aplicación nos permitirá abrir caminos :

- Reconstrucción digital de imágenes tridimensionales completas, de objetos

que están rotos o deteriorados.

- Reproducción física de modelos equiparables a los originales y que nos

permitan su manipulación evitando los riesgos que conllevan el trabajar con las

cerámicas.

- Identificar materiales con los que están hechos, lo que permitirá adentrarnos

en la morfología de la península en aquellos momentos de la historia.

- Reconstrucción de dibujos e imágenes que nos hablen de su cultura, técnicas

que empleaban, y rituales que se practicaban.

- Museos virtuales que faciliten el trabajo de la comunidad científica y acerquen

la cultura en general a toda persona interesada.



BIBLIOGRAFÍA



10. BIBLIOGRAFÍA

Mª Concepción Buide P. (Mayo 2008): “Levantamiento mediante láser escáner

3D de la fachada del Torreón de los Guzmanes, Ávila.” Proyecto fin de Carrera,

Escuela Técnica Superior de Ingenieros en Topografía, Geodesia y Cartografía.

Universidad Politécnica de Madrid. España

Jaime López González (Diciembre 2008): “Levantamiento mediante láser

escáner 3D del abrigo de Cueva Blanca, Hellín (Albacete).” Proyecto fin de

Carrera, Escuela Técnica Superior de Ingenieros en Topografía, Geodesia y

Cartografía. Universidad Politécnica de Madrid. España

Farjas, M. (Diciembre 2006): “Aulaweb Topografía II”. Escuela Técnica Superior

de Ingenieros en Topografía, Geodesia y Cartografía. Universidad Politécnica

de Madrid. España.

Teresa Mostaza Perez. (1996): “Aplicación del escáner láser 3d a la

documentación espacial de yacimientos arqueológicos”. Internet, pagina web

del yacimiento de Segeda. (Zaragoza).

(http://www.segeda.net/8cia/pdf/18_1_Teledeteccion_Mostaza.pdf)

Historia de la cultura Nazca – Perú

(http://www.lahistoriadelperu.com/2010/05/cultura-nazca.html)

Manual de usuario NextEngine 3: Nov 18, 2008

Manual de usuario NextEngine SCANSTUDIO CORE 1.7.0: 2007

NextEngine Desktop 3D Scanner. www.nextengine.com

Casa fabricante Leica Geosystems.

http://www.leica-geosystems.com/en/Laser-Tracker-Systems_69045.htm

http://www.segeda.net/8cia/pdf/18_1_Teledeteccion_Mostaza.pdf

http://www.lahistoriadelperu.com/2010/05/cultura-nazca.html

http://www.nextengine.com/

http://www.leica-geosystems.com/en/Laser-Tracker-Systems_69045.htm



AGRADECIMIENTOS



11. AGRADECIMIENTOS

Antes de concluir la redacción de este Proyecto Fin de Carrera que pone el

punto y final a muchos años de esfuerzo y dedicación, quisiera agradecer a mi

familia, tanto a mi hermano Mario, como a mi padres, Antonio y Clara, por todo

su apoyo y esfuerzo, así como a mi novia, Sara, que en el último año de la

carrera ha sido un apoyo enorme y siempre ha estado a mi lado, siempre

creyeron en mi y sin ellos no habría logrado llegar hasta aquí.

A todos mis amigos y compañeros de Topografía que comprendieron el

esfuerzo que hacía y que en algún momento me brindaron su ayuda

inestimable para hacerme más fácil el camino recorrido.

Gracias a todos aquellos profesores que aman su profesión y saben transmitir

su sabiduría con pasión, de todos ellos aprendí muchas lecciones y no todas

trataron de aspectos relacionados con la carrera.

Por supuesto, agradecer a mi tutora, Mercedes Farjas Abadía, ejemplar en su

labor investigadora de nuevas técnicas aplicadas al campo de la topografía, el

haberme dado la oportunidad de realizar este proyecto, por todos sus

consejos, apoyo y dedicación durante todo este tiempo. Tampoco me podía

olvidar de Juan Gregorio Rejas Ayuga, antiguo alumno y actual científico

superior del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), por su

dedicación y por su gran ayuda en este proyecto.



ANEXO I

(NEXTENGINE ESPECIFICACIÓN

TÉCNICA)



ANEXO II

(CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN

LASER TRACKER LTD 800)

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