Restoring an iconic Dutch windmill with Artec 3D scanning & AI Photogrammetry

Modelo 3D final de 4C del molino de viento Roelofarendsveen. Imagen cortesía de 4C.

La precisión es absolutamente vital en el mundo de la arquitectura, especialmente cuando se trata de renovar edificios históricos y otros sitios patrimoniales preciados que deben tratarse con mucho cuidado.

Los procesos comunes de «renovación» de infraestructuras, como la elevación, la extensión, el refuerzo o el levantamiento de fachadas, pueden provocar el colapso de estructuras debilitadas, quebradizas e irregulares si no se llevan a cabo correctamente. Es por eso que los ingenieros inspeccionan dichos sitios para sopesar cualquier riesgo potencial antes de que comience el trabajo.

Generalmente, este proceso gira en torno al escaneo láser terrestre o LiDAR. Sin embargo, muchos dispositivos se limitan a la captura de geometría (sin color). También tienden a entregar nubes de puntos con muchos datos en lugar de mallas, lo que dificulta el trabajo con ellos en softwares tercerizados. ¿Y el mayor problema de todos? Medición de la línea de visión, que limita la captura de lo que pueden ver.

Si tuvieras que crear un modelo 3D de un pequeño objeto cotidiano, esto no sería un problema. Pero en el mundo de la captura de infraestructuras a gran escala, el escaneo de superficies elevadas y fuera de alcance es una necesidad real: trabajar con gemelos digitales incompletos  puede dar lugar a costosos errores en el proyecto.

Ante este mismo problema, un experto holandés en reformas se puso en contacto con 4C Creative CAD CAM Consultants (4C) en busca de una solución capaz de capturar el interior y el exterior de un molino de viento a escala 1:1 para prepararse para una nueva renovación. ¿La solución? Digitalizando su exterior con el LiDAR Artec Ray II, su interior con los Ray II y Artec Leo inalámbrico, y su techo alimentando los datos del dron en el algoritmo de fotogrametría con AI de Artec Studio.

El techo del molino de viento, reconstruido digitalmente con fotogrametría con IA. Imagen cortesía de 4C.

Capturando un molino de viento desde todos los ángulos

Cuando se le pidió que ayudara a un cliente a renovar uno de los molinos de viento históricos de Países Bajos, entre Ámsterdam y La Haya, el equipo de 4C llegó al lugar en una fría mañana de principios de 2025.

Para capturar el exterior del edificio, comenzaron desplegando el Artec Ray II. Con un alcance de hasta 130 metros, el dispositivo montado en trípode se puede configurar fácilmente y dejar escanear escenas completas, mientras que su sistema de inercia visual le brinda capacidades de seguimiento en tiempo real. En este caso, el Ray II realizó un escaneo muy detallado de la pala del molino y del exterior de ladrillo, pero aún faltaba el techo.

Eso llevó al propietario de 4C, Edwin Rappard, a desplegar un dron DJI. La compatibilidad de vídeo con la Fotogrametría con IA hizo que la captura del tejado fuera increíblemente fácil. Incluso como aficionado a volar drones, Rappard descubrió que era posible lograr resultados brillantes simplemente volando alrededor de la estructura y presionando Record.

Sin embargo, el conjunto de datos del equipo aún no tenía en cuenta el interior del molino de viento, que alberga un intrincado sistema de engranajes que impulsan su sistema giratorio. Digitalizar esto significó implementar al Artec Leo, una computadora de mano, inalámbrica, que captura 35 millones de puntos de datos por segundo. Aquí, el Leo les permitió subir a este espacio frío y estrecho, y escanear todo con velocidad y precisión.

Donde había más espacio disponible dentro de la fábrica, el equipo también utilizó el Ray II para recopilar datos a máxima velocidad, sabiendo que los datos de diferentes escáneres se pueden combinar fácilmente en Artec Studio. Según Bart Wever, el especialista en escaneo 3D de 4C que se subió al interior del molino, el escaneo de Artec 3D demostró ser perfecto para el trabajo, capturando todos los datos de inspección de precisión requeridos.

Modelo 3D final de 4C que muestra el interior del molino de viento Roelofarendsveen. Imagen cortesía de 4C.

«El mayor desafío fue alinear los dos conjuntos de datos, del interior y el exterior, porque el molino solo tenía aberturas muy limitadas. Tenía una puerta delantera y una puerta trasera pequeñas, por lo que no era fácil obtener escaneos tanto desde el interior como desde el exterior para una alineación correcta posterior», explicó Wever. «Pero con el Ray II, pudimos hacer el trabajo sin muchos problemas. Al final, eso fue suficiente para construir un modelo 3D completo y perfectamente alineado».

«Logramos una gran alineación sin necesidad de tableros de verificación ni marcadores. El sistema VIS integrado del Ray II funcionó perfectamente. ¡Allí no hubo desafíos!»

Fusionando conjuntos de datos en Artec Studio

Uno pensaría que combinar tres conjuntos de datos muy diferentes sería complicado, pero Artec Studio simplificó todo el proceso. El algoritmo de fusión de múltiples resoluciones del software permitió al equipo de 4C crear un modelo increíblemente detallado utilizando los datos de mayor resolución de cada escaneo. A continuación, se utilizó la fotogrametría para generar una malla de cubierta, que se fusionó con el conjunto de datos más detallado.

Curiosamente, Wever descubrió que utilizando todas las herramientas fáciles de usar de Artec Studio de forma creativa, podía separar los datos capturados en partes cohesivas y reunirlas después de la importación. Esto ayudó a garantizar que los datos no fueran demasiado densos para que su PC los manejara. El diezmar el escaneo de Artec Studio también se puede utilizar con un efecto similar, reduciendo el número de polígonos para hacer que el modelo 3D sea más fácil de manejar y utilizar.

Modelo de molino de viento de 4C en modo X-Ray dentro de Artec Studio. Imagen cortesía de 4C.

Otra ventaja del enfoque del equipo es que permitió que los datos de fotogrametría se escalaran al tamaño de los escaneos del Ray II, lo que dio como resultado un verdadero modelo uno-a-uno con texturas vibrantes y realistas.

En general, la combinación de conjuntos de datos proporcionó una captura de detalles enormemente impresionante. Todo, desde los estrechos espacios de los paneles de las aspas hasta los dientes de los engranajes individuales, y los tres pisos separados del molino de viento, está a la vista. De hecho, si este sistema de rotor requería mantenimiento, Wever considera que los datos se capturaron con tanta precisión que podrían usarse para realizar ingeniería inversa y fabricar repuestos de uso final.

«Con este tipo de edificios, las tolerancias de un milímetro ya se consideran bastante altas, lo que hace que el Leo sea más que lo suficientemente nítido como para capturar un modelo 3D y reproducir engranajes individuales», explicó Wever. «También son bastante grandes: una rueda dentada gigante hace girar toda la estructura. No estamos hablando aquí de partes diminutas. Si hubiera podido encajar, estoy convencido de que el Ray II habría sido suficiente».

¿Más oportunidades en arquitectura?

Al final, el equipo de 4C capturó datos suficientemente precisos para la renovación de los molinos de viento de su cliente. Pero no se detienen ahí: ven un potencial significativo para la combinación única de escaneo 3D y fotogrametría de Artec 3D en el espacio de infraestructura más amplio.

Maqueta de molino de viento 4C dentro de Artec Studio. Imagen cortesía de 4C.

Rappard describe la Fotogrametría con IA como «el complemento perfecto para el escaneo 3D» y dice que «ningún otro paquete en el mercado» puede combinar diversos conjuntos de datos 3D como Artec Studio. Utilizando mallas 3D completas y muy detalladas en lugar de datos pesados de nubes de puntos, cree que los arquitectos e ingenieros de construcción pronto llevarán la topografía a nuevas alturas.

«El uso del Ray II junto con un dron, y el Leo, por supuesto, es ideal para preservar digitalmente sitios patrimoniales, pero también puede ser útil en la construcción, un mercado en el que todavía vemos un gran potencial para el escaneo 3D», concluyó Rappard. «Cuando entramos por primera vez en el escaneo 3D, éramos como misioneros (difundiendo sus beneficios). Ahora es como un retroceso. La tecnología se ha vuelto común en la ingeniería, pero en la industria de la construcción, ¡todavía tiene ese factor sorpresa!»

Claramente, las tecnologías tradicionales todavía tienen un dominio absoluto sobre la construcción. Sin embargo, con expertos en escaneo 3D como 4C en el caso, seguramente es sólo cuestión de tiempo antes de que la diversificada oferta de captura de datos de Artec 3D se haga un hueco en la modernización de la industria.