Cómo los escáneres de Artec capturan objetos grandes agrupando las partes complejas

30/11/2020

Por Matthew McMillion

La captura digital de grandes objetos con múltiples áreas de alto detalle puede ser problemática hasta para los más expertos en el escaneo 3D. Imagina sólo media tarde para escanear el interior y el exterior de un Lamborghini, rediseñar sus componentes y modificarlos a medida y en perfecto estado. O el caso de un ingeniero aeroespacial encargado de escanear la cabina de un Airbus A380, transformarlo en un modelo 3D súper preciso y prepararlo para realidad virtual en pocos días.

Pietro Meloni de ShareMind escaneando con Artec Leo

La dificultad es alta, capturar y procesar con precisión todo el panel de instrumentos, sus ocho pantallas, además de todos los interruptores, botones, joysticks, etc. Además de los asientos y toda la estructura de la cabina.

Lo que inicialmente puede parecer un trabajo de escaneo sencillo puede convertirse en un proyecto de varias fases que se prolonga durante semanas. Pero no tiene por qué ser así.

Este tipo de situaciones llevaron a Pietro Meloni, del Embajador de Artec, ShareMind, a desarrollar un sistema optimizado de trabajo para capturar y transformar sin problemas objetos multifacéticos y de tamaño considerable en modelos 3D asombrosamente precisos en menos tiempo.

Como objeto de estudio, Meloni eligió un kayak de 3 metros de largo, ya que cuenta con grandes extensiones de geometría relativamente simple, junto con múltiples componentes de alto detalle, materiales blandos e incluso partes huecas y de difícil acceso.

Escogió el Artec Leo como su escáner principal para el proyecto. Leo es un revolucionario escáner 3D portátil totalmente inalámbrico, con procesamiento incorporado y una pantalla táctil trasera que monitorea el escaneo en tiempo real. Ideal para escanear en 3D a color de alta resolución objetos de tamaño medio, como personas y muebles e incluso coches (con una precisión de hasta 0,1 mm). Leo hace que sea fácil, desde principiantes a profesionales, con tan sólo pulsar el botón pueden empezar a escanear.

Artec Leo listo para empezar a escanear el kayak.

Leo en mano, Meloni capturó el kayak entero junto con sus casi 60 partes en 5 minutos. Luego procesó los escaneos en el software Artec Studio en 13 minutos. Pero no estaba 100% satisfecho con los resultados. Su objetivo era encontrar la mejor manera de crear un modelo 3D tan refinado que pudiera superar una inspección exhaustiva. Meloni sabía que los detalles más complejos del kayak mejorarían con el uso de otro escáner, el Artec Space Spider.

Un escáner 3D de mano de precisión metrológica (hasta 0,05 mm), Space Spider destaca en la ingeniería inversa y el control de calidad, con su facilidad para capturar geometrías complejas y delgadas. Muy apropiado para escanear áreas de pequeño tamaño.

Artec Space Spider

En palabras de Meloni, "Así como no llevarías un bisturí a la selva, o un machete al quirófano, cada escáner es perfecto para lo que está diseñado. Artec Studio 15 hace que sea increíblemente fácil combinar los escaneos de varios escáneres Artec para crear modelos 3D increíbles en minutos". Continuó: "Muchos clientes piensan por error que un mismo escáner 3D puede capturar todo al detalle, desde un delicado anillo de esmeralda hasta una carpa de circo".

Primer plano del modelo final del kayak en 3D mostrando el asa, el cordón y otras partes pequeñas

El segundo punto era abordar los elementos blandos y flexibles, como el cordaje del kayak. Estas delgadas cuerdas se extienden a través de la embarcación de fibra de vidrio. Cuando el kayak se mueve, para escanear la parte inferior, por ejemplo, este cordaje cambia de posición, aunque sea ligeramente. Esto deriva en dobles exposiciones en los escaneos, que requieren mucho tiempo para tratar con los métodos convencionales.

La parte trasera del modelo 3D del kayak, mostrando el fino cordón y otros elementos blandos

Lo que inmediatamente me vino a la mente es la posibilidad de usar ZBrush para modelar este tipo de elementos. Teniendo experiencia con el software, Meloni decidió que, "Después de todo, hay muchos ejemplos de materiales y componentes con propiedades similares en objetos que necesitan ser escaneados, ya sean cordones de zapatos o correas de hombro en un bolso, o innumerables otros... así que si hay una forma más fácil y rápida de modelarlos e integrarlos en un escaneo 3D de alta resolución, estaré encantado".

Pietro Meloni usando el ZBrush para retocar algunos de los componentes más pequeños del kayak

La última cuestión era cómo escanear varios componentes pequeños situados en el reducido espacio del interior del kayak. Debido a las cortas distancias disponibles entre estos y otros objetos, no fue posible acceder a ellos en cada ángulo de captura necesario. Por ejemplo, el soporte de la caña de pescar, cómodamente encajado en el centro del kayak. Entonces Meloni decidió desmontar estas partes y escanearlas por separado.

Fue un éxito. En apenas unos minutos se desmontaron todas las piezas. Luego escaneó cada objeto usando Space Spider y Artec Turntable, que se sincronizan perfectamente, por lo que en caso de que el escáner pierda el seguimiento, Turntable gira unos grados y espera hasta que se recupere el seguimiento, después sigue girando.

Una vez escaneado, Meloni fusionó cada uno de estos objetos separados con el kayak directamente en Artec Studio. "El proceso es muy simple. Fue sencillo procesar cada escaneado y combinarlo con el kayak. El resultado es como si no se hubiera desmontado. Puedes hacer esto con escaneos de cualquiera de los escáneres 3D de Artec, desde Micro hasta Ray, y es tan fácil de hacer que incluso un principiante puede aprender en pocos minutos."

Para algunas de las partes sensibles, como las asas, Meloni decidió crear unos simples soportes impresos en 3D, para que estos elementos fueran capturados exactamente en las mismas posiciones que tenían en el kayak.

La impresión en 3D de los soportes de escaneo para su uso con Artec Turntable

Soportes impresos en 3D para suspender el mango de un kayak en la plataforma giratoria de Artec para escanear con Artec Space Spider

Meloni explica su flujo de trabajo de procesamiento en Artec Studio:

"Usando Artec Studio 15, alineé los escaneos fácilmente. Luego usé Registro Global, Sharp Fussion a prueba de agua, Simplificación Rápida de Malla y Texturizado. Este es el flujo de trabajo que seguí para cada elemento del proyecto, comenzando con el barco, y luego con cada parte por separado."

Continuó: "Artec Studio 15 me ha simplificado enormemente el proceso con su función de Grupos. Mientras escaneaba el kayak, mis escaneos de Leo se agrupaban automáticamente en una carpeta, y cuando pasaba a escanear con Space Spider, para las partes pequeñas, todas ellas se agrupaban en sus propias carpetas separadas. Cuando se trata de tantos escaneos, tener este tipo de organización automática supone un salto enorme".

Captura de pantalla en Artec Studio 15 del modelo de Kayak, con sus casi 60 partes organizadas automáticamente en grupos

"Tengo que añadir que con los componentes pequeños, usé los mismos pasos que para el casco del kayak, pero con los escaneos de Space Spider (usando la plataforma giratoria de Artec), durante el escaneo tuve activada la Eliminación Automática de la Base, y luego durante el procesamiento también usé el filtro Outlier Removal".

Captura de pantalla de Artec Studio 15 resaltando el registro global del casco y los componentes del kayak

Con todos los escaneos completados e integrados juntos, había que centrarse en el cordón. El modelado de ZBrush funciona perfectamente, y apenas llevó unos minutos a Meloni integrarlos directamente sobre el modelo del kayak.

Captura de pantalla de Artec Studio 15 destacando las densidades de escaneo, facilitando la elección de la densidad correcta para cada objeto y reduciendo eficientemente el peso total del modelo completo.

"Dado que estos elementos cumplen más bien una función decorativa se podían modelar tridimensionalmente de forma rápida, si hubieran sido necesarias las dimensiones exactas habríamos tenido que utilizar Space Spider para obtener mediciones mucho más exactas de la cuerda y de otras partes", explica Meloni.

El modelo 3D final del kayak, con todos los elementos en su lugar y listo para funcionar

Meloni está encantado con la introducción de escaneos múltiples y herramientas adicionales para lograr mejores resultados. Redujo enormemente el tiempo total de procesamiento necesario, y el modelo 3D final estuvo listo días antes de lo esperado. Anima a los usuarios a mejorar sus flujos de trabajo.

"Sí, al principio supone un poco más de tiempo y parece difícil añadir más de un escáner y un software. Sin embargo, si quieres abordar con confianza proyectos con objetos grandes que tienen muchas partes de alto detalle, tienes que estar preparado".

"Cuando ves lo rápido que acabas los proyectos, con horas o incluso días de antelación, sabes que has tomado la decisión correcta. Hay que anticiparse y estudiar los flujos de trabajo más efectivos."

"Si sólo vas en coche, no sabrás usar la bicicleta el día que haya muchos atascos."

Entusiasmado con este sistema, Meloni acaba de arrancar un proyecto que combina Artec Ray y Artec Leo para capturar un antiguo castillo romano en alta resolución digital. Con cada detalle con precisión, hasta el milímetro, el modelo 3D resultante será, en palabras de Meloni, "ideal para su uso en la preservación cultural, lo que podría significar la impresión en 3D de modelos a pequeña escala para coleccionistas o museos, o para usar el modelo para un entorno de RV real, o incluso dentro de una simulación de realidad aumentada inmersiva".

Pietro Meloni preparando Artec Ray para escanear el patio interior de un antiguo castillo romano

Nos cuenta algunos detalles: "Los visitantes del castillo podrán experimentar e interactuar con hologramas 3D, vídeos e incluso personajes animados de la historia centenaria del castillo". Este tipo de tecnología da vida a la historia para los visitantes de todas las edades. Qué mejor manera de preservar estos tesoros del pasado que llevar sus historias al presente de una forma tan inolvidable".