leccionfotogrametria

Master en Rehabilitacin de edificios Restitucin fotogramtrica de edificios

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MASTER EN REHABILITACIN DE EDIFICIOS E.U. DE ARQUITECTURA TCNICA

UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

LA FOTOGRAMETRIA DIGITAL SU APLICACIN EN EL LEVANTAMIENTO DE PLANOS DE EDIFICIOS

Profesor: Jaime Santa Cruz Astorqui

1. HISTORIA BREVE DE LA FOTOGRAMETRA ARQUITECTNICA 2

1.1 Mtodo estereoscpico 2 1.2 Mtodo de la interseccin directa 4 1.3 Toma de fotografas 6 1.4 Las cmaras 7

2. NUEVAS TECNOLOGAS EN LA FOTOGRAMETRA ARQUITECTNICA 7 2.1 Caractersticas y ventajas de la restitucin digital 10 2.2 Otras aplicaciones de inters 11

3. TRABAJO DE CAMPO: PLANIFICACIN DEL TRABAJO Y

TOMA DE FOTOGRAFIAS 12 3.1 Acerca de las cmaras 13 3.2 Planificacin de la toma 14 3.3 Normas bsicas en la toma de fotografas 15 3.4 Puntos de control y escala 18

4. PROCESO DE RESTITUCIN 19

4.1 Programacin del trabajo 20 4.2 Calibracin de la cmara 22 4.3 Orientacin de las fotografas 23 4.4 Restitucin de la geometra 25

5. TRATAMIENTO DE LA IMAGEN 27

5.1 Utilizacin de las fotografas como textura aplicada al modelo 3D 28 5.2 Generacin de ORTOFOTOS 28

ANEXO 1: Calibracin de una cmara con Photomodeler 30 ANEXO 2: Resumen de comandos del programa Photomodeler 34

METODOLOGA DE TRABAJO

LA FOTOGRAMETRA ARQUITECTNICA


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En sta primera parte, se tratar de exponer los fundamentos bsicos de la fotogrametra arquitectnica, sus distintas variantes, y las nuevas tendencias basadas en aplicaciones informticas. 1. HISTORIA BREVE DE LA FOTOGRAMETRIA ARQUITECTONICA En primer lugar, debemos definir la Fotogrametra Arquitectnica como la tcnica que permite restituir la geometra y dimensiones de un objeto arquitectnico a travs de un conjunto de fotografas tomadas del mismo.

En definitiva, consiste en un sistema que permite situar y medir puntos del objeto en sus coordenadas espaciales (X,Y,Z) mediante su determinacin en dos o ms fotografas donde queden registrados. Bsicamente, existen dos grandes sistemas para realizar ste tipo de restitucin:

1.1 Mtodo estereoscpico 1.2 Mtodo de la interseccin directa

1.1 MTODO ESTEREOSCPICO: La restitucin estereoscpica se basa en la introduccin de dos fotos del mismo objeto en un aparato restituidor que permite visualizar estereoscpicamente dicho objeto en relieve, y que dispone de unos mecanismos para situar un ndice sobre cualquier punto del objeto virtual, calculndose automticamente su posicin en el espacio. Normalmente, se utiliza un ndice para deslizarlo por la superficie del objeto buscando puntos que se siten en la misma cota (o plano), obtenindose as las curvas de nivel de dicha superficie (restituidores analgicos, ya en desuso).

Restituidor analtico

LA FOTOGRAMETRIA ARQUITECTNICA


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Restituidor analgico

En otros casos (restituidores analticos o digitales) se marcan puntos singulares o definitorios del objeto, para posteriormente dibujar lneas entre ellos y obtener un modelo tridimensional del mismo. Para completar dicho proceso, es necesario conocer previamente una serie de datos como son:

- La situacin de cada cmara respecto del resto de cmaras o del objeto. - La orientacin de cada cmara, es decir, el ngulo de su objetivo respecto de la horizontal y

vertical. - Las caractersticas propias de la cmara empleada, como la distancia focal y tamao de la

pelcula, y posicin de la proyeccin del punto principal. Con stos datos, se formula el modelo cmaras-objeto, que permite calcular las posiciones en el espacio de los puntos marcados. Los resultados tpicos de ste mtodo son:

- Planos de lnea continua - Planos de curvas de nivel - Modelos digitales (nube de puntos) - Dibujos y modelos 3D en CAD

Este sistema es muy preciso, obtenindose rangos de error mnimos, pero requiere de unos aparatos muy costosos, y la intervencin de operadores muy especializados.

Bajorrelieve en el Templo de Debod (plano de curvas de nivel)


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Como ejemplo de ste sistema, contamos con levantamientos de edificios de gran valor histrico, donde se requera una documentacin extremadamente precisa. Tambin encontramos ejemplos de definicin de una superficie compleja a travs de las curvas de nivel de su relieve (bajorrelieves del Templo de Debod), curvas que llegan a precisiones de hasta 1mm.

Alzado restituido del Templo de Debod

Plano restituido de seccin de una iglesia 1.2 MTODO POR INTERSECCIN DIRECTA: En ste mtodo, se utilizan las fotografas tomadas del objeto como si fuesen taqumetros. Es decir, cada punto marcado en una fotografa, supone una recta virtual que pasa por el centro del objetivo de la cmara y el punto sealado en la fotografa, deduciendo que obligadamente pasa tambin por el punto real del objeto. Al marcar el mismo punto en dos o ms fotografas, todas las rectas debern cortarse tericamente en el espacio en un solo punto, que es precisamente el punto real del objeto. Las leyes de la perspectiva, permiten calcular las coordenadas reales de dicho punto (X,Y,Z) a travs de las coordenadas fotogrficas del punto en las fotografas (xf,yf).


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Para realizar dicho clculo, se necesita conocer una serie de datos, de forma idntica al caso de operar con taqumetros:

- La situacin y orientacin de cada cmara respecto del resto de cmaras o del objeto. - La distancia focal de la cmara, tamao de la pelcula, y posicin de la proyeccin del punto

principal en la fotografa tomada.

Este sistema se utiliza en la actualidad mediante ordenadores, por la exactitud y rapidez del clculo, lo que lo hace viable frente al mtodo estereoscpico. Aunque ste mtodo se basa en la definicin de puntos, existe la posibilidad de registrar contornos de forma continua siempre y cuando todos sus puntos se siten en un nico plano, previamente definido por tres o ms puntos del objeto (esto permite calcar formas planas complejas, sin necesidad de definir cada uno de sus puntos, y adems, hacerlo con una nica fotografa).


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1.3 TOMA DE FOTOGRAFAS: En cuanto a la toma de fotografas, bsicamente existen dos sistemas: En el primer caso, se toman series de fotografas independientes de tal forma que converjan en el objeto, y que registren todos los puntos de dicho objeto en al menos dos fotografas. Este sistema es muy preciso, pero necesita de un apoyo topogrfico para conocer los datos de orientacin y posicin de las cmaras. Este sistema permite una mayor flexibilidad a la hora de registrar la totalidad de los puntos del objeto. En el segundo caso, que no es ms que un caso singular del primero, se trata de utilizar estereofotos tomadas a partir de dos cmaras idnticas montadas sobre un bastidor fijo, de tal forma que los datos de posicin e inclinacin relativas de las cmaras son conocidas y fijas, y por lo tanto no necesito apoyo topogrfico para averiguarlas. Este sistema es mucho ms rpido, pero los errores son mayores, por lo que se recomienda un cierto apoyo topogrfico para verificar dichos parmetros de ngulos. El llamado caso normal en ste tipo de fotografas, sucede cuando las dos cmaras se montan de tal forma que las direcciones de sus objetivos sean paralelas, por tanto no se necesitan los datos de ngulos, simplificando tremendamente el problema.

Cmara Estereoscpica

Este tipo de cmaras, se sitan una respecto de la otra en distancias pequeas (de 0,6 a 1m) lo que permite registrar objetos a distancias pequeas. A mayores distancias (ms de 25m), ste sistema deja de ser preciso por la falta de relieve, lo que obliga a utilizar el primer mtodo de fotografas independientes.


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1.4 LAS CMARAS: La fotogrametra se basa como hemos dicho en la restitucin de un objeto a travs de sus fotografas, y podemos conocer el error cometido en dicha restitucin debido a la calidad de dichas fotografas. Por ello se hace imprescindible la utilizacin de cmaras especiales, llamadas mtricas, que en resumen se singularizan por las siguientes caractersticas: 1. Las lentes del objetivo son de gran calidad, para reducir lo ms posible los errores debidos a las

aberraciones propias de toda ptica. 2. El foco es normalmente fijo, y en cualquier caso conocido con una gran precisin (cmaras

calibradas), pues es una dato fundamental para el clculo analtico de la transformacin de coordenadas.

3. Los negativos estn sujetos a deformaciones mecnicas en su manipulacin, y a dilataciones trmicas, que originan una variacin de lo registrado en la fotografa respecto a una perspectiva tericamente excata. Para ello, se introduce una placa de cristal con una retcula uniforme de marcas llamadas fiduciales (que quedan registradas en la fotografa), que permiten medir exactamente los errores de deformacin, y corregir consecuentemente los datos de los puntos introducidos.

Cmara Mtrica Rolley Rejilla de marcas fiduciales registradas en cada fotografa

Por ello, dichas cmaras son muy costosas (en torno a 1 milln de pts), lo que unido al elevado precio de los restituidores, y la pericia profesional para realizar el proceso, hace que sta tcnica haya quedado nicamente en manos de los profesionales dedicados a ste campo especfico (normalmente topgrafos). 2. NUEVAS TECNOLOGIAS EN LA FOTOGRAMETRIA ARQUITECTONICA El creciente aumento de la capacidad y velocidad de los ordenadores personales, as como sus cualidades grficas, ha posibilitado el desarrollo de programas que permiten realizar la totalidad del proceso de restitucin en tiempos y costes asequibles a cualquier profesional. De igual forma, las cmaras necesarias para ste proceso, empiezan a ser ms econmicas, a lo que hay que sumar la posibilidad de alquiler de las mismas, opcin interesante si se entiende que la toma de datos se puede realizar en un corto tiempo, dejando el resto del trabajo a la labor de restitucin con el ordenador en el gabinete.


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Por todo esto, se hace muy interesante conocer sta tcnica, que aunque data de hace bastantes aos, empieza a ser ahora asequible e interesante para cualquier profesional dedicado a la rehabilitacin o restauracin arquitectnicas. Bsicamente se proponen dos sistemas para el levantamiento de planos de objetos arquitectnicos:

- Modelo tridimensional a travs de puntos y lneas - Ortofotos

El primero de ellos consiste en restituir los puntos del objeto a travs de las fotografas tomadas, que previamente se digitalizan para poder operar con ellas desde el ordenador. De la misma forma que se describa antes, se trata de marcar puntos homlogos del objeto en dos o ms fotografas, con lo que el ordenador calcula automticamente sus coordenadas espaciales.

Fotografa y plano de alzado restituido del Palacio de Aguirre (Cartagena)

El programa pone a nuestra disposicin una serie de herramientas que permiten dibujar lneas entre los puntos marcados, materializar superficies discretas entre tres puntos definidos, medir distancias y superficies reales, etc. Posteriormente, una vez terminada la restitucin, el programa dispone de mdulos para la exportacin de los datos a los diferentes formatos utilizados en los programas de CAD ms usuales. La gran potencia de clculo de los ordenadores, permite la orientacin automtica y posicionamiento respecto del objeto de las cmaras, sin ms que identificar una serie de puntos homlogos en al menos tres fotografas. Esto es de suma importancia, pues permite que el trabajo de campo se reduzca exclusivamente a tomar las fotografas y a tomar una medida entre dos puntos conocidos, a efectos de proporcionar posteriormente una escala correcta al modelo 3D. Una vez importado el modelo 3D en un programa de CAD, puedo rotarlo, escalarlo, y sobre todo, proyectar su informacin en los planos principales para obtener los planos acotados del objeto.


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Modelo 3D restituido de una bveda

Como gran ventaja aadida, decir que una vez registradas las fotografas y orientadas mediante la sealizacin de unos cuantos puntos, tenemos toda la informacin necesaria, a un bajo coste, para restituir posteriormente el resto del objeto. Esto nos permite, con bajos costes y poco trabajo, registrar perfectamente el objeto, y restituirlo total o parcialmente a medida que se necesite, incluso con varios operarios trabajando conjuntamente en red, y lo que es ms importante, sin necesidad de regresar al lugar a completar toma de datos (no olvidemos que todo punto que queda registrado fotogrficamente, es susceptible de ser restituido). El segundo sistema, las ortofotos, consiste en un proceso automtico mediante el cual, y una vez orientada la fotografa, el ordenador produce una fotografa del objeto en proyeccin ortogonal. En definitiva, consiste en obtener fotografas de cada plano del objeto en su dimensin real, de tal forma que se puede considerar como una fotografa de alzado, permitiendo calcar directamente cualquier forma o contorno situada en dicho plano sin necesidad de definir puntos intermedios (esto facilita tremendamente el levantamiento de fachadas con despieces de mamposteras, sin necesidad de recurrir a definir todos los puntos de las mismas).

Catedral de Meissen: Fotografa mtrica, ortofoto y alzado restituido


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2.1 CARACTERSTICAS Y VENTAJAS DE LA RESTITUCIN DIGITAL En resumen, las ventajas que se derivan de las nuevas tecnologas aplicadas a la tcnica de la restitucin fotogramtrica son:

- Toma de datos sencilla y rpida (no necesita de apoyo topogrfico). - Exactitud de todo lo registrado (a mayor nmero de fotos, mayor precisin). - No es necesario volver al lugar para toma de datos complementaria. - Trabajo de restitucin sencillo y rpido. - Proceso de restitucin en tantas fases como se quiera (las fotografas digitalizadas no se deforman

ni pierden calidad). - Posibilidad de restituir el objeto con varias personas trabajando simultneamente en el mismo

objeto. - Catalogacin perfecta del objeto sin necesidad de restituirlo. - Programas de restitucin asequibles tanto econmicamente como en su dificultad de utilizacin.

Pero la caracterstica mas relevante que hace de la restitucin el sistema por excelencia en el levantamiento de planos de edificios, es sin duda la objetividad de la geometra obtenida. Con cualquier otro sistema de toma de datos, independientemente de su precisin (que puede llegar a ser mucho mayor como en el caso de estaciones totales lser), estamos siempre supeditados al gran inconveniente de los errores cometidos en el croquis donde se anotan las medidas tomadas, y en la insuficiencia de datos que en muchos casos obliga (ya en el estudio) a presuponer ciertas hiptesis geomtricas que bien no son reales o bien pueden llegar a introducir errores en el dibujo de otros elementos. Pongamos por ejemplo un edificio antiguo situado en una calle estrecha (fotografas siguientes, correspondientes a una edificio en la c/ Sombrerera, en Madrid). Desde la calle, a simple vista, es casi imposible detectar las deformaciones que tiene la fachada en su plano vertical (producidas por asientos diferenciales o hundimientos de su zona central). Por ello, este dato no se tomar en cuenta y se presupondr que todos los huecos estn mas o menos alineados en horizontal Esto hara que el alzado obtenido difiriera bastante de la realidad. Pero si utilizamos la fotogrametra, la geometra obtenida no es el resultado de una interpretacin visual de una toma de datos, si no de la representacin fidedigna de los datos numricos que el programa ha obtenido automticamente por la transformacin matemtica de las coordenadas fotogrficas marcadas en las diferentes fotos. Esto es, el dibujo obtenido por restitucin es el reflejo fiel de la realidad.

Fotografas de un edificio y la restitucin de la fachada


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En el ejemplo anterior, se observa como la geometra de la fachada (huecos e impostas), tiene una deformacin clara (y analizable desde un punto de vista etiolgico), algo que no es percibible a simple vista desde la calle. Sin embargo, el despiece del revoco en los entrepaos, no sigue tal deformacin, de los que se deduce que en una intervencin reciente sobre la fachada, dichos despieces se falsearon para corregir ptimamente el efecto de la deformacin de los huecos: 2.2 OTRAS APLICACIONES DE INTERS A menudo nos planteamos durante el seguimiento de la construccin de una obra de nueva planta, la necesidad de registrar mediante planos la ejecucin de aquellas unidades que quedarn ocultas, como por ejemplo las instalaciones, estructura, etc. En otras ocasiones, se hace necesario tomar medidas de lo ejecutado en cada fase, para modificar los planos de proyecto en funcin de las medidas reales de lo ejecutado. En cualquier caso, suele ser una operacin trabajosa, y que hay que realizar en el poco tiempo de que disponemos antes de ser tapada. La utilizacin de la fotogrametra arquitectnica en estos casos es muy rentable, pues como hemos dicho, la toma de datos es tan precisa como rpida, y nos permite restituir cualquier objeto fotografiado de forma controlada desde la oficina. Hay que resaltar que si se hace un seguimiento completo de la obra mediante ste proceso, con poco trabajo tendremos toda la informacin visual y geomtrica de cada una de las unidades de la obra, documentacin fundamental para adosar al proyecto de ejecucin, que permitir en el futuro acometer cualquier reparacin o rehabilitacin con un mnimo trabajo de toma de datos, y un total conocimiento de las partes ocultas del mismo. En resumen, creo que sta tcnica, si bien hasta ahora era costosa y complicada, en la actualidad puede ser un mtodo perfecto que complementa a los tradicionales en la toma de datos y catalogacin de edificios.


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En ste captulo se tratar de esquematizar el proceso de trabajo de la restitucin digital asistida por ordenador en su aplicacin al levantamiento de planos de edificios. El proceso en s puede adaptarse a la restitucin de cualquier objeto, y de hecho se utiliza en la modelizacin de automviles (accidentes), maquinaria, yacimientos arqueolgicos, etc. 3. TRABAJO DE CAMPO: PLANIFICACIN DEL TRABAJO Y TOMA DE FOTOGRAFIAS Si bien la restitucin fotogramtrica reduce drsticamente los tiempos de trabajo de campo en las tomas de datos, tambin es verdad que se hace necesaria una buena planificacin del trabajo para evitar errores posteriores. De echo, es fundamental conocer de antemano la escena para poder decidir si la fotogrametra es el mtodo mas adecuado para el levantamiento de planos.

A.1 ACERCA DE LAS CAMARAS A.2 PLANIFICACIN DE LA TOMA A.3 NORMAS BASICAS EN LA TOMA DE FOTOGRAFIAS A.4 PUNTOS DE CONTROL Y ESCALA

CUANDO SE DEBE UTILIZAR LA FOTOGRAMETRIA Aunque parezca una tcnica casi mgica, la fotogrametra tiene muchas limitaciones que habr que conocer con precisin, pues en caso contrario puede convertirse en un trabajo tedioso y de insuficiente precisin. En los apartados siguientes se exponen todas las consideraciones que son necesarias para resolver una restitucin con unos mnimos de rigor, pero la decisin inicial se puede plantear en base a unos pocos conceptos bsicos: Accesibilidad: Cuando el objeto que queremos registrar en planos es totalmente o difcilmente accesible, la fotogrametra se convierte en el nico mtodo viable, salvo las tcnicas basadas en estaciones totales con lser o escneres 3D, ambas sumamente costosas. En estas situaciones, aunque se presenten todo tipo de dificultades, optaremos sin duda por la fotogrametra, haciendo especial nfasis en la programacin previa de los trabajos. Obstculos: Este es quiz el problema mas difcil de resolver en la fotogrametra, pues como ya se explic, se trata de situar y medir puntos en pares de fotografas. Por ello, si el objeto est parcial o totalmente tapado por elementos como rboles, plantas trepadoras, carteles, etc, puede llegar a ser imposible obtener fotografas que permitan su restitucin. Digamos que los edificios exentos en zonas sin arboleda son los mas fciles de restituir, en oposicin a los edificios en calles estrechas con muchos rboles, situacin sta que puede llegar a imposibilitar el trabajo. Otro tipo de obstculo es el objeto en s, cuando pretendemos restituir zonas del interior del mismo(como por ejemplo en una iglesia). En ste caso los propios elementos interiores como columnas, muebles, etc, suelen ser importantes obstculos para la toma de fotografas necesarias. Normalmente, la fotogrametra no es una tcnica muy adecuada para el levantamiento de espacios interiores, salvo en espacios grandes y difanos. Precisin: Hay que tener en cuenta siempre el objeto final del trabajo, pues si ste implica un bajo nivel de precisin y presenta alguna de las dificultades antes mencionadas, puede que no convenga utilizar la

METODOLOGIA DE TRABAJO


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fotogrametra. En cualquier caso, el nivel de precisin requerido en el trabajo final, determinar la metodologa a seguir en la restitucin del objeto. 3.1 ACERCA DE LAS CMARAS A continuacin se describen las ventajas e inconvenientes de la utilizacin de cmaras convencionales (35mm) y cmaras digitales. No se analizan aqu ni las cmaras especializadas (cmaras mtricas) por su elevado coste, ni las videocmaras debido a su baja calidad y resolucin en imagen fija. Cmaras convencionales (35mm): Su gran ventaja es su bajo coste. Potencialmente son las ms precisas (despus de las cmaras mtricas) debido a la gran resolucin de la imagen obtenida, pero en la prctica son menos aconsejables que las digitales, puesto que las fotografas obtenidas habr que digitalizarlas con un escner de sobremesa (los positivados) o con un escner de negativos de alta calidad (y muy caro) para mayor precisin. Tanto el proceso de positivado como el de digitalizacin, incorporan al proceso errores importantes que inciden en la precisin final de la restitucin. Algunos programas de restitucin incluyen una placa transparente con marcas fiduciales para incorporar al cuerpo de la cmara (las cmaras mtricas ya vienen con una placa Rosseau incorporada de fbrica). Una vez calibrada la cmara, las imgenes se orientan respecto a las marcas fiduciales que quedan sobreimpresas en cada fotografa, aumentando as la precisin final del proceso, pues permiten corregir las deformaciones y alteraciones que se producen en los procesos de revelado, positivazo y digitalizacin. La gran desventaja es el coste de cada fotografa, pero sobre todo la falta de inmediatez entre la toma y su utilizacin en el ordenador.

Proceso fotogrfico con una cmara convencional Cmaras digitales: Sus dos grandes inconvenientes dejarn de serlo con el tiempo: por un lado su alto coste, aunque en progresivo descenso, y su (todava) baja definicin. Como ejemplo, una cmara de 3,3 millones de pxeles costaba alrededor de 1200 Euros en el ao 2002, y ste mismo formato de cmara, pero de mayor calidad, cuesta en la actualidad unos 200 Euros (y bajando...). Sin embargo, las cmaras mas adecuadas para obtener una buena precisin, son cmaras reflex (mejor ptica) de al menos 5 Megapixels, algo caras todava. No obstante, la resolucin de una cmara es uno de los factores mas importantes para conseguir una buena precisin en la restitucin de puntos (como se ver mas adelante), por lo que si es posible, se deber trabajar con la mxima disponible (ya existen cmaras a precios razonables de 8 Megapixels).


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En cualquier caso, las cmaras digitales poseen dos grandes ventajas que las hacen favoritas para ste tipo de trabajo: por una parte el nulo coste de cada fotografa y la inmediatez de su utilizacin, y por otro, la exactitud de la calibracin de la cmara al no tener que digitalizarla para su lectura en un ordenador. Esto ltimo hace que aun obteniendo imgenes de menor resolucin que con una cmara convencional, la precisin obtenida en la restitucin es significativamente mayor. Otra ventaja muy importante es la posibilidad de visionar en el momento las fotografas obtenidas, aspecto fundamental para poder valorar si stas son adecuadas, de suficiente calidad, y sobre todo, si los encuadres son correctos.

Proceso fotogrfico con una cmara digital

Cmo ejemplo ilustrativo de la precisin que se puede obtener con una cmara digital de baja-media resolucin (publicado en la web www.photomodeler.com), al comparar las mediciones de una fachada de 15m realizadas con una estacin total lser y las realizadas por restitucin con una cmara digital de 2,5 millones de pxeles y el software Photomodeler, las diferencias mximas entre mediciones fueron de 0,5mm. 3.2 PLANIFICACIN DE LA TOMA DE FOTOGRAFIAS Este es el paso mas complejo de todo el proceso, y en el que normalmente se producen la mayor parte de los errores e inconvenientes (que pueden ser irreversibles si no podemos repetir la toma fotogrfica). Podemos afirmar sin lugar a dudas, que la precisin final (potencial) de una trabajo de restitucin, queda totalmente definida en la toma de fotografas. Por ello, una buena estrategia es fundamental para no tener problemas posteriores (a no ser que se desee regresar al lugar para tomar las fotografas otra vez). Existen a grandes rasgos dos mtodos para realizar las fotografas de un edificio con el objeto de restituirlo: Por una lado, y sin necesidad de planificar el recorrido, se trata de tomar el mayor nmero de fotografas posible del mismo. La idea es que as me asegurar de dos cosas: que de entre todas las fotografas podr seleccionar posteriormente aquellas realmente necesarias para la restitucin del edificio, y que en fases posteriores del trabajo podr estudiar partes del edificio con ms detalle, incorporando fotografas no utilizadas. Para llevar a cabo ste mtodo, lo ms sencillo es realizar un recorrido alrededor del edificio, tomando mltiples fotografas cada pequeos ngulos y desde diferentes alturas. Primero tomar una serie de fotografas generales (enmarcando todo o parte del edificio) y luego una serie de fotografas de detalle estudiando las zonas ms singulares o de mayor complejidad (torreones, decoraciones, etc.). Este mtodo es recomendable cuando dispongo de poca o ninguna informacin previa, o sencillamente no se dispone de tiempo suficiente para planificar el trabajo. Sin embargo, con las cmaras digitales es muy cmodo obtener un elevado nmero de fotografas, aunque posteriormente utilicemos una fraccin de stas.


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El otro mtodo se basa en una planificacin rigurosa de cada fotografa. Para ello se recomienda obtener el plano catastral de la zona y algunas fotografas previas. Con ste material realizar un croquis en planta donde anotar los posibles obstculos para fotografiar todas las fachadas, y as planificar la posicin de cada una de las fotografas. Este mtodo es el mas indicado para restituir objetos de forma o geometra complejas o cuando existan obstculos importantes. Con ste mtodo no slo reduzco el tiempo de fotografa (muy aconsejable en zonas urbanas con trfico denso y muchos peatones) sino tambin el empleado en el proceso de restitucin al trabajar con un menor nmero de fotografas. La desventaja es la necesidad de un trabajo previo, y el riesgo de no disponer de fotografas de detalles que no se hayan planificado con anterioridad.

Toma exhaustiva de fotografas Planificacin previa de cada fotografa Lo ms aconsejable es combinar los dos mtodos, es decir, comenzar con una buena planificacin y las fotografas mnimas que resulten de se estudio, para finalmente realizar un reportaje intensivo de fotografas que posiblemente necesitar en un futuro y que no representan un coste mayor (sobre todo en fotografa digital). Finalmente, es fundamental llevar un estadillo (o mejor una croquis) donde queden registradas las fotografas obtenidas, su posicin y objetivos utilizados, as como su nmero de orden en caso de ser digitales. Uno de los errores ms frecuentes es no anotar el objetivo o posicin de zoom utilizados. Esto provocar que se apliquen tablas de calibracin incorrectas, y como consecuencia, grandes errores de precisin (ver apartado de Calibracin de la cmara). 3.3 NORMAS BASICAS EN LA TOMA DE FOTOGRAFIAS Como ya se adelant, es la fase ms delicada (y compleja) de todo el proceso, pues de una correcta serie de fotografas depender no solo la precisin final de la restitucin, sino el nmero de puntos que podrn ser restituidos. Los factores a tomar en cuenta a la hora de fotografiar un edificio son: TODOS los puntos que se desee restituir (o dibujar) debern estar en al menos dos fotografas consecutivas. Esto es debido a que las coordenadas x,y,z se calculan a partir de la interseccin de los rayos de luz desde dichos puntos hasta la pelcula o negativo. De hecho, para obtener una alta precisin,


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es recomendable restituir los puntos con tres o mas fotografas (las precisiones mximas, del orden de las obtenidas con una estacin total, se obtienen con 6-8 fotografas). El ngulo formado entre dos fotografas consecutivas deber aproximarse lo mximo posible a 90 para obtener la mejor precisin de interseccin. Esto implica buscar puntos de vista lo ms abiertos posible, lo que a veces se soluciona fotografiando el edificio desde una misma posicin en planta pero a dos alturas diferentes (desde la calle y desde la azotea de otro edificio). Sin embargo, cuanto mas abierto sea el ngulo entre dos tomas, mas difcil ser que todos los puntos aparezcan en ambas fotografas. As, habr que buscar una solucin de compromiso entre la mayor precisin de interseccin y la visualizacin de un mayor nmero de puntos. Esta regla solo se aplicar entre dos fotografas con puntos comunes a restituir.

15 90

Z

X X

Z

Precisin en el eje Z: es mxima con ngulo de 90, y muy poca con ngulos menores de 15

Tambin hay que tener en cuenta (sobre todo en fotografa digital) que una fotografa general (distancia focal pequea o zoom cerrado) abarca muchos puntos, pero ofrece muy baja resolucin de los mismos, incorporando un error de precisin que puede llegar a ser importante.

Sistema de tres fotografas para la restitucin de una fachada


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Hay que poner especial cuidado en evitar los obstculos que interfieran la fotografa, como son rboles, coches, farolas, etc. De echo, como ya se expuso antes, ste suele ser el mayor inconveniente en la restitucin fotogramtrica, llegando incluso en algunos casos a imposibilitar sta tcnica. Muchos de stos obstculos son en cierta medida salvables, como coches y carteles, pero otros (como rboles y plantas) nos obligarn a disear una estrategia de toma fotogrfica muy estudiada, lo que sin duda se traducir en un mayor tiempo de restitucin, al trabajar con un mayor numero de fotografas. Tambin es decisiva la calidad de la fotografa, es decir, el contraste y nitidez de la imagen obtenida, para permitir identificar y marcar con suficiente precisin los puntos que se van a restituir. En ciertas cmaras digitales, conviene desactivar la funcin sharp, que enfatiza automticamente las lneas, falseando su forma original.

Buena precisin y contraste Poca precisin en puntos y aristas

Hay que tener en cuenta que a ciertas horas del da, la fotografa de un edificio con una fachada orientada al sol suele producir imgenes muy contrastadas que bien hace invisible la fachada en sombra o por el contrario la fachada soleada aparece blanca por efecto de una sobre exposicin. Por ello es aconsejable planificar la sesin en horas de poco contraste (de hecho, los das nublados son idneos). Tambin se aconseja el uso de trpode, para efectuar las fotografas con mayor tiempo de exposicin y diafragma lo mas cerrado posible, obteniendo as un campo de enfoque mayor y una mayor calidad de grano, adems de asegurar que la foto no sale movida. Es muy importante anotar los objetivos utilizados en cada fotografa. Si bien es preferible utilizar gran angular para fotografiar todo el edificio sin tener que alejarme mucho de l y as evitar rboles y farolas (u otros edificios), hay que considerar que stos objetivos son los menos precisos debido a su mayor aberracin en la lente. De la misma manera, los teleobjetivos proporcionan la mxima precisin, y son recomendables para la fotografa de detalles y zonas pequeas (ventanas, molduras, etc). Por ltimo, sealar que la precisin final obtenida depende en parte de la definicin de la imagen digitalizada. Esta definicin se mide en el nmero de PIXELS o puntos de imagen, valor obtenido de multiplicar el nmero de pxeles horizontales por los verticales. Por ello, en el caso de cmaras digitales, se deber ajustar la resolucin mxima disponible, y un grado intermedio de compresin de archivos (JPG). Normalmente una buena resolucin est entorno a los 3 millones de pxeles, aunque para restituir objetos menores de 10m sea suficiente 2,5 millones de pxeles. En cualquier caso, y como ya se dijo antes, la resolucin mejor es la mxima que nos permita nuestro bolsillo.


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En el caso de utilizar fotografa convencional, habr que asegurarse de la resolucin de digitalizacin (escner) de los negativos, para obtener cifras iguales o mayores a las comentadas.

3.4 PUNTOS DE CONTROL Y ESCALA Dado que el proceso de restitucin (independientemente del mtodo utilizado) se basa en marcar CADA PUNTO en al menos dos fotografas consecutivas, previamente ORIENTADAS, para as poder calcular su posicin x,y,z, la precisin final obtenida depender no slo de la precisin en marcar los puntos en las fotos, sino de la precisin del proceso de ORIENTACIN de cada fotografa. En el proceso de restitucin, orientar una fotografa significa asignar las coordenadas Xc,Yc,Zc desde las cuales se tom dicha fotografa, y los ngulos vertical+horizontal de la direccin de la cmara. Este proceso es automtico, pero requiere marcar al menos 6 puntos homlogos (mismos puntos en varias fotografas) en al menos 3 fotografas (aunque si marcamos 12 puntos en al menos cuatro fotos, aumenta mucho la precisin). Con ste proceso, el programa conoce perfectamente la posicin y orientacin de las cmaras (fotografas tomadas) respecto del objeto que se va a restituir. La importancia de ste proceso radica en que la precisin final del trabajo, depender de la precisin con que se haya realizado sta orientacin de las fotografas (u orientacin de las cmaras), de tal forma que una buena orientacin permitir llegar a una mxima precisin de la restitucin de puntos, pero una orientacin poco precisa o errnea, imposibilitar obtener buenos resultados. La orientacin de las fotografa se realiza al principio del proceso de restitucin, y no es necesario repetirlo, aunque si se desea incorporar una nuevas fotografa, habr que orientarla sobre las fotos existentes siguiendo el mismo proceso, pero marcando nicamente los puntos de control en la nueva fotografa. Para orientar un conjunto de fotografas (al menos 3, mejor 4), debemos marcar una serie de 6 puntos (de control) comunes en cada una de ellas. Aparte de los factores expuestos en el apartado anterior, la precisin y rigor de la orientacin, depender a su vez de:

- La calibracin de la cmara - El numero de fotografas a orientar (mnimo 3) - La precisin y el n de puntos de control. (mnimo 6)

Como stos puntos de control no es necesario que se correspondan con puntos del edificio, pues su nica funcin es la de orientar las fotografas, lo ms aconsejable es situar de forma estratgica unas dianas de papel en el edificio, y de tal forma que sean visibles desde los diferentes puntos de vista que se van a fotografiar. Casi todo el software de restitucin proporciona una herramienta llamada precisin sub.-pxel, que permite marcar una diana de forma poco precisa en la foto, y el programa calcula su posicin con un nivel de precisin mucho mayor que la resolucin de la fotografa.

Diana tradicional en topografa Marca fiducial Diana Photomodeler

La distribucin de stos puntos de control, deber ser tal que abarquen la mayor parte de los encuadres, intentando no concentrarlos en zonas pequeas. Con ste sistema aseguro una orientacin precisa de cada fotografa, y en consecuencia, una ptima precisin en la restitucin posterior.


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Otro de los factores que inciden en el resultado final es la posicin, orientacin y escala del modelo: el software de restitucin trabaja con un modelo tridimensional inicialmente sin orientacin en el espacio ni dimensin real. Por ello, y para obtener resultados (planos, medidas, etc) hay que orientar y escalar el modelo 3D. Para ello lo mejor es utilizar los puntos de control (dianas) que nos sirvieron para la orientacin de las fotos, de los cuales habr tomado la precaucin de colocar tres de ellos en las posiciones de los ejes orientados (XYZ del plano vertical de la fachada). Con ello aseguro una correcta orientacin y escala final del modelo 3D generado.

Finalmente, y para determinar la escala real de la forma ms exacta posible, es necesario medir con precisin la distancia entre varios puntos de control: una de las medidas, es necesaria para dar escala al modelo, y el resto nos servirn para realizar comprobaciones dimensionales. Es fundamental que dichas medidas se realicen entre puntos lo ms distantes posibles, para que el error introducido en la medida y luego en la restitucin, afecte en menor medida a las dimensiones de la fachada. En algunos programas, existe la posibilidad de proporcionar la medida (mediante un disto lser) entre la posicin de la cmara (ubicacin del negativo o LCD) y un punto de control fotografiado. Este es el sistema mas preciso al medir puntos muy alejados entre s. 4. PROCESO DE RESTITUCION Una vez realizado el trabajo de campo (toma de fotografas, croquis y mediciones necesarias), podemos comenzar el proceso de restitucin en la oficina, siendo para ello necesaria una planificacin previa, sobre todo si el trabajo se va a realizar en equipo. Una vez planificado el trabajo de restitucin, podemos proceder a ejecutarlo. El proceso, independientemente del sistema elegido, es siempre el mismo: primero orientamos las fotografas, y en consecuencia definimos el modelo matemtico de transformacin de coordenadas-fotografa a coordenadas X,Y,Z del modelo 3D. Posteriormente, podemos restituir la geometra del edificio y obtener los planos del mismo.

4.1 PROGRAMACION DEL TRABAJO 4.2 CALIBRACIN DE LA CAMARA 4.3 ORIENTACION DE LAS FOTOGRAFIAS 4.4 RESTITUCION DE LA GEOMETRIA


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4.1 PROGRAMACION DEL TRABAJO En la mayor parte de los casos, se hace necesaria una subdivisin del trabajo de restitucin de la geometra del edificio, bien debido al tamao de ste que obliga a partirlo en trozos que posteriormente se unirn, o bien debido a que dicha tarea se va a realizar entre varias personas. Otro de los motivos puede ser la divisin del trabajo en una restitucin de la geometra fundamental del edificio y un estudio detallado de cada una de las partes singulares (huecos, cornisas, torreones, adornos, etc.), que posteriormente se incluirn en la geometra global. Para ello debemos seleccionar y agrupar las fotografas que se utilizarn en cada grupo de trabajo, y mediante croquis definir cada parcela de dibujo de tal forma que no se restituya dos veces lo mismo, a la vez que debemos asegurar la restitucin de al menos 3 puntos comunes y no colineales entre grupos, para posteriormente poder unificar todos los trabajos parciales en un nico modelo 3D y sistema de coordenadas. Tambin es aqu cuando hay que decidir el mtodo de trabajo a seguir, pues la restitucin fotogramtrica permite tanto generar directamente el modelo 3D, como servir nicamente de instrumento de medida y apoyo a un programa de CAD. Bsicamente, los mtodos son: Modelo 3D del edificio: Este sistema nos permite, sin salir del programa de restitucin, dibujar en tres dimensiones la geometra del edificio con el nivel de detalle que deseemos. Posteriormente, exportaremos dicho modelo en sus distintas proyecciones a un programa de CAD para confeccionar los planos de planta, alzado y seccin. Cuanto mayor sea el detalle en la restitucin (pudiendo incluso llegar a restituir el despiece de una sillera de fachada), menor ser el trabajo para completar los planos en el programa de CAD.

La ventaja de ste sistema es que contamos con un nico modelo del edificio, cuyos planos son proyecciones (automticas) del mismo. As, la informacin contenida en los planos representar con mas


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exactitud la realidad (la realidad nos dice que p.ej. dos ventanas aparentemente iguales siempre son distintas salvo que se demuestre lo contrario...). El mayor inconveniente viene dado por la gran cantidad de tiempo que requiere la restitucin de la totalidad de los puntos del edificio, cuando casi siempre existen elementos repetitivos con diferencias insignificantes. Por ello, es recomendable utilizar sta va de trabajo cuando se trate de levantamientos de planos de edificios histricos y catalogados, donde se precisa un rigor total en la representacin de todos sus elementos. Sistema de medida 3D: Este sistema es mucho ms sencillo, y quiz ms adecuado en la mayora de los trabajos. Se trata de dibujar los planos del edificio directamente en un programa de CAD (siguiendo unos croquis previos y con apoyo de fotografas), de los cuales conocemos la forma y proporcin, pero NO las medidas exactas. Para ello tendremos abierta simultneamente una ventana con el programa de restitucin, que nos permitir realizar aquellas medidas puntuales necesarias para efectuar nuestro dibujo (por ejemplo la posicin, alto y ancho de una puerta). Lgicamente, tendremos que aceptar unos mnimos mrgenes de error al considerar de antemano que elementos casi iguales se representan como idnticos, aunque seamos conscientes de que no lo sean en realidad.

Este sistema equivaldra a dibujar el edificio in situ, tomando medidas con estacin total en tiempo real, y se recomienda en la mayora de los casos, sobre todo en edificios que no sean singulares, en los que no se necesita normalmente un gran detalle. Esto no es impedimento para que posteriormente se restituya una zona concreta del edificio (si dispongo de fotografas) con una mayor precisin. No obstante, se recomienda disear un mtodo de trabajo adecuado a nuestro edificio, combinando los dos sistemas expuestos en mayor o menor proporcin, como por ejemplo, realizar una restitucin mas


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detallada del modelo 3D (sin ser completa al 100%) a partir de fotografas de detalle, con el objeto de obtener una informacin mas precisa que exportaremos al programa de CAD. Con dicha informacin, podremos completar y regularizar el dibujo con las herramientas propias del programa de CAD (ver figuras siguientes):

Fotografas de detalle para la restitucin parcial de una zona

Entidades restituidas en 3D proyectadas al plano de fachada Dibujo completado desde AutoCAD 4.2 CALIBRACIN DE LA CMARA Este proceso se realiza una sola vez con cada cmara utilizada, o mejor dicho, con cada combinacin de cmara-objetivo utilizados. Si se trabaja con cmaras convencionales, tambin se calibrar el escner utilizado para digitalizar las fotografas (en realidad, cada combinacin cmara-objetivo-escner utilizados). En las cmaras digitales, que normalmente disponen de zoom ptico y zoom digital, se desactivar siempre el zoom digital, y se calibrarn nicamente las dos posiciones extremas del zoom ptico (zoom abierto y cerrado). Esto significa que en cualquier trabajo de restitucin, nicamente se podrn tomar fotografas en las posiciones de zoom calibradas. El motivo de ste proceso previo es la necesidad de determinar las siguientes caractersticas fsicas de la cmara: Distancia focal Dimensiones H,V de la imagen (en mm y en pxeles) Posicin del punto principal (proyeccin eje ptico en la imagen) Factores de aberracin de la/s lente/s (distorsin de la imagen respecto de una perspectiva)


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Parmetros de calibracin de una cmara

Con stos parmetros intrnsecos de cada cmara (dos cmaras idnticas variarn seguramente en su calibracin), el programa ser capaz de formular el modelo matemtico que servir para realizar la interseccin directa necesaria para el clculo de las coordenadas del punto marcado:

Para calibrar una cmara convencional o digital, el proceso se realiza con ordenador (en algunas aplicaciones) de forma anloga a la restitucin de puntos, y no representa ninguna dificultad al ser ste casi automtico (ver Anexo 1: Calibracin de una cmara con Photomodeler 5) Una vez calibrada la cmara, se archivan los datos obtenidos en un fichero, que se utilizar con cada fotografa que se pretenda restituir. 4.3 ORIENTACION DE LAS FOTOGRAFIAS Como se explic antes, dicho proceso servir para definir la posicin y orientacin exacta de la cmara cuando se tom cada una de las fotografas. Adems, con ello definiremos la escala del modelo 3D y su posicin (y orientacin) respecto al plano horizontal real. Pero lo ms importante es que as, enlazamos todas las fotografas, de tal forma que los puntos que se restituyan en cada par de fotos, quedaran automticamente situados en un nico modelo 3D, y en consecuencia con su correcta posicin relativa en el espacio.


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Para realizar ste proceso, deberemos marcar y referenciar todos los llamados puntos de control antes descritos, en todas y cada una de las fotografas. Las condiciones mnimas para que el programa pueda calcular el modelo matemtico son: Una fotografa se puede orientar en el modelo si tiene referenciados al menos 6 puntos de

control. Cada punto de control debe estar marcado en al menos 2 fotografas convergentes. Para conseguir un nivel mnimo de precisin, las dos fotografas que definan pares de puntos de

control, debern mantener un ngulo suficientemente abierto. Tambin es importante que los puntos de control cubran toda la fotografa, y no se queden en una esquina o estn concentrados en una pequea rea de la misma. Como ya se explic, y en aras de conseguir una mayor precisin, es importante la exactitud a la hora de marcar dichos puntos en las fotografas. Por ello es muy aconsejable definir (in situ) stos puntos con dianas, para poder utilizar en la orientacin el mtodo de precisin sub.-pxel. Por la misma razn, no se deben utilizar para esta fase, puntos que no sean claros y precisos, pues podran distorsionar el clculo e introducir errores evitables. Una vez orientadas las fotografas, procedemos a posicionar el modelo en el espacio y dotarlo de escala real. Para la escala utilizaremos una distancia tomada in situ entre dos puntos de control (lo mas distanciados posible) o bien entre la cmara y un punto (mtodo ste ltimo mas preciso al tratarse de puntos mas distanciados). Para la orientacin del modelo en el espacio 3D, tomaremos una lnea horizontal entre dos puntos de control existentes, que en su da fueron definidos mediante un nivel (ptico o de agua). Para la orientacin en el plano horizontal, normalmente se asocia el plano vertical XZ al plano de fachada principal, aunque esto no es relevante. En resumen, se trata de (siempre que esto sea posible) situar al menos 3 dianas de control, de tal forma que las inferiores estn niveladas en horizontal (eje horizontal), y la superior est aplomada con alguna de las dos (plano vertical):

eje OY

eje OX

Medida realizada "in situ"

Definicin con DIANAS de la orientacin y escala del modelo

Finalmente, podemos verificar la exactitud del proceso realizando medidas entre puntos de control, medidas que previamente se tomaron y anotaron con ste propsito en la labor de campo. Una vez


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evaluados los errores y realizadas las correcciones necesarias, podremos dar por vlida la orientacin, y pasar a restituir la geometra del edificio. En ste punto, podemos afirmar que el edificio ya est potencialmente restituido, pues la precisin y rigor del resultado final de la restitucin ya estn definidas y controladas. Es importante resaltar aqu una de las grandes ventajas de sta tcnica: El proceso de toma de fotografas y orientacin de las mismas representa muy poco trabajo en comparacin al trabajo de toma de datos por mtodos convencionales. La diferencia estriba en que por los mtodos tradicionales, estoy limitado a representar los elementos reflejados en dicha toma de datos, mientras que con la fotogrametra puedo definir con gran exactitud TODO lo que aparece en las fotografas. 4.4 RESTITUCION DE LA GEOMETRIA Esta fase del trabajo se desarrollar en base a la programacin definida, utilizando el mtodo que ms se adapte a nuestras necesidades y a las caractersticas de nuestro edificio. As, cada persona que intervenga en la restitucin se har cargo de aquellas fotografas (ya orientadas en el conjunto) que abarquen la zona del edificio asignada. El sistema a partir de aqu es muy sencillo: marcar y referenciar en dos o ms fotografas cada punto que defina la geometra que desee representar en planos. Para ello, el programa pone a nuestra disposicin una serie de herramientas que permiten no slo acelerar ste trabajo, sino definir geometras que sera imposible definir nicamente a travs de puntos visibles en las fotos, como son:

Ejes: o lneas definidas por puntos diferentes en cada foto Curvas (tipo NURBS) Cilindros (por eje y dimetro)

Proceso de definicin y referenciacin de puntos y lneas entre dos o mas fotografas


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Adems, podremos definir superficies a travs de tringulos para crear un modelo 3D slido. La definicin de superficies es no solo til para crear un modelo virtual del objeto restituido, sino tambin para calcar lneas del objeto que estn situadas en dichas superficies: Esta herramienta que nos proporciona el programa, nos permite calcar lneas del objeto definiendo sus puntos en UNA SOLA FOTO. Para ello indicar previamente la superficie que contiene dicha geometra (esto es muy til para dibujar despieces de silleras y figuras en general que estn en una misma superficie).

Ejemplo de restitucin del despiece de una mampostera utilizando el sistema de calcar sobre una nica fotografa

Finalmente, podemos exportar el conjunto de puntos, curvas y lneas a un programa de CAD. Esto se puede realizar dos formas:

Exportar el modelo 3D completo Exportar la geometra (o parte de ella) proyectada en un plano determinado (planta, alzados,

etc.).


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La exportacin produce un fichero CAD con entidades independientes, situadas en las capas que previamente se han definido desde el programa de restitucin. Ya en el programa de CAD, se puede completar los planos, incorporar texto, cotas, tramados, etc., y maquetarlos para su presentacin.

Proyeccin en alzado del modelo 3D restituido de un puente, y retocado en CAD

Ejemplo de restitucin con dos fotografas y puntos mnimos 5. TRATAMIENTO DE LA IMAGEN De forma complementaria a la restitucin de la geometra del edificio (lneas, puntos y curvas), el programa de restitucin proporciona algunas herramientas de tratamiento de la imagen como son:

5.1 Utilizacin de las fotografas como textura aplicada al modelo 3D 5.2 Generacin de ORTOFOTOS


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5.1 TEXTURAS EN EL MODELO 3D Una vez generado el modelo tridimensional del objeto restituido, y cerrado el mismo con superficies, podemos visualizarlo desde cualquier ngulo en tiempo real y con los efectos de iluminacin que desee. Para aproximar an ms dicho modelo a la realidad, el programa nos ofrece una herramienta que permite asociar en cada superficie del objeto (como si se tratara de una pegatina) una imagen rectificada correspondiente al objeto real. Dicha imagen se extrae de las fotografas (en concreto de aquella con mayor calidad), y mediante una transformacin matemtica, se deforma hasta obtener la ortofoto correspondiente a cada superficie definida. Posteriormente se pega al modelo, y el resultado final es un objeto tridimensional prcticamente idntico al modelo real, con la salvedad de que aquel se puede girar y visualizar desde cualquier ngulo.

De forma complementaria, se puede exportar dicho modelo texturizado a programas como el 3D Studio, para crear escenas e imgenes virtuales, en combinacin con objetos 3D creados desde AutoCAD. Sirva como ejemplo, la recreacin virtual de un edificio proyectado en un solar entre medianeras. Mediante las tcnicas propias del CAD, se puede generar un modelo 3D virtual del edificio, mientras que con la restitucin fotogramtrica, se puede recrear el entorno prximo (aceras, fachadas adyacentes, etc) donde se acoplar el modelo 3D del edificio, y as obtener imgenes de sntesis desde cualquier punto de vista, e incluso desarrollar animaciones. 5.2 ORTOFOTOS La aplicacin directa de sta tcnica es la de la obtencin de fotografas rectificadas u ortofotos. Esta tcnica (la rectificacin de fotos) consiste en transformar una de las fotografas aportadas en la restitucin de tal forma que el resultado es una imagen del objeto proyectada ortogonalmente a un plano definido. El ejemplo ms claro es la rectificacin de la imagen perspectiva de una fachada, que convertida a una ortofoto segn el plano de fachada, da como resultado el alzado en verdadera magnitud de dicho alzado.


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Ejemplos de obtencin de ortofotos (derecha) a partir de la rectificacin de una fotografa (izquierda)

Estas imgenes pueden ser utilizadas de dos formas: Una, como documentacin complementaria a los alzados dibujados del edificio, aportando informacin de texturas, formas y detalles que no se hayan restituido, teniendo la seguridad de las dimensiones y escala de dicha imagen. Otra, como imagen sobre la que directamente puedo calcar el alzado del edificio. Esta tcnica permite realizar dibujos de fachadas con suficiente precisin sin necesidad de restituir todos los puntos (nicamente necesitar restituir aquellos puntos que definan los contornos de los distintos planos definidos en la fachada).

La tcnica de las ortofotos se utiliz sobre todo en el levantamiento de planos catastrales a partir de fotografas areas rectificadas, sobre las cuales el operario dibujaba (calcaba) los contornos de edificios, viales, lindes, etc. Actualmente, todas las fotografas realizadas desde satlites se rectifican sobre el plano horizontal y se georeferencian para diversos usos cartogrficos (por ejemplo, el sistema GoogleEarth).


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El objetivo es obtener un fichero de calibracin (.CAM) que describa los parmetros propios de la cmara que se va a utilizar. Dichos parmetros son: Focal Lenght Distancia focal (mm) Format Size Tamao LCD o rea til negativo (mm) Principal Point Posicin del centro real de la foto (mm) Lens Distorsion Factores de aberracin de la lente Image Size Tamao de la imagen (pixels) El proceso es muy sencillo y prcticamente automtico, siguiendo los pasos detallados a continuacin: Toma de fotografas La mayor parte de las cmaras (sobre todo las digitales) tienen bien varios objetivos o lo que es mas normal, zoom ptico (o digital). Es muy importante que las fotos se tomen para una posicin fija de foco, que puede ser bien el angular mximo o bien el mnimo (corresponder a las posiciones extremas del zoom). Esto es sumamente importante, pues la calibracin que obtengamos describir los parmetros de la cmara en dicha posicin de zoom, y por lo tanto no ser valida para otra posicin diferente. Hay que tomar las siguientes precauciones a la hora de tomar las fotos:

- No activar el flash si hay buena luz - Si la cmara tiene posibilidad de ajustar el contraste y la nitidez, elegir el valor normal o

medio. - Elegir la mxima resolucin, en formato JPEG, compresin media o baja - No mover la cmara (si fuese necesario, utilizar trpode). - Asegurar un buen enfoque - El encuadre del patrn debe ser tal que dicho patrn llene al mximo el encuadre de foto. - El ngulo que debe formar la lnea cmara patrn y el plano del patrn, debe aproximarse lo

mas posible a 45. - Asegurarse (cmara digital) de que las fotos salen claras y contrastadas - Desactivar la funcin sharpen

A continuacin se describe la posicin que debe adoptarse en cada una de las 8 fotografas necesarias para realizar la calibracin:

ANEXO 1: CALIBRACIN DE UNA CAMARA CON PHOTOMODELER PRO 5


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Foto 1 Foto 2

Foto 3 Foto 4


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Foto 5 Foto 6

Foto 7 Foto 8


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Calibracin desde Photomodeler. Una vez introducidas las fotografas en una carpeta del ordenador (si la cmara no es digital, se recomienda revelar el negativo a travs del sistema Kodak Photo CD), Nos introducimos en el programa Photomodeler y creamos una archivo nuevo (New Project). Aparece un cuadro de dilogo que nos pregunta por el tipo de proyecto que deseamos crear, y debemos indicar la opcin A Photomodeler Calibraton Project . A continuacin, siguiendo los pasos que nos indica el programa, deberemos...

- Dar un nombre a la cmara que identifique el fichero de calibracin. - Indicar si la cmara es de foco fijo o tiene zoom (que es lo mas probable) - Indicar el tipo de cmara - Seguidamente, debemos introducir las fotografas realizadas (hay que introducirlas en el mismo

orden que fueron tomadas). - Por ltimo, elegiremos la opcin Execute Calibration.

Al trmino del proceso, el programa nos indicar si ha tenido xito y nos informar de la precisin obtenida mediante una cuadro de datos (normalmente una cmara digital bien calibrada debe obtener valores en torno a 0,02). nicamente faltar grabar los datos en un fichero formato .CAM, para poder utilizarlos en nuestro trabajo de restitucin.


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En ste anexo se facilita un resumen de la mayor parte de los comandos que proporciona la aplicacin Photomodeler, con el objeto de servir de ayuda en su manejo. No pretende ser una manual de usuario resumido, por lo que algunos comandos y opciones no aparecen o no se explican debido a su singularidad o complejidad de uso en un curso de iniciacin. Nota acerca de los comandos: En Photomodeler, existe una convencin acerca del funcionamiento de los comandos que aparecen en los mens. Consiste en que un comando puede aparecer de tres formas diferentes: Comando Implica la ejecucin inmediata de una orden concreta (sin mas) Comando... Implica la apertura de un cuadro de dilogo (activar opciones) de forma previa a la ejecucin del comando Comando Estos comandos despliegan a su vez otra lista de comandos (por ejemplo, Surface abre una lista de comandos relativos a la creacin de superficies) Men Principal: En la parte superior de la pantalla, aparecen los iconos de los comando mas utilizados. Se han agrupado por categoras, y cada uno de ellos se explica mas adelante. La configuracin que aparece por defecto, puede modificarse con la opcin Customize (botn derecho ratn).

A continuacin se explica brevemente el cometido de los comandos que aparecen en el programa:

Men

Nombre del Comando icono

Tecla abreviada Breve explicacin del comando

File New Project... CTRL+N Comienzo de un nuevo proyecto

Open Project... CTRL+O Abre un proyecto existente

Open Merged Project Abre un proyecto defnido como adicin de otros proyectos. Permite trabajar en un proyecto en partes independientes, para luego (con sta opcin) obtener resultados del total

Save Project CTRL+S Guarda el proyecto en pantalla con su nombre

Save Project as... Ctrl+Shift+S Guarda el proyecto en pantalla con otro nombre y ubicacin

Add/Remove Photos... Aade o elimina fotografas al proyecto en pantalla

Edit Photo Sets Editor de subconjuntos de fotografas, que se pueden abrir desde Photo Control

ANEXO 2: RESUMEN DE COMANDOS DEL PROGRAMA PHOTOMODELER PRO, VER 5.2


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Hide/Show Photo Control Activa la visualizacin del men Photo Control

Photo Overview Visualizacin del contenido de los subconjuntos de fotos definidos con Edit Photo Sets

Export Model... Abre una ventana que permite exportar el modelo restituido a otros programas (modelo 3D, vistas 2D, etc)

Export Ortho-Photo Exporta las ORTOFOTOS generadas a formatos bitmap usuales

Export Text-File Permite generar un fichero de texto ASCII con la informacin de geometra y coordenadas del modelo 3D restituido

Exit Cierra el programa

Edit Undo

CTRL+Z Recupera la situacin antes de la/s ltima/s acciones o modificaciones

Delete Selected Items

Delete Elimina las entidades (puntos, lneas, superficies...) seleccionadas

Select Items Mode 1 Activa el modo de seleccin de entidades: una a una, por ventana rectangular o por adicin (tecla Shift)

Region Select Mode D Activa el modo de seleccin de entidades por regin poligonal Select All Marks / Objets in Active View CTRL+A Selecciona TODAS las entidades y marcas en la vista (foto) activa

Expand Selection to all Windows W

Selecciona en todas las fotos abiertas, las entidades previamente seleccionadas en la vista activa

Open Photos showing Selected Items Abre las fotografas en donde aparecen las entidades seleccionadas

Create Photo Set from Photos showing Selected

Crea un subconjunto de fotos con aquellas que contengan las marcas seleccionadas en la foto activa

Properties of Selected Crtl+P Abre una ventana con las propiedades de los objetos (materiales, texturas, colores, capa...)

Materials... Abre una ventana para definir y editar los materiales que se asocian a los objetos

Layers Editor de capas

Property Changer Permite cambiar las propiedades de las entidades

Image Enhance Abre un cuadro que permite modificar el brillo y contraste de la foto, y mejorar as su visibilidad. No cambia el fichero original, pero si su presentacin en la ventana

Tag Selected T Asignacin de etiquetas a entidades

Clear Selected Tags Shift+T Borra las etiquetas seleccionadas

Clear All Tags Borra todas las etiquetas

Marking Mark Points Mode 2 Crea un punto nuevo en una foto

Mark Lines Mode 4 Dibuja una lnea nueva en una foto por sus dos extremos (como puntos nuevos o sobre puntos existentes)

Mark Cilindres Mode 8 Crea un cilindro nuevo 3D, marcando 4 puntos de su contorno en cada foto (al menos 2)

Mark Curves Mode 7 Dibuja curvas 2D y 3D (tipo NURBS) partiendo siempre desde un punto existente.

Curves From Points Dibuja curvas apoyndose en puntos existentes (tienen que ser puntos 3D)

Mark Edges Mode 3 Dibuja un eje nuevo en una foto mediante dos puntos (puntos que pueden ser distintos en cada foto)

Surface Listado de comandos para superficies (ver lista adjunta)

Mark Control Points O Permite crear puntos nuevos en una foto, cuyas coordenadas x,y,z se conocen de antemano y pueden importarse desde un fichero ASCII


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Define Targets Editor de formas de tipos de dianas en el sistema de precisin subpixel

Sub-pixel Target Mode S Permite sealar en la foto una diana con precisin sub-pixel (para crear puntos nuevos o ptos de control)

Re-sub-pixel Target Mode Sirve para modificar/afinar la definicin de una diana subpixel

Uncontrol Selected Points Convierte los puntos de control seleccionados en puntos normales

Automatic Target Marking

Inicia el proceso de definicin automtica de puntos definidos con dianas (precisin sub-pixel)

Iconos en Surface Lista de comandos desplegable desde: Marking Surface Se indica las entidades necesarias para crear la superficie Path Mode 5 3 ptos, 1 pto + linea/eje, 2 lineas/ejes, 1 curva

Triangle Mode 3 ptos, 1 pto + linea/eje

Loft mode 2 objetos: curvas/lineas/ejes Sweep Mode 2 objetos: curvas/lineas/ejes Revolution Mode 1 curva/linea/eje + 1 linea/cilindro Boundary Patch Mode 2 curvas/lineas/ejes Cone Mode 1 pto + 1 curva (abierta o cerrada) Mark Silhouettes Mode 2 siluetas referenciadas

Import Silhouettes... Importador de siluetas 2d y 3d desde otros programas Create Point Cloud from Selection

Minimo 20 ptos (depende de su distribucin)

Automatic Surfacing / Triangulation... Genera automticamente tringulos en una serie de puntos

Mark Surface Points Line Mode 6 Dibuja lneas sobre superficies previamente seleccionadas

Mark Surface Points Curve Mode Dibuja curvas sobre superficies previamente seleccionadas

Referencing Reference Mode

R Modo de referenciar en el resto de fotos las entidades seleccionadas previamente en la foto actual

Quick Reference Selected Shift+Q Modo de referenciar entidades seleccionadas entre dos o mas fotos

Unreference Selected Ctrl+U Anula las referencias marcadas entre puntos seleccionados entre dos o mas fotos

Select Unreferenced Items Selecciona aquellas entidades que todava no estn referenciadas

Point Audit Selected Q Realiza la auditoria de los puntos seleccionados Point Audit All Shift+Q Realiza la auditoria de todos los puntos Weld Unreferenced Points

(solo en proyectos orientados) Permite referenciar puntos de forma automtica entre dos o mas fotos

Automatic Referencing Bsqueda y referenciacin automtica de puntos definidos con dianas.

Project Process... F5

Procesa el proyecto: Orienta las fotografas en base a los puntos referenciados y los parmetros de cmara.

Undo Process Revoca el proceso, y devuelve al estado inmediatamente anterior

Audit/Statistics Shift+F5 Muestra la auditora sobre los puntos seleccionados, indicando parmetros respecto a la precisin que se puede obtener

Project Status Report.. Muestra todos los parmetros derivados del proceso de orientacin, los errores, precisiones, etc. Puede exportarse a un fichero .txt


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Cameras Editor de cmaras: importacin y seleccin de cmaras / modificacin de sus parmetros

Information Abre un cuadro con informacin del proyecto (ttulo, cmaras, unidades, etc)

Constraints List Abre la lista de coacciones geomtricas impuestas a puntos, lneas, curvas y ejes

Constraints Definition Mode C Activa el modo de definicin y asignacin de coacciones a entidades.

Scale/Rotate Escala y posiciona el modelo Measure Mode M Permite medir coordenadas, distancias y reas Post Processing Modification

Una vez procesado el proyecto, permite realizar modificaciones sobre un conjunto de puntos seleccionados (forzar a plano)

Renumber Permite renumerar las entidades, de tal forma que no queden nmeros vacantes (debido al borrado de entidades)

Open a 3D Viewer F7 Abre un cuadro de dilogo para visualizar el modelo 3D

Tables Abre una tabla para fotos, puntos, superficies, lneas, etc, que muestra todos los parmetros de dichas entidades en el proyecto

Window Tile

Ajusta todas las ventanas (fotos) abiertas en mosaico

Cascade Idem en cascada

Minimize All Minimiza todas las ventanas (fotos)

Close All F4 Cierra todas las ventanas abiertas

Arrange Icons Ordena todos los iconos de documentos en columnas Zoom To Fit F

Amplia la ventana activa hasta que su contenido (foto o modelo 3D) llene la pantalla

Zoom To Fit All

SHIFT+F dem con todas las ventanas Zoom In Mode

I Modo de zoom: acercar

Zoom Out Mode

O Modo de zoom: alejar

Zoom To Area Mode

U Establece el zoom con rea por 2 puntos

Zoom 1:1

Establece el aumento para que un pxel de foto sea igual a un pxel de ventana activa Zoom Previous

Y Recupera el zoom anterior Pan Mode

P Modo de arrastre del contenido de la ventana

Options Preferences...

Abre el cuadro de Preferencias del proyecto. Check for Updates...

Conecta a la Web de Photomodeler en busca de actualizaciones

Modules... Instalador de mdulos externos

Customize Toolbar...

Personaliza la configuracin del men principal superior Customize Shortcut Keys... Personaliza las teclas abreviadas para todos los comandos


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Iconos en Referencing Mode

The Referencing Source Photo Imagen con la entidad origen que se desea referenciar en otra foto The Referencing Destination Photo Foto con la entidad destino de la referenciacin

Select on Source Photo

Proceso de referenciacin en el que primero se marcan todos los puntos en foto origen, y luego se referencian en el resto de las fotos

Mark on Source Photo

Proceso de referenciacin en el que se marca y referencia cada punto por separado

Auto-Drive to Destination Point

Permite visualizar una lnea de ayuda para la referenciacin (solo funciona si la foto est orientada, y si la lente de la cmara tiene pocas aberraciones)

Previous Destination Photo

Permite acceder de forma secuencial a la foto anterior de destino de referenciacin

Next Destination Photo

Idem, a la foto siguiente

Auto-advance Photos

De forma automtica, cuando se han referenciado todos los puntos en una foto, pasa a la siguiente

Auto-Tile Windows

Cuando arranca el proceso de referenciacin, ordena en mosaico todas las ventanas de fotos

Iconos en Constraints Mode

Select Constraint to Display Coaccin geomtrica aplicada al objeto Add Selected Objects to selected constraint

Aade el objeto seleccionado a la coaccin definida

Remove Selected Objects from the selected constraint Libera al objeto seleccionado de la coaccin definida

New Constraint

Nueva coaccin

Edit Constraints Edicin de la lista de coacciones Otros comandos End current operation Esc Finaliza la operacin actual (omite referenciaciones de puntos) Bring up zoom window ALT Abre una ventana ampliada de la zona del cursor Enter into temporary zoom-area Ctrl+botn izquierdo Activa zoom por rea

Enter into temporary pan mode Ctrl+botn derecho Activa el arrastre de la ventana

Zoom-in fotograph under cursor + Zoom acercar sobre el cursor Zoom-out photograph under cursor - Zoom alejar sobre el cursor Delete selected Items Del Borra las entidades seleccionadas Mens PHOTO CONTROL Aparecen en la zona izquierda de la pantalla, y se despliegan eligiendo la pestaa correspondiente. Establecen un control sobre los elementos que aparecen en las fotografas:


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Photos Settings Marked Projected Photos: Permite seleccionar las fotos sobre las que se va a trabajar, bien de forma individualizada, o bien aquellas que estn orientadas o no. Settings: Hace referencia al modo de presentacin de las entidades en las fotos: Thick lines: Para ver las lneas mas

gruesas (resaltarlas) Projections Selectable: Permite

seleccionar las entidades proyectadas (que no las marcadas)

Sizes: Define el tamao de representacin de los puntos, lneas y cmaras

Surface & cilindres display: define el modo de representacin y grado de transparencia de las superficie y cilindros en las fotos

Marked: Permite activar o desactivar la visualizacin en las fotos de las distintas entidades que se han marcado en la restitucin (puntos, lneas, etc). Tambin ofrece un filtro por capas.

Projected: Igual funcin que la anterior, pero sobre las entidades proyectadas (*) (*) Entidades proyectadas: Cada entidad (punto, lnea, cilindro, etc) que se marca sobre dos o mas fotografas, permite al programa calcular sus coordenadas y dimensiones en el espacio. Al resultado de dicho clculo, se le llama entidad proyectada, que el programa es capaz de representar en las diferentes fotografas. Cuanto mas difieran la posicin y tamao de una entidad proyectada y la entidad marcada en sa foto, mayor ser el error de restitucin, de tal forma que una buena restitucin har que ambas coincidan. Menus PROCESSING: Cuando se activa la opcin Processing , aparece un cuadro de dilogo con diversas opciones de control sobre el proceso de orientacin de fotografas. La opcin Processing debe ejecutarse siempre que se quiera orientar una o varias fotografas, pero habr que poner especial cuidado en no realizar ste proceso utilizando entidades con poce precisin. En el cuadro Processing Steps, el programa indica los pasos que va a realizar y una primera evaluacin del nivel de precisin que se puede obtener (Accuracy Potential), as como diversas sugerencias para aumentar dicho nivel en caso de ser ste bajo. En la opcin Processing Options, el programa permite elegir varios parmetros relativos a la orientacin de fotografas:

a) Podemos orientar nicamente aquellas fotos que no estn orientadas (por ejemplo aquellas que se han incorporado con posterioridad para estudiar una zona en mas detalle), o bien podemos forzar a orientar la totalidad de ellas.


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b) Podemos realizar una Optimizacin Global de la orientacin. Esto no supone una nueva orientacin, sino que permite mejorar la existente (de ser posible) en funcin de las nuevas entidades referenciadas, que no se utilizaron para la orientacin anterior. Si la optimizacin no resuelve el clculo con un mayor nivel de precisin, entonces el programa revoca dicha optimizacin.

c) Process Constraints: Permite procesar o no en la orientacin las restricciones geomtricas definidas.

Como ayuda para la evaluacin del nivel de precisin que se puede obtener, el programa nos muestra tambin (pestaa Audit Overview) una serie de datos relativos al numero de fotos y puntos, proporcionando una valoracin sobre stos:

Por ltimo, y una vez confirmadas las opciones, pasamos a elegir la opcin Process para ejecutar el clculo.

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