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Fotogrametría 3D: de fotografías a modelos 3D

Descubre cómo se utilizan cámaras EOS de Canon para crear modelos 3D realistas para videojuegos, películas, producción industrial y arte.
Un técnico subido a una escalera de mano ajusta uno de los numerosos conjuntos de luces y cámaras colocados en círculo alrededor de un elevador de tijera plano.

La empresa de servicios de escaneo 3D Sample & Hold se centra en la fotogrametría en 3D para las industrias artísticas y creativas. «Desde productos para la publicidad, pasando por personas para juegos de ordenador, televisión o cine, hasta esculturas para escultores que quieren escanear modelos y maquetas en 3D y luego producir versiones más grandes con una impresora 3D o una máquina CNC antes de aplicar una capa de arcilla», explica el cofundador de Sample & Hold, Sam Jackson.

La fotogrametría 3D es el proceso de reproducir un elemento físico y crear un modelo 3D preciso. Puede utilizarse para fotografiar todo tipo de objetos, desde personas y artefactos históricos hasta aviones, edificios e incluso estructuras más grandes.

«Es una forma muy buena de conseguir que un objeto sea tangible e inmersivo, de modo que se pueda mirar a su alrededor y ver su textura», afirma John Maurice, director de marketing de productos europeos en Canon Europe. «También se puede conseguir esto en un renderizado CG, pero no es lo mismo porque nunca se obtienen todos los matices que captura la fotogrametría».

Las aplicaciones de la fotogrametría digital y el modelado 3D son infinitas, y la técnica se emplea como solución en la producción, la ingeniería, el diseño, el entretenimiento y la sanidad. «La creación de modelos 3D de una persona puede ayudar en el diagnóstico y el seguimiento del tratamiento», explica John. «Y si trabajas en el sector industrial, hacer un modelo 3D reduce la costosa fase de creación de prototipos».
Un plano general de los numerosos conjuntos de luces y cámaras colocados en círculo alrededor de un elevador de tijera plano.

Sample & Hold utiliza 154 cámaras para su equipo de fotogrametría de cuerpo entero. «Lo bueno de hacerlo así es que capturas todo al instante gracias al flash», comenta Sam. «Así puedes capturar personas y otros sujetos animados en movimiento durante el proceso de escaneo».

Un hombre con camiseta y pantalones en un elevador de tijera en medio de un círculo de luces y conjuntos de cámaras.

Se utiliza un elevador de tijera para ajustar la altura de las personas en el centro del conjunto de cámaras de fotogrametría de cuerpo entero. «Tenemos la redundancia incorporada», comenta Sam. «Su diseño permite escanear a unos dos metros de altura, así que si alguien es más bajo, lo subimos hasta el punto en que su cabeza esté dentro de la zona de encuadre correcta y no se utilizarán las cámaras inferiores».

La fotogrametría 3D es un campo muy especializado y el proceso es meticuloso. «Hay que tomar muchas fotos del motivo, y normalmente tiene que haber una superposición de dos tercios entre las imágenes para crear el mapa 3D», comenta John. «Así que, si realizas las tomas con una sola cámara, tienes que moverla ligeramente pero con mucha precisión, para conseguir ese solapamiento».
Por este motivo, las empresas de fotogrametría 3D suelen utilizar equipos de varias cámaras. Las cámaras se colocan de forma que capturen el motivo desde todos los ángulos de una sola vez. Todas las imágenes se introducen en un software especializado que compara la superposición y obtiene la geometría 3D.

La empresa especialista en escaneo 3D Sample & Hold utiliza dos equipos de este tipo: uno para escanear el cuerpo y otro para escanear la cabeza. «Tenemos 154 cámaras en nuestro equipo de escaneo de cuerpo», comenta Sam Jackson, uno de los fundadores de la empresa. «Aunque no es un equipo enorme, es un número importante de cámaras. Están colocadas en una disposición completa de 360° alrededor de la persona y fotografían a la vez, por lo que acabamos teniendo un montón de imágenes de ese momento, que luego podemos pasar por el software Reality Capture. Este toma toda la información de esas imágenes y encuentra todos los puntos que puede en cada una de ellas y, básicamente, crea un modelo de 360º a partir de ellas».
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Algunos equipos de iluminación y conjuntos de cámaras en un estudio de fotogrametría 3D.

«Construimos nuestras propias unidades de iluminación porque no existe nada que nos funcione igual», comenta Nick Foots, de Esper, que suministra equipos multicámara y de escaneo 3D. «Puede ser luz polarizada o no polarizada, lo que permite extraer diferentes niveles de detalle de la superficie». A veces no solo se necesita luz, añade Sam Jackson, de Sample & Hold, que utiliza equipos Esper en sus propios montajes (mostrados aquí). «Si el objeto tiene un solo plano o superficie de un color uniforme, la fotogrametría no funciona sin algún tipo de patrón proyectado sobre él para ayudar a codificar», nos explica.

Un técnico ajusta una de las cámaras Canon de un conjunto de cámaras altas.

Los conjuntos multicámaras de Sample & Hold permiten a la empresa fotografiar objetos tan pequeños como una moneda y tan grandes como un cuadrado de tres metros.

¿Cuál es la mejor cámara para escanear con fotogrametría 3D?

La elección de cámaras asequibles es una prioridad cuando se pretende poblar un equipo de fotogrametría 3D con más de 100 cámaras. «Las cámaras réflex para principiantes son buenas para este tipo de trabajo», comenta John. «También los objetivos asequibles. Los objetivos de 50 mm son populares, porque son rentables y de buena calidad».
Una de las ventajas de elegir las cámaras EOS de Canon para la fotogrametría 3D es el amplia compatibilidad de sistemas disponible. «Hay toda una gama de productos a diferentes precios», comenta John. «Si necesitas accesorios, como adaptadores de CA, podemos proporcionarlos. Y podemos proporcionar el SDK (Kit de desarrollo de software) de Canon para abrir el hardware de la cámara de Canon a terceros, de modo que pueda integrarse en un flujo de trabajo especializado. Y luego, cuando se actualicen las cámaras, solo hay que actualizar el SDK para que sea compatible con el nuevo producto, de modo que el flujo de trabajo no se vea interrumpido».

Sam explica que la fotogrametría 3D no exige las características de primer nivel de las cámaras profesionales. «Actualmente utilizamos la EOS 2000D de nivel básico y la EOS M6 Mark II de Canon», nos revela. «La EOS 2000D tiene un sensor de 24 MP, que es muy bonito, alto y tiene una buena relación calidad-precio. Pasa algo parecido con la EOS M6 Mark II, aunque tiene 32,5 MP. Esa cámara fue un experimento para nosotros, porque no habíamos utilizado antes una cámara mirrorless. Ahora estamos pensando en instalar en todos nuestros equipos cámaras EOS M6 Mark II porque son excelentes».
En un estudio, una cámara EOS de Canon colocada en un trípode está orientada hacia una mesa de cristal con una sola zapatilla roja encima. Un hombre está viendo la imagen de la zapatilla en el software de su monitor.

Explicación del kit de desarrollo de software digital para EOS de Canon

Descubre cómo desbloquear las funciones de disparo remoto de las cámaras EOS y PowerShot mediante el kit de desarrollo de software de Canon.
«Parte de la razón por la que no nos hemos pasado al Full Frame es que la profundidad de campo es mayor con todas las cámaras APS-C, y eso es muy importante para el procesamiento de los datos».
Un primer plano de una cámara EOS 1300D de Canon sobre un equipo en un estudio de fotogrametría 3D.

Además de utilizar las cámaras EOS 2000D y EOS M6 Mark II de Canon, los conjuntos multicámara de Sample & Hold también hacen uso de cámaras más antiguas de sus primeros equipos (como la EOS 100D y la EOS 1300D) para capturar la parte posterior de la cabeza de un sujeto.

Un técnico sentado ante un ordenador portátil mientras un hombre se encuentra dentro del conjunto de fotogrametría 3D en el fondo.

El kit de desarrollo de software (SDK) de Canon permite controlar a distancia determinadas cámaras Canon a través de software de terceros. También está disponible un SDK de control de código abierto que no es de Canon y que se ejecuta en Linux, señala John.

En su equipo de cuerpo completo, Sample & Hold utiliza una combinación de objetivos de 100 mm, 85 mm y 50 mm, como el EF 85mm f/1.8 USM y el EF 50mm f/1.8 STM de Canon, con las longitudes focales más largas para capturar zonas importantes, como los pies y las manos. El equipo de cabeza utiliza una combinación de objetivos de 40 mm y 50 mm, como el EF 40mm f/2.8 STM de Canon.

Sam comenta: «Siempre utilizamos objetivos de focal fija, en parte porque no hay que preocuparse de que las cosas se desplacen, sobre todo si movemos el equipo».

«Las cámaras de nivel básico no están diseñadas para lo que nosotros hacemos con ellas, así que puede haber disonancia en los tiempos de obturación», continúa. «Para evitarlo, utilizamos el flash para controlar las exposiciones. Trabajamos en una sala oscura y utilizamos las cámaras con una velocidad de obturación de 1/3 o 1/5 s, y los flashes se disparan a la vez para exponer las imágenes. Controlamos las cámaras con el software Smart Shooter y lo sincronizamos todo mediante Esper TriggerBox».
Un portátil con un modelo 3D de una figura de pie rodeada de representaciones de cámaras en su pantalla.

Las imágenes capturadas por todas las cámaras del conjunto se unen en un programa especializado, que las coteja todas y construye un modelo 3D a partir de todos los datos.

Uso de varias cámaras para realizar un escaneo de fotogrametría

Esper ofrece soluciones de escaneo multicámara y 3D a los proveedores de servicios del sector de los videojuegos y los efectos visuales, así como para la publicidad, la investigación académica, las cabinas de fotografía en tiempo real y otros ámbitos. El director de la empresa, Nick Foots, afirma que lo más importante a la hora de configurar un sistema de fotogrametría 3D es el resultado final.

«Lo primero que pregunto a cualquiera durante una consultoría es: ¿Para qué lo vas a utilizar? Es decir: ¿Con qué resolución y formato? Y a partir de ahí se puede trabajar en todo el proceso», explica Nick. «Así, si algo solo se va a utilizar para el comercio electrónico en la web con una resolución no especialmente alta, no tiene sentido tener 60 cámaras apuntando al objeto».

«Si vas a crear un videojuego en 4K, puedes necesitar más de 160 cámaras, pero si vas a crear modelos 3D 'mini-me' de personas utilizando una impresora FDM, en realidad solo vas a necesitar entre 30 y 50 cámaras. No hay forma de que una impresora 3D pueda reproducir la resolución que se obtiene al utilizar más cámaras».
Dos hombres sentados en una mesa mirando la pantalla de un portátil que muestra modelos 3D de figuras humanas.

Sam comenta que el mayor reto en lo que respecta a la fotogrametría es intentar capturar imágenes de ciertos materiales. «Piensa en las zapatillas. Las zapatillas de moda suelen estar hechas de muchos materiales diferentes que son negros, transparentes o tienen un efecto de brillo, y todo eso causa problemas a la hora de capturar imágenes». En comparación, la figura humana es relativamente sencilla.

«Si un objeto es lo suficientemente pequeño y no se mueve, probablemente se puede hacer de forma bastante económica con tres o cuatro cámaras en un arco, un poco de iluminación controlada y una mesa giratoria que se mueve a mano», continúa Nick. «También puedes conseguir escaneos fotogramétricos muy buenos con una sola cámara, aunque tendrás que considerar si eso es escalable para lo que quieres hacer, y cómo va a encajar en todo el flujo de trabajo».

Sam, de Sample & Hold, recomienda empezar con una sola cámara. «Cualquiera puede probar la fotogrametría sobre el terreno, con la luz del día y una sola cámara», nos comenta. «Con un motivo que no va a cambiar o moverse, como una casa, no es necesario utilizar varias cámaras, basta con usar una cámara desde varias posiciones».

«Hay muchos tutoriales de esto en YouTube», concluye Sam. «Y luego puedes pasar las imágenes por algo como Meshroom, un software gratuito de código abierto, y producir modelos 3D. Se pueden crear cosas muy chulas de esta manera».

Escrito por Marcus Hawkins


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