Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya” Facultad de Ingeniería Departamento Ingeniería Civil Monografía “La Fotogrametría arquitectural digital y sus aplicaciones” Autores: Dra. Ing. Ana Luisa Rodríguez Quesada Dr. Frank Navarro Tamayo Dra. Verónica Ávila Ayón Dr. Carlos Loch Dr. Pedro Castro Borges Dr. Paul Ochoa Arias Dr. Manuel Alcázar Molina Dr. Rui Pedro Juliao Dr. Oscar Quintana Samayoa I Índice Índice Páginas RESUMEN ......................................................................................................................................... III ABSTRACT ...................................................................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................. 1 CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA FOTOGRAMETRÍA ARQUITECTURAL DIGITAL (FAD) Y SUS APLICACIONES............................................................................................................................. 3 1.1 CONCEPTUALIZACIÓN .................................................................................................................9 1.2 FUNDAMENTOS DE LA FOTOGRAMETRÍA. ................................................................................11 1.2.1 ETAPAS DE LA FOTOGRAMETRÍA..........................................................................................11 1.3 CLASIFICACIÓN DE LA FOTOGRAMETRÍA...................................................................................14 1.3.1 LA FOTOGRAMETRÍA SE CLASIFICA EN TRES CATEGORÍAS ...................................................17 CAPÍTULO II PRODUCTOS FOTOGRAMÉTRICOS Y SUS APLICACIONES.................................................27 2.1 PRODUCTOS FOTOGRAMÉTRICOS ..........................................................................................278 2.1.1 PRODUCTOS PARA LA ILUSTRACIÓN ESTEREOSCÓPICA .......................................................29 2.2 LA FOTOGRAFÍA. TIPOS DE CÁMARAS .......................................................................................31 2.2.1 RECOMENDACIONES DE CÁMARAS. SUS PROPIEDADES ......................................................33 2.3 SOFTWARE QUE PUEDEN SER UTILIZADOS EN FOTOGRAMETRÍA. ............................................35 CAPÍTULO 3. LA FOTOGRAMETRÍA COMO HERRAMIENTA PARA LA CONSERVACIÓN DE BIENES QUE FORMEN PARTE DEL PATRIMONIO CULTURAL Y ARQUEOLÓGICO. .....................................................53 3.1 EJEMPLOS DE TRABAJOS REALIZADOS PARA LA CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO MEDIANTE EL USO DE LA FOTOGRAMETRÍA.............................................................................................................53 3.2 “APLICACIONES DE LA ESTEREOSCOPÍA CON FINES ARQUITECTÓNICOS Y URBANÍSTICOS” .....56 3.3 “FOTOGRAMETRÍA APLICADA A LA CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO EN EL CASCO HISTÓRICO DE LA CIUDAD DE HOLGUÍN”..................................................................................................................61 CONCLUSIONES DE LA MONOGRAFÍA ............................................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA............................................................................................................65 II Resumen Resumen El presente documento presenta en forma de monografía una recopilación y síntesis de diferentes trabajos realizados en el mundo de habla hispana y Brasil sobre la base teórica, aplicación e implementación de la fotogrametría arquitectural digital en sus diversas vertientes, haciendo énfasis en su uso en proyectos de conservación y restauración de edificaciones con valores patrimoniales, entre otras formas de patrimonio tangible. Para lograr los objetivos se realizó una extensa búsqueda y recopilación de información que hasta el momento se encontraba dispersa en Internet o en artículos de revistas seriadas, resumiendo los aspectos más trascendentes en cada caso. El resultado fue un material instructivo, muy apropiado para introducir a los nuevos investigadores en el tema, en forma de monografía que abarca los principales aspectos relacionados con la FAD y sus aplicaciones, en un lenguaje de fácil comprensión. Fueron muy importantes los trabajos realizados por la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil y por las investigaciones conjuntas de todos los miembros de la REDFADC. III Introducción Introducción La fotogrametría se ha convertido en una herramienta valiosa en la recopilación de información, ya que permite introducir y guardar en una base de datos la memoria gráfica e histórica de edificaciones antiguas, así como la evaluación, monitoreo y manejo de las acciones de conservación, integrando las técnicas de avanzada con el conocimiento científico multidisciplinario para establecer planes estratégicos y programas de trabajo en aras de conservar las ciudades. Un análisis preliminar detectó que la información sobre el tema se encontraba dispersa; difícil de consultar si no se cuenta con un acceso estable y rápido a Internet. La necesidad de que exista un material que permita la consulta para el conocimiento general y la aplicación de las técnicas fotogramétricas en la gestión de proyectos de conservación, constituye el problema científico de esta investigación. Para organizar la información y crear la Monografía como material de consulta se hizo un estudio preliminar sobre la Fotogrametría arquitectural digital (FAD) en el mundo, empleando la metodología cualitativa por permitir esta, la investigación bibliográfica y documental; resultando una investigación cuya base teórica la constituye la FAD y sus principales aplicaciones. Durante la etapa de confección de este material surgieron varias limitaciones como: los documentos existentes estaban en formatos protegidos que dificultaron el uso de muestras gráficas y fotográficas; la mayor parte de la información está en idioma portugués o inglés que fue necesario traducir para poder utilizarla en obra. La monografía está compuesta por tres capítulos, en el primero se presenta la evolución histórica de la Fotogrametría, definiendo los conceptos fundamentales que la constituyen, sus etapas, clasificación, ventajas y desventajas, y organismos internacionales que la representan. 1 Introducción El capítulo dos se refiere al enfoque actual de la Fotogrametría, así como los productos fotogramétricos y la posibilidad de utilizar software para agilizar procesos. Se hacen algunas recomendaciones específicas para la instalación de determinados software. En el Capítulo tres se presentan ejemplos de aplicaciones fruto del trabajo de los miembros de la REDFADC 2 Capítulo I Capítulo I Fundamentación Teórica de la fotogrametría arquitectural digital (FAD) y sus aplicaciones. La fotogrametría es una disciplina resultado de la convergencia de la óptica, la fotografía y las matemáticas (especialmente la geometría proyectiva) para realizar levantamientos de carácter cartográfico. Crea modelos en 3D a partir de imágenes 2D para adquirir las características geométricas de los objetos. Las imágenes son obtenidas por medios fotográficos y la medición se realiza a distancia, sin que exista contacto físico con el objeto. La fotogrametría surgió como ciencia en 1840 y sus primeros pasos corresponden a la óptica, la primera de estas ciencias que tuvo un aporte fundamental en la captura y la reconstrucción de las imágenes. El desarrollo teórico y práctico de la óptica permitió la popularización entre los pintores de la cámara oscura, la cual constituyó la base de la cámara fotográfica. Las primeras emulsiones fotográficas contaron con un aparato relativamente perfeccionado y podían ser colocadas para captar la luz. Con la aparición de la fotografía se desarrollaron métodos matemáticos para el alzado de objetos utilizando perspectivas, y luego el trazado de planos también fue puesto en práctica con resultados satisfactorios. Todo esto comenzó con levantamientos de fachadas arquitectónicas y plantas de edificios a partir de fotografías terrestres y más tarde fueron utilizadas las fotografías aéreas en el levantamiento de la cartografía de base. Las primeras aplicaciones de la fotografía en el levantamiento de planos vinieron de la mano del ingeniero francés Aimeé Laussedat (1819 – 1904), considerado el fundador de la fotogrametría terrestre, el que con la ayuda de la cámara lúcida o clara, denominada Wollaston, reprodujo en 1849 las características topográficas sobre un plano a partir del dibujo de perspectivas. El resultado fue la reproducción gráfica de la fachada del Hotel des Invalides de París. Poco tiempo después, y con el objetivo de lograr una mayor definición de los contornos y accidentes del terreno, empleó una cámara oscura. 3 Capítulo I Estas primeras tentativas presentaron serios problemas para su aplicación en los levantamientos topográficos. El dibujo de perspectiva a mano era un proceso lento y obviaba detalles importantes para el trabajo cartográfico. Su precisión no podía ser muy elevada, dado que las cámaras utilizadas por Laussedat no eran capaces de efectuar mediciones, problema que fue solucionado con la invención del daguerrotipo* que permitió al ingeniero francés diseñar la primera cámara de aplicación fotogramétrica. Posteriormente en 1859, la empresa francesa Brunner, realizó los primeros instrumentos topográficos incorporando mecanismos de reproducción fotográfica, todos estos esfuerzos dieron lugar a la utilización del método metro foto-topográfico para el levantamiento de mapas. En la segunda mitad del siglo XIX nuevas técnicas e instrumentos aplicados al levantamiento topográfico y a la restitución de mapas, contribuyeron con el avance de la producción cartográfica. El desarrollo de la fotografía, la progresiva adaptación de los aparatos empleados a la topografía clásica y las innovaciones en la restitución, produjeron importantes cambios en el trabajo topográfico. Figura 1.1. Coronel Aimeé Laussedat.1 * Daguerrotipo: Aparato para obtener imágenes. Procedimiento que permitía fijar en una placa metálica sensible; las imágenes obtenidas con la cámara oscura. (1) Blachut, T., Burkhardt, R. 1988. Historical development of photogrammetric methods and instruments. ISPRS, Falls Church. 4 Capítulo I El empleo de la fotogrametría terrestre, en relieves de complicado acceso, fue un incentivo para emprender tareas cartográficas ambiciosas y allanó el camino para la utilización de imágenes aéreas y la automatización del proceso cartográfico desplazándose hacia una nueva plataforma de toma: las aeronaves. La ventaja de la perspectiva aérea fue notada y aplicada de inmediato. Los servicios cartográficos oficiales fueron los más interesados en esas innovaciones, algunos embarcados en la renovación de sus series nacionales y otros en la culminación de las mismas. El uso de las técnicas fotogramétricas tuvo diferentes alternativas teóricas y múltiples soluciones en sus aplicaciones. A comienzos de la década de 1860 el Ministerio de la Guerra Francés encargó a Laussedat el levantamiento topográfico de una extensión de 200 Ha de la villa de Bue, próxima a Versalles, a escala 1:2.000. El plano resultante fue deducido en un total de ocho imágenes fotográficas con un trabajo de gabinete de cuatro días. Con este levantamiento Laussedat demostró la posibilidad de reconstruir la topografía de un territorio a partir de vistas fotográficas. Poco después se procedió en Francia a la organización de una unidad fototopográfica en el Cuerpo de Ingenieros Militares. A finales de la década de 1850 realizaban las operaciones de medida de la base geodésica española de Madridejos. En 1863 Antonio Terrero, profesor de astronomía y geodesia de la Escuela del Estado Mayor del Ejército, propuso un concurso sobre la utilización de imágenes fotográficas en la elaboración de mapas topográficos. El concurso fue ganado por Aimeé Laussedat con el trabajo realizado en las cercanías de Versalles. El geodesta español había desarrollado esta técnica de forma teórica dando lugar a uno de los primeros fundamentos de la foto-topografía a través de la identificación de puntos o el establecimiento de las relaciones entre el objeto y sus fotografías (Terrero, 1982). Las autoridades españolas nombraron una comisión para el estudio de las aplicaciones de la fotografía a la topografía dirigida por el Comandante de Estado Mayor, Pedro de Zea. En el informe Pedro propuso a la organización de 5 Capítulo I brigadas topográficas militares que aplicaran la fotografía al levantamiento y reproducción de planos (Torroja, 1913b). El método de intersecciones era eficiente para objetos de extensión reducida como por ejemplo, los proyectos de ingeniería, todo lo contrario para la resolución de los miles de puntos de un mapa topográfico. El método metro fotográfico, derivado de los trabajos de Laussedat, tardó algunos años en ser aplicado en su totalidad. Los primeros ensayos fotogramétricos tuvieron un carácter aislado y experimental y fueron realizados con la intención de comparar los costes, el tiempo y la eficacia del método con los procedimientos tradicionales. Los países con extensas áreas alpinas fueron los primeros en realizar dichos ensayos. En Francia la sección foto-topográfica dirigida por el capitán de ingenieros Javary ensayaba los nuevos métodos desde 1863 en el macizo de los Vosgos. El Instituto Geográfico Militar italiano realizó en los Alpes los primeros trabajos fotogramétricos en 1878, dirigidos por Michele Monzi. En España se llevaron a cabo experiencias aisladas que involucraron a topógrafos e ingenieros, así como a los servicios cartográficos oficiales. Destacar la publicación en 1876 de unos estudios sobre la aplicación de la fotografía a la topografía del oficial de telégrafos Pedro de Borja Y Alarcón. En Prusia nacía en 1885 el Real Instituto de Fotogrametría con el objetivo de reproducir monumentos y estructuras arquitectónicas a partir de fotografías. A finales del siglo XIX, los servicios cartográficos de Suiza, Austria y de Canadá incorporaron la fotogrametría terrestre en el levantamiento de sus mapas topográficos (Blachut, 1989,32). La medición de objetos en dos o tres dimensiones desde fotogramas fue fruto del desarrollo de la geometría descriptiva y de las sucesivas aproximaciones en obtención de imágenes fotográficas. Con estas fue posible deducir la situación de los objetos, sus dimensiones, su planta y su alzado. En términos cartográficos significó la posibilidad de obtener a partir de una imagen, la planimetría y la altimetría de una extensión determinada. La fotogrametría permitía hallar una proyección ortogonal de un terreno dada dos proyecciones cónicas del mismo (Torroja, 1980,1). Con este principio se adaptaron los aparatos e instrumentos idóneos para realizar levantamientos 6 Capítulo I topográficos deducidos de dos vistas obtenidas sobre placas verticales, sin necesidad de elaborar penosos itinerarios taquimétricos. En los primeros años del siglo XX se efectuaron las primeras pruebas oficiales para comparar la viabilidad de la fotogrametría terrestre en relación con la topografía clásica. El primero en llevarlo a cabo en España por el Depósito de la Guerra fue Alejandro Más y Zaldúa (1841-1915), teniente coronel de Estado Mayor, profesor de la Escuela Superior de Guerra, destacado cartógrafo y diseñador de instrumentos topográficos. Más y Zaldúa fue jefe de la sección geográfica del Depósito de la Guerra y uno de los introductores de la fotogrametría terrestre en España. En 1900, levantó por medio de esta técnica un plano de 6.0Km2 del barrio barcelonés de San Andreu de Palomar (Barcelona), al que añadió los resultados obtenidos por el método taquimétrico tradicional. Un año después el Cuerpo de Estado Mayor realizaba, bajo la dirección de Más, levantamientos foto-taquimétricos en los alrededores de Ribes de Freser (Gerona), relacionados con las labores topográficas de las fronteras hispano-francesa. Estos trabajos dieron lugar a un plano de las proximidades del Coll de Toses a escala 1:20.000 sobre una superficie de 100Km2 y con más de 10 000 puntos de detalles (Más y Zaldúa, 1902 y 1912). La fotogrametría terrestre, derivada del método de intersecciones de Laussedat, quedó estancada debido a varias dificultades insalvables que no permitían una diferencia muy destacada con los resultados de la topografía clásica. Sin dudas era de gran utilidad en territorios muy abruptos y de difícil acceso. En éstos la fotogrametría de intersecciones ahorraba tiempo pues restringía el número de operaciones, aspecto de gran importancia en relieves accidentados. Con la obtención de fotografías en los trabajos de gabinete era posible elegir los detalles planimétricos y de nivelación sin tener que volver al campo. Las imágenes fotográficas daban una gran versatilidad a la representación topográfica pues permitían deducir planos a diversas escalas sin realizar nuevos levantamientos; sin embargo, el método de Laussedat tenía un defecto infranqueable, resuelto de forma teórica, pero no gráfica. Para que la intersección que determina cada nuevo punto fuera exacta, había que establecer bases bastante grandes. La distancia entre las bases, originaba 7 Capítulo I diferencias de los aspectos con que cada punto aparecía en las fotografías, así como dudas y confusiones, reflejadas como graves imperfecciones en su restitución (Torroja, 1925,12). Se puede tener una idea de la lentitud de este proceso si se tiene en cuenta los miles de puntos necesarios para la restitución cartográfica de las fotografías. En sus primeras aplicaciones cartográficas la fotogrametría terrestre quedó atrapada en la fase de restitución. Se realizaron importantes contribuciones técnicas hasta lograr la automatización en la obtención de los datos métricos de las fotografías por medio de la visión estereoscópica. A principios de la década de 1930, la fotogrametría aérea empezó a desplazar a la terrestre a la vez que impulsó una notable automatización de los trabajos de gabinete.2 La Primera Guerra Mundial puso en manos de los fotogrametristas abundantes recursos económicos que permitieron consolidar la fotogrametría aérea. Una disciplina colateral a la fotogrametría apareció con un inmenso campo de aplicación: la fotointerpretación. Las técnicas fotogramétricas continuaron en forma progresiva. A partir de 1970, el desarrollo de las computadoras y la fotografía digital dieron un poderoso impulso a esta disciplina; evolucionaron la fotointerpretación, las técnicas de tratamiento computarizado de imágenes digitales y la visión por computadora. Se estableció la teledetección, progresaron las astronáuticas, lo que permitió el acceso de la fotogrametría espacial. Con sensores instalados a bordo de satélites, la Luna y Marte fueron mapeados mediante imágenes tomadas. Actualmente, parte de los productos fotogramétricos provienen de imágenes captadas desde el espacio. La fotogrametría presenta muchas ventajas con relación a las técnicas tradicionales de levantamiento. La realización de grandes cantidades de mediciones de forma indirecta, el tiempo reducido de trabajo en campo, las facilidades en la ejecución de diseños y la precisión de los resultados, entre otros. La fotogrametría pasó mucho tiempo siendo usada para una gama limitada de aplicaciones, principalmente para la creación de mapas planialtimétricos a partir de fotografías aéreas. Los factores que dificultaron e 8 Capítulo I impidieron la difusión de esta técnica en diversos sectores fueron: el elevado costo del equipamiento y las complejidades de las operaciones de restitución utilizadas en las soluciones analógicas y analíticas, etc. 1.1 Conceptualización En 1893, el arquitecto alemán Albrecht Meydenbauer introdujo el concepto de Fotogrametría, afirmando que; “consiste esencialmente, en tomar fotografías de los puntos más característicos de un objeto dado, y determinar exactamente la posición de cada punto, por la intersección de los diferentes ejes de visión, relativos a este punto. La dirección de cada eje de visión, es determinada por la medida del ángulo que forma, tanto en el plano horizontal de referencia como en el vertical sobre éste”. Figura 1.2 Arq. Alemán, Albrecht Meydenbauer.1 Durante el desarrollo de la Fotogrametría como disciplina científica se han planteado numerosos conceptos, algunos aprobados por organismos internacionales. Fotogrametría y Sensores Remotos (ISPRS), define que Fotogrametría “es la ciencia de realizar mediciones e interpretaciones confiables por medio de las fotografías, para obtener las características métricas y geométricas (dimensión, forma y posición), del objeto fotografiado”. (1) Blachut, T., Burkhardt, R. 1988. Historical development of photogrammetric methods and instruments. ISPRS, Falls Church. 9 Capítulo I Por ejemplo, el concepto aceptado por La Sociedad Internacional de La Sociedad Americana de Fotogrametría y Sensores Remotos (ASPRS), ha aceptado dos definiciones, la primera establece que Fotogrametría “es el arte, la ciencia y la tecnología de obtener información confiable de objetos físicos y su entorno, mediante el proceso de exponer, medir e interpretar tanto imágenes fotográficas como las obtenidas por diversos patrones de energía electromagnética y otros fenómenos”. La segunda (1980) plantea, que la Fotogrametría “es la ciencia y la tecnología que obtiene información fidedigna de objetos físicos y del medio ambiente mediante procesos de grabación, medida e interpretación de imágenes fotográficas, patrones de energía electromagnética grabada y otros fenómenos”. Por otra parte, La American Society of Photogrammetry (ASP) define la Fotogrametría como “el arte, la ciencia y la tecnología orientados a obtener información relevante de los objetos físicos de la corteza terrestre y de su entorno, a través de procesos de medición, registro e interpretación de imágenes fotográficas, así como de patrones de energía electromagnética radiante y otros fenómenos”, (Wolf, 1983). También ( Kraus, 1993) “la Fotogrametría permite l a reconstitución de objetos y l a determinación de algunas de sus propiedades sin tocarlos”. Dice que “el principal uso es la producción de mapas topográficos y modelos digitales del terreno que sirvieron de base cartográfica para los Sistemas de Información Geográfica”. (Loch, 1994) definió la Fotogrametría como “la ciencia y la tecnología de obtener informaciones seguras de los objetos físicos, a través de procesos de registro, medición e interpretación de las imágenes fotográficas”. 10 Capítulo I 1.2 Fundamentos de la Fotogrametría El principio de la Fotogrametría consiste en proyectar, en forma ortogonal sobre un plano de referencia, la imagen registrada en una fotografía que ha sido proyectada sobre el negativo mediante la proyección central y es la usada por las lentes. En Fotogrametría se asume que la proyección central es perfecta, lo cual implica que: • No existe desviación de los rayos de luz que atraviesan los lentes de la cámara. • La imagen se proyecta sobre una superficie perfectamente plana. • La relación matemática que relaciona el objeto y su imagen se conoce con el nombre de principio de colinealidad.1 1.2.1 Etapas de la Fotogrametría El paso de la proyección central a la proyección ortogonal se puede realizar bien sea por la fotogrametría gráfica, prácticamente en desuso en nuestros días, o por la estereofotogrametría, usada actualmente en la inmensa mayoría de los trabajos fotogramétricos. La estéreofotogrametría se ha llevado a cabo por diferentes técnicas: ♦ La fotogrametría analógica, surge en la década de los treinta basada en aparatos de restitución y la responsable de la realización de la mayoría de la cartografía mundial. ♦ La fotogrametría analítica, aparece en 1957 como un desarrollo natural de la interrelación entre los aparatos restituidores analógicos y el surgimiento de la computación. En ella, la toma de información es analógica y el modelado geométrico es matemático. ♦ La fotogrametría digital, desarrollada en los años 80–90, s urgió como consecuencia del gran desarrollo de la computación y permitió realizar todos los procesos fotogramétricos. Con la misma crecieron las posibilidades de explotación de las imágenes, la 11 Capítulo I generación automática de modelos de elevación del terreno; orto imágenes, estereorto - imágenes, la visualización tridimensional y se simplificaron las tecnologías. Fotogrametría gráfica El uso de los principios de la geometría proyectiva marcó el inicio de esta disciplina. Para la época esta era la única forma en que se podían restituir las fotografías. Esta modalidad se basa en la intersección de líneas que parten de dos estaciones diferentes, es decir, de los puntos en que se tomaron las fotografías hacia un punto común. Fotogrametría arquitectónica La tarea fundamental es establecer la relación geométrica entre la imagen y el objeto a partir de la toma fotográfica. Una vez establecida correctamente la relación es posible realizar la representación gráfica y numérica del objeto fotografiado. Desde sus orígenes se procuró contar con medios técnicos que permitieran fundamentar los trabajos de investigación con una base sólida de documentación. Las técnicas de documentación y levantamiento por fotogrametría han sido objeto de un proceso propio de investigación. Fotogrametría Terrestre La Fotogrametría terrestre innovó las técnicas topográficas tradicionales, de campo y de restitución y en el último tercio del siglo XIX, empezó a tener aplicaciones prácticas en el levantamiento de las series de los mapas nacionales a gran escala. A principios de la década de 1930, la fotogrametría aérea empezó a desplazar a la terrestre, e impulsó una notable automatización de los trabajos de gabinete. En la segunda mitad del siglo XIX, nuevas técnicas e instrumentos aplicados al levantamiento topográfico y a la restitución de mapas, colaboraron en el avance de la producción cartográfica. El desarrollo de la fotografía, la progresiva adaptación de los aparatos empleados a la 12 Capítulo I topografía clásica y las innovaciones en la restitución, produjeron importantes cambios en el trabajo topográfico. El empleo de la fotogrametría terrestre en relieves de complicado acceso fue un incentivo para emprender tareas cartográficas ambiciosas y allanó el camino para la utilización de imágenes aéreas y la automatización del proceso cartográfico. Los servicios cartográficos oficiales fueron los más interesados en esas innovaciones, algunos embarcados en la renovación de sus series nacionales y otros en la culminación de las mismas. Fotogrametría estereoscópica En todo el mundo las vistas estereoscópicas fueron un enorme suceso. De acuerdo con ADAMS (2003), la estereoscopia surgió como fenómeno de masa en 1851 y fue presentada al público en ocasión de la Exposición Universal de Londres por David Brewster quien reveló el suceso de inmediato; vendiéndose en el Reino Unido más de mil imágenes estereoscópicas en ese mismo año. A finales del siglo XIX existía un amplio consenso en apreciar que los levantamientos fotogramétricos ofrecían resultados más precisos en áreas de montaña. Su empleo no se había generalizado por dos causas: en primer lugar los operadores, debían estacionar las cámaras en lugares que facilitasen la obtención de buenas vistas panorámicas y para ello las zonas montañosas eran favorables, mientras que las zonas llanas o de vegetación densa, debían levantarse por los métodos taquimétricos. En segundo lugar, las operaciones de gabinete para efectuar el dibujo del plano eran lentas y laboriosas. Los aparatos de campo sobre los que se basaba el método de las intersecciones contenían objetivos ortoscópicos que aportaban imágenes de proporciones correctas, capaces de producir perspectivas. 13 Capítulo I 1.3 Clasificación de la Fotogrametría La Fotogrametría está dividida en dos grandes apartados: 1. En función del modo de obtención: se habla de fotogrametría aérea o fotogrametría terrestre. En la fotogrametría aérea las fotografías son obtenidas, generalmente, desde aviones y el eje óptico de la cámara se dispone sensiblemente perpendicular al terreno. La fotogrametría terrestre se caracteriza por la obtención de la fotografía desde el propio terreno con el eje de la cámara tendiendo a la horizontalidad. 2. En función de la finalidad o del uso que de ella se realiza, se puede hablar de fotogrametría métrica o fotogrametría interpretativa. Con la primera se pretende realizar mediciones precisas a partir de fotogramas, localizando los puntos de interés de la forma más exacta posible y obteniendo finalmente planos topográficos. La segunda denominada comúnmente fotointerpretación, consiste en reconocer e identificar el objeto mediante análisis sistemático de las imágenes fotográficas intentando deducir su significado en la realidad. ¾ Fotogrametría aérea Es aquella que utiliza fotografías tomadas desde una cámara aerotransportada. Su eje óptico casi siempre es vertical, y su posición en el espacio no está determinada. Las cámaras usadas son de formato 23 × 23cm, las más apropiadas para los trabajos cartográficos a los cuales está destinada. Actualmente cobra importancia la fotografía aérea de pequeño formato, debido a sus ventajas de accesibilidad económica. Otra modalidad que gana importancia la constituye la fotogrametría espacial que utiliza imágenes estereoscópicas tomadas desde satélites de observación de la tierra. En muchas ocasiones, cuando se trabaja con fotografías aéreas se realizan simultáneamente ambas tareas, por un lado la métrica y por otro la interpretativa. 14 Capítulo I La fotografía aérea, es el principal material obtenido por la fotogrametría con fines cartográficos y se obtiene a través de una proyección geométrica central, utilizando una cámara fotográfica que haga pasar por su lente objetivo los rayos de luz en forma directa, impresionando una emulsión fotográfica (Herrera, 1987). Un fotograma sería la fotografía aérea vertical tomada con una cámara aérea calibrada (López – Cuervo, 1980). Las cámaras fotogramétricas no difieren sustancialmente su funcionamiento de las cámaras convencionales. Las primeras están preparadas para cubrir grandes extensiones de terreno en cada exposición y obtener la mayor cantidad y calidad posible de información. Utilizan filtros y películas de alta resolución e impresionan clichés de gran formato (23cm x 23cm). Un componente esencial de estas cámaras es su objetivo, formado por un sistema óptico centrado de lentes de alta luminosidad de muy alta calidad óptica y que provoca mínimas distorsiones. El producto más típico obtenido por las cámaras fotogramétricas es la fotografía aérea vertical, proyección cónica de una porción de superficie terrestre a la cual se le añaden una serie de elementos propios de las condiciones del vuelo realizado o de la cámara utilizada. Figura 1.3 Fotografía Aérea vertical ¾ Fotogrametría terrestre o fotogrametría a corta distancia. La fotogrametría a corta distancia es también conocida como fotogrametría terrestre y según ( Loch, 1994) “el caso d onde la fotografía es obtenida de un punto de la superficie terrestre”, obteniendo l os valores de los parámetros 15 Capítulo I de orientación externa. (Kraus,1993) clasifica l a fotogrametría a corta distancia como una rama de la técnica donde “el objeto debe estar entre 1m a 100m de la cámara, para el cual nuevas cámaras tienen que ser desarrolladas, las estéreo cámaras”. Cita de particular aplicación, útil en tareas de documentación y monitoreo de los objetos d onde l a conservación de sus características geométricas e s importante, y a s e a por motivos culturales o técnicos. El mismo autor dice que l a fotogrametría terrestre posee un caso normal cuya geometría deriva del caso normal de la fotogrametría aérea como se muestra en la figura siguiente. Figura 1.4 Caso normal de la fotogrametría terrestre (Kraus, 1993) Según Cooper, Robson y Atkinson (1996)2, “el término fotogrametría a corta distancia es usado para describir la técnica cuando la extensión del objeto es menor que los 100m y las cámaras son posicionadas próximas al eje”. Otra de las características asociadas con la fotogrametría a corta distancia, que la hacen diferente del mapeamiento aéreo, es que las imágenes son obtenidas en las posiciones de la cámara alrededor del objeto. “ L os ejes de las cámaras son paralelos solamente en casos especiales, usualmente est os convergen e n el centro del objeto”. “Las coordenadas de los puntos en la superficie de un objeto son requeridas para que exista una alta precisión homogénea a través del espacio del objeto”. (2) Cooper,M.A.R. e Robson, S.in Atkinson, K. B.:Close Range Photogrammetry and Machine Vision. Whittles Publishing, 1996. pgs: 9 a 51. Existe gran diversidad de problemas con las mediciones que pueden ser resueltos utilizando esta técnica, adoptando específica instrumentación y metodologías en cada caso particular para producir resultados con 16 Capítulo I especificaciones conocidas. (Coelho, 2000) menciona en otro criterio de clasificación, que en la Fotogrametría a corta distancia hay convergencia de los ejes ópticos sustituyendo el paralelismo, o sea, el foco no es dado al infinito. (Westphal, 1999) dijo que el término Fotogrametría a corta distancia puede ser impregnado cuando la distancia entre la cámara y el objeto no sobrepasa los 300m para fotogrametría terrestre, y l os 1000m para l a fotogrametría aérea. (Kraus, 1993) completa diciendo que las fotografías terrestres a largas distancias, son utilizadas apenas en casos especiales como por ejemplo en mediciones topográficas por expediciones y objetos glaciares. Características de la fotogrametría a corta distancia: • Las imágenes son obtenidas por vuelta del objeto. • El eje de las cámaras puede ser convergente. • Las fotografías son obtenidas de estaciones fijas y generalmente de posiciones determinadas sobre el terreno y deben respetar una distancia máxima de 300 metros entre la cámara y el objeto. ¾ Fotogrametría de objetos cercanos. Agrupa aquellas aplicaciones que no tienen carácter geodésico o topográfico. Se aplica para resolver problemas singulares, muy específicos. Son soluciones a la medida del problema a resolver. Esta división es la que abarca la mayor amplitud de técnicas para la toma de fotografías y su posterior restitución. 1.3.1 La Fotogrametría se clasifica en tres categorías: • Analógica, utilizando los componentes ópticos – mecánicos. • Gráfica, utilizando las relaciones geométricas. • Analítica/digital donde la modelación es matemática y el procesamiento es digital. 17 Capítulo I ¾ La Fotogrametría analógica En ella, un par de fotografías son colocadas en un aparato restituidor de tipo óptico o mecánico. El operador realiza en forma manual la orientación interior y exterior para crear el modelo estereoscópico, debidamente escalado y nivelado. El levantamiento de la información plani-métrica y altimétrica del modelo, se realiza también en forma manual, mediante el seguimiento con la marca flotante posada sobre los detalles de la superficie del modelo. Esta información es ploteada en una cartulina colocada sobre la mesa trazadora, relacionada con el modelo por medios mecánicos o eléctricos. La tarea fundamental de la fotogrametría es establecer la relación geométrica entre la imagen y el objeto a partir de la toma fotográfica. Una vez establecida correctamente la relación, es posible realizar la representación gráfica y numérica del objeto fotografiado. Según (Kraus, 1993) “la fotogrametría analógica existe cuando trabajamos con instrumentos óptico mecánicos en mediciones sobre fotografías. La fotogrametría analítica, cuando e n estas mismas fotografías las mediciones se hacen con instrumentos computadorizados. La fotogrametría digital, entonces, se distingue de las demás por usar imágenes grabadas por medio electrónico y herramientas computacionales que simulan la capacidad humana de visualizar, reconocer y almacenar elementos en éstas”. ¾ La fotogrametría analítica En ella, la toma de información es analógica y el modelado geométrico es matemático. Mediante el uso de un mono-comparador o de un estereocomparador integrado en el restituidor se miden las coordenadas (x; y) de los puntos pertinentes de las fotografías, estas coordenadas son procesadas por los programas del computador del sistema, que realiza el procesamiento de la orientación interior y exterior en forma analítica y procesa el levantamiento de la información del modelo que realiza el operador para llevarla a su correcta posición ortogonal, y finalmente almacenarla en una base de datos tipo CAD. 18 Capítulo I ¾ La fotogrametría digital “Fotogrametría digital es un proceso secuencial donde las fotografías analógicas son primeramente digitalizadas o las imágenes son directamente adquiridas por medio de cámaras digitales, entonces los datos digitales son procesados en computadoras sin asistencia humana directa” (Karara, 1989). Con la Fotogrametría digital crecen las posibilidades de explotación de las imágenes, a la vez que se simplifican las tecnologías. Permite la generación automática de modelos de elevación del terreno, ortoimágenes y estereortoimágenes, generación y visualización de modelos tridimensionales, etc. Para llevar a cabo la restitución digital las imágenes digitales son ingresadas en el computador y mediante visualización en pantalla de las mismas, el operador ingresa los puntos necesarios para realizar el proceso de orientación en forma matemática. La restitución puede ser un proceso iterativo con el operador, o ser realizada en forma automática por correlación de imágenes. La salida en la fotogrametría digital puede ser en formato raster o formato vectorial. (Kraus, 1993) conceptúa la fotogrametría digital como el "uso de sistemas computacionales en el procesamiento de las informaciones relativas a la restitución fotogramétrica de objetos, donde las cámaras digitales constituyen una nueva herramienta para l a automatización del proceso." ¾ Estéreofotogrametría Esta modalidad se basa en la intersección de líneas que parten de dos estaciones diferentes, es decir de los puntos en que se tomaron las fotografías hacia un punto común. Gracias a la capacidad de cálculo que ofrecen las computadoras el uso de esta forma de restitución se ha convertido, para algunos casos especiales, en una alternativa que puede competir con la estéreo fotogrametría. ¾ Estereoscopía Es un fenómeno natural que ocurre cuando la persona observa una escena cualquiera. Es la simulación de dos imágenes que son proyectadas a los ojos en puntos de observación ligeramente diferentes y el cerebro funde las dos imágenes. En el proceso se obtienen informaciones como la profundidad, 19 Capítulo I distancia, posición y el tamaño de los objetos, generando una sensación de visión de 3D. L a imagen percibida por el cerebro e s e l resultado de la combinación de dos imágenes captadas una en cada ojo. Este par de imágenes recibe el nombre de par estereoscópico, pudiendo ser captado por medio de fotográficas y cámaras filmadoras para posterior máquinas reproducción o ser producido por medio de software para modelar la imagen virtual con el SkechtUp y el 3DStudio MAX. ¾ Realidad Virtual, o ambiente virtual Es una tecnología de interfase avanzada entre un usuario y un sistema computacional. El objetivo de esta tecnología es recrear al máximo la sensación de realidad para un individuo llevándolo a adoptar esta interacción como una de sus realidades temporales. Se realiza en un tiempo real con el uso de técnicas y de equipamientos computacionales que ayudan en la ampliación del sentimiento de presencia del usuario. La misma permite la comprensión de la realidad virtual como simulación de la realidad a través de la tecnología. Se extiende a la apreciación de un universo no real (de íconos y símbolos). Otros Conceptos • Conservación: conjunto de trabajos que se ejecutan para obtener la durabilidad, seguridad y eficiencia máxima y mantener las características estéticas de la construcción. • Reconstrucción: trabajo que se realiza en las construcciones para sustituir o construir de nuevo elementos componentes total o parcialmente con el fin de devolverle su valor de uso y prolongarle su vida útil. Término permisible: revalorización. • Rehabilitación: acción dirigida a devolver en un edificio declarado inhabitable o inservible las condiciones necesarias para su uso original u otro nuevo. 20 Capítulo I • Renovación: trabajo que se realiza en las construcciones introduciendo variaciones en el diseño, cambios, o mejoras técnicas y funcionales en correspondencia con la época en que se realicen. • Reparación: trabajo que se realiza en las construcciones durante su explotación para arreglar o sustituir partes o elementos componentes. Según su alcance puede ser parcial o total; según su carácter, normal o urgente. • Restauración: trabajo que se realiza en las construcciones de valor histórico, arquitectónico o ambiental para preservar o restablecer sus características originales con estrictos requisitos de autenticidad. • Vida útil: tiempo que se fija para el uso de una construcción o de sus elementos componentes con la misma seguridad y eficiencia con que se proyectó y ejecutó. • Patrimonio: Son aquellos bienes de distinto tipo, producto del esfuerzo propio y de la educación recibida. Sentimiento inexplicable que el objeto, la edificación, la costumbre o la belleza del local transmite, ya sea por la valiosa cantidad de informaciones y acontecimientos contenidos, o por cargar consigo una historia. La noción del patrimonio se fundamenta en una versión de la historia que pretende tener la capacidad de reportar los hechos que realmente acontecieron, transformándolos en marcos que se imponen en el presente. Estos marcos instauran una temporalidad que organiza la historia tal como se cuenta. El acervo patrimonial seleccionado materializa un punto de vista social particular sobre determinado tema o hecho (KERSTEN, 2000). • Monumento: Obra conmemorativa. Objeto o documento histórico. La palabra monumento aplicada a las obras de arquitectura, designa un edificio construido para eternizar los recuerdos de cosas memorables. Concebido, erguido o dispuesto de modo que se torne un hecho de embelesamiento y de magnificencia en las ciudades. La idea del monumento está más ligada al efecto producido por el edificio que a su fin o destinación y esto se aplica a todos los tipos de edificaciones (Choay, 2001). 21 Capítulo I Ventajas de la fotogrametría • Reducción de costos, relacionado con el tamaño del área a restituir. A partir de las 200ha de superficie, el método fotogramétrico se torna competitivo frente al método topográfico, aumentando esta competitividad a medida que el área se hace más extensa. • Reducción del trabajo de campo. El trabajo de campo es un componente oneroso de todo trabajo topográfico, cuyo costo aumenta con la accesibilidad y las condiciones de clima adverso. La reducida cantidad de puntos y control necesarios en la fotogrametría, reduce la estadía en el campo. • Velocidad de compilación. El tiempo requerido para realizar un mapa fotogramétrico es mínimo comparado con el que requiere el levantamiento topográfico y su posterior trabajo de gabinete. • Dado el poco tiempo necesario para el levantamiento fotogramétrico con el que se obtiene una reproducción fiel del terreno, en un período determinado, facilita datos muy valiosos en los casos de cambios súbitos, como por ejemplo: durante o después de catástrofes naturales. • Flexibilidad. El método fotogramétrico puede ser realizado en un variado rango de escalas, dependiendo de la escala de las fotografías y del tipo de aparato compilador utilizado, además de la disponibilidad de recursos económicos y técnicos; por ello, es posible suministrar mapas o sustitutos con diferentes tiempos de producción, costos y precisión. • Registro multi-temporal. Es muy útil para verificar mapas fotogramétricos. Las fotos aéreas proveen un registro preciso del las características del terreno en la fecha en que fueron tomadas, lo cual permite realizar comparaciones entre fotos de otras fechas para evaluar los posibles cambios en el terreno. Las fotos aéreas también pueden ser empleadas para usos diferentes al del proyecto original, ya que además de ofrecer información métrica las fotografías aéreas proporcionan información de carácter cuantitativo y cualitativo. • La Fotogrametría se puede aplicar en regiones donde no pueden utilizarse los métodos clásicos como por ejemplo: en regiones intransitables tales como, ciénagas, desiertos, selvas vírgenes, territorios azotados por alguna epidemia u ocupados por fuerzas enemigas, debido a la característica intrínseca de la Fotogrametría, de que los objetos pueden ser medidos sin necesidad de estar cerca de ellos. 22 Capítulo I • La aero-fotogrametría aporta además una serie de ventajas tales como: la fotografía en si, la cual es un documento que permite efectuar cualquier control en un momento dado; obtener de ella datos jurídicos, geológicos, históricos y geogénicos de suma importancia. (Generalmente fotografías aéreas), y a los métodos y equipos de restitución. Objetivos de la documentación fotogramétrica La Fotogrametría es una disciplina basada en la reconstrucción 3D de la realidad a partir de imágenes bidimensionales, es por ello que sus ventajas y desventajas están estrechamente ligadas a las formas de registro. Entre los objetivos que pueden establecerse a la hora de realizar el inventario del archivo documental tenemos: - La creación de una base de datos que contenga y gestione la cartografía de los monumentos existentes. - La confección de un sistema de control y gestión de inventario de monumentos históricos. - El asesoramiento a las administraciones, museos, técnicos o particulares, sobre la cartografía de monumentos inventariados. - La obtención por parte del usuario de la cartografía en formato papel y/o formato digital. - Apoyar a la administración en los casos necesarios para levantamientos de carácter urgente, como posibles derrumbes, restauración, conservación etc. Ventajas del método fotogramétrico en la documentación La fotografía es la fuente más rica de información gráfica pues aparece completamente el objeto, salvo en raras excepciones como en el caso de ocultaciones que ocurre a veces en levantamientos arqueológicos y arquitectónicos. Por otro lado la utilización de pares de fotografías con recubrimiento común nos permite visualizar las imágenes formando un modelo tridimensional del objeto fotografiado (visión estereoscópica), permitiéndonos con ello, el levantamiento del objeto de forma tridimensional, parcial o total, según el estudio deseado de él. La aplicación de la Fotogrametría terrestre a los levantamientos arqueológicos, arquitectónicos y obras de arte se está imponiendo cada vez más, pues facilita 23 Capítulo I un censo o catálogo métrico del patrimonio artístico para legar a las futuras generaciones y además proporciona la información necesaria para una perfecta restauración y reproducción del objeto, en el caso de un deterioro por el paso del tiempo o una destrucción accidental. También las fotografías obtenidas las podemos archivar y obtener de ellas todos los datos necesarios del monumento, pudiéndolas explotar en cualquier momento o época y de múltiples formas tales como: obtención gráfica de alzados, perfiles de deformación, estudios de humedades, etc., e incluso se pueden obtener planos a distintas escalas. Los métodos fotogramétricos permiten además, no tener que tocar el objeto a fotografiar, cuestión esta que en otras técnicas de levantamiento es necesario teniendo numerosas ventajas, entre las que se destacan las siguientes: - Representar piezas de gran fragilidad, riesgo de rotura o traslado y de destrucción, como en los casos de estatuas endebles o quebradizas, pinturas, retablos de iglesias, etc. - Permite alcanzar las partes inaccesibles de aquellos monumentos de gran tamaño. - Estudio detenido y detallado de objetos encontrados en un instante determinado, pudiendo conocer sus dimensiones y posición relativa espacial de unos con respecto a los otros. En cuanto a las excavaciones arqueológicas estos métodos poseen otra ventaja como lo es la rapidez en la obtención del registro de datos, en un proceso que normalmente comprende la destrucción completa de los estratos e incluso las estructuras que se excavan. Esto es muy importante, pues si aplicamos otras técnicas de levantamiento, podemos pecar en el olvido o la falta de documentación de los elementos que aparecen en los estratos excavados, además como son levantamientos de escalas grandes, obligan a tener que andar sobre el yacimiento lo que puede provocar daños, dejar huellas o ensuciar el mismo. Todas estas ventajas son escasamente utilizadas pues la mayoría de los levantamientos se reducen a la utilización de la topografía. Esta reducción de desarrollo se debe principalmente, al poco personal especializado dedicado a 24 Capítulo I este tipo de trabajos, así como al costoso material utilizado para realizar este tipo de levantamientos (restituidores, cámaras métricas, equipo topográfico). Pero todas las ventajas que se derivan de las posibilidades de este tipo de registro no tendrían sentido si no existiera un método que permitiera pasar de la información bidimensional proporcionadas por las fotografías a la información tridimensional que necesitamos para determinar la forma, dimensiones y posición en el espacio del objeto de nuestro estudio. Este método es conocido con el nombre de método general de la fotogrametría para lo cual es necesario dos fotografías tomadas desde dos puntos de vistas diferentes y a partir de la reconstrucción de la forma de cada uno de los haces y de sus situación en el espacio con respecto a un cierto sistema de referencia, usando el principio de la visión estereoscópica que permite identificar los rayos homólogos de cada haz, es capaz de proporcionarnos las coordenadas de cada uno de los puntos objetos. Desventajas de la fotogrametría • Visión de la superficie del terreno cuando existe densa cobertura vegetal. En este caso es imposible ubicar la marca flotante sobre el terreno por lo que se debe presumir una altura promedio de la vegetación con respecto al suelo. Sin embargo, como la cubierta vegetal tiende a suavizar los accidentes topográficos del terreno, siempre existirán errores en la ubicación de las curvas de nivel, aunque se pueda verificar la cota en los claros que existan en la vegetación. • Ubicación de curvas de nivel sobre superficies planas. El determinar la trayectoria de una curva de nivel en un terreno plano tiene un alto grado de dificultad, debido a la imprecisión en la colocación de la marca flotante, en consecuencia, se colocan puntos acotados en la restitución o se complementa con trabajo de campo. • El lugar debe ser inspeccionado para determinar aquellos elementos que no son visibles en forma satisfactoria o que cuya naturaleza exacta no puede ser determinada en el estéreo modelo. • Siempre es necesario realizar un control de campo. 25 Capítulo I • Inversión considerable de equipo y de personal especializado por lo que su costo es elevado. • Para realizar nuevos levantamientos se requiere la obtención de nuevas fotografías. Algunos organismos internacionales de Fotogrametría • La Sociedad Internacional de Fotogrametría y Sensores Remotos (ISPRS). • La Sociedad Americana de Fotogrametría y Sensores Remotos (ASPRS). • La American Society of Photogrammetry (ASP). • UNESCO • Consejo Internacional de Monumentos y Sitios (ICOMOS). • Comité Internacional de Fotogrametría Arquitectural (CIPA). 26 Capítulo II Capítulo II Productos fotogramétricos y sus aplicaciones. La informática en las dos últimas décadas ha tenido un considerable avance. Con la producción de equipamientos computacionales cada vez más veloces y el aumento de la capacidad de memoria electrónica para el almacenamiento de los datos, la Fotogrametría y el desarrollo de sus productos ha dado un gran salto en cuestiones de precisión, calidad de la imagen, mayor diversificación de los productos y velocidad en la obtención de los mismos. Los productos hoy obtenidos a través de la fotogrametría contienen un valioso caudal de informaciones que, una vez descifradas por especialistas y técnicos en sistemas de procesamiento, constituyen una importante herramienta para la realización y control de muchos aspectos de la actividad práctica del hombre. La fotogrametría genera productos finales, gráficos, fotográficos y/o digitales, en función de la aplicación que tendrán los mismos. Según el proceso y su forma final, estos productos se pueden agrupar según los tipos que se describen brevemente a continuación. 2.1 Productos fotogramétricos ¾ Mapa de líneas Es el producto por excelencia de la fotogrametría. Existen dos modalidades de medios de presentación de los mapas: los tradicionales, los que son ploteados sobre una mesa de dibujo por el aparato restituidor y los numéricos que son realizados mediante una interfase que conecta los movimientos del aparato restituidor para que puedan ser realizados mediante un programa CAD (Computer Assisted Design). En estos programas los elementos que conforman la información que se extrae del modelo se registran mediante puntos, líneas y polígonos, en diferentes capas según su contenido temático. Esta información puede editarse y completarse una vez hecha la restitución, por lo que se obtiene un plano digital del terreno que por su naturaleza, se presta especialmente para su utilización en los Sistemas de Información Geográfico (SIG). 27 Capítulo II ¾ Puntos de control Por medios fotogramétricos se pueden determinar las coordenadas espaciales (X, Y, Z) de puntos sobre el terreno para densificar los puntos que ya se conocen, los cuales son obtenidos por medios topográficos. ¾ Foto mosaico Es un ensamblaje de dos o más fotografías que presentan entre ellas un área común. Se clasifican en: - Controlados: fotos rectificadas y trianguladas. - Semicontrolados: fotos rectificadas o trianguladas. - No controlados: fotos sin rectificar ni triangular. ¾ Ortofoto Es una fotografía o un conjunto de fotografías cuyas imágenes de los objetos se encuentran en su verdadera posición planimétrica, esto se logra mediante un proceso denominado rectificación diferencial, en el cual se eliminan los efectos de la inclinación y el desplazamiento por relieve, propios de las fotografías. Por ello, las ortofotos son equivalentes a los mapas de líneas en lo referente a su precisión geométrica. ¾ Ortofotomapa Es una ortofoto hecha a una escala determinada, sobre la cual se añade la información convencional que posee un mapa. ¾ Ortofotomapa topográfico Es un ortofotomapa al cual se añaden las curvas de nivel. ¾ Ortofoto estereoscópica Está conformada por dos imágenes donde la imagen izquierda es una ortofoto de la fotografía izquierda y la imagen derecha es una ortofoto de la fotografía derecha y contiene la suma de los ejes en x, obtenidos de las variaciones de altura de los puntos correspondientes del terreno. Esta última ortofoto es denominada estereomate, la que puede ser considerada como una proyección paralela oblicua del terreno sobre el plano de proyección. 28 Capítulo II 2.1.1 Productos para la ilustración estereoscópica Constituyen una valiosa herramienta en aquellas ilustraciones donde mostrar el relieve, es el fin fundamental. Son frecuentemente utilizadas en geología donde es indispensable exponer las formaciones en tres dimensiones y en las ciencias forestales, donde es importante definir las diferencias de altura en diversas coberturas vegetales contiguas. ¾ Estereograma Es un par estereoscópico correctamente orientado y montado, cada imagen una al lado de la otra, a fin de facilitar la visión estereoscópica mediante el uso del estereoscopio de espejos o incluso sin necesidad de ellos cuando el usuario tiene bastante experiencia en observar este tipo de producto. Una variación del estereograma es el estéreo triplete el cual usa tres fotografías sucesivas extendiendo así el área de observación. ¾ Anaglifo Es un par estereoscópico correctamente orientado y montado donde las imágenes se superponen. Para que cada ojo vea su respectiva fotografía, las mismas son impresas en colores complementarios (rojo y verde, o rojo y azul) y son observadas a través de filtros de un color complementario al usado en la impresión. Con esto se consigue que cada ojo observe su respectiva imagen ya que el filtro delante de cada ojo deja pasar la luz proveniente de la imagen correspondiente haciendo negra la otra. La desventaja principal es la pérdida de calidad en la coloración. a) Ej. De imagen anaglifo b) Espejuelos utilizados para visión estéreo con anaglifo [Wood, 2000]. 29 Capítulo II Las ventajas de este tipo de estéreo son: • Necesita apenas un proyector o monitor. • Puede ser impresa. • Bajo costo productos a que los espejuelos son fácilmente confeccionados. Estereoscopio El estereoscopio es un instrumento compuesto por lentes que direccionan una de las imágenes del par estereoscópico para el ojo derecho y la otra para el ojo izquierdo, permitiendo visualizar l a imagen de forma tridimensional. Este aparato separa físicamente l as visiones izquierda y derecha, eliminando la posibilidad del cruzamiento entre las visiones. En esencia, el estereoscopio está constituido por un par de lentes convexos montados sobre un soporte (Alves, 1999; Machado, 1997). Una de las grandes ventajas que ofrece el mismo es que le permite al observador ajustar la distancia pupilar entre las lentes, bien como ajuste la distancia de visualización. Su esquema básico puede ser observado en la siguiente figura. Figura 2.1 a ) Estereoscopio b) Esquema básico de un estereoscopio. Vídeo Estereoscópico Este proceso puede ser simulado a través de dos cámaras organizadas con la misma distancia ínter ocular de los ojos humanos, luego se colocan las cámaras separadas una de la otra con base en esa distancia y se simula el sistema visual humano. Cuando cada imagen de las cámaras fuera presentada al ojo correspondiente, las dos imágenes serán fundidas en una única imagen por el cerebro, produciendo la ilusión de visión estereoscópica (Johanson, 2009). 30 Capítulo II La fotografía. Tipos de cámaras La fotografía es el registro del haz perspectivo de rayos generados por el objeto por medio de una cámara métrica. La mayoría de los trabajos fotogramétricos están apoyados en fotografías métrica, las que tienen características especiales con respecto a la fotografía convencional, al tener que utilizar cámaras especiales denominadas métrica o semimétricas con características propias: como conocimiento con precisión de la focal utilizada, conocimiento de la posición del punto principal (intersección del eje óptico con el plano de la fotografía), conocimiento de la función de distorsión del objetivo, utilizando para ello objetivos corregidos de distorsión, etc. Existen tres tipos de cámaras que pueden ser usadas en el levantamiento fotogramétrico: cámaras métricas, semi-métricas y no métricas. ♦ Las cámaras métricas además de las partes comunes de todas las cámaras fotográficas (objetivo, diafragma y obturador), presentan marcas de referencia* y dispositivos para mantener el filme plano, tales como placas de vidrio y l as placas para adherencia al vacío, colocados en cliché (cuadro del negativo). L a orientación de las fotografías es responsabilidad del operador de la cámara que controla su posición manualmente (SILVA, 1999, p 31). ♦ Las cámaras semi-métricas consideradas para incorporar una placa reserva, o sea, una placa de vidrio que contiene marcas grabadas a distancias uniformes que sirven para corregir el efecto de deformación y dislocamiento del plano imagen (SILVA, 1999, p 33). ♦ Finalmente, las cámaras no métricas son producidas para la fotografía profesional. La calidad geométrica no es lo fundamental, pero si es necesaria l a geometría de la imagen. No presenta orientación interna, marcas de referencia, foco fijo y pueden ser calibradas. Hay gran disponibilidad comercial para este tipo de cámaras (LOCH, 2002). * Referencias: dispuestas en un punto medio de las márgenes o en los ángulos del cuadro del plano de la imagen, cuyas diagonales se interceptan en un punto central denominado punto principal (SILVA, 1999, p31). 31 Capítulo II ¾ Cámaras electrónicas Los argumentos más interesantes a favor de las cámaras electrónicas actuales no están centrados e n la calidad de la imagen, sino en el plazo práctico. Con una cámara sin filme se puede ver una imagen en instantes, algunas veces en segundos después de la captura. La gran ventaja es exactamente eliminar el largo proceso de tomar la foto, hacer la revelación, digitalizar el filme e imprimir la imagen en la tela para obtener una versión digital de alta calidad (MELLO, 2002). ¾ La cámara convencional Depende del filme y el papel, por tanto, la calidad de la fotografía también depende de varios factores para el alcance de un buen resultado. Por ejemplo la uniformidad del plano del filme, si el mismo e s nuevo o no h a sido expuesto a extremos de temperatura o a la luz. ¾ La cámara digital Sustituye el filme en las cámaras convencionales por un semiconductor especializado, un pedazo de silicio que conduce parte de la electricidad pero no toda llega a ella. Este tipo de semi-conductor s e llama CCD, (Charge Coupled Devices – dispositivo de acoplamiento de carga) (ROSE, 2002). Este conductor s e compone de millares de elementos fotosensibles separados y organizados en un grado que generalmente corresponde a la forma del visor. La imagen atraviesa l a objetiva y pasa en CCD que convierte l a luz en impulsos eléctricos. La intensidad de la carga varía dependiendo de la intensidad de la luz que pasa en cada elemento. Este aspecto es muy parecido con el filme. Las ventajas del CCD cámaras, comparadas con l as fotografías convencionales, además de la eliminación de etapas y procesos de la revelación, están en el tamaño, peso, dinámica de alcance, sensibilidad óptica, estabilidad y linealidad. La mayoría de las cámaras digitales también permiten desechar las fotos mal tiradas, así no s e desperdician fotos reveladas sin necesidad ni memoria para almacenarlas. Todo indica que CCDs son 32 Capítulo II excelentes sensores fotogramétricos; no o b s t a n t e , son limitados por el formato, l a calidad artificial (defectos debido a efectos técnicos, ruido, etc.), y el encuadramiento de valores (WARNER, GRAHAN, READ, 1997, p.129). El avance de la tecnología de construcción de los sensores CCD en línea y en matriz, permite la disponibilidad de imágenes digitales para un mapeamento cada vez mayor tanto las obtenidas de satélites de alta resolución como de las recientes cámaras digitales fotogramétricas. Esta tecnología también está disponible en las cámaras digitales para el consumidor común (SILVA; MELLO; OLIVEIRA; 2005). La mayor limitación de las cámaras digitales es l a resolución. L a s cámaras analógicas permiten una calidad e n l a i m a g e n superior a la cámara digital, no obstante, con l a velocidad del avance tecnológico en pocos años, las mismas serán capaces de ofrecer la resolución necesaria para satisfacer prácticamente las características de las imágenes analógicas. 2.1.2 Recomendaciones de cámaras. Sus propiedades Para los levantamientos fotogramétricos: ♦ Cámara semi-métrica digital dp3210 con 3,2 mega píxel; Rollei, juntamente con e l S o f tware RolleiMetric MSR Plan, p r o d u c t o s p r o c e d e n t e s d e A l e m a n i a . Este software posee una versión más simplificada que puede ser adquirida gratuitamente, p e r o misma soporta solamente archivos del la formato ( R D C ) , Rollei Digital Cámara, obligando al usuario a comprar, c o m o mínimo, l a cámara. Este software trae e l “hard lock” (llave de seguridad).El programa posee más funciones y reconoce otros tipos de formato de archivo tales como: jpeg, tif, bmp y rdc. 33 Capítulo II Figura 2.2 Cámara digital Rollei dp3210 - Cámara semi-métrica digital de gama alta con 3,2 mega píxel. Objetivo zoom 10x D-VarioApogon de alto valor y zoom digital 4x. Opción de grabar vídeo con sonido. Para trabajos de restitución ♦ Cámara analógica Pentax Pams-645, semi-métrica, de medio formato, para diapositivas con tamaño nominal de 6.0 x 4.5cm con constante de cámara*1 de 44,10mm y dispositivo de vacío. Figura 2.3 Cámara analógica Pentax Pams-645 *1 Es la distancia entre el plano principal de las lentes, y el centro de proyección de los rayos en la cámara, en el caso donde el objeto próximo no es enfocado al infinito, usando rayos convergentes. En el caso de foco en el infinito, d onde l os rayos son paralelos, l a constante de la cámara se aproxima de la distancia focal, no siendo igual por el efecto de la distorsión radial de las lentes y por la variación en la abertura del diafragma. *2 El chip responsable de registrar la imagen puede moverse libremente para el frente y para atrás, focalizando la imagen automáticamente. 34 Capítulo II ♦ Cámara digital Olympus C-820L, no métrica, autofocos*2, con chip de memoria para 16 imágenes utilizando 1024 x 768 elementos sensores de aproximadamente 10∝m y cabo serial. Figura 2.3 Cámara digital Olympus C-820L 2.2 Software que pueden ser utilizados en Fotogrametría. Delta-Latino: Sistema de restitución sobre las estaciones fotogramétricas DPS Geosystem Microstation: Sistema CAD para el tratamiento y edición de vectores. Una de sus funciones está en la realización de la limpieza y creación topológica. o Geographic: Aplicación desarrollada sobre el lenguaje de desarrollo de Microstation. o TerraModel: Aplicación desarrollada para trabajar sobre Microstation. Permite la creación de superficies a partir de puntos y líneas de ruptura con Z conocida. ACAD: Sistema CAD empleado para la creación de los elementos sólidos y realización de las operaciones de unión, intersección y diferencia. 3DS max 4: Sistema destinado para la modelación, tratamiento de textura, asignación de luces, asignación de cámaras y animación de los objetos. Photoshop: Sistema destinado para el procesamiento de imágenes. Access: Sistema de gestión de base de datos sobre Microsoft. Desarrollo de herramientas MDL y macros: Para la determinación automática de la altura de las edificaciones. Rollei Metric MSR (Metric Single Image Retification), constituye un sistema fotogramétrico que efectúa l a avaluación 2D de cualquier objeto. Disponible en tres versiones: 35 Capítulo II Versiones del Software Rollei Metric MSR: - MSR Free, versión gratuita; posibilita el uso de fotos obtenidas solamente a través de cámaras de la serie Rollei, o sea, archivos RDC. No necesita llave de seguridad para su uso. - MSRlight, permite l a utilización de imágenes e n f o r m a t o s BMP o TIF. - MSR full version, l a más completa, p e r m i t e e l u s o d e a r c h i v o s en formato JPG. El programa combina la posibilidad de procesar las imágenes digitales y representarlas a su escala real en cualquier tipo de plano y transforma imágenes perspectivas en proyecciones paralelas correspondientes a las rectificaciones en escala real. Las transformaciones de estas imágenes en proyección paralela son obtenidas a través de la información de un objeto conociendo puntos de control o redes que puede ser usado en varias áreas en que se exige la representación de la escala real de forma rápida y económica tales como: e n la arquitectura, la industria, cuidado y conservación de monumentos, la cartografía de pequeña escala, accidentes de tránsito y la tecnología criminal. RolleiMetric MSRParallel. Software de rectificación a) b) Restitución a partir del AutoCad Retificación a partir de líneas paralelas sobre el objeto. Para el uso de este software se recomienda su instalación en un microcomputador con algunas configuraciones mínimas: IBM compatible con PC equipado con procesador Pentium. Velocidad mínima de 166 MHz. 36 Capítulo II 32 MB RAM. Disco rígido con capacidad mínima de memoria de 2 GB. Alta resolución gráfica de la tela (mín. 800 x 600 píxeles). Sistema operacional Windows 98. Pero el mínimo recomendado por el fabricante para obtener un uso más satisfactorio sería: IBM compatible con PC equipado con procesador Pentium ≥ 256 MB RAM Sistema operacional: Windows XP, Windows NT, Windows 2000. Software Photomodeler. El Photomodeler es el software más utilizado en los levantamientos catastro del patrimonio histórico edificado. El bajo costo del equipamiento involucrado, el poco personal empleado y su agilidad son algunas de las ventajas de este método en comparación con los otros métodos de catastro; sus procesos y herramientas automatizados posibilitan que los trabajos se tornen muy productivos. Metodología propuesta para la utilización del Photomodeler. ( Realizado por Guillermo Francisco Zucatelli, Brasil). Paso 1. Calibración de la Cámara Antes de iniciar cualquier trabajo debe ser calibrada la cámara y el software. En la carpeta en que fue instalado el Photomodeler existe un archivo PhotoModelerCalibrationGrid.pdf, donde se encuentra una hoja tamaño A4 con un trazado de calibración que será necesario imprimir una copia de ésta, para utilizarla posteriormente. Abriendo el Software y haciendo clic en File – New Project aparecerá esta pantalla. 37 Capítulo II Fig. 1 – New Project Seleccione la opción Photomodeler Calibration Project -> Next -> Next. Aparecerá una caja de texto donde usted deberá nombrar a su máquina fotográfica y luego presionar Next, Fig. 2 – Nombre de la cámara Preguntará si fue usado zoom en el trabajo. Independientemente de la respuesta, la cámara deberá siempre trabajar a un mismo zoom. Cuando se cambia éste se cambia también la distancia focal, sin embargo el software solo reconoce una distancia focal por máquina. Por lo que se debe proceder al uso de diferentes zoom a repetir el proceso de calibración para cada zoom, nombrando cada uno de manera diferente. En los pasos siguientes tenemos la opción de escoger el tipo de cámara a ser utilizada (Digital, 35mm, Polaroid, etc.). Haciendo esto, el software pedirá dónde están localizados los archivos de imágenes de la hoja de calibración. 38 Capítulo II Fig. 3 – Imágenes de calibración La hoja, previamente impresa, deberá ser colocada sobre una superficie lisa, de donde deberá ser fotografiada desde diferentes posiciones y ángulos. El software aconseja que tal acción sea realizada usando un trípode para que no ocurra temblor en las fotos. Deberán ser obtenidas entre 6 y 12 fotos para que el software consiga adquirir todos los parámetros necesarios. Salve las imágenes para la calibración en un lugar conocido. Haga clic en Add/Remove Image(s) → Change directory y seleccione el directorio donde usted salvó las imágenes. Fig 4 – Seleccionando imágenes para calibración Haga clic en All para seleccionarlas todas o selecciónelas una por una. → OK → Next → Finís. Aparecerá la siguiente pantalla. 39 Capítulo II Fig 5 – Ejecución de calibración El próximo paso será ejecutar la calibración haciendo clic en Execute Calibration, en la caja de mensaje abierta en el centro de la pantalla. La calibración se dará automáticamente; llevará algunos minutos dependiendo de la calidad de las imágenes. Fig 6 – Calibración Automática Terminando este proceso cierre la ventana interna haciendo clic en Close y salve el proyecto, haciendo clic en File → Save Project y dando un nombre al archivo creado (Ejemplo: sony.pmr). La calibración está lista y el archivo creado posee los datos de la cámara. Paso 2. Levantamiento fotográfico Definida la máquina fotográfica a ser usada, el levantamiento fotogramétrico necesita de las fotografías obtenidas de las fachadas, tejados y detalles de 40 Capítulo II manera tal que haga una sobre posición donde los puntos en común estén, por lo menos, en tres fotos. Las imágenes obtenidas deben preferentemente tener la misma distancia del objeto debido a la corrección luminosa automática de la cámara. Una imagen obtenida a mayor distancia cambia la textura del objeto. Para los trabajos con muchos detalles pequeños, lo ideal sería obtener fotos a la misma distancia usando el zoom de la máquina y calibrando esta como otra máquina. La máquina deberá ser mantenida lo más estable posible para que no ocurra la distorsión de la imagen para lo cual se debe usar un trípode. En el campo, se debe obtener una medida de control para que el software reconozca la distancia real de los objetos. Para esto existen dos métodos: - Método de la distancia conocida: Con cinta se mide la distancia entre dos puntos conocidos. A partir de este se conoce automáticamente los otros. - Método de las coordenadas conocidas: Conociendo dos o más coordenadas de puntos (Puntos de control) del objeto por métodos topográficos (Estación total o Teodolito) son descubiertas las medidas del objeto. El método topográfico posee la ventaja de ser capaz de geo-referenciar el objeto, o sea, para hacer la ubicación del espacio en la tierra. Los demás pueden realizar el levantamiento, no necesitando la estación total o el teodolito. Paso 3. Definir el objeto de estudio El objeto de estudio elegido para realizar el levantamiento fotogramétrico en este caso fue una de las construcciones de la Isla Anhatomirim, Florianópolis. La Fortaleza de Santa Cruz, estratégicamente situada en la entrada de la Bahía Norte fue construida en el siglo XVIII. Constituye uno de los vértices del sistema triangular de defensa idealizado por el brigadier Silva Paes. Su 41 Capítulo II construcción inició en 1739 y fue concluida cinco años más tarde. Su arquitectura tiene trazos de influencia renacentista. Está en una isla con gruesas murallas y sus edificios se distribuyen de manera dispersa en diferentes niveles. La mayoría de los materiales utilizados en su construcción son de la propia región con excepción de los elementos de cantera y los “lioz” – especie de mármol portugués existente en los alfeizares de las puertas, escaleras y algunas bases de los cañones. Figura 7: Isla de la Fortaleza de Anhatomirim La nueva casa del comandante, edificación escogida para este trabajo, fue edificada cerca de 1895 en el lugar donde estaba la capilla de la fortaleza, demolida para dar lugar a esta construcción. En ella vivían el comandante y el médico de la fortificación. Figura 8: Nueva Casa del Comandante Paso 4. Iniciando el Proyecto Ejecutando el Photomodeler, iniciamos un nuevo proyecto en: File → New Project → AStandart PhotoModeler Proyect → Next → Next. 42 Capítulo II El software pregunta por la unidad de dimensión a ser utilizada y la mayor dimensión aproximada del objeto. La dimensión atizada será en metros y la unidad aproximada es veinte metros. Next. Figura 9: Parámetros de proyecto – ventana 01 Para seguir será necesario definir la cámara. Como la calibración ya fue hecha y salvada en un archivo, se selecciona la opción Acalibrated camera or e previously used in Photomodeler. En la próxima ventana existirán dos campos: el de arriba, para usar una cámara de un proyecto ya existente y el de abajo, para buscar un archivo de calibración. Haciendo clic en Browse, seleccionamos el archivo previamente creado (*.pmr) Next: - Se abre una ventana que contiene los parámetros de la cámara. Next. - Adicionamos las fotos obtenidas en el campo: Add/Remove Images - Seleccionamos solo tres fotos (Figura 10) de este modo el proyecto va a desarrollarse, adicione más fotos. Next → Next → Finished. Figura 10: Fotos iniciales del proyecto 43 Capítulo II A partir de ese momento se inicia el proceso de vectorización de las imágenes. Los puntos, líneas y curvas en común en las imágenes deberán ser marcados y conectados entre si. Después de estas demarcaciones, debemos hacer que el software procese el trabajo y entonces demarcamos las caras. Para auxiliar la marcación, la herramienta del zoom puede ser utilizada de dos maneras, la rueda central del Mouse con la tecla Alt. ó situar el Mouse sobre una región y apriete scape. Figura 11: Zoom local (tecla Alt.) Paso 5. Inicio de todos los proyectos por los puntos Iniciamos todos los proyectos por los puntos y a partir de ahí podemos referenciar las fotos entre ellas. Para que las imágenes sean referenciadas una de otra debemos: - Referenciar seis puntos de esta en otra foto. - Referenciar tres puntos que estén referenciados, por lo menos, en otras dos fotos. Con un doble clic en la imagen número 1 la imagen abrirá. Haciendo clic en Mark Points Mode o apretando el número 2 (dos) del teclado, activamos la demarcación de los puntos. Como ejemplo marcaremos las molduras de las ventanas. Todos los puntos poseen un número (ID). 44 Capítulo II Ejemplo 12: Demarcación de los primeros puntos Este proceso puede ser repetido infinitas veces a lo largo del proyecto, así se puede comenzar por los objetos mayores y luego terminar los detalles. A continuación comenzamos a referenciar los puntos y hacemos clic en Referente mode o apretamos la tecla R, se abrirá una nueva ala e informaremos la imagen de referencia al mismo punto ya marcado y la imagen de destino, donde será marcado. Figura 13: Modo de referencia Seleccionamos la imagen de destino y aparecerá en una ventana al lado de la imagen de referencia. Luego se seleccionan los puntos y situando el Mouse sobre la imagen de destino aparecerá el punto a ser referenciado en color 45 Capítulo II amarillo en la imagen de referencia. Haciendo esto para todos los puntos, automáticamente pasará para la próxima imagen. Los mismos puntos no deben ser referenciados en muchas imágenes pues habrá mayor propagación de errores. Figura 14: Referenciando los puntos. Paso 6. Definición de las líneas La línea es definida como una recta que va de un punto a otro, de este modo, el proceso de creación de líneas puede ser hecho empatando puntos ya definidos o creando nuevos. Hacemos clic en Mark Line mode o presionamos la tecla (4), podemos definir la recta. Con esta herramienta podemos hacer clic en puntos ya existentes o crear nuevos puntos. Figura 15: Definiendo las líneas 46 Capítulo II Paso 7. Definición de las curvas Los elementos curvos pueden ser definidos por la herramienta Mark Curves Mode o apretando la tecla (7). Se debe ir haciendo clic en los bordes del elemento, rodeándolo lo más parecido al objeto que sea posible. Las curvas deben ser marcadas en el objeto antes de ser referenciadas. Paso 8. Procesamiento El procesamiento consiste en ajustar los puntos a través de métodos estadísticos, determinando sus desvíos. En caso de que este fuera muy grande, el software corregirá el desvío. Para proseguir el proyecto deberá ser corregido el punto problemático. Para procesar el proyecto hacemos clic en Precess o presionamos la tecla (F5). Se abrirá una ventana con las sugerencias; entonces presione en Process. Figura 16: Procesamiento OK Paso 9. Creación de las caras Las caras son, tal como las líneas delimitadas por puntos. Para facilitar la visualización hacemos clic en Open a 3D view, o presionamos (F7). En la A. Visibility, seleccione Points, lines, Superpaces – Fast Texturas, OK. 47 Capítulo II Figura 17: Opciones de visualización Aparecerán en vista 3D, las líneas delimitadas por las molduras de las ventanas. Haciendo clic en Path Mode, haga clic en los puntos que definen los planos y terminando haga clic derecho en Finish Surface. Figura 18: Creación de las caras Paso 10. Definición de la escala Para definir todas las medidas del objeto definimos a partir de las distancias de los puntos conocidos. Haciendo clic en Project → Scale/Rotate… → Scale. En distancia, medida con el valor obtenido de la medición en el campo. Seleccione los dos puntos y haga clic en Define. 48 Capítulo II Figura 19: Creación de las caras Paso 11. Se exporta el Proyecto Existe la posibilidad de exportar el proyecto por: ¾ Ortofoto Una ortofoto es una imagen fotográfica que fue rectificada diferencialmente para remover cualquier distorsión de geometría (posición e inclinación) y los desplazamientos debido al relevo. Para obtener la ortofoto de una fachada se hace clic en File → Export Ortho Photo. La ortofoto es definida a partir de un plano (la fachada). Para esto es necesario definir tres puntos de fachada y en Project Plane hacemos clic en 3 Points, así se definen los planos y el origen de los ejes. Haciendo clic en Update preview se visualiza una miniatura de la ortofoto. Luego, clic en Export y se define la carpeta y el nombre del archivo (.tif). Figura 20: Creación de la Ortofoto. 49 Capítulo II Paso 12. Creación del modelo tridimensional Existen diferentes tipos de extensiones de archivo que el PhotoModeler exporta: .dxf, .3ds, .wrl, .obj, etc, pero se toman principalmente las extensiones dxf y 3ds. • Formato dxf Este formato posibilita el uso del proyecto en modo vectorial (AUTOCAD), utilizado para hacer mediciones, catastro, plantas bajas, etc. • Formato 3ds Muy utilizado en la animación gráfica ya que permite visualizar el objeto virtual con sus texturas. Para obtener la ortofoto se da clic en File → Export Model. Haciendo clic en OK, basta escoger el nombre del archivo y la carpeta de destino. Figura 21: Creación del Modelo Tridimensional Paso 13. Obtención del objeto de estudio 3D El levantamiento de la edificación genera el objeto en 3D. 50 Capítulo II Figura 22: Objeto en 3D Nota de la Metodología: Las fotos presentadas en esta metodología fueron obtenidas a diferentes distancias del objeto. Esto debe ser evitado para que no exista diferencia de luminosidad, consecuentemente las texturas de las caras entre las imágenes cambiadas. Figura 23: Diferencia de las texturas Figura 24: Distancia Base 51 Capítulo II Algunos factores pueden ser relevantes para la disminución del error como: - Calidad de la máquina. - Calidad de la foto (bien posicionada, totalmente sin ruido la imagen) - Filo visual. Figura 25: Obtención del modelo vectorizado 52 Conclusiones Capítulo 3. La Fotogrametría como herramienta para la conservación de bienes que formen parte del patrimonio cultural y arqueológico. 3.1 Ejemplos de trabajos realizados para la conservación del patrimonio mediante el uso de la Fotogrametría 3.1.1 “Implementación de un registro fotogramétrico del Patrimonio Arquitectónico de la cuidad de Bahía Blanca”. Autores: Ariel Luis Raniolo; Hilda Gismano; Nora Plana; Elsa Aguirre; Cecilia Bergallo. (Universidad Nacional del Sur – Departamento de Ingeniería). Este primer trabajo describe las tareas desarrolladas a partir de técnicas simples de fotogrametría en combinación con sistemas de información geográfica para la preservación del patrimonio arquitectónico de la Ciudad de Bahía Blanca, Argentina. Su objetivo principal consistió en conformar un registro fotográfico que permitiera con posterioridad, realizar tratamientos de restauración o reconstrucción sobre inmuebles. Se siguieron los lineamientos de rigurosidad propuestos por los principales organismos nacionales e internacionales (ICOMOS: Consejo Internacional de Monumentos y Sitios - CIPA: Comité Internacional de Fotogrametría Arquitectural). En el trabajo se propone la cámara digital como herramienta de un futuro inmediato para este tipo de levantamientos, exponiendo sus características más importantes para tal fin. Bahía Blanca, Argentina cuenta con un gran número de construcciones y monumentos declarados como patrimonio histórico, registrados en el municipio en un sistema de inventario convencional (registro gráfico, sin soporte digital), por este motivo, su grado de actualización data de una década atrás. Con el fin de preservar estas construcciones se pensó desarrollar una herramienta de bajo costo (en realidad, un costo mínimo en comparación con el valor cultural e histórico de los bienes objeto del levantamiento), que permitiera con posterioridad un tratamiento riguroso de restitución fotogramétrica. 53 Conclusiones Se desarrollaron dos líneas distintas de trabajo que se implementaron en desarrollo paralelo. La primera de ellas, se enfocó en la recopilación de la información existente de tipo documental y al levantamiento físico con cámaras no métricas y técnicas alternativas de fotogrametría (condición previamente auto impuesta por el costo del equipamiento y la decisión de emplear técnicas de uso simple que permitieran que personal con cierto grado de capacitación realizaran el levantamiento). - Se recogió la información del departamento del Catastro de la Municipalidad de la ciudad de Bahía Blanca, consistente en datos de ubicación, propietario, año de construcción, uso, constructor; grado de interés histórico, paisajístico y arquitectónico, además de sus datos de identificación catastral (partida, circunscripción, sección, manzana, parcela, etc.) - Para el levantamiento fotográfico se emplearon dos cámaras: una cámara reflex manual (no métrica) y una cámara digital de alta resolución (1200x1600 píxeles) y con gran capacidad de almacenamiento mediante plaquetas de 16Mb. - Las tomas fotográficas se realizaron desde el mismo punto de toma con ambos equipos a fin de chequear las distorsiones o posibles errores generados en la operación. - Se determinó por métodos topográficos convencionales la línea de frente de ambas edificaciones, así como la posición de señales de control fijas en las construcciones con cintas de papel para evitar el deterioro de la pintura. También se efectuó el replanteo y medición de la línea de toma. - Con el objeto de estabilizar la toma fotográfica, se empleó un trípode provisto de nivel esférico y se procedió a perpendicularizar el eje de toma y determinar su altura. En cada toma se determinó el diafragma, velocidad de obturación, hora, estación de toma y número de foto. Un dato que destacaron los autores de este trabajo y que no previeron con antelación, resultó la conveniencia de realizar el levantamiento en época de otoño, dado que un anterior intento en verano resultó infructuoso debido a la cobertura vegetal del arbolado urbano. ♦ La cámara digital resultó de gran utilidad a la hora de fotografiar detalles constructivos, debido a la posibilidad de amplificar mediante 54 Conclusiones zoom digital (5x) y recortar instantáneamente los sectores de interés. Un elemento de suma utilidad que aporta esta cámara es la posibilidad de efectuar una reproducción instantánea de la toma que elimina la incertidumbre de las cámaras convencionales (debido a iluminación, sombras o incluso a la interposición de vehículos o personas en la línea de toma). ♦ Otra propiedad importante resultó su capacidad para grabar y reproducir registros sonoros (formato MPEG) con lo cual se pudieron identificar objetos o detalles de importancia. En su formato de filmación se pudieron grabar hasta 15 segundos de duración continua que fueron de utilidad a la hora de programar las bases de toma, puntos de posibles conflictos, etc. en los reconocimientos previos a las campañas. ♦ A la hora de generar una ortofoto digital, el uso de esta cámara elimina errores de transferencia de la información, a la vez que facilita su almacenamiento en forma compacta. Esta metodología, acortó sensiblemente el tiempo de procesamiento (y con ello considerablemente su costo) entre la toma y la presentación del resultado. Con los datos así generados fue posible la reconstrucción del plano de fachada por métodos CAD (generado a partir de la extracción de bordes de la imagen original y corregida geométricamente) que en la mayoría de las construcciones no existe o se encuentra desactualizado por las sucesivas transformaciones a que el edificio ha sido sujeto a lo largo del tiempo. La segunda línea de trabajo estuvo orientada a la carga de la información en un SIG quien permitió el análisis de la información almacenada y la elaboración de la cartografía afín. Parte de la información fue provista por el cuerpo de bomberos de la ciudad de Bahía Blanca, datos tales como: ubicación de llaves de corte de luz, gas, agua y la geo-referenciación de los hidrantes contra incendios de la ciudad. Los planos generados le permitieron al cuerpo de bomberos contar con una herramienta de suma utilidad a la hora de evitar accidentes o prevenir incendios (ya que no tenían planos con estas características). 55 Conclusiones Conclusiones del trabajo La combinación de estas bases de datos alfanuméricas con imágenes (mosaicos fotográficos de fachadas) o archivos CAD, generan herramientas de trabajo sumamente útiles para la preservación del patrimonio ya que permiten evaluar factores de riesgo contra incendios, distancias mínimas de recorrido de bomberos, etc. También se pueden actualizar y consultar en forma eficiente. La utilización de equipos de fotografía digital se presenta en la fotogrametría arquitectónica como la tendencia natural en forma similar al proceso por el cual la fotogrametría aérea ha evolucionado hacia sistemas de toma y restitución íntegramente digitales. La principal importancia a la hora de concientizar tanto a organismos gubernamentales como a la población en general, lo provee la característica de ser una información que puede ser de acceso masivo al interconectarse con páginas WEB (como es la tendencia actual de los SIG modernos) ya que publicitar estos datos es la forma fundamental de preservarlos. 3.1.2 “Aplicaciones de la estereoscopía con fines arquitectónicos y urbanísticos” La estereoscopia puede ser aplicada con fines arquitectónicos y urbanísticos, ejemplo de ello, es el artículo desarrollado por el NUPEA, Núcleo de Pesquisa de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Católica de Pelotas, cuyo fin es promover la divulgación de la Catedral San Francisco de Paula localizada en el centro de la cuidad de Pelotas/RS, la misma es parte de un conjunto arquitectónico de valor históricamente reconocido en San Francisco. Es uno de los ejemplares más significativos del patrimonio religioso de la mitad sur de Río Grande; edificación que contribuye en términos de patrimonio por su riqueza arquitectónica, histórica, turística y cultural lo que justificó la realización de un Paseo Virtual basado en la realidad, simulando la vista natural e incitando al observador a la percepción de estos aspectos. La estereoscopia fuertemente ligada al campo de la fotogrametría y a la fotointerpretación, es la ciencia y el arte que permite la visión estereoscópica y el estudio de los métodos para obtener estos efectos como lo 56 Conclusiones es, la reproducción artificial de la visión binocular natural. La profundidad generada por la visión binocular está dada por la diferencia de ángulos con que las imágenes son percibidas. Al presentar a los ojos dos imágenes de un mismo objeto de puntos de vista diferentes, y conseguir por algún artificio, hacer que cada ojo capte solamente la imagen colocada enfrente, el cerebro, al recibir las dos imágenes distintas, las interpreta como imágenes recibidas, observadas directamente del objeto, y las funde en una única imagen tridimensional, realizando la visión binocular natural. El concepto básico de funcionamiento en la mayor parte de los aparatos estereoscópicos; se trata del ofrecimiento de imágenes diferentes, simulando la visión humana, siendo una correspondencia al ojo izquierdo y otra al derecho, generando la sensación de profundidad, tal cual se observa en el objeto real. De los más variados procesos estereoscópicos, el anaglifo es el más conocido, independiente de las calibraciones y las adaptaciones; todos estos métodos permiten percibir la tercera dimensión. Su técnica puede ser disponible en diversos medios como: impresos, proyecciones, tela de computador, televisión, inclusive en numerosas empresas cinematográficas y revistas de cuadros utilizaron esta tecnología para atraer sus públicos. Este proceso resulta económico, ya que el equipamiento para la percepción de la tridimensión se resume al uso de unos espejuelos (red – cyan o ámbar – blue). Figura 3.2 – Espejuelos bicolor anaglifo (red-cyan) Son varias las técnicas de estereoscopia: anaglifo, polarización de la luz, espejuelos obturadores sincronizados, par estéreo entre otros. La técnica escogida para la aplicación en el paseo virtual de la Catedral fue el anaglifo y se describe a continuación. La estereoscopia con métodos anaglifos usa el concepto de filtrar los canales que componen la imagen. Una de las fotos correspondiente a uno 57 Conclusiones de los ojos es colocada en un canal de color (rojo) y la otra foto del par estéreo es colocada en los otros canales de color (azul y verde). De esa forma, las dos imágenes, con los diferentes canales de colores son sobre puestas y el filtro de color garantizado por las lentes (roja – azul) de los espejuelos del observador, apaga la imagen indeseada no correspondiente. El truco consiste en engañar al cerebro. La imagen en el canal azul desaparece a través del filtro azul y evidencia la imagen roja. De la misma manera, el filtro rojo apaga la imagen roja y evidencia la azul. Por tanto, la respuesta rápida es la generación de la tercera dimensión de la foto. No obstante, uno de los únicos obstáculos de la técnica está en la coloración de la fotografía. En fotografías monocromáticas la percepción del volumen es mucho más fácil. • Realización de Imágenes anaglifo Visto que, solamente a partir de un par estereoscópico de imágenes, el anaglifo puede ser producido, la metodología aplicada parte de un par de imágenes con distancias relativamente distintas, simulando la visión humana. Para la producción de una imagen anaglifo primero deben ser importadas las imágenes a un software apropiado, para la creación de canales de colores en las fotografías. En este estudio se utilizó el Photoshop CS2. Luego de seleccionarse el canal rojo de la imagen correspondiente al ojo izquierdo (en el Photoshop: menú windows-channels), y sustituirse por el canal rojo de la imagen correspondiente al ojo derecho. • Panoramas estereoscopios Uno de los problemas que la arquitectura encuentra es la visualización de espacios urbanos en función del restricto campo visual de la lente de la máquina fotográfica. En virtud de esto, los panoramas contribuyeron y facilitaron la observación de ambientes a fin de fortalecer una imagen con un campo visual más amplio. Un panorama constituye una vista que captura un campo visual comparable o mayor al del ojo humano que es de 160° x 75°. Para 58 Conclusiones producir un panorama se utilizó una secuencia de imágenes fotografiadas sobre un eje (trípode) (figura 3.2) poniendo fajas de intersección entre si y a la altura del observador . De esa forma, el software STITCHER 5.0, analizó la faja de sobre posición de píxeles de las fotos y unió las imágenes, montando el panorama. Figura 3.2. a - Mosaico de fotos utilizado en el montaje del panorama. Viendo que para la obtención de un panorama anaglifo era necesario producir un par estéreo de panoramas, se usó entonces, encima del trípode, un pequeño equipamiento metálico que simulaba la distancia de los dos ojos (figura 5) y en este eran posicionadas las cámaras. Figura 3.2 b – Sistema usado para la obtención de panoramas anaglifos. Luego del montaje de los dos panoramas, uno correspondiente al ojo derecho y el otro al izquierdo, fueron colocados en canales de colores diferentes, resultando el panorama estereoscópico anaglifo. 59 Conclusiones Figura 3.2 c – Panorama estereoscópico derecho Figura 3.2 d - Panorama estereoscópico izquierdo Figura 3.2. e - Resultado del Panorama anaglifo A través del estudio realizado se concluyó que la visualización estereoscópica contribuye como una técnica eficiente para los estudios donde la percepción de la tercera dimensión es relevante, acrecentando un grado de realismo a las imágenes, muchas veces no esperada por el observador. La escena estereoscópica simula la natural elaborada por el cerebro, intensificando la percepción de los detalles de las diferencias volumétricas de los espacios garantizando una visualización con tres dimensiones diferentes de la fotografía convencional que posee como característica la bidimensión. En virtud de eso, las imágenes 3D favorecieron el surgimiento de nuevos estudios aplicados a diferentes áreas, como acontece en la arquitectura. 60 Conclusiones 3.1.3 “Fotogrametría aplicada a la conservación del patrimonio en el casco histórico de la ciudad de Holguín” Este trabajo fue desarrollado por un grupo de profesionales y estudiantes pertenecientes a la carrera de Ingeniería Civil en la Universidad de Holguín, Cuba y financiado por CYTED, en la cual participaron 7 universidades latinoamericanas. El mismo, describe las tareas de investigación a partir de técnicas simples de fotogrametría en combinación con sistemas de información geográfica para la preservación del patrimonio arquitectónico del casco histórico de la ciudad de Holguín. La línea de investigación estuvo orientada a la conformación de un registro fotográfico que permitiera con posterioridad tratamientos de restauración o reconstrucción sobre inmuebles, siguiendo los lineamientos de rigurosidad propuestos por los principales organismos nacionales e internacionales (ICOMOS: Consejo Internacional de Monumentos y Sitios - CIPA: Comité Internacional de Fotogrametría Arquitectural). En este trabajo se propuso la cámara digital como herramienta de un futuro inmediato para este tipo de levantamientos, exponiendo sus características más importantes para tal fin. La ciudad de Holguín, cuenta con un gran número de construcciones y monumentos declarados patrimonio histórico, registrados en el municipio en un sistema de inventario convencional (registro gráfico, sin soporte digital); por este motivo, su grado de actualización data de años atrás. Con el fin de preservar estas construcciones se pensó desarrollar una herramienta de bajo costo (en realidad, un costo mínimo en comparación con el valor cultural e histórico de los bienes objeto de estudio) que permitiera con posterioridad un tratamiento riguroso de restitución fotogramétrica. Se desarrollaron dos líneas distintas de trabajo que se implementaron en desarrollo paralelo: la primera de ellas, trata la recopilación de la información existente de tipo documental y al levantamiento físico con cámaras no métricas y técnicas alternativas de fotogrametría (condición esta previamente impuesta por el costo del equipamiento y la decisión de emplear técnicas de uso simple 61 Conclusiones que permitan que personal con cierto grado de capacitación realicen el levantamiento). Para ello se tuvo en cuenta la información catastral del municipio de Holguín consistente en datos de ubicación, propietario, año de construcción, uso, constructor; grado de interés histórico, paisajístico y arquitectónico, además de sus datos de identificación catastral (partida, circunscripción, sección, manzana, parcela, etc.). • Para el levantamiento fotográfico se empleó una cámara digital de alta resolución (10Mpixels) y con gran capacidad de almacenamiento mediante plaquetas de 1Gb. • Se determinó por métodos topográficos convencionales la línea de frente de la edificación tomando como ejemplo el edificio de la Notaria Internacional, así como la posición de señales de control fijas en la edificación con cintas de papel para evitar el deterioro de la pintura. • También se efectuó el replanteo y medición de la línea de toma. • Con el objeto de estabilizar la toma fotográfica, se empleó un trípode provisto de nivel esférico y se procedió a perpendicularizar el eje de toma y determinar su altura. La cámara digital resultó de gran utilidad a la hora de fotografiar detalles constructivos debido a la posibilidad de amplificar mediante zoom digital (5x) y recortar instantáneamente los sectores de interés (detalles arquitectónicos). Un elemento de suma utilidad que aporta esta cámara es la posibilidad de efectuar una reproducción instantánea de la toma que elimina la incertidumbre de las cámaras convencionales (debido a iluminación, sombras o incluso a la interposición de vehículos o personas en la línea de toma). También permite, por el mismo motivo, eliminar instantáneamente y sin gasto de tiempo y dinero aquellas fotografías de mala calidad y ejecutar las correcciones necesarias. Otra capacidad importante resulta su capacidad para grabar y reproducir registros sonoros (formato MPEG) con lo cual se pueden identificar objetos o detalles de importancia. A la hora de generar una ortofoto digital, el uso de esta cámara elimina errores de transferencia de la información, a la vez que facilita su almacenamiento en forma compacta. 62 Conclusiones Las ventajas del procesamiento digital de fotografía arquitectónica ya fueron descriptas por diversos autores, ya sea en su tratamiento de realce de bordes, compensación de contrastes, o en la generación de fotogramas estereoscópicos para generar modelos digitales de los objetos en forma puramente matemática (sin utilización de equipamiento fotogramétrico convencional de gran costo y no disponible para cualquier usuario). Esta tecnología, por otra parte, acorta sensiblemente el tiempo de procesamiento (y con ello merma considerablemente su costo) entre la toma y la presentación del resultado. Con los datos generados fue posible la reconstrucción del plano de fachada por métodos CAD (generado a partir de la extracción de bordes de la imagen original y corregida geométricamente). La segunda línea de trabajo se dedicó a la carga de la información en un SIG (Sistema de Información Geográfico) que permite el análisis de la información almacenada y la elaboración de cartografía afín. Los planos utilizan como cartografía de base la generada por el departamento de catastro de la ciudad que permitirá actualizarla a medida que sufra modificaciones. A los fines de la preservación del citado monumento, se previó la carga de la información de datos tales como ubicación de redes eléctricas, alcantarillado, agua y la georeferenciación de los hidrantes contra incendios de la ciudad. La información fue provista como colaboración por el cuerpo de bomberos de la ciudad de Holguín. Los planos generados permitirán a este cuerpo contar con una herramienta de suma utilidad a la hora de evitar accidentes o prevenir incendios (en la actualidad no cuentan con planos de estas características). Conclusiones del trabajo La combinación de estas bases de datos alfanuméricos con imágenes (mosaicos fotográficos de fachadas) o archivos CAD, generan herramientas de trabajo sumamente útiles para la preservación del patrimonio ya que permiten evaluar factores de riesgo contra incendios, distancias mínimas de recorrido de bomberos, etc. La principal importancia radicó en constituir una herramienta valiosa para motivar a organismos gubernamentales, gestores y población en general, a la hora de realizar acciones de conservación del patrimonio ya que al 63 Conclusiones ser una base de datos permite acceder a la información de cada monumento o edificación de valor histórico o arquitectónico que puede ser de acceso masivo al interconectarse con páginas WEB, ( como es la tendencia actual de los SIG modernos ) y publicitar estos datos es la forma fundamental de preservarlos. La utilización de equipos de fotografía digital de bajo costo es la ventaja principal de la fotogrametría arquitectónica como la tendencia natural, en forma similar al proceso por el cual esta ha evolucionado hacia sistemas de toma y restitución íntegramente digitales. “Las ciudades históricas iberoamericanas representan una vertiente del patrimonio que, a nuestro juicio, debe potenciarse al máximo, dadas las oportunidades que ofrecen de generar planes de desarrollo integral y durable. Entre otros beneficios culturales y socioeconómicos, dichos planes pueden contribuir a asentar la población y elevar su nivel de vida, haciendo compatible el confort que ofrecen los adelantos técnicos y científicos con el realce de los valores físicos y espirituales definitorios de su identidad histórica. Se trata de estudiar vías para invertir la crisis que afecta a dichos valores como consecuencia de la globalización, con el fin de demostrar no sólo que el progreso y la conservación del patrimonio no son incompatibles, sino que una inteligente utilización de los recursos patrimoniales puede convertir a éstos en un importante factor de desarrollo”. (Seminario Internacional de Ciudades Históricas Iberoamericanas (Toledo, 2001) . 64 Referencias Bibliográficas Referencias Bibliográfica (1) Blachut, T., Burkhardt, R. 1988. Historical development of photogrammetric methods and instruments. ISPRS, Falls Church. (2) KRAUS, K. Photogrammetry – Fundamentals and Standard Processes. Vol. 1. Dümmler, Bonn, Alemanha. 1993. • LOCH,C.,LAPOLLI,E.M. Elementos Básicos de Fotogrametria e sua utilização prática. Florianópolis, UFSC, 1994. 87p. • ADAMS, Gavin. Um Balanço Bibliográfico e de Fontes da Estereoscopia. São Paulo: Anais do Museu Paulista, 2003. • COOPER M.A.R. e ROBSON, S.in ATKINSON, K. 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