Instalación de un escáner láser al carro robot
Cruxent 1 para el registro de arte rupestre en el
interior de oquedades rocosas

RESUMEN

El presente artículo tiene como objetivo la instalación de un escáner Láser tridimensional al Carro Robot Teleoperado Cruxent 1 para el registro de bienes arqueologicos, paleontológicos o de arte rupestre que se puedan encontrar en el interior de oquedades rocosas en la topografía del terreno y del cual, debido a su actual situación, sean impenetrables o poco seguras para el acceso humano. Se pretende dotar al robot de exploración de un instrumento de registro mediante el barrido de un láser lineal, tecnología que permite capturar un gran volumen de información en un corto espacio de tiempo, logrando obtener una copia o réplica virtual “In Situ” de hallazgos en el área de exploración en tiempo real. Se trata de una tecnología sin contacto, que respeta en todo momento la integridad del patrimonio encontrado, sin producir ningún deterioro sobre el mismo. El artículo se encuentra estructurado de la siguiente manera: después de la sección introducción, la sección 2 describe el robot teleoperado. La sección 3 detalla pruebas y resultados del funcionamiento del prototipo del sistema láser. La sección 4 describe los resultados de registros en laboratorio de piezas líticas, así como las diferentes aplicaciones informáticas en formato software libre utilizados tanto para el funcionamiento del escáner láser tridimensional como el de procesado de la data obtenida. Finalmente, la sección 5 concluye el artículo y apunta las posibilidades de mejorar al sistema, así como un glosario de términos. 

Palabras Clave: Robots, Escáner tridimensional, Láser, Software libre, Miniaturización, Arte Rupestre.

1.    INTRODUCCIÓN

Los robots son la integración en correcta armonía de partes mecánicas, electrónicas y sistemas de informática. Mecanismos multifuncionales desarrollados para la realización de trabajos diversos, principalmente la exploración del ambiente y recopilación de datos, así como la manipulación de objetos; herramientas, cargas o útiles especiales. El termino robots proviene de las palabras Checas Robota (Trabajo forzado) y Robotnik (sirviente), y fue utilizada por vez primera en la obra de teatro Rossum’s Universal Robot (R.U.R.) del escritor checo Karel Capek en 1921, en referencia de un humanoide mecánico. La tele-robótica es ampliamente utilizada en aplicaciones que ofrezcan facilidades en tareas dirigidas de forma remota, así mismo es un objeto de estudio vigente en investigaciones y desarrollos para operaciones en zonas de difícil acceso, en las cuales un robot móvil permite apoyar al operador en tareas de exploración y control. En este artículo se presenta la descripción del diseño e implementación de un carro explorador a distancia a través de un cordón umbilical  para comunicación, entre el carro-robot y la aplicación diseñada para su monitoreo y control, extendiendo las capacidades sensoriales y motoras de éste a localizaciones remotas.

El láser incorporado a un robot le entrega al mismo una diversidad de funciones, que van desde la telemetría, determinación de posición, escaneo entre muchos otros.

Fueron dos luminarias de la física moderna quienes concibieron la teoría elemental del Láser. El físico alemán Max Planck, quien en 1901 publicó un artículo titulado “Sobre la ley de distribución de energía en espectros normales” en la revista Annalen der Physik; se trataba del análisis de la intensidad y espectro energético de los cuerpos calientes, conocida como “cuantización de la energía” el cual estipulaba que la energía está formada por partículas llamadas cuántum; dentro de las radiaciones electromagnéticas. Albert Einstein se apoyó de estas nociones y publicó un artículo de titulo “Sobre la teoría cuántica de la radiación” en el año de 1917, estableciendo que la ampliación de luz en un láser sería el resultado de la interacción de un cuántum de energía con un átomo excitado, cuya consecuencia es la emisión de dos cuántums, uno de ellos como resultado de la excitación del átomo. No fue sino hasta 1928 cuando el alemán Rudolf Ladenburg logro comprobar experimentalmente la posibilidad de la emisión estimulada de luz. Es de notar, que tuvo que pasar casi un cuarto de siglo para que este trabajo encontrara un uso práctico. Y es en este tiempo moderno en donde se puede visualizar sus múltiples aplicaciones: Lectores de discos, apuntadores de conferencias, niveles de medición, Cirugías correctivas de los ojos, lector de código de barras entre muchas otras.

2.    CARRO ROBOT “CRUXENT 1”

El robot Cruxent 1 es un Carro Teleoperado diseñado como una plataforma móvil y confiable para la exploración y registro sistemático de oquedades y sistemas kársticos. Dado su diseño y construcción, está catalogado como robot móvil, pues cuenta con la capacidad de desplazamiento por su sistema locomotor de tipo rodante mediante cuatro ruedas tractoras de goma de silicón, y según su clasificación por evolución, está caracterizada de tercera generación; utilizando una computadora para su funcionamiento y con cierta percepción en su entorno de trabajo mediante el uso de sensores. Entrando en la categoría de robots inteligentes al funcionar mediante lenguajes de programación. Siendo la primera generación, los antiguos artefactos mecánicos mediante sistemas de relojería y cuerdas y los de quinta generación actualmente en desarrollo. Los más avanzados en el mundo son propuestas de la industria japonesa.

La arquitectura del robot está configurada de la siguiente manera:

El chasis del robot, conformado por dos cuerpos articulados, alojando en cada uno de ellos el par de ruedas tractoras y sus respectivos motores eléctricos. Sistema que permite la tracción y dirección para su movilidad. Ambos cuerpos articulados poseen portezuelas para permitir el acceso al interior del chasis para reparaciones o mantenimiento al sistema eléctrico y mecánico. El cuerpo articulado posterior, de mayores proporciones contiene en su parte superior la torreta giratoria de exploración y registro con un rango de giro de 360° para evaluar con exactitud las condiciones del entorno. Permitiendo capturar panorámicas horizontales en 360° tanto en sentido de giro horario como anti horario. En un costado de dicha torreta se encuentra alojado el sistema de escáner láser tridimensional, configurada en correcta disposición con la cámara digital de registro y exploración y las luces halógenas. Elementos esenciales para el correcto escaneado tridimensional. En la parte posterior del cuerpo articulado se encuentra el apéndice posterior, quien sirve de base o soporte a la cámara de panorámica general hacia el carro y la salida del cordón umbilical de navegación y registro. 

En la actualidad, la robótica aplicada a la arqueología era un área de la ingeniería en evolución que aun no se había desarrollado en el país, por lo que el Cruxent 1 plantea ser pionero en la investigación y aplicación del registro de bienes arqueológicos y de arte rupestre, en donde el prototipo consigue iniciar el desarrollo de ésta tecnología en Venezuela. 

Manejo del carro robot “CRUXENT 1”

Para poder comandar todas las funciones que efectúa el robot Cruxent 1 se debe manipular su caja de control así como su sistema informático. El usuario puede controlar los diversos procesos del Carro Teleoperado descritas a continuación; Los giros de la torreta de exploración y registro en sentido horario y antihorario, la velocidad de dichos giros, encendido/apagado de las luces halógenas de iluminación, encendido/apagado del escáner láser tridimensional, captura de video y sonido de la cámara digital de la torreta, captura de video de la cámara de cola, fotografías de la cámara de torreta, fotografías de la cámara de cola, captura del escáner láser, navegación del robot con los movimientos básicos; avanzar, retroceder, ir hacia la izquierda  e ir hacia la derecha.

3.- PRUEBAS  Y  RESULTADOS  DEL  PROTOTIPO LÁSER

El sistema láser consiste en un cañón de diodo láser con una potencia de 5 miliWatts (mW) y una longitud de onda de 650nm instalado en el extremo de un brazo, dispuesto de tal manera  que permite la oscilación o giros a modo de lograr el barrido en el objeto a escanear, el haz lineal es obtenido al ser dispersado por un dispositivo óptico cilíndrico de vidrio tipo Pirex, siendo esta la de mayor pureza, entregando así un haz lineal preciso. Las oscilaciones son obtenidos mediante un pequeño motor eléctrico conectado a un sistema reductor en miniatura, accionado directamente por medio de una manivela, biela corredera, entregando un campo de detección con un ángulo de 75°, y una velocidad de sondeo de un barrido por segundo. Tanto el láser como el sistema reductor trabajan con un voltaje de 3,0 V, por ello deben ser alimentados mediante una fuente externa, aparte del sistema de alimentación principal del Robot constituido por un par de baterías de plomo de 6 voltios. Para ello se disponen de un porta baterías  del tipo AA para la oscilación y un porta baterías AAA para el cañón laser. Los láseres semiconductores son dispositivos extremadamente sensibles al ruido eléctrico y se pueden dañar fácilmente, por tal motivo su alimentación está separada del resto del equipo mediante una fuente estabilizada.

El diodo láser (DL), es el componente fundamental del sistema de escaneo desarrollado. Consiste en una fuente de luz coherente producida por un cristal semiconductor, que utiliza como elemento activo la unión P-N, activada por un LED (diodo emisor de luz), dentro de una cavidad resonante. Este tipo de láser puede emitir luz en un amplio rango de longitudes de onda que cubren la franja desde el infrarrojo hasta el azul (de aproximadamente 500nm). El utilizado para el escáner está en el rango de  630 nm a 680 nm y está clasificada como Clase 3.

Este sistema, integrado de forma miniaturizada, y configurado en un brazo extendido, permite aglomerar todo el conjunto en un espacio reducido y de poco peso, logrando con ello entregar un instrumento fiable, preciso y de poco volumen para ser instalado en la torreta. El hecho de colocar el láser a un lateral de la torreta no es mero capricho, o una cuestión de estética. Es necesario, ya que debe existir un ángulo adecuado entre el haz del cañón de láser lineal y la cámara de captura. La luz es proyectada en la superficie del elemento a digitalizar y su reflejo es captado por la cámara al regresar. Utilizando cálculos trigonométricos es muy simple obtener la posición 3D de los puntos iluminados. El problema real radica en lograr la precisión, para ello hay que calibrar cuidadosamente sus componentes. La miniaturización del sistema fue un criterio tomado en consideración a la hora de diseñar y construir el escáner láser tridimensional, pues al ser instalado en la torreta de exploración y registro debía permitir el giro completo en 360° de panorámica, sin interferencias o tropiezos con elementos y/o partes del mismo carro robots. El sistema fue diseñado de forma modular, es decir, si se va a realizar un trabajo de campo, y no se desea utilizar el escáner, basta con retirarlo del robot al desconectar las dos tomas eléctricas; el láser y el sistema reductor y retirar una tuerca que sujeta el cañón en su soporte extendido.

Se debió trabajar con sumo cuidado las pruebas y puesta a punto del láser, ya que en sí, representa un elemento de peligro para los ojos. Los apuntadores láser utilizados en conferencias tienen una potencia de entre 1 y 5 mW, valores permitidos y establecidos en Estados Unidos. En Inglaterra el máximo valor permitido es de 1mW, al igual que en Australia, donde incluso es ilegal manipular apuntadores láser mayor a 1mW, pues son considerados armas prohibidas.

PRUEBA 1

La primera prueba consistió en escanear un fragmento de cerámica del periodo mesoindio encontrado en la falda del cerro Santa Ana, Paraguana. Venezuela. Una cabeza antropomorfa de unos 58 mm de altura con su típica boca de “grano de café”. Posicionando el carro a un costado de la pieza, y realizando el barrido del láser lineal para obtener la captura tridimensional. Ver figura 1.

Figura 1. Robot “Cruxent 1” en  proceso de escaneado. Puede apreciarse la configuración del 'escaner láser tridimensional en el costado de la torreta de observación y registro, 'asi como el plano de barrido producido por el haz láser.

El software encargado de capturar objetos por medio de un haz de láser es MakerScanner en su versión 0.3.1 desarrollado por Andy Barry (2009-2010), siendo un programa de licencia libre. Al cargar la aplicación se presenta una pantalla en el lado izquierdo de la interfaz gráfica que muestra lo captado por la camara digital, en este caso la visual de la torreta del cruxent 1.Ver figura 2. En dicha pantalla aparecen dos líneas verdes dispuestas de forma horizontal y vertical, la vertical perfectamente centrada se utiliza para colimar el láser lineal,  ya que un requisito indispensable en la captura, es que el haz láser sea perfectamente vertical, es decir, debe estar paralela a la línea centrada. Mientras que la línea horizontal, acota la zona del area en donde no se puede obtener una correcta captura digital. Del lado derecho de la interfaz gráfica se presenta una columna de botones para su funcionamiento, iniciando con el estatus del sistema, caracterizado por el boton de conexión de camara, el cual permite seleccionar el tipo de camara digital a utilizar y el parametro de cuadros por segundo (FPS) en el cual se encuentra trabajando la captura. Debajo de esta sección se presentan dos barras dispuestas horizontales: una es la encargada de variar el brillo del láser presente en la imagen, y dependera en todo momento de la iluminación del entorno y del brillo del propio objeto a escanear, con rangos de parametros establecidos entre 5-50, la otra barra establece el brillo de filtro, controlando el brillo de los pixeles que deben aparecer en la captura digital con valores entre 0.0-1.0. Luego se presentan los botones principales del programa, uno encargado de iniciar el proceso de escaneado, para ello se establecen una serie de ventanas de dialogo y de control para definir donde guardar el archivo y que parametros establecer, y el otro botón que permite detener el escaneado. En la parte inferior de la interfaz grafica aparece una ventana horizontal, el cual permite mostrar en todo momento el estado del programa al usuario. Recuerda la caja de comandos presente en algunas aplicaciones CAD.

Figura 2. Captura de pantalla del software MakerScanner con la Pieza litíca (Cerámica) de una cabeza antropomorfa perteneciente al periodo mesoindio encontrada en el Cerro de Santa Ana, Peninsula de Paraguana. Venezuela, en espera de ser escaneado. La panorámica presente en la aplicación representa el punto de vista de la camára del Cruxent 1 localizada en la torreta de exploración y registro.

Para obtener una correcta imagen tridimensional del objeto se deben tomar en consideración los siguientes criterios:

a)    no se pueden mover, ni la cámara ni el objeto a escanear. Por ello, el usuario del carro robot debe seleccionar mediante la torreta de exploración, en el entorno de estudio un objeto de interés, por supuesto, dicho elemento debe ser estático, detener por completo tanto el carro como el giro de la torreta y comenzar el proceso de escaneado.

b)   el láser lineal debe estar perfectamente en vertical.

c)   se debe establecer un adecuado tiempo de exposición para la captura, a mayor tiempo mayor número de puntos obtenidos en la nube de puntos del modelo digital.

d) se debe evitar las luces de forma directa en el proceso de escaneado, los mejores resultados se obtiene de un entorno totalmente oscuro (como en el caso de Cuevas) y con la iluminación única del propio rayo láser. Una vez realizada todas las pasadas con el escáner se obtiene un modelo tridimensional del objeto registrado mediante la nube de puntos, ver figura 3. Es en esta fase del proceso donde la digitalización  “In Situ” concluye, se realiza luego un proceso fuera de línea tras exportar al modelo a un programa de CAD para la edición final de la nube de puntos tributando finalmente en una réplica fiel y exacta del objeto registrado.

Figura 3. Generación de la nube de puntos mediante las diferentes pasadas del láser lineal en la pieza a reproducir. En la gráfica puede apreciarse el minímo detalle registrado por el escáner.

PRUEBA 2

La segunda prueba radicó en escanear un fragmento de cerámica del periodo mesoindio encontrado en la falda del cerro Santa Ana, Paraguana. Venezuela. Esta prueba en particular presentaba un gran interés, ya que en la pieza a escanear se encontraban una serie de pinturas en su superficie. Ver figura 4.

La prueba de laboratorio debía mostrar si era posible o no que dicha pintura pudiese ser captada por el escáner tridimensional. De ser así, podría ser utilizado para el registro de pictografía parietal en el interior de cuevas.

Figura 4. Preparativos para el escaneado de un fragmento de cerámica con pintura decorativa en su superficie.

Finalizado el proceso de captura, se pudo apreciar en la imagen digital la pintura presente en la superficie de la pieza, esto es debido al tono castaño oscuro, siendo una cualidad que imposibilita su escaneado, es decir, la cromática oscura no puede ser captada por la cámara de registro, ya que este absorbe el haz de luz, imposibilitando su retorno y captura, tal y como lo muestra la figura 5. Esta condición  podría ser utilizada para el registro de pictografías en las paredes de las cuevas.

Figura 5. Resultado visual del escaneado del fragmento de ceámica, en la cual puede observarse la pintura en su superficie. En la gráfica puede apreciarse una cortina de puntos al fondo de la pieza escaneada conocida como ruido. Esta será eliminada en un proceso de edición, tras borrar los puntos no correspondientes al objeto escaneado, para finalmente crear la superficie o mallado del mismo obteniendo asi una réplica virtual.

PRUEBA 3

La prueba número tres consistió en escanear una réplica de figurina antropomorfa del tipo valencioide hecha en yeso de 76 mm de altura y 50 mm de ancho. Ver figura 6.

Figura 6. Resultado del escaneado Tridimensional de una copia de estatuilla hecha para las pruebas de laboratorio. Comparese el modelo original y el modelo de nube de puntos, siendo tan preciso el escaneado láser que se pueden apreciar las imperfecciones minímas en su superficie.

PRUEBA 4

La Cuarta prueba consistió en escanear una réplica de un petroglifo realizado en una tablilla de yeso de 220 x 132 mm, básicamente consistió en posicionar el escáner para el registro digital a un tallado dispuesto en vertical, para simular el registro en una parietal. Los surcos establecidos en dicha réplica son del tipo poco profundos, siendo estos muy comunes en los petroglifos de la Península de Paraguana. Venezuela. Ver figura 7.

Figura 7a.  Réplica de un petroglifo escala 1/3 para ser sometido a pruebas de escaneo.

Figura 7b. Captura de la imagen en pleno proceso de escaneado. Pueden apreciarse los surcos del glifo. Una vez finalizado, debe aparecer en la pantalla una cortina totalmente azul, indicando la captura del modelo para su posterior exportación al programa CAD.

RESULTADOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Una vez conceptualizado el diseño del escáner láser, fue construido para finalmente hacerle la puesta a punto y las diferentes pruebas.

La puesta a punto consistió básicamente en:

a)   un proceso de colimación, es decir, alinear el haz de láser lineal en perfecta verticalidad con el punto de vista de la cámara.

b)   realizar diferentes ensayos y calibrados para obtener la adecuada intensidad y grosor en la línea trazada del haz de luz

c)    Calibrado del barrido o campo de detección, conocido como tamaño del haz láser o huella. 

Se le ejercieron diferentes pruebas de  funcionamiento al escáner para detectar errores y poder aplicar los correctivos de forma inmediata al problema. Ver fig. 8.

Figura 8. Captura de pantalla de las aplicaciones informaticas para la exploración, registro fotográfico, registro de video digital, captura de sonidos y escaneado tridimensional. El Software libre MakerScanner es utilizado para la visual de la torreta de exploración y registro con un rango de 360° en todo el entorno. En las imágenes de ambas camáras del Cruxent 1 pueden apreciarse el haz de luz roja que emite el láser.

4.- PROCESAMIENTO DE LA NUBE DE PUNTOS

El procesamiento de la nube de puntos consistió básicamente en transformar la nube de puntos cruda registrada en un resultado final. Este producto final puede adoptar varios formatos: la nube de puntos limpiada, como registro geométrico de gran valor, planos 2D estándares con vistas principales, elevaciones, secciones transversales entre otras, y modelos 3D totalmente texturizados para visualización y navegación.

Todos los registros geométricos obtenidos de las diversas pruebas fueron exportados al programa de licencia libre Blender para su edición, consistiendo básicamente en “limpiar” o eliminar los puntos no pertinentes al modelo capturado, conocido como ruido, depurando la nube de puntos para finalmente obtener el modelo digitalizado listo para adquirir los otros formatos, en este caso particular, la obtención de planos 2D del m.odelo. Ver figura 9.

La generación de planos 2D directamente de la nube de puntos es una cuestión de interpretación humana. Programas CAD permiten cargar grandes nubes de puntos, y el usuario debe realizar el trabajo en la mayoría de las veces de forma manual. Las secciones transversales, planos y elevaciones de las piezas digitalizadas se pueden generar tomando un corte fino de la nube de puntos y proyectar todos esos puntos sobre un plano. Luego el usuario tiene que dibujar manualmente o conectar los puntos mediante órdenes línea y polilínea del programa CAD, por supuesto, tarea difícil y precisa que puede llevar un tiempo considerable.

Figura 9. Modelo en Nube de puntos exportado al programa CAD Blender una vez eliminado los 77.851 puntos no pertenecientes a la captura de la réplica o ruidos, consistiendo en el 70% de la nube de puntos cruda registrada, resultando en un modelo de 33.900 puntos.

Con un peso de 3,4 Mb y 111.751 puntos; es exportada la nube de puntos cruda digitalizada en formato PLY de la cabeza antropomorfa digitalizada en la prueba 1 al programa blender para su edición, eliminando las señales ruidos, y los puntos no correspondientes al modelo (representando el 70%) para finalmente obtener la nube de puntos “limpia”. Luego se trabajó directamente con la misma aplicación Blender para obtener “cortes finos” de la nube de puntos  para determinar el contorno propio de la pieza lítica, así como un corte en longitudinal para mostrar el volúmen captado por el escáner laser 3D. Ver figura 10a.

Figura 10a. Resultado final del Modelo en Nube de puntos de la Prueba 1 al obtener las vistas de elevación o frontal de la pieza lítica y un corte en longitudinal del mismo.

Del mismo modo se exportó y se editó el modelo de la estatuilla (Prueba 3) con un peso de 3,1 Mb y 97.610 puntos para obtener el modelo limpio mostrado en la figura 10b.

Figura 10b. Modelo en Nube de puntos de la figurina valencioide editado en el programa CAD Blender para eliminar algunos puntos no pertenecientes a la captura de la réplica.

En futuros trabajos se pretende exportar al archivo OBJ para llevar al programa MeshLab con el objeto de crear el mallado de superficie, dado que los modelos poligonales suelen tener una apariencia más continua que las nubes de puntos, se genera una malla de triángulos a partir de ellas, logrando con ello la extracción de las características y los contornos de los objetos 3D digitalizados. Dicha malla debe ser editada para rellenar agujeros y para realizar un suavizado y una reducción de puntos del modelo. Obteniendo finalmente un modelo tridimensional listo para su renderizado mostrando así las texturas y el sombreado.

El uso del escáner láser 3D  proporciona un doble resultado metodológico. Por un lado, un modelo 3D fidedigno respecto al original de todas las piezas digitalizadas, en el caso de las pruebas de laboratorio; tanto las encontradas en yacimientos arqueológicos, como las piezas elaboradas para ser utilizadas en pruebas, lo que permite realizar un verdadero archivo documental geométrico de forma eficaz, un modelo totalmente reproducible cuantitativamente y cualitativamente. Pero, por otro lado, nos proporciona una eficiente herramienta de obtener visuales gráficas sobre el espectro de luz captado por el escáner láser, si bien es cierto no compite con el modelo tridimensional, no deja de ser una fuente valiosa de información por su alta resolución y su gran capacidad de captar mínimos detalles.

La aplicación del escáner láser 3D instalado en el robot presenta unas ventajas que lo hacen revelarse como el método de reproducción del futuro, a pesar de sus limitaciones; como su difícil calibrado y de la complejidad en el tratado de la información obtenida, se muestra muy pertinente para el estudio del arte rupestre.

Figura 11. Plano de barrido del escaneado tridimensional mediante fotografía de gran exposición, logrando captar la huella del láser en el sondeo realizado a la réplica del glifo.

Figura 12. Presentación del escáner tridimensional instalado en el carro robot Cruxent 1 por el autor como trabajo final del Diplomado en Investigación y Conservación Preventiva del Arte Rupestre. Santa Ana de Coro, Estado Falcón, Venezuela. Como acto simbólico, al fondo del Robot se muestra una fotografía del arqueólogo J.M. Cruxent.

5.- CONCLUSIONES

Este artículo ha presentado la disposición de un escáner láser tridimensional al carro robot teleoperado Cruxent 1 como plataforma móvil para la realización de mapeados o registros tridimensionales de bienes arqueológicos, así como manifestaciones rupestres, bien sea arte parietal o petroglifos contenidos en el interior de oquedades rocosas.

El escáner láser se puede considerar como un dispositivo optoelectrónico que usa la reflexión difusa del haz láser proveniente del diodo láser convertido en un haz lineal al ser disipado por un dispositivo óptico cilíndrico de vidrio tipo Pirex, siendo este un elemento de reflexión de gran pureza, entregando así un haz lineal preciso. La luz reflejada por la muestra es captada por la cámara digital del robot y luego analizada y procesada mediante el programa MakerScanner, el cual genera la nube de puntos del modelo a digitalizar. El escáner trabaja con una velocidad de captura promedio de 180 puntos por segundo.

La obtención de un buen modelo de nube de puntos dependerá de: el tiempo de funcionamiento o barridos en la pieza a digitalizar, a mayor número de barridos una mejor resolución en el modelo, el ángulo de incidencia y  la intensidad o grosor del haz laser lineal así como la propiedad de los objetos.

Muchas superficies dificultan o impiden su escaneado, tales como: objetos muy oscuros, pues absorben los colores, objetos transparentes o muy traslucidos, superficies no solidas como gases o humos, objetos en movimiento y piezas brillantes o metálicas. 

Las mejores tomas se obtienen en sitios cerrados y totalmente oscuros, principal cualidad que entregan las cuevas a ser exploradas.   

El uso del escáner láser 3D proporciona un doble resultado metodológico. Por un lado, un modelo 3D fidedigno respecto al original de todas las piezas digitalizadas, en el caso de las piezas de laboratorio; tanto las encontradas en yacimientos arqueológicos, como las elaboradas para ser utilizadas en pruebas, lo que permite realizar un modelo tridimensional con el fin de documentar. Pero, por otro lado, nos proporciona una eficiente herramienta de obtener visuales gráficas sobre el espectro de luz captado por el escáner láser, si bien es cierto no compite con el modelo tridimensional, no deja de ser una fuente valiosa de información por su alta resolución y su gran capacidad de captar mínimos detalles.

La aplicación del escáner láser 3D instalado en el robot presenta unas ventajas que lo hacen revelarse como el método de reproducción del futuro, a pesar de sus limitaciones y de la complejidad en el tratado de la información obtenida, se muestra muy pertinente para el estudio del arte rupestre.

Por último, se logró contribuir con el avance tecnológico de Venezuela, al diseñar y concebir un escáner láser miniaturizado/portátil para dotar al robot explorador arqueológico y de registro de manifestación rupestre “Cruxent 1”, probablemente único en todo el mundo. Se espera que esta iniciativa sirva de ejemplo para generaciones futuras y el desarrollo en otras latitudes. Es increíble pensar que ya existen carros robots militares equipados con armamento, misiles y carga bélica, y poco o nada se ha hecho con robots exploradores científicos.

RECONOCIMIENTOS

Merecen especial reconocimiento por su aporte para el desarrollo de este trabajo a los Ingenieros Osman Acasio, David Sánchez y Alfredo Caguao. También un sincero agradecimiento al amigo Reinaldo Velazco, autor de la fotografía del Cruxent 1 ante la presentación como trabajo final del Diplomado en Investigación y Conservación Preventiva del Arte Rupestre.

GLOSARIO

CAD: del acronimo Computer Aided Drawing (Dibujo Asistido por Computadoras) siendo un conjunto de programas computarizados para crear, analizar y optimizar el diseño en la ingeniería. Por lo general, cuentan con una interfaz gráfica de usuario que permite introducir y manipular entidades geométricas 2D y 3D.

Datos crudos del escáner: Cualquier dato tomado por un escáner láser que se encuentre sin procesar. Consiste en las diferentes fuentes de error, ruidos  y datos periféricos que no pertenecen al objeto deseado, los cuales fueron tomados durante la fase de escaneado.

Densidad de puntos: Número de puntos por unidad. Normalmente cuanto mayor sea la densidad, mejor se representan los modelo a digitalizar.

Escaneado: Proceso mediante el cual se hace una única sesión de toma de datos desde un origen y orientación concretos del escáner.

Escaneado láser: Es cualquier instrumento que registra automáticamente coordenadas 3D de una región de un objeto o superficie de forma automática con una alta velocidad, por lo general cientos o miles de puntos por segundo.

Láser: del acrónimo Light Amplification by Simulated Emission of Radiation (Amplificación de la luz por emisión estimulada de Radiaciones). Dispositivo que produce un haz de luz monocromático coherente de alta intensidad.

Nube de puntos: Conjunto de coordenadas XYZ en un sistema de coordenadas tridimensional.

Renderizado: Proceso de generar imágenes a partir de un modelo 3D digitalizado, consistiendo en contener la geometría, los puntos de vista, la textura, y la información de iluminación y sombreado.

Ruido del escáner: Nivel de desviación de una nube de puntos respecto de una superficie real, provocado por el ángulo de inclinación, el tamaño de la huella del punto, la reflectividad, las condiciones atmosféricas, entre otras.

Tamaño del haz: Diámetro del haz láser emitido por el escáner, también conocido como huella.

Cómo citar este artículo:

2014

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