PhotoModeler Scanner (Digitalização Baseada em Fotografia)

Primeiramente, foram realizados ensaios para avaliação do potencial da técnica, utilizando uma câmera digital Sony® Cybershot DSC-S500. Colocaram-se alvos padrões de alto contraste ao lado do molde em gesso e executou-se a calibração da câmera. Devido à baixa textura da peça, a iluminação foi feita com um projetor multimídia Epson® PowerLite S4, por meio do qual se projetou uma grade sobre o modelo. Este procedimento, similar ao de luz estruturada, foi realizado a fim de facilitar a identificação de pontos no processamento (Figura 46).

Figura 46 - Digitalização Baseada em Fotografia com projeção de padrões.

Foram tomadas 4 fotografias do objeto em ângulos diferentes, com resolução de 2048x1536, 3 Megapixels (3.145.728 pixels). No software PhotoModeler Scanner® (versão demonstrativa) realizou-se a orientação automática identificando o posicionamento da câmera em cada tomada e o processamento gerando a nuvem de pontos 3D. A nuvem foi filtrada, suavizada e convertida em malha de triângulos no próprio software (Figura 47).

Figura 47 - Ensaio de digitalização no software PhotoModeler Scanner.

A partir dos resultados prévios, o método aplicado foi aprimorado. Assim, para atingir bons níveis de qualidade neste processo, fez-se necessário o uso de câmeras digitais de alta resolução, as quais possam ser sincronizadas por disparadores e montadas em tripés. É importante a iluminação do ambiente, a qual deve ser calibrada através de medições realizadas por fotômetro. Foi mantida a possibilidade de emissão de padrões gráficos computadorizados sobre o modelo, realizada através de projetor, bem como o gerenciamento do sistema e o processamento das imagens obtidas em um computador portátil que também permita o uso em campo.

Para a execução deste sistema foram utilizadas 4 câmeras fotográficas Nikon® D-90, DSLR com lente objetiva intercambiável 18-105mm VR, 12.3 Megapixels; Disparadores automáticos Nikon® ML-3; Fotômetro Digital Sekonic® 308S; Projetor Multimídia Epson® PowerLite S4; e um notebook Lenovo® ThinkPad SL410, com processador Intel® Core 2 Duo T5870 (2.0 GHz), 2 GB de memória RAM. O sistema foi montado no LdSM/UFRGS e pode ser observado na Figura 48.

Figura 48 - Sistema projetado para digitalização do corpo humano por fotografia, LdSM/UFRGS.

Para o processamento das imagens, foi adquirido o software PhotoModeler Scanner® (versão profissional), Para tanto as câmeras foram calibradas, conforme procedimento indicado pelo mesmo. Basicamente, são tiradas fotos de 4 lados de uma base retangular com diversos alvos (disponíveis para impressão no próprio software), com controle de luminosidade e distância focal.

Em volta do objeto a ser digitalizado são colocados alvos (disponíveis para impressão no próprio software). Adicionalmente, podem ser utilizadas fotografias com a projeção de padrões, buscando melhora no sistema de identificação de pontos na superfície do objeto. Foram obtidas oito imagens com resolução de 4288 x 2848 pixels, sendo utilizadas as seis melhores (apontadas pelo software).

Na primeira etapa do processamento, as fotografias são importadas no software e tratadas, com base na calibração, para remoção da distorção causada pelas lentes. Em seguida, os alvos são reconhecidos em cada imagem, a distância entre eles deve ser informada para definir a escala do modelo. As fotos são processadas aos pares (par estereoscópico) e o sistema informa a qualidade obtida em cada par. Define-se então a área a ser processada para a geração da nuvem de pontos e, finalmente, os parâmetros (resolução, faixa de profundidade e tamanho do grupo de pixels a ser analisado) para o cálculo.

Figura 49 - Processamento de fotografias do assento no PhotoModeler Scanner.

Os alvos reconhecidos em cada imagem permitem a identificação da posição da câmera no espaço no momento da fotografia. Dado que as fotos são trabalhadas aos pares, o sistema gera uma nuvem de pontos para cada par, mas permite processar automaticamente a fusão dos pontos em uma única nuvem (Figura 50).

3.2.9 123D Catch (Digitalização Baseada em Fotografia)

Trata-se de um sistema para obtenção de modelos tridimensionais, lançado em novembro de 2011, parte integrante dos aplicativos Autodesk 123D®. Estes são softwares livres, integrados entre si e com serviços de fabricação, tais como impressão 3D e corte a laser. Especificamente, o 123D Catch gera modelos a partir da combinação de múltiplas imagens com campos sobrepostos (photo stitching). Para o processamento é necessário obter fotografias de maneira a cobrir toda a superfície desejada, usualmente circundando o objeto a ser digitalizado. A identificação dos pontos comuns às fotos é feita automaticamente, mas caso necessário pode haver intervenção manual, conforme observa-se na Figura 51.

Figura 51 - Identificação de pontos (photo stitching) no software 123D Catch.

O sistema trabalha com computação em nuvem (cloud computing), ou seja, utiliza a capacidade de diversos servidores interligados. Assim, o processamento não depende do computador do usuário, o qual apenas gerencia os dados. Através do software, é necessário enviar as fotos via internet (upload) e, após, baixar o resultado (download). Pode-se acompanhar o andamento on line, ou solicitar receber um e-mail quando o processamento for finalizado.

Para este sistema, utilizou-se uma câmera Nikon® D-90 com a sua resolução máxima de 4288 x 2848 pixels. Foram obtidas 25 fotos (85MB) sem o auxílio de tripés, as quais foram enviadas em menos de 5min. através de uma conexão de 10Mb/s. O

processamento no servidor levou em torno de 15 minutos. O resultado pode ser visto na Figura 52. Nesta observam-se também as posições das câmeras identificadas pelo sistema (acima), bem como as imagens utilizadas (abaixo).

Figura 52 - Resultado do processamento do assento no 123D Catch.

A intervenção manual realizada foi marcar uma medida de referência no assento, a fim de definir sua escala de tamanho (Figura 53A). Os objetos existentes no cenário auxiliam no reconhecimento das imagens. A última etapa foi a seleção da área do assento (eliminando as superfícies adquiridas a sua volta), para refinamento da malha (Figura 53B). É possível exportar um arquivo OBJ com 3 níveis de resolução.