Este artículo se publicó originalmente en engineering.com el 11 de octubre de 2018.
El Smithsoniano y FARO® trabajan para digitalizar su acervo
El escaneo en 3D es una tecnología de rápido avance que permite mapear objetos del mundo real en modelos 3D computarizados. Las aplicaciones del escaneo en 3D son numerosas, y el escaneo en 3D está experimentando una mayor adopción para aplicaciones, tales como el aseguramiento y control de calidad. Sin embargo, hoy vamos a alejarnos un poco del ámbito de la manufactura para analizar cómo el escaneo en 3D se utiliza en el mundo de Galerías, Bibliotecas, Archivos y Museos(GLAM, por sus siglas en inglés).
Vince Rossi utiliza un FARO ScanArm para capturar el esqueleto de una ballena con fines investigativos.
Oficina del Programa de Digitalización del Smithsoniano
El Instituto Smithsoniano comprende una colección de diecinueve museos, nueve centros de investigación y un zoológico nacional distribuidos en todo el territorio de los Estados Unidos. El Smithsoniano cuenta con una vasta colección de objetos, artefactos y especímenes, aproximadamente 155 millones de elementos en total. Estos objetos incluyen todo desde insectos hasta aeronaves, un registro inmenso de ciencia, historia, arte, naturaleza y mucho más.
La Oficina del Programa de Digitalización del Smithsoniano tiene la misión de capturar estos objetos mediante escaneo 3D.
“El objetivo de nuestro grupo es pensar cómo podemos usar las herramientas de medición 3D y las herramientas de escaneo 3D ya sea para resolver un problema de investigación o para respaldar el acceso a ellas”, expresó Vincent Rossi, encargado principal del programa 3D de la Oficina del Programa de Digitalización. “Trabajamos con los diecinueve museos y los nueve centros de investigación. Nuestro equipo está formado por cinco integrantes que operamos como una especie de nueva empresa dentro del universo del Smithsoniano.”
La razón de ser del Smithsoniano, de acuerdo con el mismo instituto, es aumentar y difundir el conocimiento. La Oficina del Programa de Digitalización utiliza el escaneo 3D de muchas maneras para alcanzar este objetivo. Tal vez la más obvia es registrar los objetos del Smithsoniano para la posteridad y hacerlos más accesibles para el mundo. Con 155 millones de objetos en la colección, menos de un uno por ciento puede ser físicamente exhibido. Al escanear estos objetos y hacerlos públicos, muchas más personas pueden tener acceso a la colección.
Sin embargo, la Oficina del Programa de Digitalización desea ir aún más lejos que tan solo escanear un objeto y compartir el modelo. Desean vincular los modelos con los curadores e investigadores que los estudian, para aportar a los modelos de historias que los relacionen con el mundo real.
“Usar ese objeto 3D como una herramienta para aprender y descubrir, ese es el objetivo de nuestra oficina y del Smithsoniano”, señaló Rossi.
Engare Sero y Cerro Ballena
Modelo 3D de fósil de ballena MPC 675 de Cerro Ballena. (Imagen cortesía del Smithsoniano.)
La Oficina del Programa de Digitalización también utiliza el escaneo 3D para colaborar con la investigación en el Smithsoniano.
“Aquí se producen investigaciones reales. Este es un instituto de investigación. Y mucho de lo que ve exhibido son productos de esa investigación”, mencionó Rossi. “Por lo tanto, otra de las cosas que hacemos es usar las herramientas de escaneo 3D para respaldar la investigación en el Smithsoniano y en todo el mundo."
En 2010, Rossi y su equipo viajaron a Tanzania para documentar un sitio llamado Engare Sero donde había huellas de los primeros seres humanos. En aquel momento, la Oficina del Programa de Digitalización utilizaba una tecnología levemente más lenta:tomaron 1200 imágenes usando una cámara Canon EOS 5D Mark II de 21,1 megapíxeles. Utilizando un software de fotogrametría originalmente diseñado por la industria minera australiana, Rossi y el equipo generaron imágenes 3D de tres huellas de los primeros seres humanos. Desde aquel entonces, han podido procesar los datos para producir mallas de cada vez más alta resolución.
Vistas superior y lateral de la huella H12 encontrada en Engare Sero en 2010. (Imagen cortesía del Smithsoniano.)
El segundo viaje internacional del equipo los llevó al Desierto de Atacama en Chile, a un lugar llamado Cerro Ballena. Obreros de la construcción que estaban realizando una autopista habían descubierto huesos de docenas de ballenas, fósiles que se determinó tenían 5 millones de años. La construcción de la carretera quedó interrumpida, y se llamó a la Oficina del Programa de Digitalización para preservar el lugar en 3D.
“Esa información contextual acerca de cómo se disponían los fósiles sobre la tierra era importante para el investigador”, explicó Rossi. “Y el método habitual de documentación sería que un investigador marque una línea con cuerdas metro por metro sobre el suelo y que luego elabore un boceto de la ubicación aproximada de cada fósil sobre un papel. Y, por supuesto, también se tomarían fotografías. Pero con los datos 3D, pudimos obtener esta instantánea del momento de la investigación con un alto grado de precisión y una resolución increíble.”
El equipo utilizó el FARO ScanArm y FARO Focus Laser Scanner para documentar el sitio. Buscaron el modo de elaborar una base improvisada para el brazo utilizando concreto y madera laminada, ya que se diseñó para uso en laboratorio, no en el desierto. Su solución ad hoc funcionó. Después de todo, el proyecto resultó ser una experiencia de aprendizaje interesante, según Rossi.
“En ese momento, nosotros éramos usuarios nuevos. Esa fue la primera vez que usábamos el ScanArm. Hicimos el escaneo con resolución uno a uno de un fósil de ballena de 30 pies. Ahora con más experiencia, puedo afirmar que fue una locura”, afirmó.
Ahora, el FARO ScanArm se ha convertido en una herramienta indispensable para la Oficina del Programa de Digitalización. “El FARO ScanArm es una herramienta que permite obtener imágenes geométricas de alta resolución y alta precisión. Y es portátil, hemos recorrido el mundo con el”, mencionó Rossi.
Desafíos del escaneo 3D
El nuevo 8-Axis (imagen a la izquierda) y la Oficina del Programa de Digitalización escaneando un artefacto (imagen a la derecha).
El escaneo 3D presenta desafíos singulares a quienes pertenecen a la comunidad de GLAM. Uno es un problema que enfrentan todos los que realizan escaneos 3D: determinados materiales pueden escanearse mejor que otros y hay mucha diversidad entre los 155 millones de objetos en el Smithsoniano.
“Cuando se escanea una superficie altamente reflectiva, esta puede plantear un desafío para muchos escáneres diferentes”, explicó Rossi. “Los objetos traslúcidos o transparentes también presentan complicaciones. Así como su tamaño. Para escanear un abejorro, existe una herramienta y un software, y para escanear una aeronave, existe un conjunto de herramientas completamente diferentes."
Sin embargo, la heterogeneidad no es el problema más grave que se presenta con estos 155 millones de objetos. Un problema aún mayor es la cantidad de tiempo que tomaría escanear todos, especialmente con un equipo conformado por cinco personas.
“Por cada hora en el campo, podemos llegar a pasar fácilmente ocho horas procesando el material”, explicó Rossi. “A diario pensamos en encontrar algo que acelere la captura y minimice el procesamiento posterior."
La Oficina del Programa de Digitalización está especialmente entusiasmada con el nuevo 8-Axis FAROArm®, un escáner 3D con un componente de plataforma giratoria que acelera la captura de datos. La Oficina del Programa de Digitalización tuvo la oportunidad de probar el 8-Axis FaroArm y pronto dispondrá del suyo. El soporte giratorio no solo ayuda a mejorar la velocidad de captura de datos, sino que también ayuda en otro aspecto importante del escaneo de GLAM:la manipulación de objetos.
“Cualquier solución de escaneo que minimice la manipulación de los objetos, es una consideración realmente importante”, dijo Rossi. “Eso es realmente el aspecto más crítico, la manipulación de objetos. Porque si se manipula incorrectamente un objeto que es único, como el guante de Neil Armstrong, si algo le sucediera a este objeto, eso sí sería terrible. Por lo tanto, minimizar la manipulación de objetos es otra consideración realmente importante y una prioridad, además de una gran ayuda para nuestro equipo.”
Próximos pasos de la Oficina del Programa de Digitalización
Cuando no se encuentra escaneando la gigantesca colección del Smithsoniano, la Oficina del Programa de Digitalización está trabajando con diligencia para crear herramientas 3D y normas que los ayuden a realizar su trabajo de manera más sencilla y accesible. En este momento están desarrollando una herramienta de código abierto que automatizará algunos de los pasos de posprocesamiento que incluye la captura de datos 3D.
“Pensar en cómo podemos mejorar el tiempo de procesamiento es realmente clave para nuestro equipo y, para nosotros, es importante pensar en la escalabilidad. ¿Cómo podemos hacer mella en el escaneo de la enorme colección que conserva el Smithsoniano?Si lo hiciéramos utilizando los métodos manuales que existen actualmente, ciertamente se podría garantizar una increíble seguridad laboral, pero no lograríamos avanzar usando métodos manuales.”
El equipo también está trabajando en una extensión al formato de archivo glTF para incorporar el soporte de anotaciones 3D. Esto contribuye con la visión de la Oficina del Programa de Digitalización de no solo compartir modelos en 3D, sino también contar historias y educar a los observadores. Si todo sale bien, múltiples proveedores adoptarán la extensión del Smithsoniano y posiblemente se la incorporará en el formato glTF.
Sean cuales fueren los pasos que realice la Oficina del Programa de Digitalización en el futuro, solo lo hará con la ayuda de socios altruistas. Cerca del 60 % del presupuesto del Smithsoniano está financiado por el gobierno federal, y la diferencia está comprendida por la recaudación de fondos y asociaciones con empresas como FARO.
“Tenemos una magnífica asociación con FARO”, expresó Rossi. “Y esas asociaciones nos brindan acceso a tecnología, como escáneres láser, que no podríamos costear con el presupuesto del Smithsoniano."
Para ver cualquiera de los modelos 3D analizados en este artículo (y muchos más), visite 3d.si.edu.
FARO Technologies no tuvo participación editorial en esta publicación.Todas las opiniones me pertenecen. — Michael Alba