Artec Space Spider escanea el gigantesco esqueleto de Stegosaurus de 150 millones de años

Producto: Artec Space Spider
Industria: Arte y Diseño

En el Museo de Naturaleza y Ciencia de Denver (Denver Museum of Nature&Science) una de las escenas más icónicas de la exhibición de dinosaurios tiene que ser el enfrentamiento entre el Stegosaurus y el Allosaurus. El estegosaurio de 26 pies de largo representa el dinosaurio estatal de Colorado. No sólo la especie de dinosaurio, sino el espécimen individual que se adoptó para representar el estado.  El Stegosaurus era un dinosaurio herbívoro que pesaba hasta 10 toneladas y habitó el área ahora llamada Colorado hace 150 millones de años. Lo que hace que este Stegosaurus en particular sea tan especial no es el hecho de que se haya encontrado en Cañón City, Colorado, o incluso que estuviera casi completo, algo muy raro para los esqueletos de dinosaurios. Fue encontrado por una clase de estudiantes de secundaria en un viaje de campo en 1936. El maestro de esa clase, Frederick Carl Kessler, pudo hacer que sus alumnos trabajaran junto a paleontólogos profesionales para excavar el esqueleto fósil.

Mike Triebold de Triebold Paleontology, Inc. (TPI) en Woodland Park, Colorado. TPI restaura y monta esqueletos fósiles y crea esqueletos, suministrándolos a museos de todo el mundo. Los clientes de la compañía incluyen el Museo Americano de Historia Natural en Nueva York, el Museo Carnegie en Pittsburgh y el Museo Smithsonian de Historia Natural en Washington, DC. La sede de TPI alberga una colección de moldes y especímenes fósiles originales, que se exhiben en el museo práctico de historia natural de la compañía, el Centro de Recursos de Dinosaurios de las Montañas Rocosas.

Mike Triebold estaba buscando agregar un Stegosaurus a su catálogo de moldes, pero no a cualquier Stegosaurus. Estaba enfocado en conseguir para el proyecto, en la medida de lo posible al famoso Stegosaurus Kessler del Museo de Denver ya que se estaba construyendo la nueva Experiencia Royal Gorge Dinosaur en Canon City y querían una copia del Stegosaurus que Kessler cerca de Canon City. El abuelo del dueño de RGDE, Zach Reynolds, acompañaba regularmente a Kessler en excavaciones de dinosaurios desde los años 40 hasta los 60, por lo que el Stegosaurus tiene vínculos familiares y comunitarios.

Con el consentimiento del Museo de Denver, el trabajo comenzó.

La reproducción de este espécimen fue complicada por un par de factores. Uno fue el tamaño. Este dinosaurio tiene más de 26 pies de largo y además las placas altas que cubren su cuello, espalda y cola, mide más de 9 pies de alto. Normalmente, el tamaño no sería un desafío insuperable ya que cada hueso individual se moldearía en silicona y con plásticos líquidos. Sin embargo, este espécimen no es solo huesos en los estantes. Fue montado y expuesto en la década de 1990 utilizando medios puramente permanentes, por lo que no fue construido para ser desmontado. El acero se formó alrededor del esqueleto, se soldó en su sitio y se colocó de forma permanente en los huesos, por lo que se hizo imposible moldear los huesos individuales en silicona.

Para recrear este espécimen, Matt Christopher de TPI necesitaba moldearlo usando el escaneo 3D. “Necesitábamos digitalizar tridimensionalmente el esqueleto que no podía desmontarse para poder imprimir una réplica en 3D”, dice Matt. “Las dimensiones y los detalles de la superficie debían ser lo más parecido posible a los que obtendríamos de un molde de silicona para que pudiéramos terminar a mano las impresiones 3D y que reproduzcan exactamente el espécimen original”.

Para este trabajo TPI utilizó el escáner 3D estructurado de luz Spider de Artec junto con el software de escaneado y procesamiento Artec Studio 3D. El escáner fue suministrado por el socio local de Artec, 3D Printing Colorado. “Nuestro Artec Spider capturó exactamente lo que necesitábamos”, dice Matt.

El Spider se empleó para escanear huesos individuales y regiones del esqueleto como proyectos individuales en Artec Studio. “Esto requería que se gateara dentro de la caja torácica (sí, una persona adulta encaja dentro de la caja torácica de Stegosaurus) para capturar las vértebras dorsales que forman la espalda del dinosaurio y las superficies medias de la caja torácica, los omoplatos y las caderas”, dice Mate. “También hubo poses interesantes sobre una escalera de mano para llegar a la parte superior de las grandes placas en forma de abanico en la espalda del dinosaurio. Pudimos capturar todos los elementos que necesitábamos, desde la punta de la nariz hasta los enormes picos al final de la cola “.

El equipo terminó con 629 escaneos individuales a lo largo de 71 proyectos de escaneo individuales en Artec Studio. El número podría haber sido más alto, pero para ahorrar tiempo se decidió omitir el escaneo de los elementos que podrían ser tomados “en espejo” para generar el otro lado, como los brazos, las piernas y las costillas.

Cada escaneo debía alinearse, recortarse y convertirse en archivos de malla 3D en Artec Studio. “Las características de alineación en Artec Studio fueron absolutamente primordiales para el éxito de este proyecto”, dice Matt. “Alinear cada escaneo fue tan simple como orientar manualmente a una zona próxima de la posición correcta y dejar que la herramienta de alineación perfeccionara el ajuste. Usar Artec Studio para crear y controlar la malla generada a partir de los escaneos alineados nos permitió extraer el nivel exacto de detalle que queríamos para manipular e imprimir en 3D”.

Las mallas exportadas estaban libres de artefactos gracias a un filtro en Artec Studio que elimina todos los elementos que sean más pequeños que el escaneo maestro. Los pequeños agujeros se rellenaron automáticamente utilizando el algoritmo de llenado de agujeros en Artec Studio. “Si hubiéramos estado escaneando huesos individuales, no montados, habría sido fácil generar mallas completas e impermeables directamente desdeArtec Studio que no hubieran requerido post procesamiento adicional”, dice Matt. “Con la armadura de acero restante para ser removida y las superficies obstruidas para ser reconstruidas, las mallas impermeables no eran realmente una opción o una necesidad para rehacer el Stegosaurus“.

Las mallas resultantes fueron importadas a ZBrush para la separación de elementos articulados, reconstrucción de superficies que fueron imposibles de alcanzar con el escáner 3D, como por ejemplo los espacios entre los huesos articulados y la eliminación de la armadura de acero que oscurecía la superficie de algunas de las superficies óseas.

TPI tiene una variedad de impresoras 3D a su disposición que van desde una pequeña unidad de escritorio Formlabs Form2 SLA hasta una Atlas de gran formato de TitanRobotics. Con numerosas impresoras trabajando en el proyecto, imprimir el esqueleto llevó seis meses. Cuando se terminaron las impresiones, se repavimentaron ligeramente a mano y se prepararon para el moldeo añadiendo maquetas para la armadura interna de acero y articulando algunos especímenes para que se moldearan en secciones en lugar de huesos individuales. Cada hueso o conjunto completado se llama maestro. Éstos se moldearon luego en caucho de silicona utilizando cauchos de silicona líquida de alta calidad en moldes de dos partes y múltiples partes; algo que el personal de TPI ha estado haciendo durante casi 30 años.

Los moldes terminados fueron equipados con acero interno para ser rodeados por resinas plásticas en el proceso de fundición. “El plástico se vierte en el acero, por lo que no se necesita una armadura externa que oculte las superficies óseas”, dice Mike. “Con los moldes vertidos alrededor de la armadura, podemos armar el esqueleto en cualquiera de una infinidad de poses y soldar el acero que sobresale del interior de cada molde de plástico. El esqueleto montado está listo para ser pintado a mano y entregado”.

El proyecto ahora terminado se exhibirá de forma permanente en la experiencia de Royal Gorge Dinosaur Experience (www.dinoxp.com) en Canon City, Colorado, que se presentó el 19 de mayo. Zach Reynolds, su familia y su padre Dave ahora podrán compartir el logro de este importante deseo con el público.

Según Mike, este proyecto habría sido imposible de completar hace un par de décadas. “Con nuestro Spider de Artec pudimos aunar una de las mejores tecnologías actuales con los más avanzados métodos tradicionales de moldeo y fundición para crear una copia exacta de ese gran dinosaurio sin siquiera tocarlo”, dice. “Ahora, ¿qué les parece ese Allosaurus …”

Artec SDK para un proceso de escaneo robótico automatizado y sin errores

Producto: Artec Space Spider
Industria: Académico

Un grupo internacional de investigadores usaron el Escaneo Artec SDK y el Spider de Artec montado en un brazo robótico para desarrollar un método de escaneo automático que produce modelos de gran calidad, inclusive cuando se escanean objetos pequeños y geometría compleja. Un número de tests comparativos han probado que este nuevo método supera de manera efectiva las previas técnicas de escaneo.

Escanear objetos físicos en 3D puede presentar grandes retos, especialmente cuando el objeto tiene una textura complicada y oclusiones. Ha habido una gran cantidad de investigación que se ha llevado a cabo para eliminar la cantidad de datos dañados y puntos ciegos en imágenes 3D, y un equipo ha llegado a un resultado verdaderamente impresionante.

Un nuevo método de escaneo ha sido elaborado por un grupo de ingenieros de Visual Computing Research Center, la Universidad de Tel-Aviv, la Universidad de Newfoundland, la Universidad de Konstanz y Shandong University.

En una serie de experimentos, los investigadores usaron el escáner 3D de Artec montado en el brazo de un robot antropomórfico, PR!, para escanear varios objetos pequeños situados en una mesa de resina que el robot sostenía y rotaba en su otra mano.

Para sus experimentos el equipo escogió el Spider de Artec por encima de otras soluciones para escaneo 3D. Spider es una herramienta ideal para escanear objetos pequeños ya que ve inclusive los bordes más afilados y las parte más pequeñas.

Spider produce imágenes de extremada alta resolución (de hasta 0,1 mm) y precisión superior (de hasta 0,05 mm), capturando hasta 7,5 fotogramas por segundo y procesando 1.000.000 puntos por segundo. Los fotogramas son fusionados en tiempo real, lo cual quiere decir que no se requiere de un pos procesamiento complicado.

Junto con el software Artec Studio, es una pequeña herramienta poderosa para diseñadores, ingenieros e inventores de todo tipo, y con el Escaneo Artec SDK puede ser incorporado a cualquier sistema de escaneo especializado.

El objetivo principal de los experimentos era asegurar alta fidelidad en el escaneo de objetos. Este objetivo fue alcanzado al situar el escáner en los estratégicamente escogidos mejores puntos de visión (Next-Best-Views NBVs) para capturar de manera progresiva los detalles del objeto hasta que fueran alcanzadas tanto el trabajo completo como la alta fidelidad.

La idea del nuevo sistema de escaneo autónomo se resume en el análisis de los datos adquiridos por el escáner y la generación de un set de NBVs para el robot que escanea.

El proceso de escaneo empieza con un escaneo general del objeto para obtener una nube de puntos inicial que a grandes rasgos cubre una amplia porción de la superficie del objeto. Luego un set de NBVs, o puntos de vista, es generado basado en la ecuación Poisson.

Luego el robot mueve el escáner como para tomar snapshots de estos puntos de vista. Cuando la mano del robot que sostiene el escáner ha alcanzado el punto de vista asignado, el escaneo se realiza. El sistema obtiene el fotograma, el cual es luego registrado y fusionado con la imagen inicial.

Para evitar que se pierdan detalles, el nuevo algoritmo crea un mapa de seguridad, detectando de manera automática áreas de baja calidad en donde escaneos adicionales deben ser aplicados.

el proceso de escaneo fue programado usando el Escaneo Artec SDK. El escaneo sucede automáticamente y se detiene una vez el requerimiento específico de reconstrucción es alcanzado.

El nuevo algoritmo fue comparado con dos otros basados en NBV, uno enfocado en la visibilidad y otro en los límites. El nuevo método probó suministrar escaneo de más alta calidad.

Los investigadores también compararon el algoritmo a las aproximaciones basadas en la curvatura y en la densidad, para confirmar que su método entrega escaneos con una calidad que no tiene igual.

Adicionalmente, el equipo experimento con su algoritmo en otra plataforma robótica, un robot de industria de un brazo para escanear automáticamente y con alta calidad y fidelidad un objeto delicado con la imagen de un elefante.

Escaneando pizzas recién salidas del horno con Artec Space Spider

Producto: Artec Space Spider, Artec Studio
Industria: Productos de Consumo

Cuando sacan la pizza del horno, lo último en lo que piensas es en escanearla en 3D. Pero eso es exactamente lo que hizo un especialista en escaneo 3D en Polonia. Horas antes, su cliente, la agencia de publicidad NuOrder en Varsovia, recibió una llamada de Da Grasso Pizza, una de las marcas de pizza más populares del país.

Da Grasso quería crear anuncios animados para sus diferentes estilos de pizza, pero había un problema: cómo hacer que la pizza se vea tan deliciosa como en la vida real. El modelado en 3D se descartó rápidamente, ya que no podía representar de forma realista todas las formas orgánicas y superficies de una pizza de Da Grasso y sus muchos ingredientes.

Fue entonces cuando NuOrder supo que el escaneo 3D sería ideal para el proyecto. Se pusieron en contacto con el embajador de Artec de Varsovia 3D Master para contarle los requisitos del trabajo. 3D Master tiene muchos años de experiencia en una amplia gama de aplicaciones de digitalización e impresión 3D, incluyendo diseño CAD, consultoría técnica y mucho más.

Para el proyecto Da Grasso Pizza, se tendrían que escanear 10 pizzas en 3D a color de alta resolución, con suficiente detalle para mostrar cada loncha de pepperoni, la cebolla, las brillantes aceitunas, así como su dorada corteza y las capas de queso fundido.

Relamiéndose también, el especialista en ingeniería inversa de 3D Master, Adam Rajch, sabía que Artec Space Spider sería perfecto para la tarea. Con una precisión de 0,05 mm, y capaz de capturar increíbles niveles de detalle en una sola pasada, este escáner 3D de mano ha demostrado ser extraordinario para objetos pequeños en campos tan diversos como el control de calidad, la ingeniería inversa, la sanidad, la medicina forense, y otros ámbitos.

Rajch se puso en marcha cuando tocó escanear. El estudio fotográfico donde se realizó el escaneo tiene su propio horno, lo que hizo posible que las pizzas se escanearan en el momento justo. Justo después de salir del horno, Rajch dividía cuidadosamente cada pizza en ocho porciones del mismo tamaño, asegurándose de separarlas aproximadamente una pulgada (2-3 cm), para permitir la captura de los bordes de la pizza.

Desde ese punto, llevó un total de 5 a 7 minutos escanear cada superficie de las pizzas y todos esos irressistibles ingredientes. No se usaron sprays ni marcadores en el escaneo. Sin embargo, como el queso era tan jugoso y a veces hacía que la superficie fuera demasiado reflectante para escanearla bien, Rajch tenía que limpiar suavemente la pizza con una toalla de papel para absorber el exceso de grasa, lo que facilitaba mucho el escaneo.

Después, Rajch procesó los escaneos en Artec Studio. Primero usó el registro global, seguido de la fusión nítida, luego la simplificación de la malla por precisión, y el relleno de huecos cuando era necesario. Sólo faltaba añadir la textura, y los modelos 3D estaban listos para ser exportados como archivos OBJ.

Una vez que la agencia de publicidad NuOrder recibió los archivos OBJ procedentes de 3D Master, pusieron en marcha sus engranajes creativos, especialistas en cortometrajes, animación 3D de productos y personajes para TV encargados de conseguir grandes resultados a precios asequibles para campañas de ventas y marketing.

El equipo de especialistas en animación de NuOrder utilizó 3ds Max, así como Adobe Photoshop, After Effects y Zbrush para construir los modelos 3D ultrarrealistas y prepararlos para la secuencia de animación. Los elementos sueltos de las pizzas, como las hojas de rúcula, las aceitunas y los tomates cherry, se incorporaron por separado.

El Director Creativo de NuOrder, Daniel Dudek, describió el proyecto así:

“Colaboramos con 3D Master para crear los escaneos de pizza en 3D necesarios para el spot de Da Grasso. El reto consistía en que la pizza no sólo tenía que parecer apetitosa, sino que los tamaños de los archivos tenían que ser óptimos para que los modelos fueran fáciles de trabajar y poderse animar al final. Debido a que el cliente es una cadena de pizzerías, los resultados fotorrealistas y la estética eran la máxima prioridad.

“Al final, el escaneo 3D resultó ser mejor que la sesión fotográfica del producto. Estamos encantados con el resultado.”

Los resultados los puedes ver en el video: