Cómo funciona un escáner 3D ?

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La palabra escáner viene del latín “scandere” que significa subir una escalera. En ingles se usó primeramente la forma “scan” en el sentido de medir la métrica de una poesía y de allí se empezó a usar cuando alguien observaba con mucho cuidado algo. Luego “scanner” era la persona que realizaba tal observación o cualquier instrumento que facilitara su realización. Tanto en español como en inglés se empezó a usar el término escáner y “scanner” (respectivamente) para diferenciar entre una fotocopiadora y el dispositivo de captura de imágenes planas. Aunque ambos dispositivos, la fotocopiadora y el escáner tienen cierto parecido, su funcionamiento varía mucho.

En cuanto al escáner en tres dimensiones, que se abrevia escáner 3D, hay muchas técnicas y cada autor las clasifica de diversa manera. Por ejemplo está la clasificación, un poco burda, si el sistema mecánico es móvil o fijo, es decir si tiene partes móviles o no; también está la que los clasifica en escáneres de contacto, escáneres de distancia y éstos pueden ser activos o pasivos. Lo escáneres de contacto son los que usan una especie de varita que de manera sistemática va tocando puntos en la superficie del objeto, la distancia y altura de estos puntos dice la forma que tiene al escáner, la varita puede moverse alrededor del objeto realizando círculos desde arriba hacia abajo o simplemente solo sube y baja a lo lago de un eje vertical y el objeto gira en una plataforma. También se ha dicho que para hacer el proceso más rápido se pueden usar más de una varita pero tiene un problema: hay que calibrar las varitas cada cierto tiempo y no es que no haya que calibrar una sola pero ese es problema una cosa es calibrar una sola que calibrar varias.

Los escáneres de distancia usan la luz para medir las distancias entre los puntos de la superficie de un objeto. Son activos si ellos emiten la luz que se usa para medir tales distancias y son pasivos si usan la luz ambiental para tal medición. Los escáneres activos trabajan más o menos bajo la misma premisa, una fuente luminosa envía un láser al objeto y su reflejo es medido por varios sensores, estos calcularán la forma del objeto. Hay sus diferenciar en cuanto a la técnica de medición usada, por ejemplo hay algunos que utilizan una línea horizontal o vertical y hasta ambas trazadas por un láser que hacen un “barrido” sobre un fondo definido, para calibrar, luego se coloca el objeto y la deformación de las líneas del “barrido” son medidas para determinar la forma del mismo, un funcionamiento muy similar al de un escáner normal en cuanto al “barrido”, solo que el escáner común solo hace un barrido y la calibración no es tan compleja. Otro tipo de escáner usa un láser que marca puntos sobre una superficie de calibración (un objeto de forma conocida) que son recogidos por una cámara que está a cierta distancia tanto del láser como del objeto, luego se coloca el objeto a escanear.

Esta técnica es particularmente llamativa porque no requiere materiales muy costosos y como resultado un escáner de este tipo se puede fabricar en casa y hay muchas páginas web que le permiten a los amantes de “hágalo usted mismo” el método para construir uno. Lo que puedo decir de los escáneres pasivos es que hay dos tipos: los que usan solo software y los que usan la ayuda humana aparte del software, aunque básicamente son los mismas tecnologías pero hay dos básicas: las que usan varias fotografías en ángulos para crear la imagen en 3D, muy similar a lo que se hace en el cine 3D y el sistema de siluetas. En este último el objeto se coloca en un plataforma giratoria frente a un fondo contra el que contrasta de formo muy definida. Se toma una fotografía en la cual se resalta solo la silueta, la plataforma gira escasamente medio grado, dependiendo de la precisión que quiera que tenga la imagen, se toma una nueva fotografía y así sucesivamente, este es otro modelo muy fácil de construir en casa.

Debo confesar que los autores complican mucho las descripciones de sus aparatos, pensando seguro en lectores muy bien informados sobre las características de la luz y las técnicas para construir hologramas, hasta he hablado con vendedores que repiten como “loritos” esas características y se quedan callados al querer profundizar un poco en el tema; por ello aconsejo a los curiosos informarse bien sobre esos temas antes de intentar construir su propio escáner pues es muy tentador construir uno sin conocer bien su funcionamiento. Mencionaré por último que el proceso de crear una imagen 3D o modelo 3D de un objeto con un escáner de este tipo lleva varios pasos: el primero la calibración de la cual ya hemos hablado mucho, la toma de la información o las imágenes y luego la creación del modelo. Este último paso no deja de ser muy interesante pues hay tres protocolos.

El primer protocolo usa polígonos unidos sucesivamente que terminan formando el objeto, para los estudiosos del cálculo es muy similar a la manera en que Newton realizaba las primeras “integrales de superficie” y para los que no son tan estudiosos les diré que es como armar figuras usando los famosos “bloques o mecanos” de juguete. El modelo tendrá una mejor resolución entre más “delgados” sean los polígonos o bloques. El otro método es por medio del trazado de una “red de puntos” en la superficie, como cuando extendemos una tela sobre un objeto, algo muy similar, igualmente entre más cercanos estén los puntos unos de otros, mejor será el modelo. Luego está el sistema de modelos CAD (computer-aided desig o en español “diseño asistido por computadora”) que si bien se trata de varios protocolos y muchísimas herramientas desarrolladas por muchas casas comerciales (y algunas “libres”) por sí mismos son todos compatibles entre sí y es fácil convertir los modelos de polígonos o de “redes” a un CAD.

Hoy día hay grandes aplicaciones a esta tecnología, como crear el modelo de un edificio del que no se tienen los planos originales o la reconstrucción de estatuas, juguetes y herramientas, pero una que me llama la atención escanea imágenes planas, por ejemplo fotos de personas ya fallecidas y las convierten en modelos de tres dimensiones con la ayuda de un artista especializado en el tema, una aplicación posterior fue la de tomar la información de un escáner 3D aplicado a una osamenta y a partir de ella reconstruir el modelo en 3D de la persona fallecida o el animal muerto. Es casi increíble ver como estas figuras toman vida con ayuda de la “animación digital”. Este tipo de reconstrucciones han permitido la identificación de desconocidos muertos tras muchos años y ver el aspecto de animales extintos.

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