Las mejoras en el escaneo tridimensional (3D) han permitido un escaneo rápido y preciso de objetos 3D, incluidos objetos del patrimonio cultural, como datos de nubes de puntos 3D. Sin embargo, las técnicas tradicionales de visualización de resaltado de bordes, utilizadas para comprender estructuras 3D complejas, generan un desorden excesivo de líneas, lo que reduce la claridad. Para abordar estos problemas, un equipo multinacional de investigadores ha desarrollado una nueva técnica que implica la representación independiente de bordes suaves y afilados en estructuras 3D, lo que da como resultado una claridad y percepción de profundidad mejoradas.
Los avances recientes en el escaneo tridimensional (3D), particularmente en fotogrametría y escaneo láser, han hecho posible escanear de manera rápida y precisa objetos 3D complejos en el mundo real. Estas técnicas generan modelos detallados mediante la recopilación de datos de nubes de puntos a gran escala, que representan la geometría de la superficie del objeto a través de millones de puntos individuales. Esta tecnología tiene aplicaciones en diversos campos, como el escaneo 3D de objetos del patrimonio cultural. Al almacenar estos objetos en formatos digitales, los investigadores pueden analizar sus estructuras con mayor profundidad. Sin embargo, la complejidad de los datos suele ser significativa, especialmente cuando el objeto escaneado tiene estructuras 3D internas, como bordes rugosos.
La visualización de resaltado de bordes es una técnica que se utiliza para mejorar la claridad de estructuras 3D complejas al enfatizar los bordes de un objeto, haciendo que su forma y textura sean más distintivas. Sin embargo, los métodos existentes tienen dificultades cuando se aplican a objetos muy complejos. Estos métodos dibujan demasiadas líneas, lo que reduce la claridad al afectar la resolución y la percepción de profundidad.
Para abordar estos desafíos, un equipo multinacional de investigadores dirigido por el Prof. Satoshi Tanaka, junto con sus colegas la Sra. Yuri Yamada, el Dr. Satoshi Takatori y el Prof. Liang Li de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Información de la Universidad Rittsmikan, desarrollaron un método innovador. Al explicar su estudio, el profesor Tanaka explica: “Los métodos tradicionales para extraer y visualizar bordes 3D se centran principalmente en bordes afilados. Sin embargo, muchos objetos del mundo real tienen muchos bordes suaves además de bordes afilados, que nuestro método no presenta. Dos Innovaciones clave: extracción dual de bordes 3D, que extrae los bordes suaves y nítidos por separado, y clasificación de color de opacidad, que utiliza variaciones de color y opacidad para diferenciar los bordes suaves y aumenta la claridad. Los resultados se publicaron en Remote Sensing el 9 de octubre de 2024.
Este nuevo método de visualización se basa en la extracción de bordes 3D de doble borde y la gradación de color de opacidad. Las técnicas de extracción 3D de doble borde procesan de forma independiente los bordes afilados y suaves de un objeto 3D mediante el uso de dos umbrales de valores de características diferentes para bordes afilados y suaves. Mientras tanto, la técnica de clasificación de color por opacidad aplica una clasificación simultánea de opacidad y color a los bordes suaves. Este proceso genera bordes suaves con líneas finas y nítidas, resaltando de manera efectiva los detalles complejos e intrincados de las estructuras 3D. Además, introduce un “efecto halo” que oculta parcialmente los bordes del fondo de la imagen, aumentando significativamente la percepción de profundidad. Este efecto también mejora la resolución de los bordes nítidos al resaltar sus siluetas junto con los bordes suaves.
Los investigadores probaron la técnica aplicándola a datos reales de nubes de puntos en 3D, incluidos objetos del patrimonio cultural con un alto valor cultural. Los resultados muestran que la técnica de visualización de resaltado de bordes propuesta produce una representación clara y comprensible de toda la estructura 3D. En particular, el tiempo de cálculo requerido para la extracción 3D de doble borde es comparable a los métodos tradicionales de extracción de bordes estadísticos binarios, mientras que los conceptos de clasificación de colores de opacidad son factibles a velocidades de renderizado interactivo. Además, esta técnica ofrece un efecto “transparente” más eficaz, reemplazando la visualización transparente tradicional utilizada para estudiar la estructura interna de objetos 3D. Además, aplicar esta técnica a la visualización transparente convencional también es eficaz.
“Nuestro método de extracción de bordes 3D no es sólo una mejora, sino una extensión de las técnicas que capturan áreas cubiertas por métodos tradicionales. Para arqueólogos e historiadores, esta herramienta ofrece nuevas oportunidades para el análisis visual especial de objetos del patrimonio cultural. Abre posibilidades. Para el público en general, ofrece una comprensión más profunda de los sitios culturales históricos y al mismo tiempo sirve como tecnología para mejorar las exposiciones en museos y galerías de arte”, dice el profesor Tanaka sobre su potencial de investigación.
Esta técnica innovadora avanza significativamente el concepto de objetos escaneados en 3D, promoviendo una mejor comprensión y preservación de los objetos del patrimonio cultural.
