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Luces, cámara y acción para la visualización 3D avanzada

La tecnología 3D ultrarrealista está un paso más cerca de hacerse realidad gracias al proyecto financiado con fondos europeos PROLIGHT-IAPP, para provecho de arquitectos, médicos y demás usuarios.
Luces, cámara y acción para la visualización 3D avanzada
La visualización 3D permite que una amplia gama de especialistas, desde científicos a artistas, puedan representar y manipular sus trabajos en un entorno virtual. Si embargo, aún resulta complicado obtener imágenes de gran realismo. Las pantallas estereoscópicas (con gafas) presentan imágenes bidimensionales (con diferencias en el eje lateral) que no cambian la escena mostrada al moverse. Si bien las pantallas autoestereoscópicas permiten a los usuarios deshacerse de las gafas y generar algunos cambios en la escena, los movimientos desvelan los bordes de los pares de imágenes («bandas de color»). El aumento de la densidad visual con proyecciones de campo de luz aborda este problema, pero utilizando un volumen de datos enorme que es necesario para recrear una imagen realista.

El proyecto financiado con fondos europeos PROLIGHT-IAPP abordó este problema que supone la captura, el análisis, la modelización, la compresión y la renderización de imágenes del mundo real. Esto lo logró aprovechando métodos contemporáneos de procesamiento de señales, complementados con un conocimiento de las propiedades de la luz y los campos de luz y recreando una escena visual ultrarrealista a gran escala.

Hacia una visualización 3D del mundo real con paralaje completo

Para ver el mundo en 3D se emplean distintas referencias. Tal y como explicó el coordinador del proyecto, el profesor Atanas Gotchev: «En primer lugar, cada ojo tiene una perspectiva ligeramente distinta, y las disparidades correspondientes se procesan en el encéfalo para interpretar la profundidad. En segundo lugar, ambos ojos enfocan el objeto de interés, y la información sobre cómo cambia la longitud focal de las lentes da lugar a una referencia. Cuando nos movemos cambia la perspectiva, y el movimiento relativo de los objetos observados en relación al fondo depende de la distancia a la que se encuentran dichos objetos. Existen otras referencias como las perspectivas, las sombras, los tamaños relativos, etc., las cuales pueden detectarse con un ojo».

Todas estas referencias en conjunto permiten lograr un «paralaje completo», es decir, que los usuarios perciban de manera simultánea la perspectiva correcta, el foco adecuado y el paralaje de movimiento idóneo cuando se desplazan tanto horizontal como verticalmente. Las pantallas de campo de luz son capaces de lograrlo mediante un conjunto de rayos de luz lo suficientemente denso, rayos que impactan en la retina de la misma forma en la que lo hacen los rayos reflejados por objetos reales.

Para poder generar un conjunto de rayos lo suficientemente denso, PROLIGHT-IAPP tuvo primero que captar información sobre la localización y la dirección de los rayos de luz y generar la estructura y la geometría de la escena. Esto se logró experimentando con combinaciones de configuraciones de captación de distintos dispositivos sensores, entre ellos, conjuntos de cámaras que captan los cambios de paralaje horizontal y vertical, combinaciones de cámaras y sensores de tiempo de vuelo (que miden la distancia de las cámaras a los objetos), la creación de mapas de texturas y profundidad, y la codificación de aperturas mediante máscaras que obtienen información de la escena mediante información sobre el enfoque o la falta del mismo.

Tal y como resumió el profesor Gotchev: «Demostramos que podemos reconstruir al completo el campo de luz continuo a partir de configuraciones con pocas cámaras y renderizar todos los rayos necesarios utilizando métodos computacionales de imagen nuevos y de aproximación del campo de luz». El equipo buscó cuantificar el paralaje relacionado con el movimiento de la cabeza y descubrió que cuando los individuos del estudio observaban patrones sinusoidales de distinta profundidad, tanto en estéreo como en mono, distinguían los cambios de profundidad con el doble de eficacia que con paralaje de movimiento (ver distintas perspectivas al mover la cabeza).

Beneficios para los ciudadanos europeos en la era digital

Hasta ahora, y a pesar de contar con los conocimientos técnicos necesarios, la nueva generación de pantallas ultrarrealistas está fuera del alcance debido al precio de componentes como los proyectores de alta velocidad. No obstante, durante la fase de preparación PROLIGHT-IAPP desarrolló parte del hardware necesario y un nuevo método de calibración de la pantalla, un factor importante si se tienen en cuenta los 70 millones de rayos de una pantalla moderna de campo de luz y los 5 000 millones de rayos necesarios para lograr paralaje completo.

Para explicar los fundamentos de esta nueva tecnología digital, el profesor Gotchev indicó: «La creación de imágenes de campo de luz es la nueva frontera audiovisual y podría cambiar el modo en el que la gente consume e interacciona con la información visual». En consonancia con la «Agenda Digital para Europa», mediante la que se busca un mercado único europeo para el intercambio digital de contenidos y servicios, estas tecnologías visuales también resultan positivas para la investigación y la tecnología. Como ejemplos de ello se puede imaginar la capacidad que otorga a un médico para representar partes de la anatomía y así mejorar la prevención y el tratamiento de enfermedades y para labores educativas. El profesor extrapoló además lo siguiente: «Las imágenes de campo de luz son de suma importancia en ámbitos en los que la presencia humana es arriesgada o imposible, como por ejemplo en catástrofes naturales. Resulta útil para visualizar datos que se suelen considerar muy abstractos, como los datos masivos».

Palabras clave

PROLIGHT-IAPP, visualización 3D, proyecciones de campo de luz, propiedades de la luz, paralaje completo, paralaje de movimiento, ancho de banda de pantalla, tecnologías digitales, visualización ultrarrealista
Número de registro: 198833 / Última actualización el: 2017-06-07
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