Application of low-cost 3D modeling techniques to geological and mining heritage

RESUMEN: Las técnicas de captura de datos, tratamiento y representación tridimensional de los mismos, actualmente tienen gran aplicación en múltiples campos, tanto ingenieriles, médicos o incluso artísticos y cada vez son más accesibles para el usuario común. Este trabajo se enfoca en el análisis de los resultados de reconstrucción tridimensional, resultantes de la captura de datos por medio de distintas metodologías que a nivel técnico y económico pueden clasificarse como de bajo coste, con cámara fotográfica o un dispositivo de captura de movimiento orientado al ocio (Kinect) y alto coste, con láser-escáner, para la conservación de elementos patrimoniales mineros. La primera técnicas de bajo coste indicada, se basan en la fotogrametría, e involucra la captura de datos local con medios técnicos y aparatos asequibles (cámaras fotográficas, en éste caso no métricas) para cualquier individuo u organización, así como un tratamiento que requiere periodos de tiempo relativamente menores con respecto a la alternativa del láser escáner, al trabajar con imágenes fotográficas y unas técnicas no necesariamente especializadas, con la aplicación de software accesible para el nivel usuario. En este caso concreto, y siguiendo en la línea de consideración de aplicaciones de bajo coste, se hará uso de software libre, existiendo una notable variedad en el mercado e información disponible para su manejo. El segundo supuesto de aplicación de técnicas low-cost implica la aplicación de Kinect, herramienta para el control de videojuegos, que, a través de software específico desarrollado por una compañía dedicada a la fabricación de equipos topográficos, y en particular de láser escáner (Faro), ha permitido que dicho dispositivo pueda emplearse en la generación de nubes de puntos. Por otra parte, están las técnicas que realizan una captura masiva de datos, requieren de aparatos sofisticados y, aun cuando los dispositivos van reduciendo sus costes, pueden considerarse a priori más alejados del público común, común como es el láser-escáner. Este dispositivo implica además tiempos de tratamiento de datos superiores, a lo que hay que añadirle medios informáticos de requisitos suficientes para dicho tratamiento, pasando finalmente por un tiempo de procesado considerablemente mayor, y que requieren de software más especializado y con requerimientos de hardware mayores para poder realizar postproceso de datos. El presente Trabajo Fin de Grado propone la aplicación de dichas técnicas a la modelización de un elemento de patrimonio geológico-minero, como es la conocida como “Piedrona”, espectacular muestra de blenda acaramelada y calcita de grandes dimensiones, ubicada en la Escuela Politécnica de Ingeniería de Minas y Energía. Además de llevar a cabo los procesos de captura mediante las distintas técnicas, se aplicarán diversas metodologías de tratamiento y gestión de los datos hasta la obtención del modelo tridimensional final. Se evaluarán las diferencias objetivas entre el producto obtenido de la aplicación de ambas técnicas a nivel de resolución, de manejo y por último de utilidad para la representación y registro de elementos patrimoniales mineros para su puesta en valor.ABSTRACT: The techniques of data capture, processing and three-dimensional representation of the same, currently have great application in many fields, both engineering, medical or even artistic and are increasingly accessible to the common user. This work focuses on the analysis of the results of three-dimensional reconstruction, resulting from the capture of data by means of different methodologies that at a technical and economic level can be classified as low-cost, with a photographic camera or a leisure-oriented motion capture device (Kinect), and high-cost, with laser-scanner, for the conservation of mining heritage elements. The first low-cost techniques indicated are based on photogrammetry, and involve the capture of local data with technical means and affordable devices (cameras, in this case not metric) for any individual or organisation, as well as a treatment that requires relatively shorter periods of time with respect to the laser-scanner alternative, when working with photographic images and techniques that are not necessarily specialised, with the application of software accessible to the user level. In this specific case, and following the line of consideration of low-cost applications, free software will be used, as there is a notable variety on the market and information available for its use. The second case of application of low-cost techniques involves the application of Kinect, a tool for controlling video games, which, through specific software developed by a company dedicated to the manufacture of topographic equipment, and in particular laser scanners (Faro), has enabled this device to be used to generate point clouds. On the other hand, there are techniques that perform massive data capture, require sophisticated equipment and, even though the cost of these devices is decreasing, they can be considered a priori more distant from the common public, such as the laser-scanner. This device also involves longer data processing times, to which must be added computer resources with sufficient requirements for such processing, finally passing through a considerably longer processing time, and requiring more specialised software and with greater hardware requirements to be able to post-process the data. This Final Degree Project proposes the application of these techniques to the modelling of an element of geological-mining heritage, such as the so-called "Piedrona", a spectacular sample of caramelised blende and calcite of large dimensions, located at the Escuela Politécnica de Ingeniería de Minas y Energía (Polytechnic School of Mining and Energy Engineering). In addition to carrying out the capture processes using the different techniques, various data processing and management methodologies will be applied until the final three-dimensional model is obtained. The objective differences between the product obtained from the application of both techniques will be evaluated in terms of resolution, handling and, lastly, usefulness for the representation and recording of mining heritage elements for their enhancement.Grado en Ingeniería de los Recursos Minero