Practica No.1 3D Zephyr PDF

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Fotogrametria practica...

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE Ingeniería Geográfica y del Medio Ambiente

Código: Versión:

CIGMA.05.02 V1.0

Manual de prácticas de Fotogrametría Generación de ortofotos aéreas y terrestres con software 3D ZEPHYR

Fecha Actualizado

Práctica No. 1

Generación de ortofotos aéreas y terrestres con software 3D ZEPHYR

Ing. Pablo Pérez MAG Diciembre 2020

Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

24/07/2020 15/12/2020

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Manual de prácticas de Fotogrametría Generación de ortofotos aéreas y terrestres con software 3D ZEPHYR

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CONTENIDO:

4 5 5 6 6 18 18 19 20

Justificación Objetivos de aprendizaje Definiciones Materiales y equipos Instrucciones de trabajo Actividades prácticas Formatos y registros Rúbrica Referencias bibliográficas

Elaborado por: Docente- Investigador del DCTC

Revisado por: Coordinador de área de conocimiento Geoespacial

Aprobado por: Director de la Carrera de Ing. Geográfica y del Medio Ambiente

Autorizado por: Director del Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción.

Ing. Pablo Pérez

Ing. Cesar Leiva

Ing. Alexander Robayo

Ing. Ana Haro

Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

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Práctica No. 1

Generación de ortofotos aéreas y terrestres con software 3D ZEPYR 1. Justificación Al igual que otras ciencias, la fotogrametría se ha beneficiado significativamente con los desarrollos y adelantos en el diseño de software y aplicaciones de alto rendimiento. La automatización de los procesos fotogramétricos, y la alta competitividad de empresas desarrolladoras de software, que quieren ubicar sus productos y/o servicios, ha permitido que en los actuales momentos, se pueda disponer y acceder a una gran variedad de software de procesamiento de fotografías aéreas (métricas y no métricas) y terrestres para la generación de ortofotos y modelos 3D del terreno. A continuación, podemos observar los logos distintivos de algunas de las aplicaciones que se encuentran disponibles en el mercado, para ejecutar los procesos fotogramétricos, cada uno de los cuales tienen particularidades y formas de resolver y presentar los resultados..

COLMAP, MicMac, VisualSFM OpenMVG. Hexagon Geospatial IMAGINE Photogrammetry Ilustración 1 Cuadro resumen de diferente software fotogramétrico

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En todos los casos, es posible distinguir los siguientes procesos que se llevan a cabo y que están relacionados con los nuevos productos esperados.

Ilustración 2 Estructura del software fotogramétrico

De allí que en cada aplicación, es posible identificar las herramientas utilizadas de manera individual o combinada. Es posible encontrar software libre abierto y/o gratuito que permite resolver las herramientas indicadas, así por ejemplo Colmap para la generación de la nube de puntos, Meshlab para la generación de mallas y Blender para texturización de los modelos.

2. Objetivos de aprendizaje 2.1 Objetivo general Aplicar los conocimientos adquiridos en la parte teórica, para extraer de las fotografías aéreas y terrestres geoinformación representada por: nubes de puntos, mallas, modelos 3D texturizados, y ortofotos; empleando para el efecto software libre y propietario de las marcas más conocidas.

2.2 Objetivos Específicos • •

•

Familiarizarse con el ambiente y la estructura de operación del software fotogramétrico 3DF Zephyr Aplicar el flujo de trabajo fotogramétrico digital para los casos de: Fotografías aéreas de cámaras métricas, fotografías aéreas tomadas con drones, fotografías terrestres autogeneradas, Identificar las fortalezas y debilidades del software indicado, que pudieran a futuro ser relevante para tomar una decisión de compra.

3. Definiciones Orientación Interior: Orientación Exterior: Orientación Relativa: Coeficientes de distorsión radial: Coeficientes de distorsión Tangencial: GSD Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

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4. Materiales y Equipos • • • •

Fotografías aéreas tomadas con UAVs Software fotogramétrico 3DF ZEPHYR https://www.3dflow.net/3df-zephyrphotogrammetry-software/ Monografías de los Puntos de control terrestre Hardware para procesamiento de las imágenes

5. Instrucciones de trabajo 5.1 Generalidades 3DF ZEPHYR es un software de reciente creación, tiene pocos años en el mercado, razón por la cual es muy poco conocido en nuestro medio. Su última versión conocida como 3D Zephyr Lite 5.002, puede ser descargada desde la siguiente dirección web: https://www.3dflow.net/3dfzephyr-photogrammetry-software/ . Para fines académicos se puede descargar la versión Free, que a pesar de tener limitaciones en el número de fotografías que se pueden procesar (50) es de uso perpetuo. Por su parte la versión trial, nos permite diposner por quince (15) días la versión activa sin ninguna limitación en la operación ni en el número de fotografías, adecuado para personas experimentadas que requieren emplear una mayor cantidad de fotografías. 3DF ZEPHYR está diseñado para el procesamiento de: fotografías aéreas, fotografías terrestres, videos (videogrametría), fotografías multiespectrales y fotografías panorámicas.

El diseño del ambiente trabajo para el usuario es intuitivo de fácil comprensión, cuenta con íconos que se explican por si solos. La velocidad de procesamiento es excelente y la presentación gráfica constituye una ventaja comparativa frente a otras aplicaciones.

5.2

Instalación del software

Como en todos los casos, la dirección de correo electrónico y la creación de una cuenta de usuario es requerida, luego de lo cual el proceso de instalación sigue de manera muy fluida. Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

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Escogemos el sitio de instalación del software

Aceptamos para que inicie la instalación

Una vez que se han cumplido los requerimientos básicos, se completa la instalación, encontrándonos listos para iniciar el uso del software.

5.3 Ambiente de trabajo Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

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La versión instalada de 3D ZEPHYR nos permite trabajar unos 15 días sin limitaciones de número de fotos ni tamaño de imagen. El ambiente gráfico de trabajo se muestra de la siguiente manera:

1

• •

• • •

En la parte superior disponemos de las funciones activas y los ícono para visualización de los modelos. En la parte derecha se observan el menú de procesos a ejecutar: Leerlas fotos o cámaras, generación de nubes de puntos dispersa, generación de nube de puntos densa, generación de mallas y generación de mallas con textura. En el lado derecho del menú disponemos de la herramienta para realizar la animación y/o video. En la parte inferior se encuentra el menú que despliega las fotografías. Al centro de la pantalla, podemos observar la zona de trabajo en 3D, donde se muestran los productos generados.

5.4

Ingreso de datos (fotografías)

En el menú principal elegir “flujo de trabajo”, “Nuevo proyecto” aparece la pantalla “asistente de nuevo proyecto”

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Luego de indicarle “siguiente”, permite observar la página de “selección de fotos”

Al pulsar el signo “+” aparece la raíz del disco duro, desde donde se seleccionan las fotografías aéreas a ser procesadas. Con el listado de fotografías, se pueden añadir otras volviendo a pulsar el signo “+” o se pueden retirar algunas que están demás. Como se puede observar en el menú inferior, es posible: • •

Importar imágenes desde video, Importar imágenes panorámicas

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5.5 Seteo de parámetros para orientación de las fotografías 5.5.1

Calibración de las cámaras

Una vez que las fotografías aéreas han sido ingresadas, el sistema realiza un reconocimiento de la geometría de las fotografías y presenta los resultados: Identificador de la fotografía, la condición de ajuste, la distancia focal, el formato (píxeles).

El sistema permite ingresar los datos de calibración de la cámara por medio de la pestaña “Agregar nueva calibración”. Como se podrá observar, y por ser la primera vez, se puede crear el archivo cámara, ingresando por teclado los parámetros del certificado de calibración que incluye: Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

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Nombre de la cámara Distancia focal Parámetros de distorsión radial Parámetros de distorsión tangencial Coordenadas del punto principal (centro óptico)

Como resultado del proceso de “Autocalibración” el sistema nos presenta los parámetros calculados activando la pestaña “Modificar la calibración”,

Como se puede determinar de las fotografías ingresadas, los parámetros corresponden a: • • •

Longitud focal (expresada en píxeles) Valores de las ks o coeficientes de distorsión radial Valores de los ps o coeficientes de la distorsión tangencial

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Coordenadas del centro óptico 5.5.2

Orientación de las cámaras

En este proceso se busca definir los parámetros que van a ser empleados para la “recuperación de la posición de las fotografías y sus relaciones espaciales” conocida como orientación relativa; para el efecto la aplicación nos requiere se definan algunos parámetros para: • • •

Orientación de cámaras Creación de nube de puntos Reconstrucción de superficie

En los siguientes tipos de objeto: objeto cercano, aérea, urbano, cuerpo humano, y vivel de detalle: Rápido, default, análisis profundo

5.5.3 Centros de exposición

Finalmente, para iniciar la reconstrucción de la ubicación espacial de las cámaras, se requiere contar con los valores iniciales de las coordenadas terrestres de los centros de exposición, recuperados del GPS del Dron.

Para iniciar el procesamiento automático de datos, se activa la pestaña “Ejecutar”. Ing. Pablo Pérez S. MAG, Ing. Luz Marina Flores R. MBA, Todos los derechos reservados ® 2020

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5.6 Procesamiento de información para la generación del modelo 3D Iniciado el proceso, queda en manos del software ejecutar las rutinas que le permitan reconstruir tridimensionalmente el terreno en base al método “Structure fron Motion" SfM. Como se puede observar, se dispone de varias ventanas que despliegan información de: • • •

Porcentaje de avance del procesamiento Tratamiento de datos ejecutado Nivel de ocupación del CPU de la máquina

Luego de transcurridos unos minutos u horas (dependiendo del nivel de detalle requerido), se termina el procesamiento de datos, con la presentación del siguiente mensaje:

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En esta pantalla se puede observar el listado de fotografías que fueron empleadas en el ajuste, con la indicación de que si se procesó “Yes”, y las que no se procesaron. Una vez que se activa “TERMINAR”, se despliegan en las diferentes pantallas los resultados del procesamiento.

5.7

Visualización de resultados: modelo 3D

Una vez que se ha completado el procesamiento de la información, todas las funciones propias del programa se activan y toman sentido, cada uno de los menús y pantallas nos muestran información, así como las funciones del mouse permiten manipular los elementos tridimensionalmente para mejorar su visualización. •

1 Pantalla PROYECTO nos indica la lista de procesos ejecutados (5) y el número de veces ejecutados: o Cámara (20 fuera de 20) o Nube de puntos dispersa (1) o Nube de puntos densa (1) o Malla o Malla con textura

Se puede escoger la pestaña que se desea observar de manera independiente. 5

1

2

3

4

Por ejemplo, si activa la pestaña “Nubes de Puntos Dispersa” y prenda y apague la función, podrá ver sobre la fotografía de fondo, los puntos de la malla dispersa medidos, asocie dichos puntos con los detalles de la fotografía. Luego active la pestaña “Nubes de Puntos Densa” y observe la distribución casi simétrica de los puntos sobre la fotografía aérea, finalmente active la pestaña “Malla” y podrá observar la fotografía totalmente cubierta.

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2 Pantalla modelo 3D: si escoge del emnú inferior la fotografía está aparecerá en el centro de la pantalla, sobre la cual es posible representar la información antes indicada.

Con ayuda del mouse y manteniendo presionado el botón izquierdo, podemos orbitar dentro de la zona de trabajo, cambiar las vistas para resaltar o identificar algún detalle en particular.

2

Moviendo el mouse manteniendo presionada la rueda central, podemos trasladar la imagen de un lugar a otro; o girando la rueda central conseguimos acercar o alegar el modelo. Si presionamos el botón derecho sobre la zona de trabajo, podemos tener acceso a las funciones “cámara” y ver el modelo desde diferentes vistas como: superior, frente, izquierda, derecha, entre otras; así como accedemos a otras funciones relacionadas.

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3 Pantalla Animador de puntos clave: Esta pantalla es clave para poder planificar, organizar y grabar un video o animación de un recorrido virtual en el modelo 3D

Para el efecto, se selecciona una serie de vistas, posiciones e imágenes, que se agregan mediante la pestaña “Agregar posición actual”. Se puede correr el video, hacer los cambios requeridos y finalmente grabar.

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5.8 Texturizado Continuando con los procesos fotogramétricos para la generación de ortofotos, accedemos a la barra de trabajo en la pestaña “Flujo de trabajo” y seleccionamos “Texturizado”.

Y dejamos que se procese la información.

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