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14 de abril de 2021
Albatros: rescatando la historia a través de la realidad virtual
La última locomotora de vapor de alta velocidad de Europa, Albatros, tiene muchas historias que contar, pero no es físicamente accesible para todo el mundo. Con el objetivo de que la gente pudiera disfrutarla, Artzenal digitalizó este referente cultural con RealityScan y lo llevó a la realidad virtual.
La locomotora de vapor Albatros 498.104 es un auténtico espectáculo. Con una longitud total de 25,6 metros, acabada en un elegante azul real pulido y ruedas en un rojo intenso, destaca de inmediato entre sus contemporáneas. Además, Albatros representa el último vestigio de toda una era tecnológica: la última gran locomotora de vapor de alta velocidad antes de la llegada del diésel y la energía eléctrica a las líneas principales de Europa Central.
Este icono ha sido preservado a lo largo de los años por el Albatros Club, un grupo de expertos y entusiastas de los trenes encabezado por su presidente, el Sr. Veres. Albatros suele participar en grandes eventos y recorridos conmemorativos, y no es raro verla tirando del coche presidencial de la antigua República de Checoslovaquia. Sin embargo, debido a su tamaño, es un ejemplar que solo puede apreciarse en persona, pues difícilmente cabría en un museo.
Para acercar el Albatros al público general, se decidió que Artzenal, un servicio de digitalización con sede en Eslovaquia, escaneara el tren y lo incorporara a una experiencia de realidad virtual.
Puede que la locomotora Albatros sea uno de los objetos individuales que más dificultades ha supuesto a la hora de escanear. Reúne todos los factores de lo que conviene evitar: un tamaño colosal, solo iluminación exterior, superficies metálicas brillantes, cristal, estructuras complejas y capas y más capas de belleza industrial escondidas en rincones de difícil acceso.
El equipo de Artzenal utilizó el escáner láser FARO FOCUS 150 desde decenas de posiciones, de las que al final se escogieron 18, y varias cámaras Nikon D850 para sacar 45 858 fotos a la locomotora de vapor Albatros. Para procesar las imágenes en un modelo 3D detallado, utilizaron RealityScan.
Para acercar el Albatros al público general, se decidió que Artzenal, un servicio de digitalización con sede en Eslovaquia, escaneara el tren y lo incorporara a una experiencia de realidad virtual.
Escaneado del Albatros
Puede que la locomotora Albatros sea uno de los objetos individuales que más dificultades ha supuesto a la hora de escanear. Reúne todos los factores de lo que conviene evitar: un tamaño colosal, solo iluminación exterior, superficies metálicas brillantes, cristal, estructuras complejas y capas y más capas de belleza industrial escondidas en rincones de difícil acceso.
El equipo de Artzenal utilizó el escáner láser FARO FOCUS 150 desde decenas de posiciones, de las que al final se escogieron 18, y varias cámaras Nikon D850 para sacar 45 858 fotos a la locomotora de vapor Albatros. Para procesar las imágenes en un modelo 3D detallado, utilizaron RealityScan.
El proceso de escaneado supuso todo un reto, incluso para el experimentado equipo de Artzenal. «Tuvimos que planificar meticulosamente cada paso para conseguir un buen resultado: dividir el motor en secciones y trabajar en ellas según lo previsto para cada día, además de tener en cuenta el tiempo meteorológico y las condiciones de luz para conseguir un perfil uniforme», explica Richard Dömös, responsable de la unidad de escaneo de Artzenal. «Fue necesario idear nuevos métodos para capturar con exactitud los instrumentos y las superficies metálicas brillantes».
Dömös añade que el equipo se pasó seis días in situ capturando todo en las condiciones adecuadas para lograr un resultado homogéneo y con todo lujo de detalles.
Dömös añade que el equipo se pasó seis días in situ capturando todo en las condiciones adecuadas para lograr un resultado homogéneo y con todo lujo de detalles.
Recopilación de los datos
Otro gran reto para el equipo, el hardware y el software fue manejar la enorme cantidad de datos recopilados (más de 700 GB) para crear un modelo único y exacto de la locomotora vapor Albatros y su vagón de suministro en un solo proceso. El equipo tuvo que integrar una ingente cantidad de información para lograr un resultado absolutamente preciso y fiel al original en cada detalle técnico y dimensión. Usando RealityScan y la máxima capacidad de procesamiento jamás empleada en Artzenal, hicieron falta varios intentos (cada uno prolongado durante días de trabajo intenso de integración y generación) hasta obtener un resultado satisfactorio que hiciera justicia al majestuoso modelo original.
«La locomotora de vapor Albatros ha sido el elemento único más grande que hemos intentado generar en [RealityScan]», afirma Marcel Petras, fundador de Artzenal y responsable del proceso 3D. «En los proyectos anteriores, no necesitamos más de 20 000 fotos por objeto. Con el Albatros nos adentramos en terreno desconocido, superando con creces esa cifra».
Petras comenta que el proceso supuso una curva de aprendizaje, requiriendo volver atrás varias veces, pero que el resultado y los conocimientos adquiridos justificaron los medios y el esfuerzo. «También puso a prueba el software de [RealityScan]», señala. «Al menos por nuestra parte, nunca habíamos intentado procesar una cantidad tan grande de datos de distintos tipos (escaneos láser y fotografías) para un solo objeto. El resultado es prueba del potencial de esta herramienta, y esto nos anima a afrontar con confianza otros retos en el futuro».
La primera ronda con RealityScan generó los siguientes datos de salida:
Petras comenta que el proceso supuso una curva de aprendizaje, requiriendo volver atrás varias veces, pero que el resultado y los conocimientos adquiridos justificaron los medios y el esfuerzo. «También puso a prueba el software de [RealityScan]», señala. «Al menos por nuestra parte, nunca habíamos intentado procesar una cantidad tan grande de datos de distintos tipos (escaneos láser y fotografías) para un solo objeto. El resultado es prueba del potencial de esta herramienta, y esto nos anima a afrontar con confianza otros retos en el futuro».
Datos sin procesar
La primera ronda con RealityScan generó los siguientes datos de salida:
- Nube de puntos: más de 700 GB de datos de entrada.
- Modelo: 1380 millones de triángulos.
- Texturas: 36 materiales y 150 texturas.
Transición a Unreal Engine
El caso de uso principal (dar vida a la locomotora de vapor Albatros como experiencia virtual) requirió la transferencia de datos sin procesar a un formato optimizado para usar en Unreal Engine. Unreal Engine fue una elección lógica debido a su potente paquete visual y a facilidad de crear versiones para las plataformas de destino.
Para conseguir un rendimiento rápido en tiempo real en casos de uso futuros, pero también para mantener la máxima calidad en hardware con buen rendimiento, el objetivo inicial fue reducir el modelo bruto de 1380 millones de triángulos a menos de 5 millones de triángulos, y aproximadamente 150 texturas y 36 materiales, para crear un modelo maestro en tiempo real.
Como resultado, el modelo maestro de la locomotora de vapor Albatros y su vagón de suministro cuenta con una malla de poco menos de 3 millones de triángulos y utiliza 150 texturas y 36 materiales. Esta versión funciona en Unreal Engine a 60 fps estables en un ordenador estándar, y sirve como una buena base para optimizaciones posteriores en diferentes configuraciones de hardware.
En esta fase, el modelo de origen de un solo objeto se dividió en varios objetos y subgrupos. Con este fin, Veres y el Albatros Club ofrecieron a Artzenal un recorrido guiado detallado en el que se explicaron todos los elementos funcionales de la locomotora y los controles de la cabina. A esto le siguió una demostración en directo para registrar el movimiento, el sonido y los efectos (fuego, humo y vapor) producidos al hacer funcionar una máquina de tal envergadura. Este material ayudaría a recrear el funcionamiento del motor con cada detalle en la experiencia virtual de Artzenal.
En esta fase, el modelo de origen de un solo objeto se dividió en varios objetos y subgrupos. Con este fin, Veres y el Albatros Club ofrecieron a Artzenal un recorrido guiado detallado en el que se explicaron todos los elementos funcionales de la locomotora y los controles de la cabina. A esto le siguió una demostración en directo para registrar el movimiento, el sonido y los efectos (fuego, humo y vapor) producidos al hacer funcionar una máquina de tal envergadura. Este material ayudaría a recrear el funcionamiento del motor con cada detalle en la experiencia virtual de Artzenal.
«Fue fundamental tomar las decisiones adecuadas desde el principio o, de lo contrario, tendríamos que volver al modelo sin procesar y repetir los pasos más adelante», explica Petras. «A partir de nuestra experiencia en el desarrollo de videojuegos y el uso de Unreal Engine como plataforma, abordamos la división y optimización en un único gran paso, y obtuvimos un "modelo para juegos" que ahora puede usarse de forma totalmente dinámica en los escenarios en tiempo real que habíamos previsto».
Tras el hito clave de lograr que la locomotora de vapor Albatros funcione a la perfección en Unreal Engine, el equipo ahora se embarca en la tarea de dar vida a esta enorme máquina virtual.
El futuro virtual del Albatros
Tras el hito clave de lograr que la locomotora de vapor Albatros funcione a la perfección en Unreal Engine, el equipo ahora se embarca en la tarea de dar vida a esta enorme máquina virtual.
De cara a las próximas fases, añadirán las funciones e interacciones previstas, así como la operatividad correspondiente, además de crear versiones adaptadas para las plataformas de destino. En 2021, el equipo quiere adaptar Albatros a la realidad virtual y a proyecciones de alta calidad como una experiencia interactiva. Combinando la alta calidad visual de los escaneos con una presentación práctica de la información y valor educativo, se abre un gran potencial para ofrecer la experiencia de una locomotora de vapor en escenarios ludificados que resultan muy amenos.
El escenario de realidad virtual de Albatros durará unos 10-15 minutos, durante los cuales el usuario se acercará a la locomotora en reposo y la preparará para arrancar tras revisar, engrasar y añadir carbón, agua y arena. Una vez completadas esas tareas, pasará a la cabina para encender el fuego, generar presión y vapor, ajustar válvulas y palancas, y finalmente, con orgullo, tocar la bocina y ponerla en marcha, todo con imágenes, sonidos y movimientos completos.
Como afirma el equipo de Artzenal: «Para nosotros, esta es la esencia del patrimonio cultural virtual: hacer que este tipo de cosas sean accesibles digitalmente para más público y, sobre todo, romper barreras presentando contenido e información valiosa de una forma atractiva».
Como afirma el equipo de Artzenal: «Para nosotros, esta es la esencia del patrimonio cultural virtual: hacer que este tipo de cosas sean accesibles digitalmente para más público y, sobre todo, romper barreras presentando contenido e información valiosa de una forma atractiva».
Nota: En el momento en que se escribió esta entrada del blog, RealityScan aún se llamaba RealityCapture, y la empresa, CapturingReality.
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