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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D1.3 - Análisis Cinemático 3D del Vuelo
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3481
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Proyección multivista
Cada cámara proyecta el movimiento 3D sobre un plano 2D; dos o más vistas angulares distintas recuperan la profundidad perdida.
Grupo 2: Grupo 2: Calibración intrínseca
El tablero de ajedrez conocido permite estimar distancia focal, punto principal y distorsión óptica de cada cámara.
Grupo 3: Grupo 3: Calibración extrínseca
La calibración determina posición y orientación de cada cámara en un marco común para combinar las vistas.
Grupo 4: Grupo 4: Validación por reproyección
El error de reproyección cuantifica la calidad de calibración; el storyboard fija <0.5 px como criterio asociado a incertidumbre 3D <1 mm.
Grupo 5: Grupo 5: Triangulación y reconstrucción 3D
DLT combina observaciones 2D sincronizadas y cámaras calibradas para reconstruir coordenadas 3D de marcadores del ala.
Grupo 6: Grupo 6: Orientación y cinemática alar
Los marcadores pasivos o activos rastreados cuadro a cuadro permiten obtener orientación y los tres ángulos de Euler: batido, elevación y rotación.
Grupo 7: Grupo 7: Acoplamiento aerodinámico y mecánico
La cinemática 3D reconstruida alimenta modelos no estacionarios y de mecánica del batido para calcular fuerzas y torques.
ID:1205
Grupo 1: Grupo 1: Proyección multivista
Descripción
Cada cámara proyecta el movimiento 3D sobre un plano 2D; dos o más vistas angulares distintas recuperan la profundidad perdida.
Pregunta clave: ¿Cómo opera proyección multivista?
Cada cámara proyecta el movimiento 3D sobre un plano 2D; dos o más vistas angulares distintas recuperan la profundidad perdida. El problema que resuelve la técnica de Transformada Lineal Directa es que cada cámara, por sí sola, solo puede proyectar el movimiento tridimensional del ala sobre un plano de imagen bidimensional, perdiendo en esa proyección la información sobre la profundidad del ala respecto a la cámara; por eso se necesitan al menos dos vistas distintas del mismo movimiento del ala, tomadas desde ángulos diferentes, para poder recuperar esa profundidad perdida y reconstruir el movimiento completo en tres dimensiones. El movimiento tridimensional del ala del insecto durante el vuelo se puede reconstruir sin necesidad de tocar al insecto, combinando varias cámaras de alta velocidad calibradas al mismo tiempo: esto es lo que hace el análisis cinemático 3D, que reconstruye ese movimiento del ala a partir de lo que cada cámara ve por separado.
ID:5667
Grupo 2: Grupo 2: Calibración intrínseca
Descripción
El tablero de ajedrez conocido permite estimar distancia focal, punto principal y distorsión óptica de cada cámara.
Pregunta clave: ¿Cómo opera calibración intrínseca?
El tablero de ajedrez conocido permite estimar distancia focal, punto principal y distorsión óptica de cada cámara. Antes de poder combinar esas distintas vistas de las cámaras, cada cámara tiene que calibrarse frente a un tablero de ajedrez de geometría perfectamente conocida, lo que permite determinar, para cada cámara, tanto sus parámetros intrínsecos —la distancia focal, el punto principal, las distorsiones ópticas propias de esa cámara— como sus parámetros extrínsecos, es decir, la posición y la orientación exacta de esa cámara respecto a las demás.
ID:5668
Grupo 3: Grupo 3: Calibración extrínseca
Descripción
La calibración determina posición y orientación de cada cámara en un marco común para combinar las vistas.
Pregunta clave: ¿Cómo opera calibración extrínseca?
La calibración determina posición y orientación de cada cámara en un marco común para combinar las vistas. Antes de poder combinar esas distintas vistas de las cámaras, cada cámara tiene que calibrarse frente a un tablero de ajedrez de geometría perfectamente conocida, lo que permite determinar, para cada cámara, tanto sus parámetros intrínsecos —la distancia focal, el punto principal, las distorsiones ópticas propias de esa cámara— como sus parámetros extrínsecos, es decir, la posición y la orientación exacta de esa cámara respecto a las demás. El movimiento tridimensional del ala del insecto durante el vuelo se puede reconstruir sin necesidad de tocar al insecto, combinando varias cámaras de alta velocidad calibradas al mismo tiempo: esto es lo que hace el análisis cinemático 3D, que reconstruye ese movimiento del ala a partir de lo que cada cámara ve por separado.
ID:5669
Grupo 4: Grupo 4: Validación por reproyección
Descripción
El error de reproyección cuantifica la calidad de calibración; el storyboard fija <0.5 px como criterio asociado a incertidumbre 3D <1 mm.
Pregunta clave: ¿Cómo opera validación por reproyección?
El error de reproyección cuantifica la calidad de calibración; el storyboard fija <0.5 px como criterio asociado a incertidumbre 3D <1 mm. Qué tan bien quedó calibrada cada cámara se valida con el error de reproyección: cuando ese error se mantiene por debajo de medio píxel, la calibración resulta lo bastante precisa como para garantizar que la reconstrucción tridimensional del movimiento del ala tenga una incertidumbre menor a un milímetro.
ID:5670
Grupo 5: Grupo 5: Triangulación y reconstrucción 3D
Descripción
DLT combina observaciones 2D sincronizadas y cámaras calibradas para reconstruir coordenadas 3D de marcadores del ala.
Pregunta clave: ¿Cómo opera triangulación y reconstrucción 3d?
DLT combina observaciones 2D sincronizadas y cámaras calibradas para reconstruir coordenadas 3D de marcadores del ala.
ID:5671
Grupo 6: Grupo 6: Orientación y cinemática alar
Descripción
Los marcadores pasivos o activos rastreados cuadro a cuadro permiten obtener orientación y los tres ángulos de Euler: batido, elevación y rotación.
Pregunta clave: ¿Cómo opera orientación y cinemática alar?
Los marcadores pasivos o activos rastreados cuadro a cuadro permiten obtener orientación y los tres ángulos de Euler: batido, elevación y rotación. Con las cámaras ya calibradas de esta forma, unos marcadores colocados directamente sobre el ala del insecto —puntos pintados con tinta reflectante, en el caso de los marcadores pasivos, o diminutas luces miniatura, en el caso de los activos— permiten rastrear, en cada fotograma capturado por las cámaras, los ángulos de Euler que describen la orientación exacta del ala en ese instante. Los ángulos que resultan de este rastreo —el ángulo de batido, el de elevación y el de rotación del ala— no son un fin en sí mismos, sino la entrada principal que necesitan los modelos de aerodinámica no estacionaria y de mecánica del batido alar para calcular, a partir de este movimiento del ala ya reconstruido en tres dimensiones, las fuerzas y los torques que ese movimiento genera durante el vuelo del insecto.
ID:5672
Grupo 7: Grupo 7: Acoplamiento aerodinámico y mecánico
Descripción
La cinemática 3D reconstruida alimenta modelos no estacionarios y de mecánica del batido para calcular fuerzas y torques.
Pregunta clave: ¿Cómo opera acoplamiento aerodinámico y mecánico?
La cinemática 3D reconstruida alimenta modelos no estacionarios y de mecánica del batido para calcular fuerzas y torques. Los ángulos que resultan de este rastreo —el ángulo de batido, el de elevación y el de rotación del ala— no son un fin en sí mismos, sino la entrada principal que necesitan los modelos de aerodinámica no estacionaria y de mecánica del batido alar para calcular, a partir de este movimiento del ala ya reconstruido en tres dimensiones, las fuerzas y los torques que ese movimiento genera durante el vuelo del insecto.
ID:5673