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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D5 - Fotogrametría y Reconstrucción Cinemática 3D
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:3085
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: Adquisición multivista
¿Cómo se observa simultáneamente el cuerpo del pez desde varias vistas?
Grupo 2: Grupo 2: Reconstrucción 3D por puntos
¿Cómo se reconstruye la forma 3D usando puntos corporales identificables?
Grupo 3: Grupo 3: Reconstrucción 3D por siluetas
¿Cómo se reconstruye el volumen corporal desde siluetas multivista?
Grupo 4: Grupo 4: Reconstrucción temporal y seguimiento
¿Cómo se obtiene la cinemática corporal 3D a lo largo del tiempo?
Grupo 5: Grupo 5: Onda cinemática y parámetros propulsivos
¿Cómo se cuantifica la deformación y se derivan parámetros propulsivos?
Grupo 6: Grupo 6: Acoplamiento con CFD
¿Cómo alimenta la cinemática 3D al cálculo hidrodinámico?
Grupo 7: Grupo 7: Ventaja de la reconstrucción tridimensional
¿Qué movimientos adicionales revela el análisis 3D frente al lateral 2D?
ID:1048
Grupo 1: Grupo 1: Adquisición multivista
Descripción
¿Cómo se observa simultáneamente el cuerpo del pez desde varias vistas?
Pregunta clave: ¿Cómo se observa simultáneamente el cuerpo del pez desde varias vistas?
La fotogrametría de alta velocidad es la técnica que reconstruye la forma tridimensional y la cinemática del cuerpo del pez a partir de imágenes sincronizadas capturadas por varias cámaras de alta velocidad, capaces de grabar entre quinientos y diez mil fotogramas por segundo. Así, la misma fotogrametría de alta velocidad que al comienzo de este modelo se describió como una técnica capaz de medir el movimiento del cuerpo sólido del pez, y no solo del fluido que lo rodea, termina revelando una riqueza de movimiento corporal que las técnicas más simples de seguimiento en dos dimensiones dejan fuera. A diferencia de la técnica de velocimetría por imágenes de partículas descrita antes en esta serie, que mide el movimiento del fluido alrededor del pez, la fotogrametría de alta velocidad mide el movimiento del propio cuerpo sólido del pez. Para reconstruir la forma tridimensional del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad sigue uno de dos caminos: o bien detecta puntos de control sobre el cuerpo del pez —marcadores pintados sobre la piel, o puntos anatómicos reconocibles— y los triangula estereoscópicamente del mismo modo que se triangula la posición de un pez completo en el tracking 3D de nado descrito antes en esta serie, o bien reconstruye la silueta completa del cuerpo del pez a partir de las siluetas que ese mismo cuerpo proyecta en cada una de las cámaras. Para obtener la cinemática completa del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad repite esta reconstrucción de la forma en cada fotograma sucesivo, y rastrea la posición de cada punto o segmento corporal a lo largo del tiempo.
ID:5209
Grupo 2: Grupo 2: Reconstrucción 3D por puntos
Descripción
¿Cómo se reconstruye la forma 3D usando puntos corporales identificables?
Pregunta clave: ¿Cómo se reconstruye la forma 3D usando puntos corporales identificables?
Para reconstruir la forma tridimensional del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad sigue uno de dos caminos: o bien detecta puntos de control sobre el cuerpo del pez —marcadores pintados sobre la piel, o puntos anatómicos reconocibles— y los triangula estereoscópicamente del mismo modo que se triangula la posición de un pez completo en el tracking 3D de nado descrito antes en esta serie, o bien reconstruye la silueta completa del cuerpo del pez a partir de las siluetas que ese mismo cuerpo proyecta en cada una de las cámaras.
ID:5210
Grupo 3: Grupo 3: Reconstrucción 3D por siluetas
Descripción
¿Cómo se reconstruye el volumen corporal desde siluetas multivista?
Pregunta clave: ¿Cómo se reconstruye el volumen corporal desde siluetas multivista?
La intersección de los conos visuales de todas las cámaras define el volumen visual del cuerpo del pez, es decir, el volumen máximo posible que resulta compatible, al mismo tiempo, con todas las siluetas observadas desde las distintas cámaras. En este segundo camino, cada cámara define un cono visual: la región del espacio que, al proyectarse sobre esa cámara, cae dentro de la silueta del cuerpo del pez observada en su imagen. Para reconstruir la forma tridimensional del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad sigue uno de dos caminos: o bien detecta puntos de control sobre el cuerpo del pez —marcadores pintados sobre la piel, o puntos anatómicos reconocibles— y los triangula estereoscópicamente del mismo modo que se triangula la posición de un pez completo en el tracking 3D de nado descrito antes en esta serie, o bien reconstruye la silueta completa del cuerpo del pez a partir de las siluetas que ese mismo cuerpo proyecta en cada una de las cámaras. Para obtener la cinemática completa del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad repite esta reconstrucción de la forma en cada fotograma sucesivo, y rastrea la posición de cada punto o segmento corporal a lo largo del tiempo. A partir de esta cinemática corporal tridimensional se calculan la amplitud de la onda que recorre el cuerpo del pez en cada punto y en cada instante, la velocidad con la que esa onda cinemática viaja a lo largo del cuerpo, el número de Strouhal y el resto de los parámetros propulsivos relevantes.
ID:5211
Grupo 4: Grupo 4: Reconstrucción temporal y seguimiento
Descripción
¿Cómo se obtiene la cinemática corporal 3D a lo largo del tiempo?
Pregunta clave: ¿Cómo se obtiene la cinemática corporal 3D a lo largo del tiempo?
A partir de esta cinemática corporal tridimensional se calculan la amplitud de la onda que recorre el cuerpo del pez en cada punto y en cada instante, la velocidad con la que esa onda cinemática viaja a lo largo del cuerpo, el número de Strouhal y el resto de los parámetros propulsivos relevantes. Para obtener la cinemática completa del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad repite esta reconstrucción de la forma en cada fotograma sucesivo, y rastrea la posición de cada punto o segmento corporal a lo largo del tiempo. La ventaja de reconstruir esta cinemática corporal en tres dimensiones, en vez de solo en el plano lateral, es que revela movimientos del cuerpo del pez fuera de ese plano que un análisis bidimensional lateral subestima o directamente no detecta, algo especialmente marcado en maniobras de giro o cuando el pez nada dentro de una corriente perturbada. La fotogrametría de alta velocidad es la técnica que reconstruye la forma tridimensional y la cinemática del cuerpo del pez a partir de imágenes sincronizadas capturadas por varias cámaras de alta velocidad, capaces de grabar entre quinientos y diez mil fotogramas por segundo. La deformación de la superficie del cuerpo del pez a medida que nada, la llamada onda cinemática, se cuantifica ajustando un modelo de superficie deformable a la nube de puntos que la reconstrucción entrega en cada instante.
ID:5212
Grupo 5: Grupo 5: Onda cinemática y parámetros propulsivos
Descripción
¿Cómo se cuantifica la deformación y se derivan parámetros propulsivos?
Pregunta clave: ¿Cómo se cuantifica la deformación y se derivan parámetros propulsivos?
La deformación de la superficie del cuerpo del pez a medida que nada, la llamada onda cinemática, se cuantifica ajustando un modelo de superficie deformable a la nube de puntos que la reconstrucción entrega en cada instante. A partir de esta cinemática corporal tridimensional se calculan la amplitud de la onda que recorre el cuerpo del pez en cada punto y en cada instante, la velocidad con la que esa onda cinemática viaja a lo largo del cuerpo, el número de Strouhal y el resto de los parámetros propulsivos relevantes. Para obtener la cinemática completa del cuerpo del pez, la fotogrametría de alta velocidad repite esta reconstrucción de la forma en cada fotograma sucesivo, y rastrea la posición de cada punto o segmento corporal a lo largo del tiempo. Así, la misma fotogrametría de alta velocidad que al comienzo de este modelo se describió como una técnica capaz de medir el movimiento del cuerpo sólido del pez, y no solo del fluido que lo rodea, termina revelando una riqueza de movimiento corporal que las técnicas más simples de seguimiento en dos dimensiones dejan fuera.
ID:5213
Grupo 6: Grupo 6: Acoplamiento con CFD
Descripción
¿Cómo alimenta la cinemática 3D al cálculo hidrodinámico?
Pregunta clave: ¿Cómo alimenta la cinemática 3D al cálculo hidrodinámico?
Cuando se combina con la dinámica de fluidos computacional descrita antes en esta serie, la fotogrametría de alta velocidad aporta precisamente las condiciones de contorno de deformación del cuerpo que esa simulación necesita imponer para calcular las fuerzas hidrodinámicas resultantes sobre el pez.
ID:5214
Grupo 7: Grupo 7: Ventaja de la reconstrucción tridimensional
Descripción
¿Qué movimientos adicionales revela el análisis 3D frente al lateral 2D?
Pregunta clave: ¿Qué movimientos adicionales revela el análisis 3D frente al lateral 2D?
La ventaja de reconstruir esta cinemática corporal en tres dimensiones, en vez de solo en el plano lateral, es que revela movimientos del cuerpo del pez fuera de ese plano que un análisis bidimensional lateral subestima o directamente no detecta, algo especialmente marcado en maniobras de giro o cuando el pez nada dentro de una corriente perturbada. Así, la misma fotogrametría de alta velocidad que al comienzo de este modelo se describió como una técnica capaz de medir el movimiento del cuerpo sólido del pez, y no solo del fluido que lo rodea, termina revelando una riqueza de movimiento corporal que las técnicas más simples de seguimiento en dos dimensiones dejan fuera.
ID:5215