Documentación de líquidos en 3 dimensiones

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Proyecto de investigación realizado por:
Alexander Peck y Pepe Gómez-Acebo
Mayo - Junio 2015

En 1908 Arthur Worthington publicó un estudio sobre salpicaduras capturando –de forma estupenda- gotas de leche y pompas de jabón burbujeando. Más de cien años después la tecnología moderna nos da la posibilidad de replicar sus resultados añadiendo una dimensión más. Recientemente Factum Arte ha empezado a usar fotogrametría para capturar líquidos en movimiento en tres dimensiones.

Para capturar líquidos en movimiento en tres dimensiones Factum ha sobrepasado dos obstáculos principales: Fotografiar simultáneamente el líquido desde distintos ángulos y proyectar un patrón sobre su superficie. Una sola y única instancia del líquido –cuya forma es variable- se captura por medio de un sistema multi-fotográfico. Su tiempo de exposición es efectivamente reducido y análogo al tiempo de descarga lumínica de los flashes que congelan el líquido en movimiento.

Proyectar una textura a lo largo de la superficie del líquido es más complicado. El software de fotogrametría requiere de un patrón –o bien de detalles visibles- para reconocer puntos singulares a lo largo de la superficie del líquido. Por medio de la triangulación de miles de aquellos puntos –así como por medio de otros procesos- el software crea una malla tridimensional de la superficie. Sin embargo, la mayoría de los líquidos no poseen ninguna textura impidiendo un escaneado directo y basado en la fotogrametría. Para solucionar este problema Factum Arte ha experimentado con dos soluciones: Proyectar patrones y usar líquidos no-homogéneos. Las proyecciones de luz están limitadas por su poca densidad de puntos y por su intensidad. Obtener líquidos no homogéneos ha resultado ser más efectivo.

Los líquidos no-homogéneos están compuestos por dos elementos: Un cuerpo y un patrón. El cuerpo ha de ser opaco, ha de tener una baja viscosidad y no hacer burbujas. El patrón tiene que formar una matriz de puntos –o bien de características- distribuidas equitativamente a lo largo de la superficie del cuerpo.

CUERPO PATRÓN

Opaco Matriz de puntos
Baja viscosidad Alta densidad
Sin burbujas Distribuido equitativamente

La siguiente propuesta considera distintos líquidos en tanto a las condiciones mencionadas en la parte superior.

Pruebas de Materiales

Leche con cacao: Un líquido opaco con un comportamiento similar al del agua pero que genera demasiadas burbujas. A escala global estas pueden usarse como textura. Sin embargo, las burbujas aparecen explotadas y sin estar distribuidas homogéneamente a lo largo de la superficie del líquido.

Leche con cacao

Agua con pintura: Una alternativa mejor al Colacao puesto que únicamente crea burbujas muy pequeñas. Estas crean una fina capa de espuma que puede usarse como puntos de control. Sin embargo, la espuma desaparece cuando no se agita o se revuelve, haciéndolo imposible capturar líquidos bajo un movimiento lento.

Agua con pintura

Agua con pintura y cereales: Aunque proporcionen muchos puntos de referencia para triangular, el cereal tiende a concentrarse a lo largo de ciertas zonas de la superficie del líquido. Consecutivamente, aquellas zonas -con una densidad baja de cereal- tienden a generar una malla ruidosa.

Agua con pintura y cereales

Yeso: El yeso diluido con agua contiene una densidad alta de puntos gracias a su granulosidad. Además, su textura se extiende homogéneamente a lo largo de la superficie. Aun así, el yeso es demasiado viscoso y por lo tanto no crea la turbulencia que se desea.

Yeso

Compuesto de aceite: Esta mezcla de aceite teñido y alcohol da los mejores resultados. Por la diferencia en su densidad, el alcohol y el aceite no se mezclan al ser revueltos y agitados. En su lugar, las gotas singulares de alcohol forman una textura. El aceite y el alcohol se tiñen para incrementar su contraste.

Compuesto de aceite

Compuesto de aceite

El compuesto de aceite produce con diferencia los mejores resultados. Está hecho de aceite teñido y alcohol. La proporción entre aceite y alcohol puede variar según la densidad de puntos que se desee. Una proporción de 2:1 entre el aceite y el alcohol ofrece buenos resultados.

Ambos han de ser teñidos para hacerlos opacos y para incrementar su contraste.

El compuesto de aceite ha sido teñido para que resultara opaco y para aumentar el contraste de los componentes

Imagen con puntos

PREPARAR EL CUERPO

1. Coger aceite fino como un aceite de girasol
2. Mezclar el óleo con un disolvente, como el aceite de trementina, para reducir su viscosidad. Hay que evitar sobre-diluir la tinta puesto que tiene que mantenerse opaca. Elegir preferiblemente un tinte claro
3. Mezclar el aceite con el tinte. Añadir suficiente tinte para que el aceite sea opaco.

PREPARAR EL PATRÓN

4 Coger la mitad de alcohol que de aceite.
5. Mezclar el alcohol con pintura acrílica. Añadir suficiente tinte para que el alcohol se vuelva opaco. Elegir un tinte oscuro.

MEZCLAR EL CUERPO Y EL PATRÓN

6. Mezclar el cuerpo y el patrón. Ambos sin mezclar completamente. En su lugar, las gatos de alcohol se mantendrán visibles para así mostrar el patrón que se desee en la superficie del líquido.

Observaciones

Las áreas con una densidad de puntos alta corresponden con aquellas zonas con un nivel de ruido bajo en la malla.

Agua con cereales: puntos

Agua con cereales: malla

Agua con cereales: puntos+malla

Los lados de las burbujas proporcionan puntos de control, pero sus cúpulas no:

Chocolate con leche: imagen + puntos

Chocolate con leche: malla

Algunos líquidos, como el agua mezclada con pintura, crean una capa fina de espuma que actúa como textura. Sin embargo, la espuma desaparece tan rápido como el líquido no se revuelve con intensidad.

Agua con pintura: imagen + puntos mezclados

Agua con pintura: imagen + puntos no mezclados

Las partículas flotantes como el cereal incrementan la densidad de puntos:

Agua con colorante alimenticio: imagen + puntos sin cereales

Agua con colorante alimenticio: imagen + puntos con cereales

Iluminación

REFLEJOS

El software de fotogrametría ignora la mayoría de reflejos y brillos. Estos pueden ser reducidos con filtros polarizadores pero su utilidad estaría limitada; puesto que hay múltiples puntos de luz los reflejos vienen de distintas direcciones. Hacer la luz más suave con reflectores y difusores es una alternativa mejor siempre y cuando los flashes sean suficientemente potentes para compensar por la pérdida de intensidad.

VELOCIDAD Y SINCRONIZACIÓN

El tiempo de exposición efectivo de las fotografías depende de la duración del flash. Los parámetros de la cámara pueden ser configurados como una exposición relativamente larga (entre 1/5” y 1”), sin embargo la imagen se congelará por acción del flash.

La duración del flash varía según el tipo de flash y sus parámetros. Los flashes de estudio son demasiado lentos (pruebas aquí). En su lugar, los “Speedlites” son mejores congelando el movimiento de gotas cayendo -de forma libre- con un parámetro de 1/16, idealmente 1/32 (pruebas aquí).

Air-gap flashes y otros flashes rápidos profesionales son ideales para congelar objetos con una mayor velocidad como balas en pleno vuelo (pruebas aquí).

Conclusiones

Los mejores resultados vienen dados por líquidos no-homogéneos, opacos, de baja viscosidad, sin burbujas y aquellos cuyo patrón forma una matriz densa de puntos distribuidos equitativamente. Un compuesto oleoso hecho de aceite teñido y alcohol ha dado los mejores resultados.

Capturar objetos más grandes con características más grandes hace disminuir la importancia del material. Suavizar la malla mediante un pos-procesado puede compensar y mejorar el resultado ante una baja densidad de puntos.

Es vital sincronizar los flashes de alta velocidad para congelar el movimiento del líquido. Puesto que las imágenes tienen que ser hechas de forma simultánea, el número de capturas dependerá del número de cámaras que sean usadas.

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