Generación de imágenes 3D a partir de fotogramas

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INFORMÁTICA PROYECTO FINAL DE CARRERA "Generación de imágenes 3D a partir de fotogramas" Autor: D. Josep Navarro Director: Dr. Lenin Lemus Zúñiga Profesor Titular Universidad Politécnica de Valencia 2 3 ! Agradecimientos! Me gustaría agradecer toda la confianza aportada hacia mi por la empresa Greenmed S.L. También concretar en los informáticos de la misma empresa que han apostado y me han ayudado en todo lo que han podido, a saber Oscar Carreres, Jose Carreres, Leo Martínez, Vicente Ovejero y Paco Lianez. También agradecer todo el apoyo a Lenin Lemus, por toda su confianza y ayuda hacia mi y mi proyecto. Y finalmente a mi familia. Puesto que sin sus ánimos y apoyo no hubiese podido terminar este proyecto. 4 Índice! 1. Índice general …………………………………3 2. Índice de figuras …………………………………5 3. Introducción ..………………………………..6 4. Objetivo …………………………………8 5. Metodología de trabajo ………………………………..10 6. Aplicaciones similares ………………………………..11 7. Librerías OPENCV 7.1. Introducción ………………………………..12 7.2. Integración en el proyecto ………………………………..13 8. Librerías OPENGL 8.1. Introducción ………………………………..14 8.2. Integración en el proyecto ………………………………..15 9. Introducción a Visual Studio 9.1. Concepto de aplicación ………………………………..16 9.2. Definición y características del lenguaje de programación C# .......17 10. Comprender el entorno de trabajo 10.1. Introducción ………………………………..20 10.2. Tecnología & agricultura ………………………………..21 11. Arquitectura de la aplicación 11.1. Capa de presentación de la aplicación …………………..24 11.2. Capa de negocios ………………………………..26 12. Aplicación modelado 3D 12.1. Introducción ………………………………..28 12.2. Programa Tutorial-20 ………………………………..30 12.3. Integración de Tutorial-20 ………………………………..33 13. Implementación de la aplicación ………………………………..35 14. Instalación de la aplicación ………………………………..39 15. Conclusiones finales y trabajo futuro ………………………………..42 16. Bibliografía ………………………………..43 5 6 Índice!de!Figuras! Figura 1. Ventana de la aplicación.....................................................................................................26 Figura 2. Naranja 3D..........................................................................................................................27 7 Introducción! Actualmente las empresas que trabajan en el sector de la fruta está realizando un gran cambio en cuanto a las tecnologías se refiere. En un futuro, se intentará que las maquinas sean capaces de reconocer y realizar el trabajo para agilizar así la producción. En este proyecto, se desarrollará una aplicación para facilitar la visión de naranjas 3D en un ordenador. Para lograr este objetivo, se utilizará 1 webcam y un mecanismo rotatorio donde descansará la naranja o 4 webcams en su defecto cada una situada a 90º de la otra, además de un software especifico el cual procesará las imágenes tomadas y construirá un prototipo 3D de la naranja colocada en el centro de cualquiera de los dos mecanismos anteriores. Cabe decir, que esta aplicación está hecha para empresas relacionadas con las naranjas, puesto que es el proyecto que la empresa GREENMED S.L. ha pedido que realice concretamente para este campo. 8 9 Objetivo:! Desarrollar una aplicación capaz de transformar 4 fotogramas de una naranja en un prototipo 3D para la computadora. Esta aplicación será utilizada para poder visualizar la textura de la naranja, y también para que diferentes usuarios, desde diferentes partes del mundo puedan verla. 16 Alpha blending Una descripción somera del proceso en la pipeline gráfica podría ser:9 Evaluación, si procede, de las funciones polinomiales que definen ciertas entradas, como las superficies NURBS, aproximando curvas y la geometría de la superficie. Operaciones por vértices, transformándolos, iluminándolos según su material y recortando partes no visibles de la escena para producir un volumen de visión. Rasterización, o conversión de la información previa en píxeles. Los polígonos son representados con el color adecuado mediante algoritmos de interpolación. Operaciones por fragmentos o segmentos, como actualizaciones según valores venideros o ya almacenados de profundidad y de combinaciones de colores, entre otros. Por último, los fragmentos son volcados en el Frame buffer. Muchas tarjetas gráficas actuales proporcionan una funcionalidad superior a la básica aquí expuesta, pero las nuevas características generalmente son mejoras de esta pipeline básica más que cambios revolucionarios de ella. 17 Integración!en!el!proyecto! En este apartado daremos una visión general de cómo he integrado Open GL en esta aplicación. Más adelante podremos analizar trozos de código utilizado de esta biblioteca. En este proyecto, he utilizado Open GL para la segunda parte de la aplicación. Que trata de convertir la imagen adquirida en la parte de Open CV en una esfera en 3D. Este parte del proyecto esta unido a otra biblioteca y aplicación llamada tutorial-20. Esta librería realiza directamente la transformación de una imagen panorámica en una esfera. Por lo que esta librería, también con la base de Open GL, ha sido fundamental para la segunda parte del proyecto: - Acople de la imagen a las medidas adecuadas. - Pasar la imagen por tutorial-20. - Crear una ventana de visualización para el resultado. 18 Introducción!a!Visual!Studio! En este apartado, veremos el concepto de aplicación, una definición global sobre qué es y qué hace una aplicación, además de las características del lenguaje C# y su definición. Concepto!de!aplicación! Una aplicación es un programa informático que permite a un usuario utilizar una computadora con un fin específico. Las aplicaciones son parte del software de una computadora, suelen ejecutarse sobre el sistema operativo y para construirlo, se utilizan programas especializados para la compilación del código, que es texto plano que el sistema operativo reconoce e interpreta de manera concreta y que nos muestra todo por pantalla. Una aplicación de software suele tener un único objetivo: navegar en la web, revisar correo, explorar el disco duro, editar textos, jugar (un juego es un tipo de aplicación), en este caso analizar e interpretar imágenes, etc. Una aplicación que posee múltiples programas se considera un paquete. Son ejemplos de aplicaciones Internet Explorer, Outlook, Word, Excel, WinAmp, etc. Características de las aplicaciones: En general, una aplicación es un programa compilado (aunque a veces interpretado), escrito en cualquier lenguaje de programación. Las aplicaciones pueden tener distintas licencias de distribución como ser freeware, shareware, trialware, etc. Para más información ver: Licencias de software. Las aplicaciones tienen algún tipo de interfaz, que puede ser una interfaz de texto o una interfaz gráfica (o ambas). También hay que destacar que la distinción entre aplicaciones y sistemas operativos muchas veces no es clara. De hecho, en algunos sistemas integrados no existe una clara distinción para el usuario entre el sistema y sus aplicaciones. 19 Definición!y!características!del!lenguaje!de!programación!C#!!! El lenguaje C# (pronunciado c sharp en inglés) es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET, que después fue aprobado como un estándar por la ECMA e ISO. Su sintaxis básica deriva de C/C++ y utiliza el modelo de objetos de la plataforma .NET, similar al de Java aunque incluye mejoras derivadas de otros lenguajes (entre ellos Delphi). El nombre C Sharp fue inspirado por la notación musical, donde # (sostenido, en inglés sharp) indica que la nota (C es la nota do en inglés) es un semitono más alto, sugiriendo que C# es superior a C/C++. Además el signo de # viene de dos + pegados. C#, como parte de la plataforma .NET, está normalizado por ECMA desde diciembre de 2001 (C# Language Specification). El 7 de noviembre de 2005 salió la versión 2.0 del lenguaje, que incluía mejoras tales como tipos genéricos, métodos anónimos, iteradores, tipos parciales y tipos anulables. El 19 de noviembre de 2007 salió la versión 3.0 de C#, destacando entre las mejoras los tipos implícitos, tipos anónimos y LINQ. Aunque C# forma parte de la plataforma .NET, ésta es una interfaz de programación de aplicaciones (API), mientras que C# es un lenguaje de programación independiente diseñado para generar programas sobre dicha plataforma. Ya existe un compilador implementado que provee el marco de DotGNU – Mono que genera programas para distintas plataformas como Win32, UNIX y Linux. C# contiene dos categorías generales de tipos de datos integrados: tipos de valor y tipos de referencia. El término tipo de valor indica que esos tipos contienen directamente sus valores (tipos de enteros: byte, sbyte, short, ushort, int, uint, long, ulong). Los tipos de punto flotante pueden representar números con componentes fraccionales. Existen dos clases de tipos de punto flotante; flota y double. El tipo double es el más utilizado porque muchas funciones matemáticas de la biblioteca de clases de C# usan valores double. Quizá, el tipo flotante más interesante de C# es decimal, dirigido al uso de cálculos monetarios. La aritmética de punto flotante normal está sujeta a una variedad de errores de redondeo cuando se aplica a valores decimales. El tipo decimal elimina estos errores y puede representar hasta 28 lugares decimales. Los caracteres en C# no son cantidades de 8 bits como en otros muchos lenguajes de programación. Por el contrario C# usa un tipo de caracteres de 16 bits llamado Unicode al cual se llama char. No existen conversiones automáticas de tipo entero char. No existe una conversión definida entre bool y los valores enteros (1 no se convierte en verdadero ni 0 en falso). Las constantes en C# se denominan literales. Todas las constantes tienen un tipo de dato, en caso de ser una constante entera se usa la de menor tamaño que pueda alojarla, empezando por int. En caso de punto flotante se considera como un double. Sin embargo puede especificar explícitamente el tipo de dato que una constante deberá usar por medio de sufijos. En ocasiones, resulta más sencillo usar un sistema numérico basado en 16 en lugar de 10, para tal caso C# permite especificar constantes enteras en formato hexadecimal, y se hace empezando con 0x. Por ejemplo: 0xFF equivale al 255 en decimal. 20 C# tiene caracteres denominados secuencias de escape para facilitar la escritura con el teclado de símbolos que carecen de representación visual (\a \b \f \0...). C# al igual que C++, es compatible con el tipo de constante cadena de caracteres. Dentro de la cadena de caracteres se pueden usar secuencias de escape. Una cadena de caracteres puede iniciarse con el símbolo @ seguido por una cadena entre comillas, en tal caso, las secuencias de escape no tienen efecto y además la cadena puede ocupar dos o más líneas. En cuanto al tema de variables, toda variable se debe declarar antes de ser utilizada. De la siguiente manera: Tipo nombre_variable; Y para asignarle un valor: Nombre_variable = valor; En C# hay cuatro clases generales de operadores: aritméticos, a nivel de bit, relacionales y lógicos. También tenemos en este lenguaje instrucciones de control, las cuales vamos a nombrar pero no a explicar detalladamente, puesto que podemos encontrar información sobre ellas en cualquier sitio de la web: if-else, switch, case – break – goto, for, while, do-while, foreach, continue, return... Por lo referente a los métodos, debemos saber que todo método debe ser parte de una clase, puesto que no existen métodos globales. Que de forma predeterminada, los parámetros se pasan por valor, que el modificado ref fuerza a pasar los parámetros por referencia en vez de por valor. El modificador out es similar a ref con una excepción, solo se puede utilizar para pasar un valor fuera de un método. El método debe asignar un valor al parámetro antes de que el método finalice. Cuando ref y out modifican un parámetro de referencia, la propia referencia se pasar por referencia. El modificador params sirve para definir un número variable de argumentos los cuales se implementan como una matriz. Un método puede devolver cualquier tipo de datos, incluyendo tipos de clase. Ya que en C# las matrices se implementan como objetos, un método también puede devolver una matriz. C# implementa sobrecarga de métodos, dos o más métodos pueden tener el mismo nombre siempre y cuando se diferencien por sus parámetros. El método Main es un método especial al cual se refiere el punto de partida del programa. También hay varios puntos a tener en cuenta respecto a las clases y objetos en este lenguaje de programación: - Una variable de objeto de cierta clase no almacena los valores del objeto sino su referencia (igual que en Java - El operador de asignación no copia los valores de un objeto, sino su referencia a él - Un constructor tiene el mismo nombre que su clase y es sintácticamente similar a un método - Un constructor no devuelve ningún valor - Al igual que los métodos, los constructores también pueden ser sobrecargados. - Si no se especifica un constructor en una clase, se usa uno por defecto que consiste en asignar a todas las variables el valor de 0, null o false según corresponda. - Para crear un nuevo objeto se utiliza la siguiente sintaxis: variable = new nombre_clase(); 21 - Un destructor se declara como un constructor, aunque precedido por un signo de tilde ~. - Se emplea una desasignación de memoria de objetos no referenciados (recolección de basura), y cuando esto ocurre se ejecuta el destructor de dicha clase. - El destructor de una clase no se llama cuando un objeto sale del ámbito - Todos los destructores se llamarán antes de que finalice un programa. - La palabra clave this es un apuntador al mismo objeto en el cual se usa - La palabra clave static hace que un miembro pertenezca a una clase en vez de pertenecer a objetos de dicha clase. Se puede tener acceso a dicho miembro antes de que se cree cualquier objeto de su clase y sin referencias a un objeto - Un método static no tiene una referencia this - Un método static puede llamar sólo a otros métodos static - Un método static sólo debe tener acceso directamente a datos static - Un constructor static se usa para inicializar atributos que se aplican a una clase en lugar de aplicarse a una instancia - C# permite la sobrecarga de operadores con la palabra clave operator. Cuáles son las metas del diseño del lenguaje según el estándar de Ecma, es la lista que se proporciona a continuación: - lenguaje de programación orientado a objetos simple, moderno y de propósito general. - Inclusión de principios de ingeniería del software tales como revisión estricta de los tipos de datos, revisión de límites de vectores, detección de intentos de usar variables no inicializadas, y recolección de basura automática. - Capacidad para desarrollar componentes de software que se puedan usar en ambientes distribuidos - Portabilidad del código fuente - Fácil migración del programador al nuevo lenguaje, especialmente para programadores familiarizados con C y C++ - Soporte para la internalización - Adecuación para escribir aplicaciones de cualquier tamaño: desde las más grandes y sofisticadas como sistemas operativos hasta las más pequeñas funciones. - Aplicaciones económicas en cuanto a memoria y procesado. 22 Comprender!el!entorno!de!trabajo! Aquí daré una introducción al entorno de trabajo de nuestra aplicación a la par que adentrarnos en la el tema de tecnología junto a agricultura. Introducción! Para comprender el entorno de trabajo en el que me he movido durante casi dos años enteros para poder comprender mejor el funcionamiento y manejo tanto de la maquinaria, de la fruta, como también las fases a las que es sometida desde antes que la fruta entre en el almacén hasta que sale, hay que ponerse en situación. Para ello es básico comprender que factores intervienen antes de que la fruta entre en el almacén. Estos factores parten primero y fundamentalmente de algo que no podemos controlar, del tiempo, ya que no son buenos los cambios bruscos, ni temperaturas extremas, etc. Partiendo que aquí en la comunidad Valenciana es un lugar bastante idóneo para el cultivo de naranjas, entran en marcha entonces los técnicos de campo, los de calidad, y los recolectores encargados de el cuidado de la fruta en el campo y de que llegue en condiciones optimas al almacén. Una vez en dentro del almacén el recorrido es en cadena. Un recorrido que empieza descargando la fruta del camión, una posterior limpieza, cura, selección, mantenimiento, empaquetamiento y almacenaje de la fruta donde intervienen cientos de personas especializadas en diferentes áreas dentro del proceso, tanto técnicos, peones, mantenedores, carretilleros, etc. Finalmente entra la fase de venta, que aunque la pongamos aquí al final, hay que tener en cuenta que de esta fase es la que depende todo lo anterior, puesto que a cuanta más demanda dependerá la cantidad de recolección y todo lo que viene detrás. Por esto la fruta ya está vendida antes de entrar en el almacén, y es en esta fase donde entro con mi aplicación. Esta aplicación permite, desde ver la calidad de un tipo de naranja en concreto sin estar necesariamente físicamente en el lugar de esta, hasta poder mostrarlo a un potencial comprador para que este puede ver realmente que va a comprar o elegir entre diferentes tipos de naranja cual es la que le interesa en ese instante para comprar. 23 Tecnología!&!agricultura! La agricultura moderna depende enormemente de la tecnología y las ciencias físicas y biológicas. La idea de que la agricultura, como práctica global, ha estado explotando los recursos más rápido de lo que pueden ser renovados ha sido tema de discusión y debate durante décadas, tal vez siglos. Se han visto síntomas del desbalance en forma de contaminación, erosión o perdida del suelo, reducción/cambio en las poblaciones silvestres y en la alteración general de una fauna/flora "natural", como resultado de la intervención humana. Indudablemente, las prácticas agrícolas no son "naturales", sin importar si se trata de producción en un jardín de un metro cuadrado en Tokio o en una plantación de un millón de hectáreas de árboles de caucho en Malasia. Por supuesto, un fenómeno no natural y sin paralelo ha sido el crecimiento exponencial de la población humana, con las demandas asociadas tanto por comida como por refugio, las cuales a menudo han excedido la capacidad de carga "natural" de la tierra. Con base en la premisa de que el crecimiento de la población humana no debería ser restringido por causa de escasez de alimentos debido a la superioridad de los valores sociales, este artículo hace tres afirmaciones en relación con el papel de la tecnología en agricultura sostenible: - La tecnología ha aumentado la productividad agrícola o lo hará - El desarrollo tecnológico ha sido sostenible o lo será - Por tanto, la tecnología es la base para una Agricultura Sostenible Los alimentos están sujetos a los principios económicos de la escasez. A diferencia del valor artificial de artículos escasos como el oro, un suministro adecuado de comida es de máxima prioridad para la supervivencia de la población y la diversificación de las habilidades, convirtiendo la agricultura en prioridad de primer nivel. La tecnología le ha permitido a la civilización humana abandonar el paradigma de la existencia de "Cazador / Recolector" y concentrar el trabajo y la tierra para el único propósito de producción de alimentos en una escala siempre creciente. El concepto de "agricultura científica" viene de publicaciones de Liebig en 1840 y Johnston en 1842, en las cuales se especulaba sobre el papel de la química en la agricultura (Pesek, 1993). Los conceptos de herencia y genética Mendeliana siguieron pronto en 1865 y subsecuentemente estimularon la base biológica de la agricultura moderna. Pronto, instituciones de Europa y América del Norte basadas en la ciencia ansiosamente expandieron la aplicación de la ciencia biológica y química a la agricultura, generando nuevos enfoques tecnológicos. Estas primeras aplicaciones de la tecnología no solo aumentaron los alimentos en términos reales, sino que redujeron dramáticamente el número de individuos directamente involucrados en la producción/procesamiento de alimentos– permitiendo la diversificación social para enfrentar temas sociales que no están directamente relacionados con la "supervivencia" sino que, en general, han mejorado la calidad de vida. Negar el papel que las tecnologías biológica y química han jugado, continúan jugando, y jugarán en el futuro desarrollo de la agricultura es negar la misma historia natural. Sin embargo, el uso indiscriminado o inapropiado de la tecnología química y biológica claramente puede tener consecuencias negativas para el ecosistema y amenazar la viabilidad, a largo plazo, de estas empresas. Por tanto, el asunto central de la sostenibilidad, es la preservación de los recursos no renovables. La producción de alimentos, la preservación del hábitat, la conservación de recursos y el manejo de 24 empresas agrícolas no son objetivos mutuamente excluyentes. Se han presentado argumentos creíbles los cuales sugieren que la producción de alimentos por medio de las técnicas agrícolas de alto rendimiento pueden cumplir con los requisitos de nutrición de la población global (Avery, 1995). El balance se puede lograr por medio de planeación del uso de la tierra – con un considerado análisis de qué parcelas de tierra emplear para una agricultura de alto rendimiento mientras que las tierras pobres o marginales se retendrán para actividades no agrícolas o como hábitats de reserva natural (Anónimo, 1999). Estudios para cuantificar el impacto en la producción de reducir o limitar los insumos para la agricultura han sugerido que los rendimientos/hectárea se reducirían de 35% a 80% dependiendo del cultivo (Smith et al.). Sin una reducción concurrente en la demanda, la cantidad de tierra que debería utilizarse aumentaría dramáticamente. De hecho, globalmente la tierra que está hoy en producción, la cual es más o menos del tamaño de América del sur, debería ser del tamaño de América del sur más América del Norte si no se emplearan los beneficios de rendimiento que se derivan de la tecnología (Richards, 1990). Si la motivación para la sostenibilidad es la optimización de la producción y objetivos de conservación de recursos, entonces, claramente se puede lograr el progreso. La sostenibilidad en la agricultura está relacionada con la capacidad de un agro-ecosistema de mantener la producción a través del tiempo de una manera predecible. Por tanto, un concepto clave de la sostenibilidad, es la estabilidad en unas determinadas circunstancias económicas y del medio ambiente que solo se pueden manejar sobre una base de sitio específico. Si la perspectiva de sostenibilidad es una de prejuicio contra el uso de tecnología química y biológica y se vincula a un ecosistema totalmente natural, entonces la agricultura, como práctica, está excluida de antemano. Si, por otra parte, la perspectiva de sostenibilidad es una de preservación de recursos no renovables dentro del punto de vista de la empresa agrícola, entonces el objetivo no solo es lograble, sino que también habrá buenas prácticas de negocios y buen manejo del medio ambiente. En gran medida, la rata de desarrollo tecnológico y el grado de innovación en las tecnologías futuras estará influenciado en gran parte por la estabilidad y ciertamente por la productividad de la agricultura (Hutchins y Gehring, 1993). La tecnología, en un sentido clásico, incluye el desarrollo y uso de nutrientes, productos para control de plagas, cultivares de los cultivos y equipo agrícola; pero también incluye la visión de cultivos modificados genéticamente que suministren mayor eficiencia nutricional (más calorías por rendimiento o más rendimiento), la manipulación de agentes naturales para control de plagas y el uso de técnicas de administración agrícola que sean enfocadas en la productividad de toda la finca, a través del tiempo, no solo la producción anual por hectárea. Considere la premisa básica de la biotecnología: la menos costosa y más renovable fuente de energía en la tierra es el sol y el mecanismo más abundante y predecible de convertir la energía del sol a energía utilizable es la fotosíntesis -- la biotecnología ha desarrollado métodos para dirigir energía natural abundante hacia productos alimenticios más eficientes o únicos. La imaginación es, literalmente, el límite de las oportunidades. Por supuesto que los objetivos a corto plazo se enfocarán en rendimientos, calidad y reducción de los insumos. Sin embargo, a largo plazo, las "transmisiones" creadas genéticamente se enfocarán en crear alimentos súper-nutritivos para animales, plantas que producen muy por encima de la influencia substractiva de las plagas (haciendo de "tolerancia" una táctica clave del manejo de plagas), adaptación fisiológica para aventajar en la competencia a especies cercanas (por ejemplo, malezas), tolerancia al estrés por sequía y un mejoramiento general en la rata de fotosíntesis (llevando a cualquier número de aplicaciones industriales). Sin embargo, el uso y desarrollo de la tecnología agrícola no se limita a magia genética. De hecho, el uso de tecnología computacional, combinada con aparatos de ubicación geográfica y avances en sensores remotos, prometen cambiar radicalmente la forma como serán manejados todos los cultivos. Comúnmente llamada "Agricultura de Precisión", lo que hay debajo de todo eso es la integra- 25 ción de información para crear conocimiento de manejo, como medio de enfocar los objetivos específicos para cada sitio. En la agricultura, la incertidumbre sobre el clima siempre será un punto clave, pero esto también se manejará a medida que la modelación del medio ambiente, combinada con algoritmos de manejo de riesgos, lleve al óptimo uso de la genética en suelos específicos dentro de perfiles climatológicos conocidos. Y, seguirán siendo vistos los avances en las tecnologías "clásicas" que han aumentado de manera exponencial la producción mundial de alimentos desde la aparición de la "agricultura científica" a finales de los años 1800. Además de los avances en productividad, la tecnología será usada para recuperar suelos que han sido abusados o usados en exceso por causa de malas prácticas agrícolas. El concepto de Mejores Prácticas de Manejo continuará siendo un enfoque clave, no importa el estado actual de las ofertas tecnológicas. Estrategias, tales como el Manejo Integrado de Plagas (MIP) consideran las circunstancias específicas para cada sitio, pero también los valores y las consideraciones de los productores agrícolas. El MIP ha sido esencial para describir el papel y las razones de un manejo responsable de plagas, llevando por igual a científicos y asesores a identificar las necesidades futuras sobre información biológica y colocar el control de plagas en perspectiva con los objetivos de producción. Con este fin, el concepto de Niveles de Daño Económico ha sido central para rechazar la idea de que las plagas deben ser controladas a todo costo, en favor de un análisis costo beneficio (por ejemplo, Umbral para Granos; Stone y Pedigo, 1972). Realmente la sostenibilidad es un asunto de supervivencia, pero es mucho más amplio que el concepto de destrucción del hábitat y la erosión del suelo. La sostenibilidad incluye el objetivo de producción de alimentos, bienestar de los productores de los alimentos y preservación de los recursos no renovables. Con ese fin, tecnologías de todas clases han sido y serán el componente que le permitirá a los humanos unir esos dos objetivos fundamentales. De hecho, la historia confirma que la tecnología ha sido esencial para la productividad/estabilidad de la agricultura; los avances recientes en tecnología confirman que el descubrimiento y desarrollo de nuevas tecnologías es una empresa sostenible y el sentido común nos lleva a la conclusión de que la tecnología permitirá la Agricultura Sostenible. 32 Programa!TutorialM20! En Tutorial-20, tenemos el método Render() de la clase Sphere, donde se ha añadido las coordenadas de textura con el siguiente planteamiento: Figura 3. Medidas para circunferencia. Aquí hay que mapear la textura sobre el total de la circunferencia. Es decir, si la longitud de la circunferencia es 2*PI*r tenemos que asociarla al rango 0-1. Nos da igual el radio de la circunferencia, así que simplificaremos para r=1. Horizontalmente, tenemos que cada división es xzAngle y xyAngle en vertical. Así cada coordenada de textura será igual a la porción multiplicada por el elemento i o j usado en ese momento. Para reducirlo a un rango de 0 a 1 habrá que dividir por el total, 2*PI. En vertical, en lugar de ser 2*PI (la longitud total de la circunferencia), sólo será la mitad PI, ya que la textura recorre de un polo a otro. Como renderizamos la esfera (recorremos sus vértices) de Este a Oeste y el rango de la textura va de 0 a 1 de Oeste a Este (al revés) por eso hacemos 1-cordenada_textura, para invertir dicho orden. Si finalmente sustituimos xzAngle y xyAngle por sus valores 2*PI/slices y 2*PI/stacks, las fórmulas se nos simplifican. Sólo hay que reseñar, que si el sistema de ejes es de mano izquierda, la coordenada sigue el mismo orden que los vértices. Con todo esto, la función que banderiza la esfera queda: 33 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /// Render: Renderiza la esfera. /// /// @param int slices: Nº de divisiones verticales (meridianos). /// @param int stacks: Nº de divisiones transversales (paralelos). /// ///@return nada /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void Sphere::Render( int slices, int stacks ) { float x0, y0, z0; float x1, y1, z1; float sinxy; int i, j, v= 0; unsigned int numVertex = 2*slices*stacks; float xzAngle = 2.0f*PI/(float)slices; float xyAngle = 2.0f*PI/(float)stacks; if ( numVertex <= MAX_VERTEX_SPHERE ) { for (i=0; i // Meridianos { for (j=0; j // Paralelos { sinxy= sin(j*xyAngle); // Para no calcularlo 4 veces x0= sinxy * cos(i*xzAngle); y0= cos(j*xyAngle); z0= sinxy * sin(i*xzAngle); // Vértice m_Vertex[v].x = m_Radius*x0; m_Vertex[v].y = m_Radius*y0; m_Vertex[v].z = m_Radius*z0; // Normal m_Vertex[v].nx= x0; m_Vertex[v].ny= y0; m_Vertex[v].nz= z0; // *********************************NEW************************************** if ( IVideoDriver::GetVideoDriver()->GetAxisSystem() == eRightHanded ) m_Vertex[v].su= 1.0f-i/(float)slice //SU=1-i*xzAngle/2PI else m_Vertex[v].su= i/(float)slices; // SU= i*xzAngle/2PI m_Vertex[v].tv= ((float)stacks-2.0f*j)/(float)stacks; // TV=1-j*xyAngle/PI // **************************************************************************** v++; x1= sinxy * cos((i+1)*xzAngle); y1= y0; z1= sinxy * sin((i+1)*xzAngle); m_Vertex[v].x = m_Radius*x1; m_Vertex[v].y = m_Radius*y1; m_Vertex[v].z = m_Radius*z1; m_Vertex[v].nx= x1; m_Vertex[v].ny= y1; m_Vertex[v].nz= z1; // ********************************* NEW ************************************** if ( IVideoDriver::GetVideoDriver()->GetAxisSystem() == eRightHanded ) 34 m_Vertex[v].su= 1.0f-(i+1)/(float)slices; else m_Vertex[v].su= (i+1)/(float)slices; m_Vertex[v].tv= m_Vertex[v-1].tv; // Igual que el anterior. // **************************************************************************** v++; } } IVideoDriver::GetVideoDriver()->RenderVertexArray( eTriangleStrip, (BYTE*)m_Vertex, sizeof(Vertex), 0, numVertex, eFVF_XYZ|eFVF_NORMAL|eFVF_TEX1 ); } } 35 Integración!de!TutorialM20! Tutorial-20 entra en acción en mi proyecto cuando hacemos click en el botón “VER 3D” de la aplicación principal. Una vez realizadas las 4 fotografías de la naranja, manteniendo un ángulo de 90º entre cada una de ellas, la aplicación las guarda en la carpeta del sistema donde está la aplicación. Figura 4. Cara 1 de la naranja Figura 5. Cara 2 de la naranja Figura 6. Cara 3 de la naranja Figura 7. Cara 4 de la naranja Una vez realizadas estas cuatro fotografías y presionamos el botón “VER 3D”, el programa realizará una fotografía panorámica a partir de las 4 fotografías realizadas anteriormente, la cual se pasara como parámetro al programa tutorial-20. 36 Figura 8. Mosaico Este programa se encargará de pasarla a 3D y mostrarlo por pantalla en una nueva ventana. Figura 2. Naranja 3D 37 Implementación!de!la!aplicación! Esta aplicación se ha implementado en C#, la primera parte, y en C++ la parte de Tutorial-20. En la primera parte de la aplicación vamos a ver la implementación de los métodos descritos anteriormente. 1. Como capturar una imagen desde la cámara. static public Image<Bgr, byte> CapturaImagen() { //Creamos una imagen capturada de la camara Emgu.CV.Image<Bgr, byte> imagen = new Capture().QueryFrame(); //Devuelve la imagen obtenida para poder procesarla donde queramos return imagen; } 2. Visualizar una imagen en pantalla static public void visualizar(Image<Bgr, byte> img){ //Creamos un visor de imagenes para ver la fotografia ImageViewer visor = new ImageViewer(); //Mostramos la imagen. try { //inicializamos la imagen del visor como la imagen capturada por la cam visor.Image = img; visor.ShowDialog(); } catch (Exception a) { } } 3. Quitar ruido static public Image<Gray, byte> quita_ruido(Image<Bgr, byte> img){ //Creamo imagen con la variable del color "Gray" Image<Gray, byte> imgOK; //Convertimos la imagen que le pasamos a color "Gray" imgOK = img.Convert<Gray, byte>().PyrDown().PyrUp(); //Visualizar la imagen en pantalla (sin ruidos) //visualizar(imgOK); return imgOK; } 38 4. Bordes Canny static public Image<Gray, byte> bordesCanny(Image<Gray ,byte> img) { //Creamos la imagen Resultado del mismo tamaño que la imagen //que le pasamos como parametro. Image<Gray, Byte> imgRes = new Image<Gray,byte>(img.Size); //Transformamos la imagen que introducimos como Bgr en Gray Image<Gray, byte> imgIni = img.Convert<Gray, Byte>(); //Invocamos a la funcion que realiza la mascara canny para detectar bordes CvInvoke.cvCanny(imgIni, imgRes, 95, 95, 3); //Vamos a visualizar el resultado por pantalla ImageViewer visor = new ImageViewer(); visor.Image = imgRes; visor.Show(); CvInvoke.cvResetImageROI(imgRes); CvInvoke.cvResetImageROI(img); CvInvoke.cvResetImageROI(imgIni); return imgRes; } 39 5. Regiones circulares static public CircleF regionesCirculares(Image<Gray, byte> img, Image<Bgr, byte> imgFondo) { //Traemos la imagen despues de quitar el ruido y con el canny pasado. //Esta imagen viene dada al metodo Gray cannyThreshold = new Gray(180); Gray cannyThresholdLinking = new Gray(120); Gray circleAccumulatorThreshold = new Gray(120); //Creamos un array de circulos que buscamos en la imagen que le pasamos CircleF[] circles = img.HoughCircles( cannyThreshold, circleAccumulatorThreshold, 5.0, //Resolucion del acumulador usado para detectar los centros de los circulos 10.0, //min distancia 1, //min radio 0 //max radio )[0]; //Obtiene los circulos del primer canal //Dibujar circulos ImageViewer visor = new ImageViewer(); //Por si queremos visulizar solo las detecciones en fondo negro //Image<Gray, Byte> circleImage = img.CopyBlank(); //Contador de radios double radio = 0; //Contador de circulos int numCircles = 0; //Cuenta los circulos y suma los radios para luego hacer la media foreach (CircleF circle in circles) { radio += circle.Radius; numCircles++; } //Hace la media de los circulos double resDivision = radio / numCircles; //Inicializa el primer circulo como el mas aproximado a la media CircleF circulo1 = new CircleF() ; //Controla que hayan circulos detectados mediante el try-cacth try { 40 if (!circles[0].Equals(null)) { circulo1 = circles[0]; //Bucle que compara los valores absolutos de las restas de la media de los circulos //con la media obtenida anteriormente. //LUego si el resultado es menor cambia el circulo por el que habia. foreach (CircleF circle in circles) { double resta = circulo1.Radius - resDivision; double radio1 = circulo1.Radius; double resT = Math.Abs(resta); double restaComp = circle.Radius - resDivision; double radioT = circle.Radius; double resComp = Math.Abs(restaComp); if (restaComp < resT) circulo1 = circle; //if (circle.Radius > circulo1.Radius) circulo1 = circle; } //Dibuja el circulo con radio mas cercano a la media imgFondo.Draw(circulo1, new Bgr(Color.Red), 1);//(circle, new Gray(), 2); } } catch (Exception e) { MessageBox.Show("NO SE HA ENCONTRADO CIRCULO ALGUNO, VUELVA A INTENTARLO! "+e); } visor.Image = imgFondo; //SI QUEREMOS QUE SE MUESTRE LA IMAGEN. //visor.Show(); CvInvoke.cvResetImageROI(imgFondo); return circulo1; //Fin dibujar circulos } 41 Instalación!de!la!aplicación! Para instalar la aplicación hay que seguir unos sencillos pasos. Que tratan de colocar unas librerías nuevas en ciertas carpetas de nuestro ordenador. En primer lugar hay que abrir la carpeta C:\Windows\system y C:\Windows\system32, donde colocaremos las bibliotecas siguientes - Emgu.CV.dll - Emgu.CV.UI.dll - Emgu.Util.dll - SharpGL No obstante, en el cd facilitado hay 2 carpetas. Reader3D y tutorial-20, dejandolas en el mismo directorio será suficiente. Seguidamente abrimos la carpeta Reader3D/bin/Debug/Reader3D.exe y lo ejecutamos. En esa carpeta veremos que se irán actualizando las fotografías que hacemos y el Mosaico.jpg que lo irá actualizando el mismo programa. En cuanto al código fuente, si queremos compilarlo, habrá que incluir dichas carpetas como bibliotecas adicionales desde el mismo Visual Studio 2008. Con estas 4 imágenes, muestro donde habría que incluirlas: Figura 9. Instrucción bibliotecas adicionales 1