Catorce con noventa y cinco dólares es el precio en estos momentos de un circuito en iRacing. ¿Es un precio alto o razonable? Pues diría que, como todo, depende de cómo se analice. Lo que no presenta dudas es que es en circuitos donde más nos vamos a gastar en este simulador, porque si bien en coches puedes centrarte en algunas clases y no salirte de ellas durante un buen tiempo, la lista de circuitos de una serie va variando, por lo que afrontar una temporada con cierta regularidad pasa por tener una buena parte de ellos, más aún si corres en oval y road. El objetivo de este artículo no es sin embargo hablar de lo que cuesta correr en iRacing, lo que haremos es centrarnos en los sistemas Láser Escáner 3D para entender qué son y cómo se utilizan para crear los circuitos de simulación en los que corremos.
El uso del Láser Escáner en la topografía de circuitos
Los aficionados al simracing y al automovilismo en general ya saben, o al menos habrán oído, que los circuitos de los simuladores de última generación son creados con tecnología Láser Escáner (en adelante, LE). En realidad no es que sean creados “con”, sino a partir de los puntos obtenidos con este tipo de equipos. Es decir, el LE se utiliza para realizar el levantamiento topográfico 3D del circuito.
Los ingenieros en topografía y cartografía llevan décadas midiendo circuitos, sólo que antes lo hacían con otros equipos topográficos, porque la necesidad de tener planos técnicos precisos de las pistas no es de ahora, ha sido y es una necesidad de los equipos profesionales de competición para estudiar al detalle las trazadas y mejorar los tiempos.
Antes que los Láser Escáner…
Antes que los actuales sistemas de simulación 3D, se utilizaban planos de los circuitos en papel y/o sistemas informáticos 2D para analizar las trazadas. De hecho, sistemas similares al de raceoptimal se siguen utilizando hoy para realizar este tipo de estudios, pero obviamente los actuales sistemas son mucho más completos. Sin embargo, nada de esto tiene valor si no se parte de una adecuada representación geométrica del circuito.
Los LE no son más que una evolución en la técnica de medición. Antes los ingenieros en topografía utilizaban teodolitos y niveles, luego estaciones totales y seguido equipos GPS topográficos, y ahora la tendencia son los LE. Los métodos tradicionales eran muy invasivos e implicaban la paralización total o parcial de la actividad del circuito, pues era necesaria la presencia del equipo de topografía durante varios días o semanas, dependiendo del circuito y requerimientos del proyecto. Levantar todo un circuito de 3 Km podía llevarse varias semanas de trabajo a jornada completa. Pero era lo que había, y los equipos profesionales de carreras nutrían de datos sus estudios y sistemas de simulación con levantamiento topográficos de este tipo, porque para ellos sí era (y es) crítico tener datos fiables.
Este tipo de levantamientos topográficos, aunque extremadamente precisos, milimétricos, no dejaban de ser un modelo de la realidad discreto, en el sentido de no continuo. El ingeniero en topografía decidía qué puntos medir y cuáles para levantar los elementos del circuito. Cuando utilizas un equipo topográfico de este tipo para medir por ejemplo un muro, o la línea borde de pista, seleccionas los puntos necesarios para trazar su geometría, pero no más. No mides un punto cada centímetro, ni mil puntos para trazar un arco, discretizas, porque no es estrictamente necesario y porque de lo contrario no terminarías ni en diez años.
Ventajas de los sistemas Láser Escáner
Y precisamente esta es la razón principal por la que se han impuesto los sistemas LE: el tiempo de toma se reduce sustancialmente, por un lado, y se obtienen levantamientos prácticamente continuos, por otro. Además, antes los elementos y espacios entorno a la pista, las zonas de escapada, vallas, muros, etc., se “inventaban” y modelaban en función de datos cartográficos o de fotografías del entorno, mientras que ahora el LE también los mide, aportando en un mismo barrido todos los datos importantes para el levantamiento del circuito en su totalidad, no sólo de la pista en sí. Y esto también tiene su importancia, porque esos elementos periféricos funcionan en muchos casos como elementos de referencia visual para los pilotos. En la medida en la que también estos elementos estén ubicados con rigor, estaremos aportando una experiencia más completa y fiel a la realidad.
No obstante, si nos dicen que un circuito está levantado con LE, no tenemos porqué deducir directamente que las precisiones topográficas absolutas obtenidas deban ser altísimas y mejores que las de los métodos “tradicionales”. Tendremos, eso sí, más puntos, pero no necesariamente mejores. Algunos simuladores están vendiendo el trabajo con LE como un reclamo, y veremos que, en parte y en algunos casos, son anuncios muy sensacionalistas. Pero no porque los LE no sean dispositivos de altísimas prestaciones, que lo son, sino porque los resultados de un levantamiento topográfico con LE, las precisiones posicionales de los puntos obtenidos, dependen de varios factores, de distancia, metodológicos y de los sistemas complementarios empleados junto al LE, y no sólo del propio LE. Al final, como en todo, los resultados dependen de qué tecnología usemos, pero, sobre todo, de cómo la apliquemos. También entraremos a analizarlo más adelante.
Origen y aplicaciones del láser
La palabra láser es el acrónimo en inglés de luz por emisión inducida de radiación (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). El primer láser operativo fue demostrado en mayo de 1960 por Theodore Maiman en los laboratorios Hughes Research Laboratories. Desde entonces se han desarrollado y perfeccionado, y dan servicio a multitud de ciencias y ámbitos profesionales. Uno de estos campos es, como hemos visto, el de la medición en Ingeniería Topográfica.
Las dos titulaciones universitarias que en España están especializadas en el uso de los LE como herramientas de medición son la de Ingeniero Técnico en Geomática y Topografía (http://www.coit-topografia.es/) y la titulación superior de ésta, la de Ingeniero Superior en Topografía, Geodesia y Cartografía (http://www.topografia.upm.es/portal/site/ETSITopografia). Por supuesto, no son los únicos profesionales que emplean estos equipos, pero sí son sin duda los más cualificados potencialmente por su formación curricular para hacerlo correctamente, controlando las metodología, garantizando las precisiones tipo requeridas en cada proyecto y combinando estas técnicas con sistemas de medición y posicionamiento complementarios para ajustar y georreferenciar el conjunto medido.
Metodología topográfica en iRacing
En los vídeos que iRacing ha colgado en su Web para explicar cómo han utilizado esta tecnología para levantar los circuitos, aparece material típicamente topográfico. La propia metodología aplicada es topografía pura y dura: recorridos poligonales y técnicas de enlace que permiten mantener el control y solape geométrico necesarios para a) ir cubriendo con las sucesivas estaciones todo el circuito, y b) poder georreferenciar todas las tomas realizadas. El LE que se ve en esos vídeos de iRacing es de la marca Leica, multinacional fabricante de equipos topográficos a través de su grupo Leica Geosystem. También la marca Trimble cuenta con este tipo de equipos, por ejemplo su TrimbleTX8 Scanner, y también cabe nombrar la marca FARO. Hay otras casas, pero quizás estas tres sean las más importantes en este ámbito.
Funcionamiento de un Láser Escáner
Pero, ¿cómo opera un LE? El hardware interno del LE lo que hace, básicamente, es lanzar una onda, rayo láser, y medir el tiempo que ésta tarda en volver al equipo. Cuenta, entre otros, con sistemas óptico-electrónicos de emisión y recepción del rayo, de control de las posiciones angulares del equipo y de procesamiento de los datos registrados (enlazo al final varios vídeos que lo explican). Como el dispositivo conoce de un modo muy preciso las características de ese rayo, la velocidad a la que viaja por el aire, el tiempo que consume en hacerlo y también las condiciones ambientales, pues cuenta con sensores internos que miden esos valores, con todo ello calcula la distancia a la que está ese objeto u obstáculo que ha provocado el rebote de la onda.
Esto, unido a que el equipo controla en todo momento la geometría relativa de los rayos emitidos, ángulos verticales y horizontales de cada una de esas señales que salen y entran, permite que el sistema asigne coordenadas XYZ a los registros obtenidos, que son, en definitiva, puntos en el espacio 3D situados entorno al LE.
En realidad, el LE no lanza un pulso de onda, sino cientos de miles por segundo, los suficientes para obtener las resoluciones y promedios tipo requeridos. Se harán una idea de que el tema es mucho más complejo que todo esto, que hay escáneres de medida de tiempo y otros denominados de triangulación, en función de cómo miden las distancias, y que los primeros, a su vez, se agrupan en láseres por tiempo de vuelo o por comparación de fase, cada uno con sus ventajas e inconvenientes y, por tanto, destinados a diferentes objetivos y requerimientos. En definitiva, diferentes desarrollos dentro de la misma tecnología que agrupamos por simplificar como LE. Obviamente, en todo esto no entraremos porque es “harina de otro costal”.
Cabe indicar no obstante, que no todos los LE trabajan con las mismas resoluciones y calidades, ni tienen los mismos alcances en distancia. Es más, un mismo equipo LE permite seleccionar diferentes rangos de resolución y calidad, pues en unos casos necesitaremos unos resultados “muy finos” y en otros no. Resolución y Calidad son los dos parámetros más importantes en un LE: Resolución, es la distancia entre puntos, que depende a su vez de la distancia a la que se encuentran los diferentes objetos respecto a la posición del LE. Es decir, para una misma resolución de toma, los elementos más cercanos al LE quedarán representados por una nube de puntos más densa. La Calidad, es la cantidad de veces que el LE va a medir cada punto, pues no se realiza una única medición sino varias, con el objetivo de promediar y obtener el valor más probable de distancia para cada punto. A su vez, los LE también pueden ser clasificados por su alcance. Los hay de alcance corto, para medición de cuevas, instalaciones o edificios interiores, pensados para distancias máximas de 30-40 m, otros para distancias de alcance medio, hasta 120m y otros de largo alcance, normalmente sobre los 350 m. Existen de mayor alcance, para realizar levantamientos desde aeronaves, pero en estos no entraremos.
Capacidades de los Láser Escáner modernos
La mayoría de LE de última generación son capaces de obtener hasta 1.000.000 ptos/seg. Sí, han leído bien, un millón de puntos por segundo. Y eso no es todo, porque consiguen obtener las coordenadas XYZ de cada punto con precisiones <1 cm. Además de las coordenadas XYZ, el LE registra la reflectancia de la superficie medida y asigna a cada punto su valor correspondiente, lo que permite interpretar las diferentes superficies y texturas tomadas. La nube de puntos obtenida, aun siendo un conjunto desestructurado, como es tan densa conforma una imagen que permite interpretar con cierta claridad la forma y textura de los objetos tomados. Por otro lado, algunos equipos LE llevan incorporada internamente una cámara fotográfica que permite asignar a cada punto un color en el sistema RGB. Esto mejora significativamente la capacidad de análisis de la nube de puntos, pues la nube a determinados zoom se nos muestra como una fotografía del espacio medido.
Tras realizar el levantamiento de un circuito con un LE, lo que obtenemos es simplemente una nube de puntos que sirve para identificar en gabinete los elementos medidos. Sobre esa base de información, que todavía no es una superficie ni un elemento estructural propiamente dichos, sólo puntos dispuestos en el espacio, hay que empezar a trabajar para obtener finalmente un modelo 3D.
Del escaneo al modelo 3D fotorrealista
A parte de que el LE pueda o no contar con esa cámara fotográfica interna, este tipo de trabajos se suele enriquecer con un estudio fotográfico complementario de todo el espacio medido. Las fotos tomadas son finalmente proyectadas sobre la estructura 3D, proceso que permite obtener un modelo foto realístico. Viene a ser algo así como si tirásemos una sábana extendida sobre una jaula: la sábana se moldea adaptándose a la forma de su estructura, pero lo que vemos es la imagen impresa en la sábana con forma de jaula, no la estructura de la jaula. El proceso conjunto es algo más complejo y requiere controlar ciertos aspectos posicionales y métricos, pero baste esta explicación simplificada para entender el concepto general: 1) Primero obtenemos la nube de puntos con el LE; 2) Ya en gabinete y apoyándonos en la nube de puntos, construimos las superficies, la jaula o “armazón” del modelo en 3D; y 3) Utilizando las imágenes fotográficas tomadas “empapelamos” todo el levantamiento, obteniendo finalmente el modelo 3D foto realístico del circuito medido.