Técnicas de fotogrametría ayudan a comprender y proteger entornos marinos complejos

Fotogrametría submarina
La fotogrametría, una técnica en la que se extrae información 3D de fotografías, es a la vez un arte y una ciencia.

Su aplicación a las ciencias marinas ha aumentado en los últimos años

No es fácil medir el impacto de diferentes eventos, como las olas de calor marinas, sobre la abundancia de organismos marinos. Las comunidades biológicas cambian naturalmente con el tiempo y entre diferentes lugares.

Los científicos necesitan desligar estos cambios naturales de los causados por los humanos y encontrar un nuevo enfoque para hacerlo.

Los biólogos marinos tradicionalmente han monitoreado acantilados submarinos o arrecifes de coral estimando el tamaño de la población en sólo una pequeña área de esos ambientes.

Un método tradicional consiste en colocar una cinta métrica en el arrecife y determinar qué había debajo de la cinta a intervalos regulares. Otra es tomar fotografías de "cuadrantes" (cuadrados de un área conocida) y calcular más tarde el área cubierta por diferentes organismos.

Sin embargo, estos métodos sólo proporcionan una estimación de un área muy pequeña del arrecife total, que cubre una proporción limitada de los animales y plantas presentes.

También proporcionan limitada información sobre la complejidad y estructura tridimensional (3D) de los arrecifes creada por organismos de arrecifes, como corales y esponjas, que son clave para sustentar una alta biodiversidad.

Una nueva investigación de la Universidad Victoria de Wellington, Nueva Zelanda, muestra cómo se pueden utilizar modernos métodos fotográficos para medir la complejidad del hábitat de los arrecifes de coral y la naturaleza tridimensional de los arrecifes.

Luego, esta información se utiliza para evaluar los impactos de los cambios de arrecifes dominados por corales a arrecifes dominados por esponjas en los espacios disponibles para que vivan los peces y otros organismos.

Así es como funciona.

Un arte y una ciencia

coral negro en 3D

Imagen: Un ejemplo de coral negro reconstruido en 3D.

La fotogrametría, una técnica en la que se extrae información 3D de fotografías, es a la vez un arte y una ciencia. El proceso implica tomar una gran cantidad de imágenes de un objeto o área desde diferentes ángulos. Utilizando algoritmos especializados se puede analizar y convertir estas imágenes en modelos digitales 3D.

Estos modelos se pueden escalar adecuadamente a dimensiones del mundo real, lo que permite mediciones precisas de los organismos.

Si bien la fotogrametría no es nueva, su aplicación a las ciencias marinas ha aumentado en los últimos años. Está cambiando por completo la forma en que podemos monitorear los ambientes marinos y medir los impactos humanos.

Sin embargo, hay muchas otras formas en que se pueden utilizar herramientas fotogramétricas más amplias, desde estimar el tamaño de las ballenas hasta desarrollar simulaciones realistas o experiencias de realidad virtual para educación.

El estudio recientemente publicado de Indonesia utilizó fotogrametría para estimar los impactos potenciales de los cambios de arrecifes tropicales dominados por corales a arrecifes tropicales dominados por esponjas en la complejidad estructural de los arrecifes.

El estudio comparó la complejidad estructural de las áreas de un arrecife de coral dominadas por corales y esponjas. Mediante el uso de la fotogrametría, los científicos pudieron comprender mejor los diferentes factores que contribuyeron a la complejidad estructural del coral de una manera que no sería posible con las fotografías 2D tradicionales.

Este estudio encontró que los arrecifes dominados por esponjas tenían menos espacios más pequeños para que vivieran los peces y otros organismos, mientras que los arrecifes dominados por corales tenían menos espacios más grandes.

Esta información es importante. Los espacios más pequeños de los arrecifes de coral están ocupados por peces pequeños y otras especies que alimentan a los animales que se encuentran más arriba en la cadena alimentaria. A medida que los arrecifes de coral pierden estos pequeños espacios de refugio, también pierden la capacidad de sustentar la biodiversidad.

Vídeo: Un ejemplo del entorno submarino de Fiordland renderizado a través de un motor de juego y listo para usarse en aplicaciones de realidad virtual.

Si bien el estudio de Indonesia examinó sólo pequeñas secciones del arrecife, el uso de la fotogrametría para monitorear y mapear los ecosistemas marinos se está expandiendo rápidamente.

Gracias a las modernas soluciones de hardware y software, ahora es posible crear rápidamente modelos para áreas mucho más grandes. Y gracias a la fotografía de alta resolución, incluso los animales más pequeños pueden identificarse en los modelos.

Estos modelos complementan el uso de métodos de muestreo tradicionales que solo estiman la abundancia de organismos en un área pequeña de un arrecife. Pero ahora también tenemos el potencial de muestrear arrecifes enteros.

Como los modelos de arrecifes derivados de la fotogrametría son 3D, existen muchas fuentes nuevas de información que se pueden recopilar, como áreas de superficie precisas y volúmenes de organismos.

Para muchos organismos, como esponjas y corales, las superficies y los volúmenes son más importantes para medir su importancia ecológica que simplemente la cantidad de arrecife que cubren.

Además, los modelos 3D de grandes áreas se pueden orientar, escalar o georreferenciar, creando esencialmente todas las características de un mapa típico. Esto hace que sea mucho más fácil encontrar áreas previamente encuestadas.

El resultado general es una mejor caracterización de las comunidades marinas. Esto facilita el seguimiento y visualización de los cambios y los efectos de diferentes factores, como las olas de calor marinas.

Finalmente, se pueden crear representaciones 3D a escala para organismos complejos, lo que significa que el crecimiento y los cambios de forma se pueden medir con mayor precisión. Esto proporciona una mayor comprensión de cómo afecta a los organismos el cambio ambiental.

Vídeo: Un ejemplo de un modelo 3D de Breaker Bay Reef en Wellington, Nueva Zelanda.

Visualizando cambios en la biodiversidad

La realidad virtual se utiliza desde hace mucho tiempo para proporcionar acceso a entornos marinos sin mojarnos. Esto se ha hecho en gran medida para oportunidades de educación, extensión y capacitación.

Pero los modelos 3D creados a partir de fotogrametría brindan nuevas y emocionantes oportunidades para atraer al público. La gente puede ahora interactuar con el medio ambiente, experimentar nuevos mundos y puntos de vista, mientras aprenden y aumentan su conciencia ambiental.

La aplicación de modelos 3D derivados de la fotogrametría submarina tiene un gran potencial para la monitorización de ambientes marinos y la detección del impacto humano.

Estos modelos representan un cambio transformador en la forma en que se recopila la información en los ecosistemas marinos. A medida que la tecnología se desarrolle más, apoyarán una vigilancia marina más amplia y una gestión más eficaz.

La investigación se ha publicado en Marine Environmental Research: Reduced small-scale structural complexity on sponge-dominated areas of Indo-Pacific coral reefs

Etiquetas: Fotogrametría3DHábitat marino

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