Фотограмметрия
Ключевые слова: фотограмметрия, сканирование, фотография, 3D моделирование, цифровой аватар, гейм-дизайн.
Фотограмметрия
Фотограмметрия — это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов. Большинство современных цифровых устройств, имеющих камеру, умеют сохранять дополнительную информацию в файл фотографии. Например координаты места съёмки, тип камеры, условия и способы его получения и т. п.
Специальной программой эта информация извлекается и записывается в файл, где указывается: высота, угол поворота камеры, данные долготы и широты. Программа использует технологии машинного зрения и фотограмметрии для нахождения общих точек на фотографиях. В результате каждому пикселю на фотографии находится соответствие на других снимках. Каждое соответствие становится ключевой точкой. Именно из облака точек строится цифровой аватар объекта.
Пространственные координаты каждой точки вычисляются методом триангуляции: от каждой точки съемки к выбранной точке автоматически проводится линия зрения, и их пересечение дает искомое значение (Рис. 1).
Рис. 1 Процесс создания 3D-модели
Сферы применения фотограмметрии довольно обширны.
Проектирование и строительство зданий и сооружений.
Археологические раскопки.
Автоматизированное построение пространственных моделей объекта по снимкам.
Создание топографических карт и ГИС.
Геологические изыскания.
Охрана окружающей среды. В нее входит изучение ледников и снежного покрова, бонитировка почв и исследование процессов эрозии, наблюдения за изменениями растительного покрова, изучение морских течений
Киноиндустрия. Фотограмметрия применялась в таких популярных фильмах, как: Бойцовский клуб, Матрица, Властелин колец, Пассажиры и многие другие
Компьютерные игры. Технология применяется для создания трехмерных моделей игровых объектов, реалистичных ландшафтов. Примеры: Star Wars Battlefront, Resident Evil 7: Biohazard, World of Tanks.
Фотограмметрии активно применяется и при создании точных объемных моделей памятников так, иркутская команда создала проект "сохранение достоверных данных об объектах культурного наследия города и создание точных объемных моделей памятников методом фотограмметрии и размещение их на карте".На изображении представлен элемент оконных ставень старинных зданий, который был оцифрован и загружен в облако, где позже, при дальнейшей коррозии данного здания, мы сможем изъять данные и восстановить ставни по оригинальному прототипу (Рис. 2).
Рис. 2 Фотограмметрия ставень
В геологических изысканиях технология позволяет создать ЦМР. Цифровая модель рельефа – информация о рельефе местности, представленная совокупностью точек с известными координатами и высотами, связей между ними и способа определения высот новых точек по их известным плановым координатам.
Современная технология обработки материалов аэрофототопографической съемки предполагает получение цифровых топографических или специальных карт (планов) (Рис. 3).
Применение в стоматологии. Фотограмметрические системы позволяют измерять 3D координаты любой точки на поверхности объекта при наблюдении двумя камерами одновременно. Для объектов сложной формы, такой как челюсть, гипсовая модель неудобна, чтобы просмотреть все необходимые точки объекта. Таким образом, множество частичных сканирований объекта должно быть получено на всей поверхности. Для создания целой 3D модели верхней челюсти представлен набор 28 сканирований (Рис. 4 ). Различные сканирования показаны в разных цветах, чтобы визуально контролировать качество слияния. Средняя ошибка сканирования слияние на уровне 0,02 мм. Нужно заметить, что до применения фотограмметрии процесс заменялся гипсом, что было очень мало приятно для пациента.
И, конечно, как же обойтись без примера внутриигрового окружения тема очень актуальна и в данное время, для создания трехмерных моделей игровых объектов для реалистичных ландшафтов используются как раз технология фотограмметрии. Однако, не только достижение реализма является преимуществом данных технологии. Она значительно позволяет сократить время работы над моделью. По мнению экспертов, возможно сократить время работы над моделью с 6 недель до одной (Рис. 5).
Если вы хотите ознакомиться с технологией внутриигрового окружения подробнее, то могу посоветовать вам статью Star Wars Battlefront и искусство фотограмметрии, в ней разработчики подробно описывают процесс работы, проблемы, с которыми они столкнулись и способы их решения.
Нужно заметить, что фотограмметрия не является чем-то недоступным для обычных пользователей. Так, установив программу на телефон или компьютер можно попробовать отсканировать свои модели. Ниже приведен список возможных инструментов (Рис. 6).
Пусть технология фотограмметрии и легкодоступна, не нужно забывать о требованиях к самой съемке.
Не ограничивайте количество изображений.
Используйте максимально доступное разрешение.
Каждая точка поверхности сцены должна быть четко видна по крайней мере на двух высококачественных изображениях.
Всегда перемещайтесь при съёмке.
Не меняйте точку обзора больше чем на 30 градусов.
Начните со съёмки всего объекта, двигайтесь вокруг него, а затем фокусируйтесь на деталях. Приближайтесь не резко, а постепенно.
Завершайте маршруты.
Не останавливайтесь на одном обходе, сделайте несколько с различной высоты.
Следите за светом и бликами.
*Задание: Провести анализ инструментов по фотограмметрии. Анализ выполняется в формате презентации, важно отобразить плюсы и минусы приложений.
Список использованных источников и литературы
Слободчиков А. Star Wars Battlefront и искусство фотограмметрии [Электронный ресурс] // dtf сайт – URL: https://dtf.ru/gamedev/4320-star-wars-battlefront-i-iskusstvo-fotogrammetrii?ysclid=l26h36wgku
ПРОЕКТ "СОХРАНИМ НАСЛЕДИЕ" (https://clck.ru/gn3fz )
Last updated
