3D-фотограмметрия: превращая фотографии в 3D-модели

3D-фотограмметрия — это процесс воссоздания физического объекта для изготовления точной 3D-модели. Этот метод можно использовать для съемки любых объектов — от людей и исторических артефактов до самолетов, построек и объектов даже большего размера.

«Это отличный способ изучить объект и сделать его уменьшенную копию, чтобы осмотреть его и оценить текстуру, — говорит Джон Морис, менеджер по маркетингу продукции в Canon Europe. — Схожего результата можно достичь с помощью компьютерной графики, однако с ней вы никогда не сохраните нюансы и детали, которые позволяет воссоздать фотограмметрия».

Возможности цифровой фотограмметрии и 3D-моделирования безграничны — эта техника применяется в промышленном производстве, инженерных проектах, а также сферах дизайна, развлечений и здравоохранения. «Создание 3D-модели человека может помочь в диагностике и отслеживании хода лечения, — поясняет Джон. — А в промышленной отрасли возможность создать 3D-модель позволяет избежать лишних затрат на изготовление прототипа».

3D-фотограмметрия — это крайне специализированная область, которая характеризуется процессом, требующим тщательного подхода. «Нужно сделать много фотографий объекта, включая общую область в 2/3 смежных изображений, для создания 3D-карты, — говорит Джон. — Так что при съемке на одну камеру ее необходимо понемногу и крайне точно перемещать для корректного наложения».

При создании конфигурации на основе крепления с более чем 100 камерами стоит обратить внимание на более недорогие варианты. «Для таких задач отлично подходят цифровые зеркальные камеры начального уровня, — говорит Джон. — И объективы примерно того же уровня. Популярны 50-мм объективы, поскольку они достаточно недорогие и обеспечивают необходимый уровень качества».

Мы не стали переходить на полнокадровый формат отчасти потому, что камеры APS-C обеспечивают большую глубину резкости, что крайне важно при обработке данных».

В конфигурации для сканирования в полный рост Sample & Hold используют объективы 100 мм, 85 мм и 50 мм, такие как Canon EF 85mm f/1.8 USM и Canon EF 50mm f/1.8 STM, где разные фокусные расстояния применяются для акцента на важных участках, например стопах и руках. В конфигурации для головы используются объективы 40 мм и 50 мм, такие как Canon EF 40mm f/2.8 STM.

«Мы всегда работаем с фикс-объективами, — говорит Сэм, — поскольку они обеспечивают стабильный результат даже при транспортировке крепления.

Камеры начального уровня не предназначены для такой эксплуатации, поэтому бывает, что их затворы срабатывают не одновременно, а с некоторой задержкой. Чтобы избежать этой проблемы, мы используем вспышки для управления экспозицией. Мы снимаем в темной студии и запускаем камеры с выдержкой 1/3 или 1/5 сек., после чего одновременно активируем все вспышки для экспонирования. Мы управляем камерами с помощью ПО Smart Shooter и синхронизируем устройства с помощью Esper TriggerBox».

Esper предоставляет многокамерные конфигурации и решения для 3D-сканирования разработчикам видеоигр и компаниям из сферы визуальных развлечений, а также поставщикам услуг рекламы, исследовательским центрам, мгновенным фотокиоскам и другим компаниям. Директор компании Ник Футс говорит, что при настройке системы для 3D-фотограмметрии важнее всего учитывать использование получившихся файлов.

«Во время консультации я сразу же спрашиваю, в чем заключается цель использования. Это будет определять разрешение и формат. На основании этого будет сформирован основной рабочий процесс, — рассказывает он. — Так что если файлы будут применяться в интернет-магазине, и заказчику не требуется сверхвысокое разрешение, я считаю, что нет смысла использовать конфигурацию даже из 60 камер, направленных на объект».

«Если вы собираетесь создать видеоигру в 4K, вам может потребоваться до 160 камер, однако для создания небольших 3D-моделей людей на FDM-принтере, для этого хватит 30–50 камер. 3D-принтер банально не сможет воссоздать разрешение, которое вы получите с конфигурацией с большим числом устройств».

«Если это довольно небольшой статичный объект, можно найти экономичное решение с 3–4 камерами, расположенными полукругом, дополнительным освещением и столом с поворотной столешницей, — продолжает Ник. — Более того, можно сделать качественные изображения для фотограмметрии даже с помощью всего одной камеры, однако нужно понимать масштаб работ и то, как съемка впишется в общий рабочий процесс».

Сэм из Sample & Hold также рекомендует начинать свой путь в этой сфере с конфигурации с одиночной камерой. «Любой может заняться фотограмметрией на локации, используя дневной свет и всего одну камеру, — говорит он. — Если выбран неподвижный объект, например дом, вам не нужно работать с множеством камер, ведь можно просто запечатлеть его на одну камеру, меняя ее положение.

Даже на YouTube есть целый ряд видеоуроков, которые помогут достичь нужного результата. А затем эти изображения можно обработать в бесплатной программе для 3D-моделирования с открытым исходным кодом вроде Meshroom. Таким образом можно создать ряд прекрасных моделей».