Создать 3д модель по фотографии и чертежам

Введение

В наше время трехмерные технологии стали весьма востребованы в самых разных областях деятельности. 3D­моделирование является неотъемлемой частью таких сфер, как наука, промышленность, медицина, кинематограф и т.д.

Фотограмметрия родилась через 13 лет после изобретения фотографии. В 1852 году французский инженер Эмме Лосседа для создания плана местности получил первые перспективные снимки Парижа. Съемка была проведена с воздушного шара.

В наши дни под фотограмметрией подразумевается научно­техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям. Метод получения фотоизображений может быть разнообразнейшим. От аэрофотосъемки с помощью дрона до наземной съемки с использованием автомобиля или даже ручная съемка на планшет или телефон.

Алгоритм Facebook

В начале этого года Facebook совместно с Политехническим университетом Виргинии представил алгоритм для создания реалистичных 3D-изображений. Подобная функция и раньше присутствовала в фейсбук, но имела ряд неточностей, из-за которых картинка становилась скорее псевдотрехмерной. Главный объект на фото выделялся и выносился на передний план. При такой обработке двумерного изображения детали, скрытые за второстепенными объектами, терялись и восполнялись закрашиванием недостающих участков похожими цветами. Из-за этого фон становился нечётким, а эффект 3D — нереалистичным.
Такой метод основывается на оптическом явлении «параллакс», которое заключается в изменении видимости объекта относительно фона в зависимости от положения наблюдателя. На простом языке параллаксом называется эффект, при котором движение объектов на переднем и заднем плане происходит с разной скоростью.

Если вы когда-нибудь играли в аркады на приставках первых поколений , то это явление должно быть вам знакомо: уровень перемещается вперёд, при этом создаётся впечатление, что объекты на фоне движутся медленнее героя на переднем плане.

Разработчики Политехнического университета Виргинии сумели создать полноценный алгоритм, который не просто закрашивает фон, а дорисовывает недостающие фрагменты с помощью нейросети. Она использует карту глубин изображения, содержащую информацию о степени удалённости объектов от наблюдателя и сдвига пикселей изображения. Алгоритм чётко определяет глубину расположения объектов на картинке и их границы с помощью повышения резкости, а затем заполняет пустые области. Этот эффект получил название контекстно-зависимой многоуровневой окраски .

Чтобы удивить подписчиков трёхмерным портретом, потребуется несколько нехитрых действий:

  1. Тапнуть на поле «Что у вас нового?».
  2. Выбрать из многообразия открывшихся возможностей функцию «3D-фото». 
  3. Загрузить изображение.
  4. Profit. Магия алгоритма сделает всю основную работу, вам останется лишь ловить лайки и восторженные комментарии друзей.

Анимированные 3D-фото это весело, а с советами нашей редакции — ещё и просто!

Как смотреть 3д видео на Youtube

С помощью какого оборудования можно смотреть 3D видео на YouTube? Обо всем по порядку…

На компьютере

Просмотреть в объеме можно не каждое видео, а только те ролики, которые были сняты и загружены в специальном 3D формате. Чтобы найти трехмерное видео на ютуб, нужно ввести в поиске тэг «yt3d». Если видео загружено по всем правилам, во время просмотра на кнопке настроек появится надпись «3D». В окне параметров появится отдельный пункт, в котором можно выбрать вариант просмотра:

Настройки 3D видео на Youtube

  • 2D – смотреть стерео видео в 2В режиме, будет демонстрироваться только левый ракурс.
  • Анаглиф – запустить видео в формате анаглиф. Для просмотра потребуются красно-синие анаглифные очки.

3D видео анаглиф

Раньше набор настоек просмотра 3д видео на ютубе был значительно больше. Можно было выбирать цвет анаглифных очков, поддерживались затворные очки NVIDIA 3D Vision и др. Но по каким-то причинам параметры вывода 3D роликов были сильно урезаны.

На телефоне

В приложении yotube на телефоне тоже можно смотреть 3D видео. Для этого нужны специальные VR очки для телефона. Это тот же шлем виртуальной реальности, в который вставляется смартфон, и выполняет роль экрана. Стоимость таких очков значительно ниже.

VR очки для просмотра 3D видео на Youtube с телефона

На телефоне видео запустится в формате анаглиф или как стереопара. Чтобы включить просмотр 3D, нужно нажать кнопку в виде очков VR в нижнем правом углу или выбрать в меню пункт «Смотреть в VR-режиме».

Просмотр 3D видео в приложении Yotube на телефоне

Экран разделится на две части, в каждой половине будет демонстрироваться только левая или правая часть стереопары. Очки виртуальной реальности устроены так, что каждый глаз видит только нужный ракурс.

Просмотр 3D видео в приложении Yotube на телефоне в VR-режиме

Режим VR на телефоне напоминает просмотр фильма в кинотеатре. Для удобства на экране появится курсор, с его помощью можно выполнить все необходимые настройки:

  • Старт/пауза;
  • Перемотка;
  • Выбор качества видео;
  • Регулировка звука.

Действие курсора активируется при касании экрана и нажатии функциональной кнопки на vr очках (если такая имеется) или на подключенном bluetooth пульте.

На 3D телевизоре или проекторе

Если открыть стереоскопический ролик на 3D проекторе или телевизоре, значок «3D» не появится. Видео воспроизведется как стереопара (сразу два ракурса), такой ролик тоже можно посмотреть в 3D режиме. Для этого необходимо включить полноэкранный режим и активируем функцию 3D просмотра на ТВ.

3D видео стереопара

Описание технологии

В данном пункте представлено, как работают современные программные продукты по трехмерной фотограмметрии.

Информация о каждой фотографии записывается в специальный файл: высота, угол поворота камеры, данные долготы и широты. Программа использует технологии машинного зрения и фотограмметрии для нахождения общих точек на многих фотографиях. В результате каждому пикселю на фотографии находится цветовое соответствие на других фотографиях (рис. 6).

Рис. 6. Пример поиска ключевых точек

Каждое соответствие становится ключевой точкой . Если ключевая точка найдена на трех фотографиях и более, программа строит эту точку в пространстве. Чем больше таких точек, тем лучше определяются координаты точки в пространстве. Следовательно, чем больше пересечений между фотографиями, тем точнее будет модель. Пересечение от 60 до 80% является оптимальным.

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. 7).

Рис. 7. Ключевые точки относительно модели

Кроме того, в фотограмметрии применяются алгоритмы, целью которых является минимизирование суммы квадратов множества ошибок. Обычно для решения используют алгоритм Левенберга — Марквардта (или метод связок), основанный на решении нелинейных уравнений методом наименьших квадратов.

В процессе обработки фотографий создается расширенное облако точек (совокупность всех 3D­точек), которое используется для генерирования поверхности, составленной из полигонов. В заключение вычисляется разрешение и определяется, какие пиксели на фотографии соответствуют какому полигону. Для этого 3D­модель развертывается в плоскость и затем пространственное положение точки ставится в соответствие оригинальной фотографии для задания цвета.

Опыт зарубежных специалистов

Независимым экспертом было проведено сравнение Pix4D и Agisoft. Для опыта использовался беспилотник DJI Phantom 2 и камера GoPro4. Следуя инструкциям на сайте поддержки Pix4D, была создана траектория полета дрона, настроены скорость и высота полета. Период съемки был установлен равным двум секундам.

Рис. 2. Результаты съемки после обработки Pix4Dmapper

В результате полета было сделано около 200 фотографий. После загрузки полученного массива фотографий в выбранные программные продукты были получены следующие результаты (рис. 1 и 2).

Видно, что качество моделей оказалось примерно одинаковым.Но было замечено, что у продукта Pix4D больше возможностей по работе с моделью, например, есть возможность изменения настроек в ее визуальном представлении (контраста, яркости, теплового баланса и пр.) или управления камерой в просмотрщике модели (включая свободное перемещение камеры во все стороны для «облета» модели, а не только вращение вокруг оси).

Следующий опыт был проведен с объектами, для которых важна детализация. Для данных целей выбрали PhotoScan и ContexCapture. Были отобраны несколько скульптур и сделано 28 фотографий. Сборка производилась на рабочей станции со следующими параметрами:

  • AMD Phenom X6 1090T @3.20GHz;
  • 16 GB Ram DDR3;
  • GeForce GTX 750 Ti 2048MB;
  • GeForce GTX 465 1024MB.

В результате работы программных комплексов были получены результаты, показанные на рис. 3.

Рис. 3. PhotoScan (слева) и ContexCapture

Рис. 4. ContexCapture (слева) и PhotoScan

Большим преимуществом ContexCapture оказалось время сборки. В обоих случаях PhotoScan потребовалось 3 ч, чтобы собрать модель, в то время как ContexCapture справился за 45 мин. Также было установлено, что ContexCapture повышает разрешение в областях, где были сняты крупные планы, в отличие от PhotoScan.

Еще пример со сборкой более сложных и объемных моделей (рис. 4).

И в этом случае разница во времени оказалась заметной. PhotoScan — час, ContexCapture — 36 мин.

Как загрузить 3D видео на YouTube

На Youtube можно загружать только 3D-видео в формате горизонтальной параллельной стереопары. Если стереопара перекрестная, это можно будет исправить на стадии загрузки, указав специальный тэг.

3D видео загружается на Youtube так же, как и обычные ролики. Ссылка на страницу загрузки находится справа от строки поиска – «Добавить видео». Выбираем наш 3D видеофайл, начинается загрузка.

Если посмотреть видео сразу после окончания обработки, мы увидим, что отображаются сразу два ракурса и в плеере нет иконки 3D для настройки формата. Так и должно быть, для того, чтобы YouTube распознал 3D видео, нужно указать тэги, определяющие 3D видео:

  • yt3d:enable=true – это главный тэг, указывающий на то, что загруженный видеофайл в 3D формате;
  • yt3d:aspect=16:9 – соотношение сторон вашего 3D видео;
  • yt3d:swap=true – тег меняющий местами ракурсы 3D видео. Этот тэг нужен, если загружаемое 3D видео в формате перекрестная стереопара, т.к. в плеере YouTube, по умолчанию, 3D видео отображается как параллельная стереопара.

Тэги необходимо указывать через пробел без запятых

Тэги можно не указывать если в файле имеются мета-данные 3D формата. Метаданные должны быть представлены одним из этих способов:

  • в виде элемента в формате .mov или .mp4;
  • в виде элемента StereoMode для горизонтальной параллельной стереопары в формате .mkv или .webm;
  • в формате FPA по стандарту H.264 SEI.

Если у вашего 3D-ролика нет метаданных, их можно добавить в одной из программ для видеомонтажа, например, Sony Vegas Pro, GoPro Studio и других.

Какие этапы внедрения 3D в видео.

1. Первым делом нужно затрекать видео (от английского track — следить, прокладывать путь). Тречить видео — это, если грубо, означает, что мы научим программу для композитинга понимать, где на видео один объект и заставим её отследить перемещение этого объекта (или просто точки) на протяжении некоторого времени.

1.1. Планарный (плоский) трекинг. Это когда просто отслеживается положение точки относительно кадра. Либо если две точки отслеживать, то можно протречить также поворот картинки. Такой трекинг лучше всего подходит для стабилизации видео (убрать дрожание камеры) и внедрения простых элементов в видео (когда объект на видео не совершает сложных действий, к примеру: заменить изображение на знаке; добавить вывеску над зданием; внедрить 3D объект, парящий в воздухе и подобное).

Лучшей отдельной программой для планарного трекинга считается (читается как мОка прО), которая уже встроена в последние версии After Effects.

Вот один из многих видеоуроков на эту тему (планарный трекинг видео в After Effects):

На видео ниже я использовал After Effects для цветокоррекции и стабилизации видео по нескольким точкам, чтобы мурена, которую я снимал с рук не дрожала в кадре:

Вот так выглядит оригинал:

Ну и раз уж речь зашла об After Effects, то обязательно посмотрите на плагины и . На сегодняшний день — это одни из лучших уроков по After Effects, а нет аналогов.

1.2. 3D трекинг. Этот вид трекинга используется для того, чтобы подменить какой-то объёмный предмет на видео (вокруг которого движется камера, к примеру) или чтобы поставить 3D объект на какую-то плоскость на видео (хотя во многих случаях с этим также поможет справиться и планарный трекинг).

Специальный софт для 3D трекинга:

  • ,
  • ,
  • .

Но можно также использовать и софт для композитинга, к примеру, AE или Nuke, внутри них уже встроены инструменты для 3D трекинга (хотя, возможно и не такие продвинутые, как в специализированных приложениях).

2. После того, как вы затрекали видео — вы сможете вставлять туда 3D объекты и 2D элементы так, как будто они есть непосредственно на этом видео.

Правда, с 3D объектами посложнее (чем с 2D полосочками). Ведь вам еще придётся настроить на них материалы (ведь ненастоящие объекты на видео должны отражать окружение из этого видео, чтобы быть похожими на настоящие) и такое же освещение как на видео (чтобы они выглядели ТАК, как будто они действительно находятся ТАМ). Вам нужно будет сделать так, чтобы 3D объекты отбрасывали тени на объекты из видео. А объекты из видео должны затенять (и заслонять/маскировать) тридешные объекты. Потом вам нужно будет провести цветокоррекцию, добавить размытие (ведь все двигающиеся объекты размываются в кадре), добавить шум (который обычно создаёт камера) и т.д. В общем сделать всё то, что не позволит глазу заметить подмену.

Чтобы осилить этот пункт — начните со статьи Что такое 3D и дальше следуйте по ссылкам.

А на закуску — шикарное объяснение, что такое композ:

Подпишитесь на обновление блога3 причины для этого

Шикарного вам настроения!

SketchUp

SketchUp, в прошлом Google SketchUp, предлагает больше функций для создания простых трехмерных объектов, чем предыдущие инструменты. При этом программа отличается простым пользовательским интерфейсом. Настолько простым, что поначалу новые пользователи удивляются столь малому количеству рабочих панелей, но на самом деле здесь есть все необходимое для моделирования.

SketchUp — интуитивно понятная программа, которая подойдет для профессионального использования

Для новичков есть бесплатный базовый пакет для браузера — Make SketchUp, который нужно установить вместе с бесплатным плагином для экспорта STL.

Профессиональную версию SketchUp Pro активно используют архитекторы и дизайнеры — она стоит $695 и устанавливается на ПК. Однако даже в бесплатной версии доступен каталог готовых моделей и многочисленные плагины для решения различных задач. Они позволяют преобразовывать форму объекта, выдавливать рисунки на поверхности, создавать сложные узоры, текстуры и т.д.

Что же это за программы для композа такие?

Если грубо, то все эти «композеры» позволяют работать с 2D (видео, фото, плоские фигуры, формы), но при этом представлять их так, чтобы зритель подумал, что они объёмные. С другой стороны, эти «композеры» позволяют бесшовно внедрять 3D в видео так, чтобы никто не заподозрил, что это 3D (чтобы все подумали, что это настоящие объекты, снятые на обычную видеокамеру). И с третьей стороны, эти «композеры» позволяют создать на основе простых плоских форм (полосочки, кружочки, буковки) и простых объёмных форм (кубики, пирамидки и т.д.) сложную красивую анимацию плотно связанную с музыкой — это называется motion graphics.

Вопрос был про второй вариант. Как внедрять 3D в видео так, чтобы оно реально было там (на видео).

3D Slash

И снова программа для начинающих, но в 3D Slash создание модели строится по другому принципу, если сравнивать с другими редакторами. Здесь вы словно играете в конструктор, складывая объекты из блоков или, наоборот, удаляя из объекта ненужные части по тому же принципу. Для этого предусмотрен ряд инструментов — резак, дрель, молоток и др.

В 3D Slash используется принцип поблочного строительства модели

Таким образом можно создавать интерьерные модели — их легко раскрашивать, накладывать текстуры, текст и т.д. А вот со сложными задачами наподобие создания скульптур 3D Slash не справится.

Еще одна особенность программы — возможность создать трехмерный логотип или 3D-текст. Для этого есть очень простой инструмент: надо импортировать нужное лого либо ввести текст, а программа сама превратит их в трехмерные.

Приложение полностью бесплатное и, что немаловажно, поддерживает онлайн-версию для браузера. Правда, русский интерфейс в ней не предусмотрен

Зачем восстанавливать чертежи или 3D модель изделия по фотографиям?

Бывают случаи, когда есть только фотографии. Например, некий архитектурный памятник был снят в свое время фотографом с разных точек, а затем был по каким-то причинам утрачен и не осталось никаких его чертежей и эскизов. В этом случае фотографии — единственный источник знаний об изделии, и получить чертежи или 3D модель можно только по ним.
Другой случай из области архитектуры — необходимость получения чертежей или 3D модели существующего здания, если для него отсутствуют чертежи и другие материалы, позволяющие обойтись без фотограмметрии, а формы и сложность здания делают реальный обмер всех частей здания если не невозможным, то чрезвычайно трудоемким. В этом слачае получение чертежей или 3D модели по фотографиям может оказаться самым простым решением. Отличие этого случая от предыдущего состоит в том, что фотографии можно сделать специально для целей фотограмметрии — а значит, более подходящие и лучшего качества.
Бывают случаи — таких много — когда доступные чертежи изделия (самолета, танка или корабля) построены приблизительно, «примерно» по фотографиям и рисункам и не включают более или менее достоверные цифровые и другие данные «от производителя», позволяющие более или менее обоснованно судить о размерах, пропорциях и обводах объекта. Таких случаев множество; публикуемые в популярных изданиях «чертежи» разных изделий часто настолько различаются между собой и отличаются от самого изделия, что использовать их для построения стендовой модели-копии изделия не представляется возможным или приходится гадать, какие из найденных чертежей более достоверны. В этих случаях имеющиеся фотографии изделия могут служить для получения данных, позволяющих судить о точности тех или иных доступных чертежей изделия, а если таких фотографий много и они хорошего качества, они могут служить и для построения 3D модели и чертежей изделия.

Что такое 3D-моделирование и где его применяют

3D-моделирование — это создание трёхмерных изображений (моделей) предметов, строений, фигур и всего прочего, что имеет объем. 3D-модели создаются на основе двухмерных чертежей, а иногда просто воображения.

Трехмерное моделирование применяют в следующих сферах:

  • печати предметов на 3D-принтере;
  • создания персонажей и объектов для видеоигр и спецэффектов в видео;
  • создания анимации и иллюстраций;
  • проектирования интерьеров, ландшафтов, архитектурных сооружений;
  • производства, строительства и многого другого.

Рассмотрим несколько популярных бесплатных сервисов, которые позволят создавать 3D-модели онлайн.

Создание 3D фильма из одного видео

А теперь, давайте подробно рассмотрим создание 3D видео из одного исходного файла. Такой вариант создания 3D фильма, будет использован в подавляющем большинстве случаев.

В главном окне программы Free 3D Video Maker необходимо будет поставить флажок напротив пункта «Использовать одно видео».

Теперь начинается самый важный этап создания 3D фильма. На данном этапе необходимо будет выбрать величину смещения между двумя изображениями и фильтр для обработки видео.

Вы можете передвинуть ползунок по шкале воспроизведения для того, чтобы посмотреть кадры из фильма, в области выходного видео. Для этого вам необходимо будет надеть анаглифные очки. Опытным путем вы можете выбрать величину сдвига между изображениями.

Для изменения сдвига, кликните по цифре, которая указывает на величину смещения изображения. В открывшемся поле установите нужную цифру, а затем нажимаете на клавиатуре на клавишу «Enter». Методом проб и ошибок вы можете выбрать наиболее оптимальный вариант.

Пробуя различные варианты смещения, одновременно необходимо будет выбрать алгоритм для фильтра, который будет использован при создании 3D видео. Вы можете выбрать следующие доступные варианты:

  • «Красно-голубой анаглиф» — обычный, стандартный анаглиф.
  • «Показывать изображение с левого источника» — будет сохранено видео с левого источника.
  • «Показывать изображение с правого источника» — будет сохранено видео с правого источника.
  • «Темный анаглиф» — созданное видео будет темнее, чем исходное.
  • «Серый» — сохраненное видео будет с оттенками серого.
  • «Оптимизированный анаглиф» — будет сохранен цветовой баланс, лучшая цветопередача.

Приемлемыми вариантами для создания фильма могут стать: красно-голубой анаглиф, и оптимизированный анаглиф.

Если вам необходимо будет создать 3D видео не из всего фильма, а только из части видео файла, то тогда вам нужно будет передвинуть отметки (бегунки) в соответствующие места: в начало, и в конец этой части видеофайла. Правое видео нужно будет сдвинуть на некоторое расстояние.

Для того, чтобы убедиться, подойдут ли данные параметры для данного фильма, можно будет сначала создать несколько коротких видео с разными параметрами смещения.

Выполнять различные действия в программе Free 3D Video Maker можно при помощи контекстного меню, которое открывается после клика правой кнопкой мыши в главном окне программы.

Вы можете узнать сводную информацию о данном фильме.

Если вы уже выбрали приемлемый вариант, то тогда можно будет перейти к следующему этапу.

Далее необходимо будет дать имя файлу и выбрать папку, в которую следует сохранить созданный фильм.

Вам также может быть интересно:

  • Free 3D Photo Maker
  • Free Video Call Recorder for Skype
  • Free Video Editor

Затем нажмите на кнопку «Опции». В окне «Опции» вы можете выбрать настройки для кодирования видео. Здесь вам необходимо будет выбрать видео кодек. В программе Free 3D Video Maker доступны следующие кодеки:

  • Uncompressed video (без сжатия);
  • Microsoft RLE;
  • Microsoft Video 1;
  • Кодек Intel YIUV. Если вы уже выбрали приемлемый вариант, то тогда можно будет перейти к следующему этапу;
  • Кодек Cinepac, изготовленный корпорацией Radius;
  • VMnk 2;
  • Huffyuv v2.1.1 – CCESP Patch v0.2.5;
  • Lagarith Lossless Codec;
  • x264vfw – H.264/MPEG-4 AVC Codec;
  • Xvid MPEG-4 Codec;
  • ffdshow Video Codec.

Рекомендую вам выбрать тот вариант кодека, который используется в исходном видео файле.

После завершения настроек можно будет нажать на кнопку «Создать 3D!».

Далее происходит процесс создания 3D видео. Процесс кодирования может продолжаться довольно длительное время. По его завершению, вы можете приступить к просмотру созданного фильма, надев для этого специальные анаглифные очки.

Почему на фотографию правильно смотреть одним глазом

Камера, делающая фотографию, делает ее из одной точки. Иными словами, камера – это один глаз. Получается, что мы смотрим двумя глазами на то, что было увидено одним глазом. Логично предположить, что правильно было бы смотреть на фото тоже одним глазом. А разглядывая фотографию двумя глазами, мы неизбежно искажаем то, что было зафиксировано камерой.

Глядя на фото одним глазом, мы уже не навязываем мозгу впечатление, что он видит плоскую поверхность. В данном случае нам несравнимо легче настроиться на то, что мы видим трехмерную картинку. Ведь чтобы понять, плоскость перед нами или объёмное тело, мозгу нужны два глаза.

Посмотрите на это фото одним глазом, и мозг перестанет воспринимать его, как плоское изображение – вы увидите глубину и объем безо всяких 3D технологий.

Интересный факт! Воспринимать мир трехмерным можно даже одним глазом. Этот факт был доказан исследователями из университета Сент-Эндрюса (Шотландия) в 2013 году. Ссылку на исследование вы найдете в конце статьи, в разделе .

Как работают 3D очки: иллюзия трехмерности

Одним глазом смотреть фильмы неудобно. Поэтому люди потратили кучу времени и денег на создание трехмерного кино, чтобы, глядя на плоский экран через 3D очки, мы всё же видели трехмерную картинку обоими глазами.

Интересный факт! На самом деле абсолютно любой фильм можно смотреть в 3D, но для этого придется закрыть один глаз.

Через каждое «стекло» в 3D очках мы видим всё ту же плоскую картинку, но снятую с разных ракурсов. Благодаря этому мозг создает трехмерный эффект. Таким образом, основную работу по преобразованию двухмерного фильма в 3D кино проделывает не экран и очки, а наш собственный мозг.

Обзор существующих программных продуктов

В настоящее время на рынке присутствует довольно большое количество продуктов для создания трехмерной модели по фотографиям. В результате проведенных исследований были выбраны наиболее соответствующие нашим задачам продукты: PhotoScan (Agisoft), Pix4Dmapper (Pix4D), ContexCapture (Bentley Systems).

PhotoScan — это отечественный продукт, широко используемый специалистами, работающими с компьютерной графикой и профессиональными дизайнерами. Бюджетный и эффективный, PhotoScan является одним из ведущих решений для «полупрофессионального» рынка. Войти в перечень профессиональных решений продукту пока не позволяют такие недостатки, как слабые возможности масштабирования и низкая производительность.

Рис. 1. Результаты съемки после обработки Photoscan

Pix4Dmapper — разработанный в Швейцарии продукт, который сразу же стал использоваться для аэрофотосъемки с БЛА. Pix4Dmapper позиционируется как ведущее решение для работы с ортофотопланами, облаками точек и цифровыми моделями местности (ЦММ) на средних и малых проектах. К его плюсам можно отнести возможность редактирования ортофотоплана, детализацию модели, использование Pix4D большинством производителей БЛА в аппаратной связке с ПО дрона. Из недостатков: низкая производительность, ограниченные возможности масштабирования и взаимодействия с моделью.

ContexCapture — продукт французской фирмы Acute3D, которую в 2015 году поглотила компания Bentley Systems . Продукт характеризуется как решение для автоматического и высокоточного построения 3D­моделей на основе простых фотографий, получаемых с помощью любого устройства — от смартфона до специализированных камер и сканеров. Решение обладает неограниченной масштабируемостью — от предмета до города. Точность представления ограничена только параметрами фотографий. Также важным преимуществом является возможность генерации не объемного облака точек, а трехмерного массива, который обладает свойствами геометрической модели. Решение выделяется своими промышленными характеристиками. К недостаткам можно отнести относительно слабые возможности по созданию интерьеров.

В итоге мы имеем три уникальных продукта, у каждого из которых есть свой набор как достоинств, так и недостатков.

Что такое восстановление чертежей или 3D модели объекта по фотографиям?

Известно, что по фотографии можно вычислить некоторые геометрические характеристики реальности, которая запечатлена на фотоснимке. Более конкретно, если мы имеем снимок, снятый объективом с определенным фокусным расстоянием, и на этом снимке известна точка пересечения оси объектива с плоскостью снимка (центр снимка), то можно весьма точно вычислить угловые расстояния между центром снимка и любой точкой на снимке или на объекте (изделии), снятом на этом снимке. А если есть несколько фотографий, на которых некоторое изделие (самолет, танк, корабль, здание или их части) сняты с нескольких разных точек, то по определенным алгоритмам можно вычислить взаимное положение в трехмерном пространстве различных точек изделия. Применив затем к вычисленным координатам точек в пространстве простые геометрические преобразования вращения и масштабирования и соединив вычисленные точки соответствующим и линиями и плоскостями, можно в итоге получить 3D (трехмерную) модель изделия, а спроектировав ее на нужные плоскости, получить проекции — чертежи изделия.
Наука и технология восстановления 3D моделей и чертежей изделий по фотографиям называется фотограмметрией. Имеются многочисленные программы, автоматизирующие эту работу, такие, как REALVIZ / AutoDesk ImageModeler, PhotoModeler и другие

Перспективы развития и будущее отрасли

Как и у всякой инновационной отрасли, у трехмерной фотограмметрии есть огромный потенциал для развития: строительство, социально­культурная сфера, компьютерные игры.

В данный момент мониторинг процесса строительства — весьма актуальная проблема. Уже несколько лет 3D­модель объекта строительства используют для отображения прогресса стройки. Например, готовая в срок часть объекта на модели отображается зеленым, находящаяся в процессе — желтым, к строительству которой еще не приступили — серым (или скрыта вовсе), а просроченная — красным. Однако эти данные могут быть необъективны, так как не показывают непосредственно строительную площадку, а определить общий прогресс по фотографиям, как правило, довольно тяжело.

Фотограмметрия предлагает инновационное решение этой проблемы. Используется БЛА, который по заданной траектории облетает строительную площадку и производит аэрофотосъемку объекта. Далее массив фотографий выгружается в один из программных комплексов и производится сборка актуальной модели. Установив период облета, будь то неделя или месяц, удается отследить объективный прогресс строительства, который можно использовать для отчетов начальству. С помощью дополнительного ПО можно даже сравнивать эти две модели и подсвечивать разницу в них.

Социально­культурная сфера — это другая область инновационного применения фотограмметрии. Сейчас в музеях и выставочных центрах во всем мире наиболее популярна технология виртуального тура . Это набор сферических панорам, соединенных между собой ссылками для перехода. У нее определенно есть свои плюсы — это дешево, быстро и просто. Однако и минусов тоже предостаточно: медленная работа, неподвижные точки обзора и визуальные недочеты. К тому же этим уже никого не удивишь.

С помощью фотограмметрии можно создать интерактивный трехмерный тур в виртуальной реальности. Фотореалистичность, универсальность, интерактивность — отличие колоссальное. Цифровой камерой делается массив фотографий, например, скульптуры и комнаты, в которой она находится. Далее этот массив загружается в программные продукты, и после доработки специалистами на выходе мы имеем трехмерную комнату со скульптурой, которую можно буквально обойти вокруг и посмотреть со всех ракурсов.

Рис. 8. 3D-модели макетов для компьютерной игры Rustclad

Дополнительные коммерческие возможности этой технологии также гораздо шире своего аналога: тур на сайте, мобильное приложение, выездные экспозиции, создание мини­демотура на входе и т.д.

Раньше фотограмметрия применялась преимущественно в геологии, топографии и археологических раскопках. Недавно ее начали применять в киноиндустрии, а сейчас с помощью этой техники создается компьютерная игра Rustclad . Работа над трехмерным квестом только начата. Разработчики опубликовали официальный анонс и видеоролик с демонстрацией того, как они используют фотограмметрию для конструирования игрового мира, создавая цифровые 3D­модели из сделанных вручную макетов (рис. 8).

Как мы видим трехмерные объекты

На самом деле наши глаза видят только плоское изображение. Как же мы понимаем, что видим объёмные тела?

Расстояние между глазами у человека в среднем составляет 7 см. Поэтому, глядя на объемный объект каждым глазом, мы видим его с разных ракурсов. А мозг объединяет эти два плоских изображения, создавая стереоскопический эффект (иллюзию трехмерности).

Примерно так же видел эту табуретку фотограф левым и правым глазом. Как видно, изображения отличаются. Однако мозг фотографа объединил их в одно целое, поэтому двумя глазами он видел трехмерный объект.

Интересный факт! Глаза выполняют функцию зеркал, передающих сигнал в мозг. Поэтому, в сущности, мы видим не столько глазами, сколько мозгом.

Blender 3D

Новички, освоив простейшее ПО, могут использовать систему проектирования Blender — это один из самых функциональных инструментов на сегодня, при этом полностью бесплатный. При желании в программе можно создать короткометражную анимацию «от и до» — она поддерживает даже средство для видеомонтажа. Что касается наших задач, то здесь есть инструменты как для разных видов моделирования, так и для трехмерного скульптинга.

Blender 3D — одно из самых многофункциональных приложений для моделирования

У редактора есть активное сообщество, где можно искать обучающие материалы, задавать вопросы и выбирать нужные расширения, созданные самими пользователями (Blender 3D имеет открытый код). Для знакомства с интерфейсом в обязательном порядке придется освоить несколько уроков — часть действий вообще можно совершить только при помощи комбинации клавиш, а с интуитивностью у приложения не все гладко.

Некоторые пользователи жалуются на медленную работу и необходимость настройки не самых нужных параметров наподобие освещения, но при этом Blender 3D остается одной из самых функциональных программ для моделирования.

Выводы

Восстановление, причем визуально весьма точное, 3D модели и чертежей изделия вполне удалось, причем в данном случае всего лишь по нескольким старым и весьма плохим снимкам. В пользу точности говорит тот факт, что ImageModeler удалось хорошо откалибровать камеры по снимкам с нашими маркерами — это считается основанием для утверждения о том, что ему удалось достаточно точно определить положение маркеров в пространстве, а значит, пространственную модель изделия. Разумеется, если бы фотографии были получше и их было бы побольше, а тем более если удалось бы ввести вместе со снимками условия их съемки (фокусные расстояния и другие параметры), точность была бы больше; и почти абсолютной точности можно было бы достичь, если перед съемкой откалибровать фотокамеру встроенными в ImageModeler средствами калибровки и затем снимать изделие этой же камерой с точно известными фокусными расстояниями для каждого снимка (нужные данные фотокамеры умеют записывать в заголовки снимков). Однако для целей стендового моделирования полученные 3D модель и чертежи могут считаться более чем достаточными, а их точность заметно лучше, чем в чертежах из публичных источников.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий