Kategorie artykułów
 
Fotogrametria, czyli doskonała technika tworzenia modeli 3D 0
Fotogrametria, czyli doskonała technika tworzenia modeli 3D

Tworzenie modeli 3D to dość ambiwalentny proces, uwzględniając poziom jego trudności. Z jednej strony jest nacechowany względną prostotą, gdy weźmie się na warsztat zaprojektowanie obiektu o nieskomplikowanej geometrii. Schody zaczynają się w momencie wykonywania modelu trójwymiarowego stricte artystycznego, często posiadającego o wiele bardziej wyrafinowany kształt niż klasyczne, podstawowe bryły geometryczne i składającego się z multum wielokątów. Ponadto, chcąc stworzyć od zera model obiektu już istniejącego, należy liczyć się z ryzykiem wystąpienia pewnej niedokładności jego wykonania. Lekarstwem na opisane kłopoty jest technika zwana fotogrametrią. Proces fotogrametryczny polega na przetwarzaniu obrazów, które są dwuwymiarowe, na struktury trójwymiarowe. Szereg składający się z wielu dwuwymiarowych obiektów, np. zdjęć danego przedmiotu, gdzie każde z nich wykonano pod innym kątem względem pozostałych, umożliwia stworzenie odwzorowania polegającego na odtworzeniu obiektu w trzech wymiarach w oparciu o informacje zakodowane w materiałach 2D. Znakomitą analogię do fotogrametrii stanowi działanie zmysłu wzroku. Przyjrzyjmy się mu bliżej, aby w pełni zrozumieć omawiane podobieństwo.

Narządem zmysłu wzroku jest oko. Cóż, nie da się zaprzeczyć trywialności tego stwierdzenia, niemniej jego istotność wymaga wspomnienia tego faktu. Światło dostaje się do wnętrza narządu poprzez soczewkę, która już zajmuje się jego wstępnym przetworzeniem. Wynik tego procesu stanowi otrzymanie dwuwymiarowego, rzeczywistego obrazu, który jest dodatkowo pomniejszony i odwrócony. Wewnętrzna powierzchnia oka, a konkretniej jej tylni fragment, pokrywa błona zwaną siatkówką. To właśnie na nią pada omówiony wcześniej obraz będący wynikiem działania soczewki. Siatkówka wysycona jest receptorami, czyli pewnego rodzaju czujnikami, reagującymi w określony sposób na docierające do nich fale elektromagnetyczne – światło widzialne stanowi właśnie mieszaninę tego typu fal.  Efekt takich reakcji stanowią sygnały będące przetwarzane przez stosowne elementy układu nerwowego. Pamiętać należy, iż mając do czynienia z parą oczu, każde z nich reaguje na bodźce świetlne i na każdym z nich powstaje obraz dwuwymiarowy – otrzymane obrazy są niemal identyczne, a istniejące różnice wynikają z ułożenia oczu. Uzyskane zostają zatem dwa obrazy, które są umiejętnie łączone i analizowane przez odpowiednie komponenty układu nerwowego, w wyniku czego zyskuje się zdolność widzenia przestrzennego.

Model rzeźby ze strony "Rzeźba Nowohucka"

Model rzeźby wykonany przy użyciu fotogrametrii pochodzący ze strony "Rzeźba Nowohucka"

Z powyższego akapitu wysnuć można wniosek, iż porównanie działania narządu zmysłu wzroku do metody fotogrametrycznej jest uzasadnione. Zarówno w pierwszym jak i w drugim przypadku istnieje pewien rodzaj odwzorowania, które dokonuje konwersji materiałów dwuwymiarowych, tworząc na ich podstawie obiekt/zestaw obiektów/scenę 3D. Biologiczny substytut aparatu (lub wyspecjalizowanego skanera stosowanego w fotogrametrii) stanowi oko, zaś układ nerwowy jest odpowiednikiem oprogramowania przetwarzającego płaskie obrazy na trójwymiarowe przestrzenie.

Można zadać sobie następujące pytanie: Czy fotogrametria stanowi technikę kosztowną? Odpowiedź na nie niekoniecznie będzie w pełni satysfakcjonująca. W skrócie: To zależy. Zdjęcia stanowiące dane wejściowe w tym procesie wykonać można aparatem wbudowanym w smartfon. Jednym z warunków, jaki należy spełnić, jest ich duża liczba. Warto wyjść z założenia, że im więcej zdjęć zostanie wykonanych, tym lepiej – oczywiście muszą być one wykonywane pod różnymi kątami oraz przedstawiać fotografowany obiekt z różnych stron. Można również nagrać film, okrążając określony przedmiot. Poszczególne klatki filmu stanowić będą wówczas substytut fotografii wykonanych standardową techniką. Stosując odpowiedni program wyłuskujący z sekwencji zdjęć odpowiednie elementy, utworzony zostanie trójwymiarowy obiekt z lepszym lub gorszym skutkiem. Zastępując klasyczny aparat wchodzący w skład smartfona skanerem fotogrametrycznym, liczyć należy się z wysoką ceną tego urządzenia, aczkolwiek uzyskane rezultaty w znacznie mniejszym stopniu związane będą ryzykiem otrzymania niedokładnie wygenerowanego, trójwymiarowego modelu obiektu, który uległ procesowi skanowania. Nie oznacza to jednak, że korzystanie z techniki fotogrametrycznej, gdy dane wejściowe otrzymano przy użyciu zwykłego aparatu, jest bezsensowne. Nic bardziej mylnego! Proces uzyskiwania materiału wejściowego okaże się żmudniejszy niż zebranie tych samych danych poprzez zastosowanie wyspecjalizowanego w kierunku fotogrametrii urządzenia. Prawdopodobieństwo zaś uzyskania podobnego (lub nawet bliźniaczego) efektu końcowego jest relatywnie wysokie.

Pominąwszy jednak kwestię doboru sprzętu potrzebnego do utworzenia zestawu danych wejściowych, rozważyć należy wybór programu, który je przetworzy. Do wyboru jest zarówno oprogramowanie płatne, jak i darmowe. W każdej z tych sekcji znajdziemy zarówno programy jakościowo genialne, jak i te mające mniej lub bardziej poważne wady. Godne polecenia, darmowe oprogramowanie do fotogrametrii stanowią przykładowo: COLMAP, Meshroom i MicMac. Wachlarz płatnych programów dedykowanych tej technice tworzą m.in.: Autodesk ReCap oraz Agisoft Metashape.

Ostatecznie zatem, uwzględniając powyższą analizę, stwierdzić można, co następuje: Nie, fotogrametria wcale nie musi być kosztowna! Przy odrobinie chęci do utworzenia trójwymiarowego modelu potrzebny będzie smartfon i skorzystanie z darmowego oprogramowania!

Problematyczną sprawę w fotogrametrii stanowią powierzchnie połyskujące, odbijające światło. Istnieje duże ryzyko, iż otrzymany wówczas model obiektu o takiej teksturze zostanie zniekształcony względem tego pierwotnego. Przedmiot taki należy uprzednio zmatowić np. malując go farbą nieodbijającą światła. Obiektami cechującymi są matową powierzchnią stanowią niektóre rzeźby, toteż zastosowanie fotogrametrii do wykonywania ich trójwymiarowych modeli daje doskonałe wyniki. Dowodem na to, jak bardzo dobre rezultaty daje omawiana technika w przypadku przedmiotów, które nie wywołują zjawiska odbicia światła, są materiały umieszczane na stronie na Facebooku zatytułowanej „Rzeźba Nowohucka”. Treści tam się znajdujące prezentują trójwymiarowe modele obiektów/instalacji artystycznych rozsianych na terenie dzielnicy Nowa Huta w Krakowie. Rzeźby te nieustannie walczące z destrukcyjnym upływem czasu i się mu niepoddające dzięki fotogrametrii przeniesione zostały do świata cyfrowego. Ich modele trójwymiarowe podziwiać można na wspominanej już stronie, poznając przy okazji ich dokładną lokalizację na mapie Krakowa.

Model ze strony "Rzeźba Nowohucka"

Kolejny model pomnika umieszczony na stronie "Rzeźba Nowohucka"

Podsumowując, fotogrametria stanowi fantastyczną technikę umożliwiającą tworzenie zaawansowanych strukturalnie modeli w trzech wymiarach istniejących już obiektów. Wykonanie skomplikowanego modelu 3D od podstaw to żmudny proces. Z pomocą przychodzi wówczas omawiana metoda drastycznie skracająca czas ich tworzenia przede wszystkim, gdy odtwarzany obiekt istnieje już w świecie rzeczywistym.


Przykładowe programy do fotogrametrii wybrano w oparciu o artykuł:

https://all3dp.com/1/best-photogrammetry-software/

Komentarze do wpisu (0)

Menu Szukaj Menu więcej
do góry
Sklep jest w trybie podglądu
Pokaż pełną wersję strony
Sklep internetowy Shoper.pl