В мире digital-технологий создание реалистичных 3D-моделей стало проще и доступнее благодаря современным инструментам. Среди них — программы, обрабатывающие массив снимков, сделанных вручную или с беспилотника.
В этой статье мы рассмотрим, как эти ПО работают и где применяются сгенерированные таким образом 3D-модели. Вас ждет много открытий. Поехали!
Технология 3D-моделирования
Что общего между принципом работы нашего зрения и программы по генерации 3D-модели на основе снимков? В принципе, все :) Начнем с нас. Мы видим этот мир объемным благодаря бинокулярности: получая двухмерные картинки с каждого глаза, наш мозг, «складывая» их, создает трехмерное изображение. Это возможно благодаря параллаксу, или изменению, между ракурсами, с которых были запечатлены эти картинки. Можно сказать, что наш мозг, зная расстояние между глазами и угол смещения, определяет глубину, то есть расстояние до предметов, и строит 3D-модель окружающего мира.
Программа по генерации трехмерных объектов имеет дело с тысячами картинок и сотнями ракурсов. Она должна понять, что предметы на фотографиях одни и те же, рассчитать глубину, чтобы сделать объем, а в случае с ортофотопланом (изображением местности) еще и присвоить им координаты. Со всеми этими задачами отлично справляется фотограмметрический алгоритм Bundle Block Adjustment (BBA), который строит сеть фототриангуляции по связующим точкам (общие на перекрывающихся снимках). Помогают ему в этом алгоритмы машинного зрения: Semi-Global Matching, отвечающий за сопоставление пикселей на снимках, и метод Structure from motion — цифровой аналог бинокулярности.
Как сгенерировать 3D-модель в ПО?
Это автоматический процесс, который подчиняется законам, описанным выше. От вас потребуется только загрузить фотографии на компьютер. Конечно, можно поиграть с настройками и произвести анализ результатов в стереорежиме, а также на основании полного отчета об обработке. Такими вещами занимается, например, фотограмметрист. Однако от новичков требуется только наличие SD-карты.
Рассмотрим процесс создания 3D-модели на примере Agisoft Metashape — программы по фотограмметрической обработке данных.
1. (Аэро)фотосъемка. Сперва снимите объект или местность, которые вы хотите преобразовать в 3D-модель. Для наилучших результатов рекомендуем делать фотографии с разных ракурсов, чтобы программа имела данные для восстановления формы объекта, и достаточным перекрытием (это когда кадры накладываются друг на друга).
2. Импорт фотографий в ПО. Передайте весь массив данных на компьютер, и программа автоматически определит положение и ориентацию камеры для каждого кадра и построит разреженное облако точек.
3. Генерация плотного облака и поверхности. После выравнивания снимков ПО создаст плотное облако точек, используя данные со всех фотографий. Оно станет основой для дальнейшей детализации 3D-модели.
4. Построение полигональной модели. Она создается на базе плотного облака точек. В Agisoft Metashape полученную модель можно редактировать прямо в программе или экспортировать.
5. Текстурирование. Программа автоматически создаст текстурную карту. Это придаст 3D-модели реалистичный вид.
6. Экспорт. После завершения процесса вы можете экспортировать готовую 3D-модель в различных форматах, таких как LAS, DXF, OBJ, KMZ, Cesium3D, GeoTIFF, Jpeg, или загрузить ее в облако. С помощью Agisoft Cloud проектом можно делиться с коллегами и клиентами, а также встраивать его в собственные веб-ресурсы.
На нашем сайте можно найти уроки по построению 3D-модели и обработке данных.
Сферы применения
3D-моделирование по фотографиям применяется в самых разнообразных областях: это геодезия, сельское, дорожное и лесное хозяйство, горное дело, археология и даже компьютерная графика. Приведем примеры успешного применения Agisoft Metashape.
3D-модель целого региона. И этот регион — Тульская область. Ее отсняли за 288 дней, получив более шести миллионов снимков. С таким объемом данных удалось справиться благодаря кластерной обработке на мощном ЦОД. На основе полученной 3D-модели был создан интерактивный геопортал Тульской области для решения задач административного планирования.
Цифровые копии памятников архитектуры. Программа активно используется для оцифровки самых разных исторических объектов: от небольших предметов быта до целых городов. Или, например, острова. Речь идет о 3D-модели Кижского погоста, на которой запечатлены как главные достопримечательности, которые входят в список наследия ЮНЕСКО, так и другие значимые архитектурные элементы. Во время фотограмметрической съемки интерьеров и экстерьеров было сделано более 10 000 фотографий, из которых около 7750 — это снимки ансамбля Кижей. Трехмерная модель этого и других культурных памятников доступна на портале «3D-наследие России».
Расследование ДТП. Дорожная сфера не такая популярная область применения фотограмметрии, как например, кадастр. Однако здесь 3D-моделирование порой используется для нестандартных задач. Например, для расследования и предотвращения ДТП. Создание цифровых моделей местности и самих транспортных средств с максимально точной фиксацией всех повреждений позволяет проводить не только автотехнические, но и транспортно-трасологические экспертизы, а следовательно, шире смотреть на причины аварий.
Наполнение визуала в кино. С помощью 3D-моделирования можно создавать образы и декорации для фильмов, делая мир кино еще более реалистичным. «Безумный Макс», «Бегущий по лезвию 2049», «Робот по имени Чаппи» — во всех этих фильмах использовался Agisoft Metashape. Подробнее о спецэффектах в еще одной киноленте, «Грань будущего», можно почитать здесь.
Геймдизайн. Возможности фотограмметрии используют и при разработке компьютерных игр: высокодетальные цифровые копии помогают создавать правдоподобные виртуальные вселенные. Так, команда Realtime UK, работавшая над War Thunder, хотела сделать самых визуально реалистичных персонажей, когда-либо сгенерированных на компьютере. Для этого они спроектировали фотограмметрическую установку, состоявшую из 80 DSLR камер. С помощью нее и Agisoft Metashape было сделано более 20 детальных 3D-моделей актеров в различных позах и с разными выражениями лиц. А в этом видео известный всему миру геймдизайнер и сценарист Хидео Кодзима рассказал, как использует наше ПО при создании персонажей и деталей обстановки.
____________________________________________________________________________________
Agisoft Metashape — мощный инструмент для создания впечатляющих 3D-моделей на основе фотографий, попробуйте сами! Бесплатный 30-дневный доступ можно получить тут.
____________________________________________________________________________________
#3D-модель #3Dмоделирование #3Dмоделипофотографиям #AgisoftMetashape #генерация3Dмодели #компьютернаяграфика #геймдизайн #фотограмметрия