3д моделирование по фотографии программа. Объемные модели из фотографий. D-моделирование по фотографии: преимущества
На первый взгляд, создать трехмерное изображение с помощью обычной цифровой камеры невозможно, ведь объемная картинка должна содержать гораздо больше информации, чем несет в себе двухмерный снимок. Тем не менее, с помощью специальных приложений, можно «придумать» недостающую информацию о третьем измерении и сделать из любой фотографии трехмерную модель. О приложениях для быстрого создания 3D-изображений на основе фотографий мы расскажем в этом обзоре.
Поскольку не существует универсального алгоритма превращения фотографии в трехмерную модель, наиболее оптимальный способ создания трехмерных объектов - моделирование вручную. Но этот процесс очень сложен и требует от пользователя навыков работы с 3D-редакторами. Даже опытные разработчики трехмерной графики стараются по возможности обходить моделирование «с нуля», и постоянно ищут альтернативный способ быстрого моделирования. Эти поиски зачастую приводят к появлению полезных утилит - конструкторов и генераторов трехмерных моделей. Такие инструменты дают возможность быстро создавать сложные объекты, не расходуя время на утомительное моделирование. О приложениях для быстрого создания 3D-изображений на основе фотографий мы расскажем в этом обзоре.
FaceGen Modeller – конструктор трехмерных голов
Несмотря на то, что FaceGen Modeller больше похож на компьютерную забаву, его активно используют разработчики компьютерных игр при создании низкополигональных моделей персонажей. Принцип работы этой программы прост – с помощью всевозможных настроек внешности человека, пользователь составляет трехмерный фоторобот, добиваясь, по возможности, максимальной схожести с оригиналом.
В процессе работы с таким трехмерным конструктором лица человека, можно не только управлять его полом, но и устанавливать степень «женственности» или наоборот, «мужественности» во внешности трехмерного персонажа. Кроме этого, можно указывать возраст модели, управлять размером скул, делать подбородок более выдающимся, а также использовать настройки асимметричности модели, если трехмерный персонаж имеет непропорциональные черты лица.
При корректировании каких-либо параметров головы, в окне предварительного просмотра FaceGen Modeller можно в режиме реального времени наблюдать за изменениями, которые происходят с моделью.
Иногда, в процессе создания 3D-головы, может возникнуть ощущение, что что-то в ней неправильно, но что именно, понять сложно. Именно для этого в программе встроен генератор похожей внешности. Программа в случайном режиме создает набор изображений похожих «людей» с расчетом на то, что одна из предложенных вариаций модели будет больше походить на желаемый результат. Если одна из альтернативных комбинаций параметров головы подходит, достаточно щелкнуть по нужному изображению и приложение автоматически изменит настройки модели.
Программа также позволяет генерировать случайную модель для одного из типов человеческой расы: европейца, африканца, азиата и др. Она же может генерировать лицо человека, во внешности которого присутствуют черты, характерные для нескольких рас.
Если вы никогда раньше не занимались составлением фоторобота и не можете подобрать правильные параметры модели, не стоит особо волноваться. Дело в том, что процесс создания трехмерной модели не сильно влияет на конечный результат, поскольку неточности анатомии не так бросаются в глаза, как неправильно наложенная текстура лица.
И, все же, как бы вы не старались, одними настройками программы добиться реалистичности, при которой модель можно спутать с оригинальным портретом человека, вам вряд ли удастся. Точку в процессе работы над трехмерным проектом можно поставить лишь после того, как модель приобретет узнаваемую текстуру. По умолчанию, программа использует библиотеку готовых текстур с различным, для разного типа людей, типом кожи. Эти текстуры не очень реалистичны, и предназначены больше для того, чтобы 3D-художник мог примерно представить, как будет смотреться его работа после наложения настоящей фото-текстуры.
Иными словами, при создании трехмерной модели необходимо «приклеить» к поверхности трехмерной головы изображение лица.
Лицо человека можно взять с любой фотографии (разумеется, с портретной). Программа позволяет сделать быстрое наложение лица со снимка, используя только одну фотографию - в анфас, а также точное наложение, при котором помимо фотографии в анфас можно использовать еще два дополнительных изображения в профиль. Чтобы текстура лица с фотографии точно расположилась по поверхности трехмерной модели, после загрузки изображения лица человека в разделе Photofit необходимо настроить контрольные точки модели. При этом на экране показывается тестовое изображение лица человека, с отмеченными узлами. Задача того, кто создает модель - указать на загруженной фотографии те же самые точки - глаза, подбородок и т.д. После выполнения этой несложной калибровки текстуры, FaceGen Modeller начнет производить вычисления, проецируя рисунок и определяя конечный вид модели с текстурой. Процедура корректного наложения текстуры на созданную модель занимает некоторое время. В зависимости от сложности и аппаратных возможностей используемого компьютера, на это может уйти до пяти минут и больше. Только после этого 3D-человек станет узнаваемым - на его лице будут видны родимые пятна, станет естественной фактура кожи, появятся знакомые морщины и т.д.
Чтобы убедиться в том, насколько реалистично сделана модель головы, можно попробовать ее «оживить» с помощью настроек раздела Morph. С помощью группы ползунков, можно заставить 3D-человека принимать различные выражения лица - выражать удивление, гнев, улыбаться, подмигивать и т.д.
Созданную голову можно сохранить в качестве растрового изображения BMP, JPG, TIF или TGA (например, чтобы использовать его в качестве трехмерного аватара). Кроме этого, выполненную работу можно экспортировать в один из 3D-форматов (OBJ, 3DS, LWO, XSI, WRL и др.), чтобы затем использовать с другими трехмерными редакторами.
iClone 4 – создай трехмерную модель из фотографии за пару минут
Один из самых простых методов создания трехмерной модели лица человека на основе фотографии предлагает программа iClone . Для работы вам понадобится лишь один снимок, однако это должен быть качественный портрет, где человек изображен крупным планом. Для начала потребуется выбрать в библиотеке программы персонажа, на тело которого и будет одета полученная голова. После этого станет активной вкладка Head. Перейдя на нее, можно загрузить фотографию с жесткого диска, после чего запустится мастер, который поможет преобразовать портрет в 3D-модель. Работа мастера разбита на несколько этапов.
Для начала предлагается поработать над снимком и немного улучшить его, откорректировав цветопередачу, ориентацию и обрезав все лишнее. На следующем этапе iClone уже покажет предварительно сгенерированную трехмерную голову. Определив при помощи специальных маркеров границы лица, можно добиться максимальной схожести 3D-модели с 2D-прототипом. Следующий этап – подгонка положения лица на фотографии, а затем необходимо будет подкорректировать установленные программой маркеры для глаз, носа, рта и бровей.
После сохранения полученную трехмерную голову можно редактировать, используя многочисленные средства iClone. Вы сможете сделать персонажу подходящую прическу, заставить его двигаться и разговаривать. Готовый проект может быть сохранен в различных форматах, в том числе и как Flash-анимация.
FaceShop 5 – получи 3D-голову на основе реального фото
FaceShop – это еще одна программа, которая способна создавать трехмерные головы на основе всего лишь одной фотографии. Как и в случае с iClone, фото должно быть достаточно четким, иначе некоторые участки 3D-модели могут быть прорисованы недостаточно хорошо. Создание трехмерного лица выполняется на основе ключевых точек. После загрузки изображения в программу пользователю предлагается выполнить обрезку, отделив лицо от других объектов, которые, возможно, также присутствуют на фото. После этого необходимо указать на фотографии ключевые точки – уголки глаз, нижнюю границу подбородка, середину лба, уголки рта и т.д. "Умный" мастер сам расставляет их уже после указания пользователем первых трех точек, однако, как правило, некоторые их них требуется переместить, подобрав для них более точное положение.
Сна следующем этапе FaceShop сгенерирует модель нужной формы, а также наложит на нее текстуру – исходное 2D-изображение. В окне программы можно будет повращать модель, осмотрев ее со всех сторон. Если возникнуть ошибки, можно вернуться на предыдущий этап и подкорректировать контрольные точки. В зависимости от особенностей исходного фото, лицо может получиться лучше с правой или с левой стороны. В таком случае можно воспользоваться инструментом Mirror, клонировав одну сторону лица на другую.
Если не вся поверхность модели имеет подходящую текстуру, поможет инструмент Brush, работающий подобно "Штампу" в Photoshop. Достаточно указать источник, а затем провести по тому месту модели, текстуру которого нужно улучшить, и ошибки будут исправлены. Готовый проект может быть сохранен в формат OBJ, который поддерживается всеми основными программами для работы с трехмерной графикой и анимацией.
Strata Foto 3D CX 2 – преврати пачку фотографий в 3D-модель
В отличие от FaceShop и других решений, рассмотренных выше, Strata Foto 3D CX 2 может создавать не только трехмерные головы, а практически любые 3D-объекты. Для работы приложения необходимо снять объект, модель которого вы хотите получить, с разных сторон. Чем больше фотографий будет сделано, тем лучшего результата можно будет добиться. Делать съемку объектов рекомендуется на специальном листе для калибровки, распечатать который можно прямо из программы. Это дает Strata Foto 3D CX возможность определить положение камеры в трехмерном пространстве для каждого снимка. В программе заложена поддержка популярных моделей фотоаппаратов, благодаря чему Strata Foto 3D CX пытается скорректировать недостатки снимков, обусловленные особенностями камеры, и, таким образом, повысить точность модели.
Создание модели происходит полностью автоматически. Сначала генерируется примерная геометрия, затем добавляются детали и накладывается текстура. Пользователь может наблюдать за процессом в окне предварительного просмотра и остановить его в любой момент. Результат можно откорректировать непосредственно в Strata Foto 3D CX или же доработать в Adobe Photoshop (при помощи специального дополнения). Проект может быть сохранен в форматах VRML и 3DS.
Free 3D Photo Maker – сделай стереокартинку
В последнее время широкую популярность обретают устройства, способные передавать изображения и видео в стереоформате. Для просмотра такого контента, кроме соответствующего телевизора или монитора, также требуются анаглифные (стерео) очки. Многие профессиональные видеоредакторы и программы для работы с трехмерной картинкой предлагают специальные средства для сохранения проектов в формате стерео 3D. Однако чтобы получить объемное изображение, совсем не обязательно разбираться с тонкостями работы в сложном приложении. Сделать 3D-фотографию можно даже в домашних условиях, используя обычную цифровую камеру или смартфон.
Бесплатная утилита Free 3D Photo Maker создает стереокартинку на основе двух фотографий одного и того же объекта. Для того чтобы получить требуемый эффект, необходимо, чтобы снимки были сделаны с небольшим горизонтальным смещением объектива камеры (примерно, на расстоянии 5-7 сантиметров). Загрузите обе фотографии в программу, выберите один из пяти алгоритмов создания анаглифного изображения, и, спустя несколько минут, Free 3D Photo Maker покажет готовое стереоизображение. Стоит иметь в виду, что по умолчанию стереокартинка генерируется для просмотра в красно-голубых очках. Если же у вас желто-синие очки, необходимо изменить алгоритм создания 3D-изображения, который программа использует по умолчанию.
Project Photofly – создание 3D из фото "в облаке"
Создание 3D-моделей на основе фотографий, как правило, требует достаточно серьезных вычислительных мощностей. Не так давно компания Autodesk предложила интересное решение этой проблемы – в экспериментальной лаборатории Autodesk Labs был запущен сервис Project Photofly , который переносит всю работу под созданию трехмерной модели на основе фото на сервер. Сервис работает по такому принципу: пользователь устанавливает бесплатное приложение Photo Scene Editor на свой компьютер, посредством него загружает фотографии на сервер Autodesk, где они обрабатываются и передаются на компьютер в виду готовой модели.
Работая с Photo Scene Editor, пользователь может подкорректировать результат, а также сохранить его в формате DWG, который читается такими приложениями, как Autodesk AutoCAD, Revit, Inventor и пр. Для работы с Project Photofly необязательно иметь профессиональную камеру и штатив – можно ограничиться любительским фотоаппаратом. Для получения максимально точной модели желательно сделать как можно больше фотографий (например, если вы хотите получить 3D-модель здания, то вам придется обойти его вокруг с фотоаппаратом, отщелкав не менее сорока снимков).
Написано для журнала CHIP
Сергей и Марина Бондаренко
Современную промышленность и дизайн невозможно представить без трехмерного моделирования . Прежде, чем приступить к производству продукции необходимо построить 3д-модель объекта , и, с помощью технологии быстрого прототипирования создать еепрототип . Это необходимо для того, чтобы оценить эргономику будущего изделия (например, вам необходимо изготовить корпус детали или прототип автомобиля ). Кроме того, изготовление прототипа может быть одной из стадий - на пути ксозданию формы для литья - длямелкосерийного производства или выпуска пробной серии продукции .
Трехмерное моделирование - вид компьютерный графики, сочетающий в себе различного рода программные и аппаратныеинструменты для создания трехмерных моделей объектов.3д-моделирование и визуализация широко применяются впромышленном дизайне иинженерии . Спомощью 3д моделирования создаютсяобъемные графические объекты , посредствомрендеринга (размещение 3d-модели на необходимый фон - для визуализации объекта в среде) приобретаютмаксимальную фотореалистичность .
С помощью технологий3д-моделирования можно воссоздать объекты по чертежам и/или по фотографиям. Стоит отметить, что существует множество программных способов (программ), для создания псевдотрехмерных моделей на основе фотографий.
Мы же говорим о построении по фотографии точной 3д модели , опытным специалистом изкомпании KOLORO . Стоит отметить, что профессиональный 3д-дизайнер должен иметь не только навыки работы с графическими программами, но и специальное техническое образование. Это гарантия того, что построенная им трехмерная модель будет не просто красивой, а иполностью соответствующей техническим требованиям , выдвигаемым к даной категории объектов.
Итак, в качестве основы для создания 3д-модели могут быть использованы:
- фотографии;
- чертежи;
- 3д-сканер (результаты 3д-сканирования);
- реальный объект (3д-модель созданная по облаку точек);
- устное описание требуемого объекта;
- рисунок (или набросок) объекта от руки;
Чертежи выступают в качестве шаблонных изображений. Для того чтобы создать 3д-модель по чертежам необходимо иметь три чертежа объекта - спереди, сверху и сбоку, а в идеале еще и сзади.
Требования к чертежам:
- указание всех размеров (толщина перегородок, размеры плоскостей, внутренние составляющие объекта и т.д.);
- правильное расположение всех объектов относительно оси координат;
- понятность;
- указание материала, из которого будет сделан объект.
К чертежам желательно приложить следующую информацию:
- способ создания прототипа (3д печать, фрезеровка, формовка, комбинированный метод прототипирования);
- требуемый способ изготовления объекта , гарантирующий высокое качество будущего изделия.
Если же чертеж не соответствует требуемым стандартам отрасли, компания KOLORO проведет дополнительные работы по стандартизации изделия. С учетом пожеланий клиента наши специалисты:
- проведут необходимые исследования;
- разберутся с вашей задачей и предложат ее решение;
- создадут чертеж, отвечающий необходимым стандартам;
- создадут 3д-модель объекта на основе ее чертежа.
3д моделирование по фотографии
3д моделирование по фотографии
называется фотограмметрией
. Напомним, что существует множество "любительских" программ, создающих 3д-модели по фотографии, но, в большинстве случаев, такие программы строят псевдотрехмерное изображение.
Качественную 3д-модель можно построить лишь в профессиональной программе для работы с трехмерной графикой . При этом, как и в случае с3д-моделированием по чертежам , нам необходимо иметь изображение, как минимум трех граней объекта: вид сверху, сбоку и спереди.
3д моделирование по фотографии используется в случае когда :
- чертежи объекта утеряны или не существуют;
- необходимо создать 3д модель человека;
- в некоторых других случаях, когда необходима фотографическая схожесть модели с оригиналом.
3д-сканирование
Современные 3д-сканеры позволяют провести3д сканирование объекта любого размера и формы. Лазерные 3д сканеры , на основе полученных данных, сами строят 3д-модель объекта . А, в дальнейшем, полученное трехмерное изображение кропотливодорабатывает 3д-дизайнер.
Такой способ 3д-моделирования является одним из наиболее экономически выгодных , ведь временные и технические затраты на создание 3д-модели в таком случае -минимальны . Такой способ можно использовать как длясоздания 3д-модели небольшого объекта (например, создание дизайна бутылки ), так и длятрехмерного моделирования больших объектов (например, архитектурное 3д-моделирование ).
3д моделирование на основе реального объекта
Зачастую данный способ 3д моделирования применяется в случае отсутствия 3д-сканера и невозможности сделать качественную фотографию объекта. Сам объект, в данном случае, должен быть небольшим по размеру и транспортабельным, ведь инженеру придется работать непосредственно с объектом - перемещать и двигать его, а при необходимости и разбирать объект на отдельные части.
Фотограмметрия - это процесс создания 3D -моделей по фотографии. Сегодня фотограмметрия находит широкое применение для решения прикладных задач строительства, архитектуры, а также в искусстве.
Фотограмметрия начала развиваться практически сразу с появлением фотографии, но вначале применялась только для воссоздания ландшафтов и построения топографических карт. Моделирование по фотографии позволяет быстро и просто создавать 3D -модели, частично автоматизируя процесс за счет современного обеспечения. Таким способом трудно создавать сложные модели, но он применяется во многих направлениях.
Изготовление 3D-модели по фотографии : применение техники
3D -моделирование по фотографии применяется в тех случаях, когда нет возможности воссоздать 3 D -модель по чертежам. К тому же, такая технология позволяет проводить моделирование крупных географических или промышленных объектов без проведения натурных измерений. Кроме того, этот вид моделирования полезен для проведения дистанционных замеров в условиях, где пребывание человека может быть небезопасным.
Игры и кино
Построение 3D-модели по фотографии часто применяется в игровой индустрии и мультипликации для прорисовки героев. За основу берутся реальные люди, а точнее их фотографии и с них делается модель. Такой прием позволяет реалистично передать черты лица и мимику.
При создании капитана Шепарда из Mass Effect за основу была взята внешность модели Марка Вандерлоо.
Многие известные актеры подарили внешность персонажам мультфильмов (и не только людям). Люси Лью стала Гадюкой из «Кунг-фу Панда», а Рианна - девочка Тип из м/ф «Дом».
Прототипирование
3D-моделирование по фотографии применяют для создания прототипа изделия. Например, если у вас есть пластиковый корпус и вам необходимо похожее изделие, можно сфотографировать существующий. В итоге вы получите 3D -модель, которую сможете скорректировать. Это поможет оценить функциональность изделия еще до запуска массового производства.
Дизайн
Изготовление 3D-модели по фотографии иногда применяется в промышленном дизайне. Это позволяет быстро оценить масштабы работы по созданию полноценной рабочей модели. Тем не менее, такой способ не подходит для создания сложных изделий. В этом случае лучше создавать 3D -модель с нуля.
Правила создания фотографий для построения 3D-моделей
Если вы хотите получить точную модель объекта, вам нужно придерживаться нескольких правил съемки объекта.
1. Объект всегда должен находиться в фокусе . Лучше всего расположить его на подвижной платформе, а камеру статично закрепить на небольшом расстоянии (если объект маленький). Это позволит вращать объект на заданный угол, и он всегда будет в центре.
2. Если объект слишком большой и его неудобно вращать (например, машина), придется вращать камеру . Это сильно усложняет процесс съемки - в каждом ракурсе нужно строго выдерживать расстояние до объекта, что требует проведения дополнительных расчетов. В таком случае можно рассмотреть другие варианты - вызов специалиста для проведения фотографирования или замеров. Также стоит рассмотреть вариант непосредственного снятия замеров с объекта.
3. Штатив должен быть оснащен «уровнем» для строгого позиционирования камеры в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
При создании трехмерной модели по фото необходимо как минимум три снимка объекта: сбоку, спереди и сверху. Фото в полупрофиле поможет сделать модель более точной, но не является обязательным для неодушевленных объектов.
Рекомендации
- объект лучше поместить на однотонном фоне ;
- калибровочный стенд (лист бумаги с маркировкой) поможет повысить точность модели;
- полученные изображения лучше конвертировать в формат jpg ;
- все изображения должны иметь одинаковую высоту и ширину ;
- изображения надо обязательно последовательно пронумеровать.
3D-модели по фотографии : программы
Для любительского создания псевдотрехмерных моделей по фотографиям существует разнообразное программное обеспечение. Обычно эти программы просты в освоении, в них все интуитивно понятно . Однако это обеспечение далеко от профессиональных 3D -редакторов и часто используется при создании малобюджетных игр или анимации.
CrazyTalk - одна из лучших современных программ для создания лицевой анимации . Благодаря инструменту 3D Head Creation пользователи могут создать высокоточные модели, а имитация движения губ позволяет реализовать любой проект.
FaceGen Modeller применяется для разработки персонажей для компьютерных игр. С помощью ползунков можно легко менять внешний облик лица и быстро добиться желаемого результата.
Headshop - еще один редактор для моделирования лиц на основе портретных фото. После загрузки фото пользователю надо расставить опорные точки, после чего можно приступить к редактированию лица.
Strata Foto 3D - программа для создания 3D -моделей с созданием масок. Модели могут быть экспортированы в Photoshop, где их можно разукрасить. Специальный плагин помогает программе определить положение камеры и автоматически воссоздавать объект в трехмерном пространстве. Эта программа может быть использована для создания 3D -моделей для товаров интернет-магазинов.
360.3D - достаточно мощная программа, которая создает трехмерную модель на основе 4-8 фотографий. Программа предусматривает три уровня работы (новичок, профессионал и разработчик), что позволяет затрачивать минимум времени на освоение интерфейса. Программа часто используется для создания виртуальных туров и демонстрации товаров . Есть возможность настроить фон, свет, анимационные эффекты и пр.
123D - бесплатное приложение, которое позволяет создавать 3D -модели по фотографиям с любой техники (смартфон, планшет, камера и т.п.). Это программа от лидера среди основных редакторов трехмерной графики Autodesk . Подходит как для новичков, так и для профессиональных пользователей.
Преимущества и недостатки метода 3D-моделирования по фотографии
3D-моделирования по фотографии имеет свои преимущества в следующих случаях:
- когда отсутствуют чертежи изделия;
- нет возможности провести натурные измерения объекта;
- внутреннее устройство объекта не имеет значения;
- для моделирования лиц при разработке компьютерных игр или мультипликации;
- для создания виртуальных туров (ресторанов или салонов) и демонстрации товаров онлайн-магазинов;
- 3D -модель печатается одноразово и ее не качество играет особой роли.
Во всех вышеперечисленных случаях 3D -моделирование по фото - незаменимый инструмент для быстрого и простого создания модели. К тому же, современное ПО позволяет существенно автоматизировать процесс голосов
Цель этой статьи - проиллюстрировать применение известных в области автоматизации проектирования средств восстановления моделей объектов по фотографиям в стендовом моделизме
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
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.
Пример восстановления 3D модели и чертежей изделия по фотографиям посредством REALVIZ ImageModeler
Пример восстановления 3D модели и чертежей по фотографиям я приведу на примере несложного изделия - козырька фонаря кабины самолета Як-9Т. Причина моего обращения к фотограмметрии в этом случае вполне общая: я имею в руках несколько чертежей данного самолета, проекции козырька на них различаются существенно, и ни один нельзя обоснованно выбрать как наиболее "похожий". Козырек на этих чертежах просто более или менее похоже нарисован, строить претендующую на приемлемую точность стендовую модель по ним нельзя.
С другой стороны, имеется неплохой фотоматериал, который можно попробовать использовать для фотограмметрии. Это прежде всего несколько кадров козырька крупным планом из известного фильма "Эксплуатация_самолетов_Як 1, 7, 9. Инструкция_летчику " 1943 года, а также несколько более или менее четких фотографий из других источников в ракурсах, не представленных в кадрах фильма.
Выбираем подходящие снимки и приводим их к примерно одному и тому же размеру. Поскольку изделие у нас строго симметричное, некоторые снимки "зеркалим" и добавляем зеркальные копии к набору - таким образом, в нашем наборе оказываются снимки, снятые как бы с двух симметричных точек, хотя на самом деле у нас их нет.
Используем старую, но работоспособную версию REALVIZ ImageModeler. Она хороша тем, что представляет собой отдельную программу (свежие версии ImageModeler уже являются частью AutoCAD и требуют его установки).
Загружаем все выбранные снимки в ImageModeler. Каждый снимок ассоциируется с отдельной камерой, имеющей свое собственное, неизвестное нам фокусное расстояние и центр кадра - мы выбираем такой способ загрузки, так как мы не знаем, как на самом деле сделаны выбранные нами снимки и как они кадрированы. Иначе говоря, мы просто сообщаем ImageModeler, что мы ничего не знаем о том, как были сняты фотографии - тем самым предоставляя ему право самому все это определить (а он это умеет).
Далее на всех загруженных снимках расставляем поименованные метки - так называемые калибрационные маркеры. Каждый поименованный маркер соответствует определенной точке изделия - чаще всего это какой-нибудь угол, четко определяемый на тех снимках, на которых он виден, либо пересечение прямых линий (такие пересечения мы заранее нарисовали на снимках). На каждом снимке стараемся поставить все маркеры, места которых видны или достоверно угадываются на нем. По мере расстановки маркеров ImageModeler производит необходимые пересчеты, пытается откалибровать камеры и уведомляет нас о том, что его расчеты-пересчеты закончились успешно ("Cameras have been successfully calibrated.") либо нет. В случае неудачи (которая означает, что по текущему расположению маркеров ImageModeler не может понять, откуда и как делались снимки) уточняем положения маркеров до тех пор, пока не добиваемся сообщения об успехе калибровки.
Положение всех маркеров уточняем последовательно до тех пор, пока списки снимков и маркеров в левой части окна ImageModeler не "позеленеют". Зеленый цвет иконок снимков и маркеров означает, что маркеры на снимках расставлены "хорошо" - в результате расчетов ImageModeler определил, что разброс их рассчитанных положений в пространстве по всем снимкам не превышает 3 пикселов (при размере снимков примерно 1200 х 800 пикселов). При желании можно ужесточить это ограничение - указать предельное отклонение в 2 или даже 1 пиксел и продолжить уточнение положения тех маркеров, которые окрашены желтым или красным, стараясь "зазеленить" как можно больше маркеров. Работа эта довольно нудная, требует некоторого опыта для правильного выбора маркера, которым следует заняться в первую очередь. Заканчивается она в тот момент когда либо все маркеры зеленые, либо ничего уже улучшить не удается.
В результате этой работы ImageModeler имеет набор ("облако") точек в трехмерном пространстве, каждая из которых соответствует одному из маркеров. Выгружаем это "облако"в файл подходящего формата (например, DWG) и импортируем в программу 3D моделирования. Видим на первый взгляд бесформенное "облако" точек, которое после некоторого верчения, рассмотрения и сопоставления с фотографиями и маркерами на них удается "разобрать" и понять, какая точка какому маркеру соответствует. Далее это "облако" ориентируем так, чтобы "козырек" занял нужное положение в 3D пространстве (плоскость симметрии совпадает с плоскостью YZ, а задняя плоскость козырька - с плоскостью XZ)
И, наконец, самое существенное после ориентации - масштабирование. ImageModeler не знает, разумеется, каковы в реальности расстояния между маркерами, и устанавливает их в нужных относительных величинах исходя и некоторой произвольной базовой метрики. Для масштабирования берем известные из других источников размеры - высоту козырька от нижних срезов боковин до верхушки и ширину козырька между нижними срезами боковин:
И получаем более или менее правдоподобную 3D модель козырька; ее проекции на плоскости представляют собой три проекции чертежа. Импортируем полученную 3D модель козырька в модель самолета,в которой уже готовы капот и верхняя часть фюзеляжа; совместив верхушку козырька с ее расчетным положением, убеждаемся, что козырек хорошо "встал" на свое место: нижние углы переплета (обозначенные красными кружками
) практически точно "легли" на повернхость фюзеляжа:
Что получилось?
Рассматривая 3D модель козырька вместе с фюзеляжем и другими частями фонаря, убеждаемся в "похожести" - на имеющиеся фотографии наш козырек весьма и весьма похож. Этот же вывод следует из сравнения проекции сбоку с фотографиями:
Можно видеть, что в то время как наш козырек вполне похож на фотографии Як-9Т, он существенно отличается от козырька известного Як-9 И.И.Клещева, выставленного ныне в музее Задорожного (нижняя часть последнего снимка). В качестве объяснения может быть выдвинуто предположение о том, что на этом самолете козырек нештатный и заимствован, к примеру, с Як-1Б; на "нештатность" указывает также тот факт, что переднее бронестекло в этом козырьке явно установлено неправильно.
В заключение привожу окончательные чертежи "моего" козырька, "снятые" с 3D модели:
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.