Фотограмметрия как сделать

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

Фотограмметрия — дисциплина в научно-технической области, суть которой заключается в обработке изображений и определении на их основе различных характеристик объекта: размера, форм, положения и др. Простыми словами — это создание трехмерной модели объекта с помощью его фотографий, сделанных под разным углом.

В фотограмметрии выделяют два основных направления. Первое — решение прикладных задач в различных сферах (архитектура, медицина, строительство и т.п.). Второе — создание планов космических объектов (в том числе Земли) и карт. Обработка изображений осуществляется с помощью специального программного обеспечения. Ниже представлены как платные профессиональные инструменты, так и бесплатные фотограмметрические программы.

RealityCapture

RealityCapture отличается высокой скоростью обработки данных по сравнению с программами-аналогами, причем это никак не сказывается на точности и качестве результата. ПО может комфортно работать на компьютерах и ноутбуках со средними техническими параметрами. Это особенно удобно, благодаря возможности проверять пригодность фото непосредственно на месте съемки. Например, 400 фото на стандартном ноутбуке обрабатываются за 10 минут.

1

• быстрая обработка данных;
• универсальный инструментарий для различных сфер деятельности;
• удобный интерфейс;
• небольшая нагрузка на ПК.

• высокая стоимость полной лицензии.
• нет русского языка.

Agisoft Metashape

Agisoft Metashape — одна из самых распространенных фотограмметрических программ. Ее главное предназначение — воссоздание текстурированной трехмерной модели объекта. Процесс работы включает несколько этапов, на протяжении которых ПО анализирует положение камер, производит построение облака точек, создает модель объекта и накладывает на нее финальные текстуры.

Нагрузка на ПК зависит от количества обрабатываемых изображений. Например, для обработки 100 снимков среднего качества необходимо от 3 до 9 Гб оперативной памяти. Agisoft Metashape распространяется в нескольких платных версиях, разница между которыми заключается в функционале. Чтобы построить модель большого масштаба, вам понадобится профессиональная версия.

• удобный интерфейс;
• подробные обучающие мануалы на русском языке;
• неограниченное количество фото;
• активное сообщество;
• русскоязычный интерфейс.

• длительное время обработки большого объема данных;
• нагружает ПК.

COLMAP

COLMAP — бесплатная программа для фотограмметрии . Она позволяет работать в удобном для пользователя режиме — с традиционным графическим интерфейсом или из командной строки. Возможно создание трехмерных моделей на основе обычных фото либо сделанных при помощи стереокамеры с несколькими объективами.

ПО содержит огромное количество дополнений и плагинов, поскольку имеет открытый код. Доступна функция экспорта 3D-поверхности, но стоит учитывать, что алгоритмы COLMAP могут работать лишь с плотным облаком точек. Также для повышения качества трехмерных моделей вам потребуются сторонние инструменты.

• полностью бесплатная;
• открытый исходный код;
• множество обучающих материалов;
• большая коллекция бесплатных плагинов и дополнений;
• гибкие настройки, в том числе для профессионального уровня.

• нет русского языка;
• необходимость стороннего ПО для некоторых процессов.

Meshroom

Фотограмметрическую программу Meshroom можно скачать бесплатно для Windows. Еще одно ПО с открытым кодом. Но характерным отличием Мешрум является объединение большого количества модулей для создания 3D-модели, в отличие от других инструментов, в которых эти модули нужно активировать и настраивать.

С программой несложно будет разобраться даже новичку. Тем не менее, она обладает всем необходимым функционалом. Любой параметр можно настроить для получения оптимального результата. Преимуществом программы также является предустановленный плагин для экспорта трехмерных моделей и дальнейшей их обработки в Maya.

• полностью бесплатная;
• простая в освоении;
• удобный интерфейс;
• большой выбор бесплатных плагинов;
• подходит для новичков и профессионалов.

• нет русского языка;
• невысокая производительность.

MicMac

Программа MicMac сориентирована в первую очередь на профессионалов, но подойдет и для создания различных трехмерных моделей, карт начинающими пользователями. Программа предлагает набор сложных фотограмметрических функций. ПО разработано научным сообществом и является универсальным в использовании.

• универсальный инструмент;
• мощный функционал;
• полностью бесплатное ПО;
• обработка изображений любого типа и видеофайлов.

• нет русского языка;
• сложно найти обучающие материалы.

Остались вопросы, предложения или замечания? Свяжитесь с нами и задайте вопрос.

Ес­ли ты пла­ниру­ешь сде­лать трех­мерную игру или при­ложе­ние, поэк­спе­римен­тировать с AR или VR, то, воз­можно, уже подумы­вал о 3D-ска­ниро­вании. Давай погово­рим о раз­ных реали­заци­ях этой тех­нологии, а так­же о том, какое обо­рудо­вание тебе при­годит­ся.

Ска­ниро­вание сей­час при­меня­ют все чаще, и с раз­вити­ем этой тех­нологии она может стать еще более вос­тре­бован­ной при раз­работ­ке игр и при­ложе­ний, в том чис­ле для VR. Реконс­тру­иро­вание объ­ектов поз­волит соз­давать мак­сималь­но реалис­тичные игры, даже если у тебя нет пол­ноцен­ной игро­вой сту­дии, а так­же зна­читель­но сэконо­мит вре­мя и средс­тва.

Иг­ра Safe Night

В этой статье ты узна­ешь о четырех спо­собах ска­ниро­вания реаль­нос­ти:

• фо­тог­раммет­рии;
• сис­темах струк­туриро­ван­ного све­та;
• ToF-камерах и лазерах;
• ка­мерах све­тово­го поля.

Фотограмметрия

Пер­вый спо­соб ска­ниро­вания реаль­нос­ти — фотог­раммет­рия. Это самый дос­тупный и уни­вер­саль­ный спо­соб получить трех­мерную модель объ­екта или сце­ны. Фотог­раммет­рия опре­деля­ет фор­му, раз­мер и положе­ние объ­ектов по фотог­рафи­ям.

Как это работает?

На пер­вом эта­пе дела­ем серию фото с помощью обыч­ной камеры. Фотог­рафиру­ем объ­ект или сце­ну со всех сто­рон так, что­бы сним­ки получи­лись внах­лест.

На вто­ром эта­пе ПО находит на каж­дой фотог­рафии опре­деля­ющие соот­ветс­твия. Сущес­тву­ет нес­коль­ко методов получе­ния таких дес­крип­торов: SIFT, SURF, KAZE, AKAZE, ORB и BRISK. Пока срав­нитель­ный ана­лиз этих инс­тру­мен­тов на рус­ском язы­ке недос­тупен. Деталь­но изу­чить этот воп­рос поможет ан­гло­языч­ная статья на Research Gate.

На треть­ем эта­пе ПО сопос­тавля­ет дес­крип­торы друг с дру­гом. Получа­ется трех­мерное обла­ко точек, которое опи­сыва­ет реконс­тру­ируемый объ­ект. Для каж­дой фотог­рафии ПО стро­ит кар­ту глу­бины, где рас­счи­тано рас­сто­яние от камеры до каж­дого пик­селя.

Софт объ­еди­няет дан­ные с нес­коль­ких карт глу­бины и стро­ит меш объ­екта.

За­тем алго­ритм учи­тыва­ет усреднен­ное зна­чение пик­селей и тек­сту­риру­ет меш. Ре­зуль­тат на видео.

Го­товую модель невоз­можно исполь­зовать для соз­дания 3D-кон­тента или VR. Пос­ле фотог­раммет­рии нуж­на руч­ная доработ­ка, о ней более под­робно ты можешь про­читать в статье на сай­те Exyte.

Какое оборудование понадобится?

Для фотог­раммет­рии подой­дут нес­коль­ко устрой­ств — камера смар­тфо­на (объ­ект на кар­тинке выше снят на Samsung S8+), зер­каль­ная или без­зеркаль­ная камера со сле­дующи­ми фун­кци­ями и свой­ства­ми:

• фик­сация балан­са белого;
• фик­сация фокус­ного рас­сто­яния;
• ми­нималь­ная дис­торсия объ­екти­ва;
• ко­рот­кая выдер­жка при съем­ке с рук.

Ес­ли ты сни­маешь на смар­тфон, имей в виду, что для фотог­раммет­рии нужен руч­ной режим съем­ки и хорошая опти­ка. Для получе­ния качес­твен­ного резуль­тата луч­ше все­го исполь­зовать новые модели. На Android и iOS есть при­ложе­ния, которые фотог­рафиру­ют объ­ект и демонс­три­руют пред­варитель­ный резуль­тат ска­ниро­вания в реаль­ном вре­мени. Пос­ле объ­ект реконс­тру­ирует­ся на смар­тфо­не или в обла­ке, но резуль­тат не впе­чат­ляет. Получен­ные модели не годят­ся для 3D-кон­тента или VR. На мой взгляд, наибо­лее пер­спек­тивное при­ложе­ние — display.land.

Да­же луч­шие камеры смар­тфо­нов име­ют слиш­ком малые физичес­кие раз­меры мат­рицы и линз. Без спе­циаль­ных прог­рам­мно-аппа­рат­ных филь­тров они усту­пают пол­нофор­матным камерам, осо­бен­но если осве­щение неидеаль­ное.

Ес­ли тебе инте­рес­но, может ли камера смар­тфо­на сопер­ничать с сис­темны­ми камера­ми, ты можешь почитать об этом в статье на сай­те DXO.

От качес­тва пол­нофор­матной камеры зависит мно­гое, но основную работу в реконс­трук­ции объ­екта дела­ет ПО, нап­ример плат­форма MeshRoom или ком­мерчес­кое ПО RealityCapture.

Для реконс­тру­иро­вания с исполь­зовани­ем MeshRoom тре­бует­ся мощ­ный компь­ютер (вро­де Core i7, 32 Гбайт RAM, Nvidia CUDA).

Ограничения фотограмметрии

У фотог­раммет­рии нес­коль­ко огра­ниче­ний:

• по­вер­хнос­ти объ­ектов не дол­жны быть отра­жающи­ми, проз­рачны­ми или одно­тон­ными;
• объ­ект не дол­жен дви­гать­ся и менять фор­му;
• ос­вещение и опти­чес­кие парамет­ры камеры не дол­жны менять­ся.

Продолжение доступно только участникам

Различные сценарии, в которых использование противоударного дрона в защитном каркасе позвозяет получать фотограмметрические 3D модели. Беспилотная фотограмметрия – достойная альтернатива лазерному сканированию.

Содержание статьи

Беспилотная фотограмметрия – альтернатива лазерному сканированию

Если Вы читаете это, то вы, вероятно, знакомы с беспилотной фотограмметрией и многочисленными случаями использования БПЛА для наружного картографирования. Это, конечно, менее распространено, если мы говорим о получении 3D моделей объектов изнутри. С недавним выпуском противоударного дрона Elios 2, который позволяет использовать в помещении и в недоступных местах, мы хотели изучить причины использования фотограмметрии для внутреннего 3D-моделирования.

Есть, конечно, много причин, чтобы использовать фотограмметрию в помещении. Вот повторяющиеся темы, с которыми мы столкнулись во время общения с нашими клиентами об их управлении активами и геодезической деятельности.

– Nicolas Rey and Marc Gandillon

Elios 2 в действии – в тёмных недрах пещеры

Организация ваших данных к содержанию

Учитывая полный рабочий процесс для визуального контроля на основе беспилотных летательных аппаратов, сбор данных является лишь первым шагом. На втором этапе данные должны быть проанализированы для извлечения полезной информации. С Elios 1 и Elios 2 пилот может записывать навигационные точки (POI) во время полёта и легко находить их в видеопотоке с помощью программного обеспечения Inspector от Flyability.

Тем не менее, пилот мог упустить из виду некоторые дефекты или объекты, и поэтому обычно внимательно просматривают видео после серии полетов. Кроме того, часто важно понять, где были получены данные, и локализовать POI на чертежах или моделях САПР. Как правило, это достигается путем повторного просмотра видео и построения ментальной карты актива (имейте в виду, что внутренние наборы данных не содержат геолокационной информации). Чтобы определить положение POI, иногда требуется подсчитать повторяющиеся элементы, такие как балки, сварные швы, пересечения или другие очевидные визуальные признаки. Этот метод работает, но является громоздким и не очень масштабируемым.

В некоторых ситуациях 3D моделирование может существенно упростить эту утомительную и трудоёмкую задачу. С 3D-моделью и траекторией беспилотного летательного аппарата гораздо проще ориентироваться в наборе данных, просматривать только соответствующие изображения и понимать местоположение POI. Риск ошибок, таких как запутанные повторяющиеся элементы, уменьшается, и общее понимание геометрии объекта становится более ясным.

Фотограмметрический снимок

Проведение измерений к содержанию

Визуальная информация часто является отправной точкой для всех видов инспекции, но возможность сопоставлять ряд визуальных особенностей часто имеет решающее значение в процессе принятия решений. Сосредоточив усилия по сбору данных на небольшой части объекта, можно построить локальную 3D-модель с хорошей детализацией и точностью.

Например, противоударный беспилотник Elios 2 делает снимки с разрешением (GSD) до 0,18 мм/px (0,007 дюйма/px) при съёмке данных на расстоянии 30 см (11,8 дюйма). Это разрешение даёт большие возможности для создания очень точных 3D-моделей.

Очень важно включить в модель объекты с известными размерами. Это позволяет точно масштабировать модель даже без наземных контрольных точек. Затем можно измерить объекты или дефекты на исходных изображениях и визуализировать их в 3D-модели.

ПРОВЕРКА ФОРМЫ И СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ-ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ГОРНЫХ РАБОТ

Использование фотограмметрии в горнодобывающей отрасли очень специфично, но оно, безусловно, будет примером для других отраслей с аналогичными проблемами. Подземная добыча состоит главным образом в извлечении больших объемов руды из недр земли, чтобы затем извлечь различные минералы с помощью химических процессов переработки. Раскопки оставляют большие пустоты, называемые забоями или выработками. Эти забои являются чрезвычайно опасными районами, куда не допускаются люди.

После подрыва рудного тела руду извлекают со дна. Инженеры-геотехники отвечают за обеспечение устойчивости подземных выработок, таких как забои, галереи, шахты и подъемы. Для выполнения своих задач инженеры-геотехники должны понимать форму (3D модель) и состояние (визуальная информация) этих выработок. Фотограмметрия успешно сочетает реконструкцию 3D моделей с визуальной информацией и решает многие их задачи. 3D модели очистных забоев дают исчерпывающую информацию об этих районах, где риск обрушений камней размером с автомобиль достаточно высок.

Отслеживание изменений к содержанию

Классический пример обследований – это, конечно, отслеживание того, какие изменения, и в частности дефекты, развиваются с течением времени. Это позволяет планировать профилактическое обслуживание и ремонт до того, как любой дефект станет реальной угрозой для эксплуатации.

Это то, что не обязательно требует полной оцифровки в случаях использования на открытом воздухе, так как GPS координат и информации об ориентации может быть достаточно, чтобы знать, где получено изображение. Для случая использования в помещении или, в более общем случае, в среде, в которой невозможно получение GPS координат, создание 3D-модели является единственным вариантом, поскольку у дрона нет информации о локализации во время полета.

Планирование технического обслуживания и изменения конструкций к содержанию

Цифровые модели полезны не только для отслеживания изменения дефектов строительных сооружений с течением времени и принятия решения о том, когда пришло время их устранить. Они также полезны на этапе планирования обслуживания.

Цифровая 3D модель позволяет планировать, где поставить леса. При установке нового оборудования на производстве, выполняется анализ траектории перемещений, чтобы найти оптимальный маршрут. Для изменения проекта также необходимо иметь актуальную 3D-модель для проектирования и визуализации новых изменений.

Фотограмметрический снимок полученный при помощи Elios 2

Обучение и безопасность к содержанию

Сложные и опасные объекты часто требуют обширной подготовки персонала на макете завода, прежде чем они смогут принять участие в операциях. Классический пример-атомная промышленность. Для планирования путей эвакуации в случае возникновения чрезвычайных ситуаций им необходимы современные поэтажные планы всех частей объекта. Здесь опять-таки цифровая модель показывает свою эффективность. В таком применении 3D модель часто используется с дополнительной информацией об объекте.

Где это работает? Что я могу отснять в 3D? к содержанию

Давайте рассмотрим случаи, с которыми мы сталкиваемся при съемке набора данных для фотограмметрии в помещении.

ЗАКРЫТЫЕ ОБЪЕКТЫ: КАК НАСЧЕТ GPS, ОСЕЩЕНИЯ И ТРУДНОДОСТУПНЫХ ПРОСТРАНСТВ?

Во-первых, отсутствие GPS-сигнала означает, что изображения не могут быть геопривязанными – реконструкция опирается только на визуальное содержание изображения. Во-вторых, съемка часто ведется в полной темноте. Искусственное освещение необходимо, но чаще всего его нелегко установить в интересующей зоне. Поэтому мы полагаемся исключительно на бортовую систему освещения дрона. Последним важным отличием фотограмметрии на открытом воздухе является пространственное ограничение: в помещении пространства часто узкие и загроможденные. Это накладывает ограничение на возможные траектории съёмки.

Сконструированный специально для работы в таких местах, противоударный коптер Elios 2 может решить эти проблемы. Благодаря защитному каркасу и мощной встроенной системы освещения, он получает изображения высокого качества, которые подходят для фотограмметрии даже в самых темных условиях. Записывая видео 4K, он собирает достаточно данных, чтобы получить 3D-модели даже без GPS. Защитный каркас Elios 2 позволяет летать в самых загроможденных пространствах, не рискуя разбиться. Это имеет огромное значение, когда вы пытаетесь нанести на карту узкую область. С Elios 2 Вы можете сосредоточиться на данных, которые вы снимаете, не боясь столкнуться с объектами, даже во время движения назад или вбок.

КАКИЕ МЕСТА ЛЕГКО НАНЕСТИ НА КАРТУ? ГДЕ ЭТО СЛОЖНЕЕ?

Существует два ключевых аспекта, которые определяют сложность съемки: содержание изображения и траектория полёта.

Фотограмметрия работает в средах, имеющих достаточное количество визуальных признаков. Визуальным признаком является любая точка, которая достаточно отличается от окружающего пейзажа, чтобы быть распознанной алгоритмом фотограмметрии. Обратите внимание, что визуальные объекты зависят от масштаба. Некоторые поверхности кажутся однородными с заданного расстояния, но многие объекты становятся видимыми по мере приближения.

Сколько фотографий обычно достаточно для хорошего материала?

Чем больше, тем лучше. Действительно, если кадры перекрывают друг друга, то это имеет решающее значение. Программное обеспечение фотограмметрии работает путем сопоставления кадров друг с другом.

С чего начать?

S?bastien всегда начинает фотографировать сверху вниз – будьте осторожны, чтобы ноги не попали в кадр! Ваш объект должен находиться на одинаковом расстоянии от вашей камеры, уменьшаться будет только глубина размытия.

В правилах съемки двигайтесь от общего к частному. Начинайте с глобальных снимком, который имеет общий вид. Сделайте хотя бы первые 8 кадров, можно больше. Будьте осторожны с глубиной резкости.
Затем вы делаете первый уровень масштабирования: снимите снимки сверху вниз примерно на 1/4 вашей поверхности. Убедитесь, что они перекрываются друг с другом более чем на 50%. Начните снова с 1/8, 1/16 и т. д. Все зависит от уровня детализации, который вы хотите получить в итоге.

Работа таким образом гарантирует, что если ваши снимки, которые будут находится рядом, не могут стыковаться со своими соседями, они все равно могут полагаться на предыдущий уровень детализации для правильного выравнивания.
В этом примере разным цветом обозначены разные уровни детализации.

Программное обеспечение

Есть два варианта – Agisoft Photoscan и довольно новая Reality Capture. Художник в основном использовал Photoscan, но недавно начал использовать Reality Capture (сейчас многие переходят на него).
Agisoft Photoscan уже давно известна и поэтому имеет много онлайн пособий, стоит дешевле, чем Reality Capture и даёт лучшее качество текстуры на выходе. Но Reality Capture может работать довольно быстро и обрабатывать сотни фотографий даже на низкопроизводительных машинах, редко крашиться. Хотя, возможно, это вопрос привычки.
Начинающим лучше начинать с Reality Capture, он будет более щадящим к неудачным снимкам. Кроме того, вы можете компенсировать снимки с плохим качеством хорошими фотографиями, которые Agisoft, вероятно, не будет обрабатывать на вашем компьютере.
Однако, если вы планируете использовать фотограмметрию только время от времени, в конечном счете, вероятно, дешевле перейти на автономную лицензию Agisoft.
Мы нашли ознакомительные видео для наших читателей, которые помогут создать свою модель в любой из программ, которая вам больше по душе.

Agisoft PhotoScan

Reality Capture

Особенности

Неравномерное освещение

Читайте также:

  
• Препарат сияние 3 своими руками
  
• Фитнес сладости своими руками
  
• Как утеплить радиатор лада х рей своими руками
  
• Ремонт и перепланировка квартиры своими руками
  
• Как сделать школьный музей интересным