Основы фотограмметрии в полевых условиях

Фотограмметрия – научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям.

Ранее технология широко использовалась в геологии и топографии. Она стала более популярной благодаря доступности из-за улучшения мощности компьютеров, что позволило ей распространиться в такие области, как киноиндустрия, игровая индустрия, виртуальная археология и т. д.

Весь процесс проходит в несколько этапов:

1. Выбор оборудования и программного обеспечения;
2. Съёмка объекта;
3. Обработка изображений (при необходимости);
4. Создание 3D-модели.

Оборудование и программное обеспечение

Обычно при работе с фотограмметрией в полевых условиях достаточно камеры и объектива, но дополнительно могут быть использованы штатив, стабилизатор, дрон, оборудование для HDRI фотографий, цветовая шкала и серая карта.

Важным фактором для получения качественных изображений являются погодные условия. Объект должен быть освещён равномерно, поэтому для съёмки подходит преимущественно облачная погода. В иных условиях для устранения освещения может быть использовано дополнительное оборудование или программное обеспечение.

Из множества программного обеспечения для получения трёхмерной модели из фотоизображений к наиболее популярным относятся Agisoft Metashape, Reality Capture, Autodesk Recap и Pix4D.

При необходимости, для цветовой коррекции и улучшения качества изображений существуют такое программное обеспечение, как Adobe Photoshop Lightroom, Digital Photo Professional, FastStone Image Viewer.

Съёмка объекта

Зачастую объекты в полевых условиях являются изолированными, поэтому необходимо произвести съёмку, которая состоит из трёх проходов вокруг объекта. Угол наклона камеры относительно объекта составляет – 0°, 35°, 85°.

Важным моментом является перекрытие соседних кадров. Чем оно больше, тем больше общих точек на двух кадрах. Именно по ним программные пакеты выстраивают вершины в трёхмерной системе координат, что является основой для построения трёхмерной полигональной модели. Рекомендуемое минимальное перекрытие соседних кадров – 30 %.

Создание 3D-модели

Для работы с изображениями, полученными в полевых условиях, оптимальным выбором для создания трёхмерной модели является Reality Capture, так как позволяет быстро получить точные результаты.

Работа проходит в несколько этапов:

1. Загрузка фотографий;
2. Выравнивание фотографий;
3. Задание области реконструкции;
4. Построение трёхмерной полигональной модели;
5. Построение текстуры модели;
6. Экспорт и публикация результата.

Первый шаг – загрузка фотографий в проект. Для этого во вкладке WORKFLOW на панели 1. Add imagery нужно вы­брать команду Inputs или выделить и перенести все фотографии в проект.

Далее можно переходить к этапу выравнивания фотографий. Для этого во вкладке ALIGNMENT на панели Registration необходимо выбрать команду Align images.

Полученное облако точек позволяет оценить качество съёмки и возможность дальнейшей работы с построением модели. Как правило, в Reality Capture хорошее построение оценивается количеством выровненных фотографий и общих точек между ними.

По завершении процесса выравнивания фотографий, необходимо отрегулировать размер и положения области построения в соответствии с особенностями объекта.

Обычно Reality Capture автоматически рассчитывает размер и положение области построения. Вместе с тем рекомендуется проверить, что объект находится внутри области построения целиком, поскольку на следующем этапе в расчёт принимаются только точки облака внутри области построения.

Для изменения размера и ориентации области построения во вкладке RECONSTRUCTION используйте пункты из выпадающего списка Set Reconstruction Region.

Затем можно переходить к построению трёхмерной полигональной модели. Для этого во вкладке RECONSTRUCTION на панели Process выберите пункт Normal Detail. Таким образом, программа построит высокополигональную трёхмерную модель. Для построения низкополигональной модели выберите пункт Preview.

Для построения текстуры необходимо на той же панели выбрать пункт Colorize, далее Texture.

В случае, если необходимо удалить ненужные области, можно воспользоваться инструментами Lasso, Rect или Box на панели Selection, затем выбрать пункт Filter Selection на панели Tools.

После того как достигнут желаемый результат, трёхмерную модель можно экспортировать и опубликовать в таких сервисах, как Sketchfab, 3ddd, Turbosquid.