Топ программ для фотограмметрии
Здравствуйте! В статье мы знакомим вас с программными решениями для 3D-сканирования и дальнейшей обработки моделей: с возможностями, назначением и отличительными чертами программ разных издателей.
3D Systems Geomagic Control X / Design X / Wrap
Программный комплекс разработан для линейных измерений и выявления дефектов поверхностей объектов. Рассмотрим ситуации, когда использование Geomagic Control X оптимизирует производственные процессы.
1. ПО используют для входного контроля качества деталей, поступающих на производственные предприятия от поставщиков. Для инспекции большого количества объектов необходимо создать алгоритм и запустить его для проверки всей серии продукции. Программа позволяет измерить отклонения и задать параметры для различных поверхностей, что снижает временные затраты, по сравнению с другими способами контроля качества.
2. Файлы Geomagic Control X поддерживаются СAD, комплексное использование программ позволяет вычислить изменение размеров деталей под воздействием температур. Благодаря этой возможности, инженеры могут вносить корректировки в 3D-модель до запуска серийного производства, уменьшая затраты на брак.
3. При помощи программы определяют степень износа и выявляют отклонения от нормы в эксплуатируемых объектах, предотвращая поломки оборудования и определяя необходимость профилактики и ремонта. В рамках ПО пользователь может составить отчет, проанализировать тенденции и сделать вывод о сроках появления дефектов оборудования или инструментов.
Подробнее о функционале смотрите в видео:
Для задач обратного проектирования разработчики предложили версию Geomagic Design X подходящую для всех моделей 3D-сканеров. Программа позволяет создать новую деталь из оцифрованной модели, а также восстановить форму и конструкцию испорченного объекта.
В видео представлен пример работы в программе:
Программа 3D Systems Geomagic Wrap создана для сканирования и обработки данных объектов широкого размерного диапазона. Три ведущие области применения приложения:
- создание 3D-фильмов и графический дизайн;
- использование в археологии для восстановления древних артефактов;
- реставрация и сохранение культурных ценностей.
Creaform VXmodel
Программные решения Creaform — это комплект программ для оцифровки объектов и обработки готовых моделей. Самое распространенное приложение — VXmod создано для сканирования и работы с моделями, в том числе в системах автоматического проектирования.
Источник изображения: 3d-skenovani.cz
Софт позволяет сшивать несколько сканов в единый объект. Функция востребована при работе с крупногабаритными предметами.
В программе можно корректировать огрехи сканирования: заполнять пустоты, соединять грани, уменьшать плотность сетки и дорабатывать прочие нюансы.
Среди дополнительного функционала — создание поверхностей и кривых, транспортировка информации в Autodesk Inventor и другие программы.
Предлагаем небольшое ознакомительное видео для демонстрации работы в ПО:
Faro Scene
FARO — производитель 3D-сканеров с мировым именем, он разрабатывает эксклюзивные программные решения, совместимые с собственными цифровыми устройствами и сканерами многих других торговых марок.
Отличительная черта Faro Scene — высокая четкость и точность изображения, возможность просмотра модели в среде виртуальной реальности (VR).
Во время оцифровки изображение формируется на экране ноутбука или компьютера. При неудовлетворительном результате процесс можно остановить, не дожидаясь завершения, и запустить заново.
Еще одна особенность программы — наложение фотографии на готовую модель с целью переноса данных о цвете объекта.
Видео демонстрирует работу 3d сканера и программы SCENE в сфере архитектуры.
Siemens Solid Edge
Solid Edge — комплекс программных решений, созданных для обработки моделей, полученных путем сканирования объектов. ПО используют как в реверс-инжиниринге, так и в проектировании новых изделий.
Одна из программ пакета — Solid Edge Wiring Design, которую используют для оптимизации проектирования электрической проводки и плат. Преимущество софта — в сокращении времени проектирования за счет возможности быстрого перехода от одного блока электрической цепи к другому.
ПО Solid Edge Simulation помогает определить нагрузки на прототипы изделий. Пользователь имеет возможность изучить параметры элементов в системе, чтобы проверить точность соотношения ряда деталей. Программа также анализирует тепловое взаимодействие между деталями или жидкостями.
Solid Edge Augmented Reality переносит трехмерные модели в АR системы.
Результаты обработки данных хранятся “в облаке”, что обеспечивает доступ удаленным пользователям, для совместной работы над проектами.
Видео демонстрирует рабочий процесс в Solid Edge:
RangeVision ScanCenter
Программа RangeVision ScanCenter разработана для сканирования объектов и создания моделей крупногабаритных предметов из отдельных полученных изображений, то есть фотограмметрии.
ПО отличается понятным и комфортным интерфейсом. Из основного окна программы можно вернуться к нескольким последним сохраненным проектам по аналогии с ПО Adobe.
В последней версии усовершенствованы алгоритмы работы с пакетами изображений: появилась возможность отключить или удалить выбранные фотоснимки, вырезать фрагмент изображения. ПО предусматривает ряд мер для защиты от ошибок пользователя, вроде оцифровки без предварительной калибровки прибора, возможность восстановить случайно удаленные фрагменты изображения и целые файлы. Все обновления программного обеспечения бесплатны для пользователей RangeVision.
Для наглядного ознакомления с возможностями RangeVision ScanCenter смотрите видео. Рабочий процесс показан с применением 3D-сканеров RangeVision PRO и Spectrum:
Итого
Рассмотренные программы, созданные в качестве профессионального ПО для 3D-сканирования, несмотря на их широкий функционал и возможности, вполне доступны для изучения и работы пользователям без специального образования.
Мы подобрали разработки компаний с большим опытом работы в сфере цифровых технологий. Производители 3D-сканеров постоянно совершенствуют приложения, чтобы они соответствовали потребностям быстро развивающегося рынка.
Рекомендуем обратить внимание на рассмотренные программные решения, если ваши производственные задачи связаны с современными 3D-технологиями или вы только планируете интегрировать их в работу предприятия.
Купите программное обеспечение для профессиональной обработки данных сканирования в Top 3D Shop — у официального представителя производителей, — только официальные версии ПО с последующими обновлениями и техподдержкой.
К счастью, для тех кто хочет попробовать свои силы в изучении такой интересной дисциплины как фотограмметрия, построения ортофотопланов, геодезических карт, или в картографии — существует достаточное количество программ, которые можно скачать бесплатно.
С большинством из платных программ для фотограмметрии Вы могли познакомиться в нашей предыдущей статье. А в статье «Фотограмметрия лучшие программы. Обновления 2019» вы найдете информацию о том, какой функционал был в них добавлен, как они изменились за 2019 год.
Сегодня же мы предлагаем Вашему вниманию обзор бесплатных программ для фотограмметрии и 3D моделирования.
В нашем обзоре бесплатных программ для фотограмметрии мы дадим краткие описания программ и ссылки на их бесплатное скачивание. Как правило, разработчики этих программ неплохо документируют все функции и приемы работы с их ПО. Если после самостоятельного изучения этих фотограмметрических программ у Вас, тем не менее, останутся вопросы по их практическому использованию и применению, то наши специалисты с радостью помогут Вам разобраться во всех тонкостях.
Просто заполните анкету в конце этой стати и мы обязательно поможем Вам подобрать фотограмметрическую программу наиболее подходящую для Ваших задач.
Название | Тип | Выходной формат | Операционная система |
---|---|---|---|
COLMAP | Аэрофото, с близкого расстояния | ply, vrml | Windows, macOS, Linux |
Meshroom | Аэрофото, с близкого расстояния | abc, obj | Windows, Linux |
MicMac | Аэрофото, с близкого расстояния | geotiff, ply, xml | Windows, macOS, Linux |
Regard3D | Аэрофото, с близкого расстояния | obj, ply | Windows, macOS, Linux |
VisualSFM | Аэрофото, с близкого расстояния | ply | Windows, macOS, Linux |
OpenMVG | Аэрофото, с близкого расстояния | - | Windows, MacOS, Android, Linux, BSD |
Бесплатная программа для фотограмметрии Colmap
COLMAP
COLMAP — это бесплатное программное обеспечение для фотограмметрии, которое можно загрузить с Github. По желанию можно выбрать: работать из командной строки или с графическим интерфейсом Как большинство программ для фотограмметрии из нашего списка, COLMAP может автоматически создавать 3D-объекты из фотографий сделанных камерой с одним объективом, или обрабатывать снимки сделанные стереокамерой.
Поскольку это программа создана энтузиастами и имеет открытый код COLMAP вобрал в себя много разных плагинов и дополнений. Все эти дополнения устанавливаются по желанию и при необходимости расширить стандартные возможности этой замечательной бесплатной программы для фотограмметрии. Например, вы можете определить точно определить параметры камеры, которая использовалась для фотографирования. То же самое относится и к процессу извлечения дополнительной формации из фото-файла, это поможет улучшить полученный результат. Хотя программа и может экспортировать трехмерную поверхность но ее алгоритмы работают только с плотным облаком точек в окне просмотра. К сожалению программа не умеет работать с сеткой поверхности 3D объекта и для очисти и улучшения 3D-модели, вам придется использовать сторонние программы, например как MeshLab.
Для создания облака плотного точек достаточно использовать COLMAP без плагинов в несколько шагов. Для продвинутых пользователей программа позволяет настраивать огромное множество различных параметров. Не все из них интуитивно понятны для новичка. Для быстрого получения результата в COLMAP нет необходимости менять какие-либо параметры, достаточно использовать стандартные настройки. Значения параметров по умолчанию являются компромиссом между качеством и скоростью работы.
Для тех кто хочет изучить все возможности необходимо будет погрузиться в исходный код программы. Он содержит подробнейшую документацию для всех параметров.
COLMAP — это бесплатное программное обеспечение для проведения исследовательских работ, оно довольно надежно и стабильно работает, если конечно вы не напутаете в конфигурациях программы, но в этом случае всегда можно обратиться в журналам работы программы.
Итог: Гибкая программа которая подойдет как для новичка (параметры по умолчанию), так и для серьезной работы и проведения различных исследований. Огромное преимущество перед другими программами — наличие документации на русском языке!
С момента выхода статьи «10 лучших программ для создания ЗD моделей и карт с использованием дронов» которая рассказывает о использовании программ для фотограмметрии прошло немного времени. Издатели программ для фотограмметрии постоянно совершенствуют свои продукты. Чтобы быть в курсе что же изменилось в программах для построения 3D-моделей и топографических карт из аэрофотоснимков мы предлагаем Вам ознакомиться с нашей статьей в которой воедино собраны все улучшения сделанные в 2019 году. В статье рассматриваются не только платные, но и бесплатные программы для фотограмметрии. Если вы не нашли в этой статье программу для создания карт с помощью дронов или для фотограмметрии это лишь означает что она не претерпела значительных изменений за прошедший год.
Название | Тип | Выходной формат | Операционная система | Цена |
---|---|---|---|---|
DroneDeploy | Аэрофото | dxf, GeoTIFF, las, obj, xyz | Windows, macOS, Android, iOS | $99 - $299 |
Pix4D | Аэрофото | obj, fix, dxf, las, las, kml, tif, osgb, slpk, shp | Windows, macOS, Android, iOS | $292 в месяц, $4990 единоразово |
Maps Made Easy | Аэрофото | GeoTIFF, DEM (DSM) , JPG, OBJ, MTL, XYZ RGB, LAS, KMZ | iOS, облако | Цена за серию обработанных снимков $7.99 - $669.99 |
3DF Zephyr | Аэрофото, с близкого расстояния | ply, obj, fbx, pdf 3D, u3d, dae, pts, ptx, xyz, txt, las, e57 | Windows | Бесплатная программа фотограмметрии для личного использования, €149 |
ESRI ArcGIS | Аэрофото | EMF, EPS, AI, PDF, SVG, SVGZ, BMP, JPG, PNG, TIFF, TGA, GIF | Windows | Бесплатная версия программы для фотограмметрии на 21 день, Коммерческая версия по запросу. |
Agisoft Metashape | Аэрофото, с близкого расстояния | fbx, kmz, DXF, shp, tls, slpk, osgb, kmz, xyz, GeoTIFF, JPG, PNG, BMP | Windows, macOS, Linux | $179 - $3499 |
OpenDroneMap | Аэрофото | jpg, ply, obj, laz, csv xyz, png, GeoTiff | Linux | Бесплатная программа фотограмметрии |
Бизнес программа для квадрокоптера
DroneDeploy
Основные изменения DroneDeploy за 2019 год
- Полезная функция создания панорам 360° и записи видеороликов стала гораздо проще — теперь достаточно пары кликов мышкой. После того как дрон получит задание он долетит до указанной точки, сделает около 26 снимков и вернется на точку взлета. Останется только загрузить полученные файлы в программу и она сама соберет для вас прекрасную сферическую панораму. Такая возможность будет высоко оценена дизайнерами, архитекторами и визуализаторами, превращающая 3D модель интерьера или экстерьера в 3D тур со свободной перемещения и высоким качеством визуализации.
- Для уменьшения времени на выполнение повторяющихся работ появился функционал создания шаблонов. Эта функция будет полезна пилоту дрона при планировании миссий полета. Это позволит создать разные шаблоны например съемки для построения 3D модели здания и отдельный шаблон для получения карты высот и ортофотопланов.
- При строительстве важно знать количество израсходованного песка за день или сколько угля из отвала израсходовано на ТЭЦ. Теперь отследить изменения объемов материалов или быстро составить отчет по общему количеству и стоимости стало просто. Можно мгновенно измерить объем — достаточно обвести по контуру необходимый для измерения объект. Такая полезная опция стала доступна в версиях Business and Enterprise.
- Если вы занимаетесь заготовкой леса или вам важно быстро подсчитать количество машин на парковке — вам поможет DroneDeploy. Достаточно сделать облет нужной территории на промышленном дроне Yuneec H520, задать шаблон объекта и программа автоматически подсчитает подобные предметы на карте (деревья, автомобили, трубы и т.д.)
- Если вы менеджер проекта строительства или проектировщик для вас появился экспорт результатов в Procore и Autodesk. Это позволит вам использовать модели зданий, карты рельефа или делать полные отчеты при проектировании зданий и проведении строительных работ.
Автоматизация процессов
В вашей компании есть несколько дронов? Новый набор инструментов управления командой пилотов дронов позволяет использовать DroneDeploy как комплексоне решение для проекта любого масштаба.
На основании процедур компании Вы можете создать на их основании полетные задания, групповые и личные предполетные чеклисты, что обеспечит соблюдение норм и правил и снизит аварийность при пилотировании дрона.
Для отслеживания хода выполнения заданий, а также для разбора полетов и корректировки миссий появилась возможность настройки автоматической выгрузки логов полета и их объединения. Интеграция с Airmap позволит планировать полеты с учетом бесполетных зон.
Функционал выгрузки логов полета также позволяет отслеживать продолжительность времени находения дрона в воздухе количество циклов использования батарей, что позволит механикам вовремя проводить техническое обслуживание беспилотника.
Проведение инспекций
В отличие от предыдущих версий, в новом DroneDeploy появилась возможность управлять беспилотником в ручном режиме. Это позволит проводить съемку объектов с более близкого расттояния и на меньшей высоте для получения более детализированных снимков.
Теперь стало возможно использовать DroneDeploy для осмотров, профилактических проверок или проведения обследований высоковольтных опор ЛЭП техническими службами или обследований требующих высокой детализации.
Земляные работы, отслеживание прогресса
Понять какой объем земли перевезли, возможность сравнить его с проектной документацией, теперь можно с помощью DroneDeploy. Новые возможности в наблюдении и отслеживании хода проведения земляных работ помогут Вам проанализировать отклонения от проектной документации.
Легко сделать примечание
Можно просматривать, редактировать и создавать новые примечания в 3D-модели любых интересующих точек, линий, площадей и объемов, что позволяет обмениваться важной информацией внутри команды или для предоставления статусов заказчику.
Теперь стало легко проводить сравнение во времени объемов и высоты отвалов и котлованов в 3D-формате проектным отделам строительных или горнодобывающих компаний.
Автоматический экспорт в CAD системы
Программа для фотограмметрии DroneDeploy позволяет легко обмениваться информацией внутри проекта благодаря автоматическому экспорту.
С помощью заранее настроенной функции Auto Exports вы сможете быть уверены, что ваши актуальные карты будут автоматически экспортированы в нужной папке на вашем ПК или сохранены в облаке. Это поможет сократить время на рутинную работу для проектировщиков и инженеров, также уменьшит вероятность ошибки или потери данных.
Быстрый поиск места нагрева или охлаждения
Если вы ищете неисправное электрооборудование, утечку воды или утечку тепла, радиометрические тепловизионные изображения сделанные дроном с тепловизором помогут вам быстрее обнаружить проблемы и устранить их до того, как они станут опасны и их устранение станет дорогостоящим. Теперь при сборе и обработке результатов радиометрической тепловизионной съемки в DroneDeploy, вы можете настроить визуализацию и проверить температуру в аномальной точке, чтобы найти не только горячие и холодные точки, но и определить области, которые имеют отклонения температуры от заданных условий эксплуатации. Это существенно сократит время проведения анализа причин неисправности и даст возможность уделить больше внимания устранению неисправности а не ее поиск.
После представления модели, второй вопрос, который задают – вопрос точности. Какова точность 3D-сканирования по фото? Ответ: субмиллиметровый диапазон. И снова я удивлен выражением недоверия. К счастью, наша команда написала научную статью об эксперименте, который показал среднее отклонение 0,78 мм, то есть меньше одного миллиметра по сравнению со сканированной 3D моделью, сделанной с помощью лазерного сканера.
Так же, как на рынке лазерных сканеров, в фотограмметрии есть много различных опций ПО для проверки. Они варьируются от собственных и закрытых решений, до открытых и бесплатных. И точно, среди такого рода программ и решений, приходит третий вопрос, до сих пор остающийся без ответа, по крайней мере официально: какое программное обеспечение фотограмметрии является лучшим?
На этот вопрос сложно ответить, потому что ответ во многом зависит от ситуации. Но думая об этом, среди многих подходов, которые я взял в течение долгого времени, я решил ответить так, чтобы дать простой и объёмный ответ.
Череп лорда Сипана
В июле 2016 года я поехал в Ламбаек, Перу, где я встретился лицом к лицу с черепом лорда Сипана. Анализируя его, я понял, что можно было бы восстановить его лицо с помощью судебно-медицинской техники реконструкции лица. Череп, однако, был сломан и искажен годами давления, которое он перенес в своей могиле, найденной полной в 1987, одной из больших археологических экспедиций во главе с доктором Вальтером Альва.
Чтобы восстановить череп, я сделал 120 фотографий на смартфон ASUS Zenphone 2 и с этими фотографиями, я возобновил работы по реконструкции. Параллельно этому процессу, профессиональный фотограф Raúl Martin из отдела маркетинга Inca University Garcilaso de la Vega (спонсор моей поездки) сделал 96 фотографий на камеру Canon EOS 60D. Из них я выбрал 46 изображений, чтобы продолжить эксперимент.
Специалист Министерства культуры Перу, начинает процесс оцифровки черепа (в центре)
Спустя день после фотографического обследование, перуанское Министерство культуры послало специалистов в области лазерного сканирования, для сканирования черепа лорда Сипана, с помощью оборудования Leica ScanStation C10. Окончательное облако точек было отправлено через 15 дней, то есть тогда, когда я получил данные от лазерного сканера, все модели, полученные с помощью фотограмметрии были готовы.
Нам пришлось ждать всё это время, так как модель, полученная с помощью оборудования является золотым стандартом, то есть, все сетки, полученные с помощью фотограмметрии будут сопоставляться, одна за другой, с ней.
Полное облако точек, импортированное в MeshLab после преобразования сделаного в CloudCompare
Облако точек в результате сканирования было в .LAS и .E57 файлах… и я никогда не слышал о них. Я должен был сделать много исследований, чтобы выяснить, как открыть их на Linux с помощью бесплатного программного обеспечения. Решено было сделать это в CloudCompare, который предлагает возможность импорта файлов .E57. Затем я экспортировал модель как .ply, чтобы иметь возможность открыть в MeshLah и реконструировать 3D-сетку с помощью алгоритма Пуассона (Poisson algorithm).
3D-сетка реконструированы из облака точек. Цвет вершины (выше) и поверхность только с одним цветом (ниже).
Как было отмечено выше, челюсть и поверхность стола, где были размещены части были также отсканированы. Часть, связанная с черепом, была изолирована и убрала для эксперимента, который будет выполнен. Я не буду иметь дело с этими деталями здесь, так как объем отличается. Я уже писал другие материалы, объясняющие, как удалить несущественные части облака точек / сетки.
Для сканирования с помощью фотограмметрии, были выбраны системы:
1) OpenMVG (Open Multiple View Geometry library) + OpenMVS (Open Multi-View Stereo reconstruction library): Разряженное облако точек рассчитывается в OpenMVG и плотное облако точек в OpenMVS.
2) OpenMVG + PMVS (Patch-based Multi-view Stereo Software): Разряженное облако точек рассчитывается в OpenMVG, а затем, плотное облако точек с помощью PMVS.
3) MVE (Multi-View Environment): Полная система фотограмметрии.
4) Agisoft Photoscan: Полная и закрытая система фотограмметрии.
5) Autodesk Recap 360: Полная система онлайн фотограмметрии.
6) Autodesk 123D Catch: Полная система онлайн фотограмметрии.
7) РРТ-GUI (Python Photogrammetry Toolbox с графическим интерфейсом пользователя): Разряженное облако точек генерируется Bundler, а позже PMVS создает плотное облако.
Выше у нас есть таблица, содержащая важные аспекты каждой из систем. В целом по крайней мере по-видимому, нет ни одной системы, которая выделяется намного больше, чем другие.
Генерация разряженного облака + генерация плотного облака + 3D сетка + текстуры, немного времени, чтобы загрузить фотографии и 3D сетки (в случаях с Recap 360 и 123D Catch).
Выравнивание на основе общих точек
Выровненные черепа
Все сетки были импортированы в Blender и совмещены с лазерным сканированием.
Выше мы видим, что все сетки рядом. Мы можем видеть, что некоторые поверхности настолько плотны, что мы замечаем только края, как и в случае с 3D-сканированием и OpenMVG + PMVS. Изначально очень важная информация… текстура в сканированных сетках, как правило, обманывает нас по отношению к качеству сканирования, так что, в этом эксперименте я решил игнорировать результаты текстурирования и сосредоточиться на 3D-поверхности. Поэтому, я экспортировал все оригинальные модели в формат .stl, который, как известно, не имеет никакой информации о текстуре.
Присмотревшись, мы увидим, что результат согласуется с менее плотным результатом подразделений в сетке. Конечная цель сканирования, по крайней мере, в моей работе – получить сетку, которая согласуется с исходным объектом. Если эта сетка упрощается, так как она находится в гармонии с реальным объемным аспектом, это даже лучше, потому что, когда 3D-сетка имеет меньше граней, то она быстрее будет обработана при выпуске.
Если мы посмотрим на размеры файлов (.stl экспортированный без текстуры), что является хорошим показателем сравнения, мы увидим, что чистая сетка созданная в OpenMVG + OpenMVS, имеет размер 38.4 MB и Recap 360 всего 5,1 Мб!
После нескольких лет работы с фотограмметрией, я понял, что лучше всего делать, когда мы сталкиваемся с очень плотной сеткой, это упростить сетку, так что мы можем обрабатывать её в режиме реального времени. Трудно сказать, действительно это так или нет, поскольку это запатентованное и закрытое решение, но я полагаю, что Recap 360 и 123D Catch генерируют сложные сетки, но в конце процесса они значительно её упрощают, так что они работают на любом оборудовании (ПК и смартфоны), желательно с поддержкой WebGL (интерактивное 3D в интернет-браузере).
Вскоре мы вернемся к обсуждению этой ситуации, связанной с упрощением сеток, а теперь давайте сравним их.
Как работает сравнение 3D сеток
После того, как все черепа были очищены и приведены в соответствие с золотым стандартом (лазерного сканирования) пришло время сравнить сетки в CloudCompare. Но как работает технология сравнения 3D сеток?
Для иллюстрации я создал некоторые дидактические элементы. Давайте вернемся к ним.
Этот дидактические элемент имеет дело с двумя плоскостями с поверхностями нулевой толщины (это возможно в 3D моделировании), образуя X.
Тогда мы имеем объект А и объект B. В окончательной части обеих сторон концы плоскостей отстоят на миллиметры. Там, где существует пересечение, расстояние, конечно, 0 мм.
При сравнении двух сеток в CloudCompare они получаются пигментированными с цветовым спектром, который идет от синего до красного. На рисунке выше показаны два уже пигментированных плана, но мы должны помнить, что они представляют собой два различных элемента и сравнение производится в двух моментах, один по отношению к другому.
Теперь у нас есть четкое представление о том, как это работает. В основном то, что происходит, заключается в следующем: мы устанавливаем предел расстояния, в данном случае 5 мм. Сетка «из» старается быть пигментирована красным, а та, что «в» имеет тенденцию быть окрашенной синим и то, что находится на пересечении, то есть на той же линии, как правило, пигментировано в зеленый цвет.
Сейчас я объясню подход, примененный в данном эксперименте. Смотрите выше, у нас есть элемент с центральной областью, которая стремится к нулю, а концы установлены на +1 мм и -1 мм. В изображении это не появляется, но элемент, который мы используем для сравнения, это простая плоскость, расположенная в центре сцены, прямо в районе основания 3D колокола, или те, которые «направлены вверх», когда те, которые «смотря вниз».
Как я уже говорил ранее, мы установили предел сравнения. Первоначально он был установлен на уровне +2мм и -2мм. Что делать, если мы изменим этот предел до +1мм и -1мм? Смотрите, что это получилось на рисунке выше, и та часть, которая выходит за пределы границ.
Мы можем удалить части, выходящие за пределы визуализации, чтобы они не мешали нам.
Таким образом, в результате, в сетке имеется только процентная часть структуры
Для тех, кто понимает немного больше 3D моделировании, ясно, что сравнение производится по вершинам, а не граням. Из-за этого, у нас есть зазубренный край.
Сравнение черепов
Было сделано сравнение фотограмметрии с лазерным сканером в пределах +1 мм и -1 мм. Все, что за пределами спектра была стерто.
OpenMVG+OpenMVS
OpenMVG+PMVS
Photoscan
MVE
Recap 360
123D Catch
PPT-GUI
Поставив в сравнении всё рядлм, мы видим, что существует сильная тенденция сведения ошибки к нулю. Все семь систем фотограмметрии эффективно совместились с лазерным сканированием!
Обратимся теперь к вопросу о размере файлов. Одна вещь, которая всегда беспокоила меня в сравнении с участием результатов фотограмметрии был учет полигонов, генерируемых алгоритмом реконструкции сетки. Как я уже говорил выше, это не имеет особого смысла, так как в случае черепа мы можем упростить поверхность и тем не менее она сохраняет информацию, необходимую для работы при проведении антропологического обследования и судебно-медицинской реконструкции лица.
В свете этого, я решил выровнять все файлы, оставляя их совместимы по размеру и полигонами. Чтобы сделать это, я взял за основу меньший размер файла, который генерирует 123D Catch и использовал фильтр MeshLab Quadratic Edge Collapse Detection до 25000. Это сделало 7 STL файлов размером 1,3 МБ каждый.
С помощью этого выравнивания мы имеем справедливое сравнение между системами фотограмметрии.
Выше мы можем визуализировать этапы работы. В Original положены черепа, выровненные изначально. Тогда в Compared мы наблюдаем черепа только областях, представляющих интерес и, наконец, в Decimated мы имеем черепа, выровненные по размеру. Для ничего не подозревающего читателя это, кажется, одно изображение, помещенное рядом.
Когда мы представляем себе сравнение в «твердой» модели, мы понимаем, как все они совместимы. Теперь давайте перейдем к выводам.
Выводы
Наиболее очевидный вывод заключается в том, что все программы, за исключением MVE, показали меньшие определения в сетке, и все системы фотограмметрии имели очень схожие визуальные результаты.
Означает ли это, что MVE уступает другим?
Нет, совсем наоборот. MVE является очень надежной и практичной системой. В другом варианте я представлю его использование в случае изготовления протеза с миллиметровым качеством. В дополнение к этому случаю он был также использован в других проектах, делающих протезирование, а это область, которая требует большой точности, и она была успешной. Кейс был даже опубликован на официальном сайте Darmstadt University, института, который разрабатывает его.
Какая система фотограмметрии является лучшей?
Очень трудно ответить на этот вопрос, потому что многое зависит от пользовательского стиля.
Какая система является лучшей для начинающих?
Несомненно, это Autodesk Recap 360. Это онлайн-платформа, которая может быть доступна из любой операционной системы, которая имеет интернет-браузер с поддержкой WebGL. Я уже опробовал непосредственно на смартфоне, и она работала. На курсах, которые я проводил о фотограмметрии, я использовал это решение все больше и больше, потому что студенты, как правило, понимают процесс гораздо быстрее, чем другие варианты.
Какая система является лучшей для моделирования и анимации для профессионалов?
Я хотел бы указать на Agisoft PhotoScan. Он имеет графический интерфейс, который позволяет, помимо прочего создавать маски в интересующей области для фотограмметрии, а также позволяет ограничить область расчета, что резко сокращает время обработки на машине. Кроме того, она экспортирует в самых разнообразных форматах, предлагая возможность показать, где были камеры во время фотографирования сцены.
Какая система Вам нравится больше всего?
Ну, лично я ценю все в определенных ситуациях. Моя любимая на сегодня смесь это OpenMVG + OpenMVS. Оба являются открытыми и могут быть доступны с помощью командной строки, что позволяет мне контролировать ряд свойств, регулируя процесс сканирования при необходимости, будь то реконструкция лица, черепа или любого другого куска. Хотя мне очень нравится это решение, у него есть некоторые проблемы, такие как не совмещение камер по отношению к моделям, когда редкие облака сцены импортируется в Blender. Чтобы решить эту проблему я использую РРТ-GUI, который генерирует разреженное облако из Bundler и соответствия, то есть выравнивает камеры по отношению к облаку более точно. Еще одной проблемой, связанной с OpenMVG + OpenMVS является то, что он в конечном итоге не создает полное плотное облако, даже если разреженные данные показывают, что все камеры выровнены. Чтобы решить эту проблему я использую PMVS, который, хотя и генерирует менее плотные сетки, чем OpenMVS, он очень надежен и работает практически во всех случаях. Еще одна проблема с вариантами на открытом исходном коде – необходимость компиляции программ. Все работает очень хорошо на моих компьютерах, но, когда я должен передать решения студентам или заинтересованным, это становится большой головной болью. Для конечного пользователя важно иметь программное обеспечение, в котором на одной стороне загружаются изображения, а с другой получается 3D модель и это предлагают запатентованные решения. Кроме того, лицензии полученных моделей понятнее в этих приложениях, и я чувствую себя безопаснее в области профессионального моделирования, чем, например, при использовании шаблонов, генерируемых в PhotoScan. Технически, вы платите за лицензию и можете генерировать шаблоны по своему желанию, используя их в своих работах. Так, что это решение подобно решениям от Autodesk.
В моих предыдущих статьях я всегда пропускал введение в фотограмметрию, потому что существует множество ознакомительных инструкций. Однако недавно я заметил, что большинство из них не рассматривает подробно, как нужно правильно снимать изображения. Поэтому я решил создать собственное руководство обо всём, что знаю в фотограмметрии.
Эта статья предназначена для следующих категорий пользователей:
- Тех, кто никогда не использовал фотограмметрию или 3D-сканирование.
- Тех, кто уже пользовался фотограмметрией, читал вводные инструкции и хочет улучшить качество сканирования.
- Тех, кто уже всё это знает, но хочет проверить, не пропустил ли чего-нибудь.
Выражаю особую благодарность Югославу Пендичу (Jugoslav Pendić) за редактирование и дополнение этой статьи. Ещё я благодарю команду, занимающуюся 3D-сканированием, за ликвидацию пробелов в моих знаниях.
Что такое фотограмметрия?
Если вы читаете эту статью, то, надеюсь, вы уже знаете, что такое фотограмметрия. Если вкратце, то это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов.
Хотя эта техника совсем не нова, она намного старее современного процесса, и она широко использовалась в картографии и геодезии. Она стала более популярной благодаря доступности из-за увеличения мощности компьютеров, что позволило ей распространиться в другие области, такие как видеоэффекты и разработка игр.
Если вы хотите быстро ознакомиться с началами фотограмметрии, рекомендую изучить следующие материалы:
-
, короткие видео Джеймса Кэнди (James Candy). , Бертран Бенуа (Bertrand Benoit). .
Программное обеспечение
Существует множество программ для фотограмметрии, которые можно использовать для обработки снятых изображений. Обычно все они дают достаточно хорошие результаты. Однако одни приложения могут иметь преимущества в некоторых областях. Но всё-таки стоит заметить, что хотя правила съёмки фотографий и одинаковы для всего ПО, существуют специфические для разных приложений рекомендации, потому что каждая программа обрабатывает данные по-своему. Эти рекомендации позволяют полностью использовать возможности ПО, и я советую потратить время на ознакомление с ними.
Например, из-за медленности вычислений в Agisoft вы можете стремиться записать в одно изображение как можно деталей. А Reality Capture стремится отфильтровывать эти фоновые детали, потому что они могут вносить шум. Однако Reality Capture быстрее, поэтому для неё можно просто сделать больше фотографий.
И ещё одно примечание: все описания основаны на моём личном опыте работы с этим ПО, который может отличаться от вашего. Рекомендую изучить эти варианты ПО (или другие) и самостоятельно сделать выбор.
Компьютер
Требования к компьютеру зависят от выбранного ПО, однако с помощью исследований и экспериментов я выяснил, что для большинства пакетов рекомендуемыми минимальными требованиями являются следующие:
-
Процессор: рекомендую core i7 с не менее чем 4 физическими ядрами. Xeon — это хорошо, но многие пакеты, например, Reality Capture предпочитают количеству ядер их скорость. Рекомендуется компьютер с одним процессором.
Оборудование
При работе с фотограмметрией обычно используются следующие инструменты:
- Камера: это самое очевидное, невозможно делать снимки без камеры. Идеальный выбор — камера с самыми чёткими снимками (например, Nikon 810, Canon 5D), разрешение тоже важно, но не так сильно. Можно делать потрясающие сканы даже цифровой «зеркалкой» за 300$, просто нужно больше снимков. На самом деле появляется всё больше достойных сканов, сделанных на телефонную камеру. При возможности всегда стоит снимать в RAW, постпроцессинг с небольшим удалением шума и повышением резкости поможет увеличить разрешение. Вот пример скана, сделанного Милошем Лукачем (Milos Lukac) с помощью Canon 550D и Reality Capture.
- Объектив: используйте объектив с постоянным фокусным расстоянием, чем чётче, тем лучше. Если у камеры объектив с переменным фокусным расстоянием и вы хотите использовать его, то выберите верхний или нижний предел и сохраняйте его на протяжении всей съёмки.
-
ISO как можно ниже, предпочтительно не выше 400.
В качестве высокоточного устройства позиционирования используется мобильное устройство DGPS (differential GPS) или тахеометр. Это в основном относится к использованию дронов для разметки рельефа и в геодезии. Три точки — это самый минимум, возможно, вам понадобится больше. Они располагаются таким образом, чтобы точки равномерно распределялись по всей документируемой области, а несколько находилось в центре. Этого очень сложно добиться на месте съёмки, и обычно такой подход используется в проектах с большим финансированием. Определение масштаба здесь не является проблемой, но позиционирование при геодезических работах означает, что из окончательного результата получаются планы, анализы или средства контроля. Т.е. обычно они будут использоваться в рабочем пространстве GIS.
Инструкции
В этом разделе содержатся общие советы по правильной съёмке изображения и о том, на что стоит обратить внимание.
Во-первых, прочитайте великолепную статью Искусство фотограмметрии: как делать снимки, в ней очень хорошо всё объяснено.
Во-вторых, вот общие советы, полученные с форумов по Reality Capture, от 3D Scanning User Group и из личного опыта.
- Не ограничивайте количество изображений, Reality Capture может осилить любое число. (Agisoft тоже сможет их обработать, но для этого потребуется большая вычислительная мощность.)
- Используйте максимально доступное разрешение.
- Каждая точка поверхности сцены должна быть чётко видна по крайней мере на двух высококачественных изображениях. Здесь работает правило «чем больше, тем лучше», и нужно стремиться хотя бы к трём изображениям, потому что для получения результатов большинство программ использует расчёт триангуляции. В Agisoft совершенно точно нужно больше трёх для уменьшения шума.
- Всегда перемещайтесь при съёмке. Стоя на одной точке, вы получите только панораму, которая ничем не поможет созданию 3D-модели, и даже внесёт в скан ошибки. Перемещайтесь вокруг объекта по кругу, стремясь к 80% наложения между фотографиями.
- Не меняйте точку обзора больше чем на 30 градусов.
- Начните со съёмки всего объекта, двигайтесь вокруг него, а затем фокусируйтесь на деталях. Приближайтесь не резко, а постепенно.
- Завершайте маршруты. При съёмке таких объектов как статуи, здания и подобных им нужно всегда двигаться вокург и заканчивать в том же месте, откуда начали.
- Не останавливайтесь на одном обходе, сделайте несколько с различной высоты.
- Поворачивайте камеру (горизонтальное и вертикальное перемещение обеспечивает лучшую калибровку).
- Доверяйте своим инстинктам, экспериментируйте и не бойтесь нарушать правила, если это нужно.
В-четвёртых, всегда следует с самого начала определяться с целевых разрешением. На самом деле, вам может понадобиться не такое большое разрешение, как вы думаете, что сэкономит время обработки. Разрешение зависит от параметров обработки, разрешения изображений и количества фотографий. Всё это можно и нужно иметь в виду. При сканировании камней для игры, чтобы получить модели высокого разрешения может хватить 20 снимков, в особенности если поверх отсканированной тестуры наложить процедурную текстуру с деталями. Если вы сканируете замок, вам тоже может не понадобиться большое разрешение. Просто отсканируйте замок в низком разрешении, выберите ключевые повторяющиеся элементы и отсканируйте их в высоком разрешении. Затем сгенерируйте остальное. Может возникнуть и противоположная ситуация: потребуется 500 снимков для сканирования одного камешка.
Чаще всего вам не понадобится режим Ultra High Settings в Agisoft или High settings в Reality Capture.
Практика
Теперь, когда вы кое-что знаете о фотограмметрии, вот несколько интересных примеров, которые стоит попробовать:
- Отсканируйте камень, это лёгкая мишень и хорошая задача для начала. Постарайтесь сделать как можно меньше снимков для реконструкции полной сетки, а потом начните добавлять изображения для увеличения разрешения деталей.
- Отсканируйте статую: статуя похожа на камень с интересными вогнутыми формами, которые немного повысят сложность работы.
- Отсканируйте ботинок. Не знаю, зачем все так делают. Возможно, это какой-то ритуал инициации, или что-то подобное.
- Отсканируйте узкий тоннель или лестничные проёмы. Сложность здесь в том, что у вас не будет достаточно пространства для перемещения и съёмки с разных углов. Хитрость в том, чтобы пересечь туннель, делая один снимок того, что перед вами при каждом шаге вперёд.
- Отсканируйте интерьер. У Valve есть интересный подход, который вы можете попробовать.
- Отсканируйте здание или даже замок, попробуйте сделать это с дроном и без него. Можно вскарабкаться на здание или воспользоваться длинным шестом с камерой. Подсказка.
- Отсканируйте отражающую поверхность. Изучите это видео студии ten24 по 3D-сканированию отражающих объектов с помощью фотограмметрии.
- Отсканируйте голову одной камерой. Это сложно, постарайтесь не двигаться, или попробуйте использовать поворотный стол.
- Отсканируйте насекомое. Есть хороший пример отсканированного 2cgvfx насекомого.
- Отсканируйте рельеф. Изучите ещё один подход Valve, но я крайне рекомендую исследовать подход с пролётом дрона по надиру.
Другие способы сканирования
Следует знать, что фотограмметрия — не решение всех задач. Существуют другие способы сканирования, в некоторых случаях срабатывающие лучше.
- Лидар — это геодезический способ измерения расстояния до цели подсветкой цели лазером. Лидар может быть быстрее в сборе 3D-данных, и он определённо эффективнее при сканировании растительности и полей, хотя этот способ и довольно дорогой. Лидар-сканнер тяжёлый, поэтому сложно будет прикрепить его к дрону, хотя некоторым компаниям удалось создать собственных дронов. Вот короткое видео, опубликованное Capturing Reality, в котором используется Reality Capture для комбинирования данных лазера с фотографиями для создания точной модели. Также в видео рассматриваются преимущества обоих способов.
- David Laserscanner — это гораздо более дешёвая самодельная альтернатива, в которой для измерения и сканирования объекта тоже используется лазер. Её можно применять для сканирования мелких и средних объектов (например, катеров). Стоит заметить, что владельцем этого ПО недавно стала HP.
- Сканер Artec — это ручной лазерный сканер, обеспечивающий хорошие результаты. Можно использовать для сканирования мелких предметов.
- Microsoft Kinect тоже можно использовать для сканирования объектов и людей, но у него довольно низкое разрешение.
- RTI — это вычислительный фотографический способ, снимающий форму поверхности объекта и позволяющий интерактивно изменять освещение объекта с любого направления. RTI также позволяет выполнять математическое усовершенствование формы поверхности объекта и цветовых атрибутов.
Заключение
Приступайте к работе, не сомневайтесь, постоянно практикуйтесь и пробуйте сканировать любым доступным оборудованием.
Если вы прочитали эту статью и все остальные, на которые я ссылался, и теперь не знаете, что ещё можно изучить, то прочитайте мою статью "Процесс создания готовых игровых текстур и ресурсов с помощью фотограмметрии". Также можно прочитать другие мои статьи на веб-сайте моей игры World Void на странице Devlog.
Если у вас есть вопросы, или вы считаете, что я что-то упустил, то свяжитесь со мной в Твиттере: @JosephRAzzam.
Читайте также: