Предметное моделирование

Ф09 · Предмет

Выбор фотоаппарата

Большая матрица
Крупный пиксель
Много пикселей
Хорошая оптика
Умный процессор
…тот, что есть у себя или соседа слева
Phase One XF Camera Body
2 240 000,00 ₽*

Домашняя фотостудия

Фотоаппарат
Штатив
Свет
Рассеиватель
Спусковой тросик
Фон
Поворотный стол

Домашняя фотостудия

Фотоаппарат
Штатив
Свет
Рассеиватель
Спусковой тросик
Фон
Поворотный стол

Фотограмметрия

- направление, занимающееся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям

Одним из современных направлений фотограмметрии является создание трехмерных копий объектов по фотографиям

Трёхмерное сканирование (3D-scan)

Трехмерное сканирование объектов набирает большую популярность в связи с растущей цифровизацией общества.

Применение трёхмерных моделей:

Индустрия компьютерных игр (игры)
фотосъёмка
создание фотограмметрических 3D-моделей
3D-моделирование в графических редакторах

Применение трёхмерных моделей:

Индустрия компьютерных игр (игры)
Тизер к игре Cyberpunk: youtu.be
итоговый рендер

Применение трёхмерных моделей:

Киноиндустрия (фильмы и мультфильмы)
3D-модели для фильма «Безумный Макс»
моделирование персонажей для МФ «Relicts»

Слайд 10

Применение трёхмерных моделей:

Отрасль культуры (музеи)
Библиотека 3D-моделей объектов культуры и истории: sketchfab.com
Крылатый «Лев-Сигна», музей Востока, г. Москва
Белокаменный Георгиевский собор ХIII века в г. Юрьев-Польском
стенд для предметной съемки

Применение трёхмерных моделей:

Отрасли промышленности (реинжиниринг и контроль качества)
реставрация Ford Eifel 1937 года
Контроль качества фрезеровочных работ

Применение трёхмерных моделей:

Дизайн и проектирование (3D-визуализация)
Автоматическое определение зданий на 3D-модели

Применение трёхмерных моделей:

Медицина и органы безопасности
Цифровая модель голени и ортеза
фиксация ущерба от аварии

Применение трёхмерных моделей:

Индивидуальное применение

Применение трёхмерных моделей:

Индустрия компьютерных игр (игры)
Киноиндустрия (фильмы и мультфильмы)
Отрасль культуры (музеи)
Отрасли промышленности (реинжиниринг и контроль качества)
Дизайн и проектирование (3D-визуализация)
Индивидуальное применение
Медицина и органы безопасности
…

Поверхностная триангуляционная модель

Поверхностная квадраляционная модель
Твердотельная модель
Воксельная модель
Каркасная модель
Прототип (фото)
Текстурированная поверхностная модель
Виды 3D компьютерных моделей
Результат работы фотограмметрических программ

Фотоаппарат

Мощный ПК
ПО для обработки
Требуемое оборудование
световой куб
Поворотный столик
штатив
освещение
спусковой тросик
обязательно

Autodesk Recap Photo (edu free)

RealityCapture
ContexCapture
Pix4D
Altizure (free?)
Photomodeller
Metashape
3DFZephyr (free?)
VisualSFM (free)
Meshroom (free)
Программное обеспечение

Intel i5 и выше (рекомендуется i7+ или Xeon)

16 GB ROM и выше (рекомендуется 64)
Видеокарты Nvidia с поддержкой CUDA (возможно использовать несколько)
SSD
Системные требования

Математика вопроса

Базовые фотограмметрические уравнения
Первый патент на фотограмметрический метод (1893 г.)
измерение параллаксов на стереопаре
Параллакс - изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.

P=X1-X2

Z/f=-B/p
X1
X2
Если сделать две фотографии на определенном расстоянии друг от друга (базисе фотографирования B),
а потом измерить координаты одноименных точек (X1,X2), то мы можем узнать расстояние до этого объекта (Z).

Стереоэффект

Левый глаз видит звезду на синем фоне, а правый глаз видит звезду на красном фоне
ощущение протяжённости пространства и рельефности, возникающие при наблюдении реальных объектов
Дальние объекты движутся с меньшей скоростью, чем ближние

Стереоэффект

карта глубины(справа), полученная по стереопаре (изображениям слева)
Карта глубины - это изображение, на котором для каждого пикселя, вместо цвета, храниться его расстояние до камеры
тёмное – дальше
светлое - ближе

Как это было раньше

стереокомпаратор

Современность

технологии получения геометрии по видео в режиме реального времени (VSLAM)

Что ВЫ можете сделать уже сейчас:

Эти модели сделаны по фотографиям
начните с простых матовых цветных предметов с небольшим количеством деталей
меня сделать проще остальных!

Выбор объекта

Простая геометрия
Отсутствие монотонных поверхностей
Отсутствие шерсти, чистого стекла и металла
Отсутствие мелких деталей
…посмотрите какие объекты используют в интернет гайдах – все они простые

Съемка

Объект желательно полностью уместить в кадр
Либо не двигать объект, либо использовать монотонный контрастный фон (лист бумаги – просто и сердито)
Снимать последовательными траекториями – вокруг объекта
Лучше снять больше и удалить!
Чаще не хватает связи между маршрутами, чем внутри них
Больше кадров на узких гранях
Крупный план на деталях
Отключите автоповорот фотографий
Старайтесь не менять фокусного расстояния и фокусировки

Строго следите за качеством фотографий:

Объект в фокусе
Баланс белого близок к истине
Объект видно на фото
Объект не смазан на фото

Обработка изображений

Структура хранения! Все по папочкам!
Переименовать фотографии, если необходимо
Удалить фон, исправить цвет, добавить контраст
Связать все фотографии воедино. Если часть не встала – либо связывать вручную, либо переснять. Переснять обычно проще
Если что-то встало не на свое место – править сразу!
Построить облако, посмотреть на качество, если есть ошибки – править. Мелкие ошибки можно будет замазать на модели
Строим модель
Упрощаем модель
Натягиваем текстуру

Исправление геометрии и ретопология

Удалить шумы и ошибки геометрии
Уменьшить количество полигонов
Преобразовать триангуляцию в квадраляцию
Выделить структурные линии
Создать корректную развертку UV матрицы
~6 000 000 полигонов
~15 000 полигонов

Создание дополнительных «карт»

Карта нормалей (Normal bump)
Карта диффузных отражений (Albedo. Diffuse. Base color)
Карта зеркальных отражений (Specular)
Карта металличности (Metalness)
Карта шероховатости (Roughness. Glossiness. Smoothness)
Окклюзия окружающей среды (Ambient occlusion)
https://habr.com/ru/company/funcorp/blog/465457/
…про это подробнее читайте в интернетах, много и сложно

Требования к зачёту(по моей теме):

ФГМ модель с упрощенной геометрией и корректной текстурой, загруженная на портал Sketchfab и .zip архивом на официальную почту;
Отчет по теме «предметное моделирование»;
Представление на установление местного/временного режима в указанном районе;
План полетов для ЗЦ;
План полета для автопилота БЛА;
Ортофотоплан и ЦММ района;
План расположения и паспорта ПВО;
Горизонтали;
Топографический план указанного участка, выполненный в масштабе 1:1000;
Отчет по теме «аэрофототопография».

Дополнительная литература

Методические указания по созданию трёхмерной модели в домашних условиях: docs.google.com
Официальная инструкция Unity по фотограмметрии: unity3d.com
Руководство пользователя Agisoft Metashape: agisoft.com/pdf/metashape-pro_1_5_ru.pdf
Пошаговое руководство: Построение 3D модели в программе Agisoft: agisoft.com/pdf/PS_1.1