Fotogrametria. Wiem jak to robić i to cieszy

Wracam do motywu przewodniego tegorocznych wpisów na blogu, czyli do fotogrametrii. Kwiecień był miesiącem, w którym zrobiłem więcej w tej kwestii niż chyba sam się spodziewałem. Jeśli czytaliście wpis ze stycznia, to wiecie, że postawiłem sobie za cel wykonać 52 modele w tym roku. Co jednak nie znaczy, że każdy ma być „na tip top”. Raczej chodzi o liczbę projektów, jakie chcę w tym roku zamknąć w tej przestrzeni. Posłużą do nauki tej metody pozyskiwania danych geometrycznych i barwowych. Co ważne. W kwietniu robiłem skany nie w mieszkaniu, czy w przygotowanej przestrzeni, a w plenerze, przy naturalnym świetle. Zrobiłem takich „akcji” więcej niż zapowiedziane raz na tydzień. W sumie mam za sobą… 8 „sesji fotograficznych”. Wyniki poniżej ze szczegółami, ale zanim same modele to kilka obserwacji.

Po pierwsze. Chmury mają wielkie znaczenie

Dlaczego białe obłoki na niebie są kluczowe dla procesu skanowania? Bo modyfikują słoneczne światło. Zrobiłem zdjęcia zarówno w pochmurny dzień, jak i w dość bogate w słońce popołudnie. Robiłem obiekty w przestrzeni zacienionej i w otwartym słońcu, jak i klomb kwiatowy w prześwitach słońca w parku. I oto czego się na pewno dowiedziałem. Do skanowania obiektów metodą fotogrametryczną najlepiej nadaje się pochmurna pogoda z pokaźną warstwą chmur nad głową. Zarazem nie wtedy, kiedy pada deszcz. Jest to preferowana pogoda, bo dobrze wtedy układają się cienie. Czy może lepiej powiedzieć, że ich praktycznie nie ma. W pochmurnej aurze obiekty nie mają na sobie ostrych cieni, a te w procesie skanowania niestety „wypalają się w teksturze”. Mam na myśli fakt, że cień uwieczniony na fotografii przełoży się na zeskanowany model i może być problematyczny w pewnych zastosowaniach w grafice 3D. A o deszczu wspomniałem, bo krople tworzą zakrzywienie światła na powierzchniach. Mam wrażenie, że skanowanie mokrego modelu to bardzo zły pomysł. Sam takiej próby jeszcze nie podejmowałem – być może nigdy tego nie zrobię. Doprecyzuję jeszcze o chmurach i cieniach. Cień zawsze kładzie się zgodnie z padaniem światła i uwieczniony – powiedzmy na 150 zdjęciach obiektu – znajdzie się w środowisku 3D dokładnie w tym samym miejscu na powierzchni modelu. Wygenerowane ze zdjęć tekstury modelu 3D będą miały dokładnie tak samo układające się ciemne przestrzenie, jak obiekt w momencie skanowania. To dzieje się wtedy, kiedy słońce oświetla obiekt swoim, niczym nie ograniczonym i nierozproszonym, światłem. Chmury, jako naturalny „softbox” pozwalają tego efektu uniknąć. Nie tworzą ostrych cieni i tym samym pozwalają oddać kolory obiektu bardziej naturalnie. Nawet jeśli mocne światło – w teorii – daje dokładniejszą barwę i saturację poszukiwanego koloru. Stąd, kiedy będę pracował z obiektami w przestrzeni publicznej, to rozproszonego światła będę szukał, choć są od tego wyjątki.

Po drugie. Wyjątki

Jakie to wyjątki? No, sytuacje, kiedy obiekt jest w cieniu. Powiedźmy to sobie dość jasno, nie każdy obiekt fotoskanowania to duży, kilkupiętrowy dom, budynek, czy jakiś monument. Sam skanowałem (efekty poniżej) elementy placu zabaw, mur, drzewa. Takie niewielkie obiekty mają to do siebie, że mogą być w parku, gdzie jest cień lub przy ścianie budynku, także o pewnych porach dnia w cieniu. Wtedy ostre światło słoneczne nie koniecznie będzie problemem. I jeszcze jeden wyjątek. Światło i chmury nie mają znaczenia kiedy pozyskujemy dane geometryczne jakiegoś obiektu. Czyli w takim scenariuszu w jakim kolor i tekstura powierzchni nie są nam do niczego potrzebne w 3D. Sam nie wykluczam, że takim skanom też będę się poświęcał. Mogę sobie wyobrazić scenariusz kiedy tylko kształt jest potrzebny a kolory obiektu nie są istotne. Wtedy można robić fotografię i skan o każdej porze dnia i niezależnie od pogody czy natężenia światła.

Modele. Co to, szczegóły i jakie udało się uzyskać efekty?

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 83
• Verteksów: 156 544
• Poligonów: 309 996
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 8,42 MB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 23,6 MB

Uwagi. Ten mur dziennie mija pewnie i kilka tysięcy osób. Znajduje się w samym centrum Katowic (mojego rodzinnego miasta), naprzeciwko ul. Franza Wincklera, gdzie ta wypada na ul. Piotra Skargi. Pewnego weekendowego przedpołudnia natchnęło mnie, aby w tym miejscu zrobić cegłom zdjęcia. Ze wszystkich modeli jakie kiedykolwiek wykonałem mam nieodparte wrażenie, że ten ma najwyższą jakość. Udało się praktycznie wszystko w nim przenieść: od faktury samych cegieł, przez załamania powierzchni, po kolor pomarańczowy całego elementu. Jestem niezmiernie zadowolony z tego jakiego rodzaju jakość ten model reprezentuje. Nada się do każdej sceny, gdzie potrzebny jest ceglany mur. Dodam też, że zdjęcia do tego projektu wykonałem po prostu telefonem komórkowym.

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 64
• Verteksów: 17 838
• Poligonów: 34 983
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 964 KB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 16,5 MB

Uwagi. W przypadku tego konaru co się udało, to zeskanować go w całości. Wykonałem chyba z trzy okrążenia i w każdym po około 20 zdjęć. Przeniosły one kolory i złożoność całego drzewa bardzo dobrze.

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 164
• Verteksów: 76 092
• Poligonów: 149 999
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 3,86 MB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 56,1 MB

Uwagi. Nieopodal miejsca gdzie mieszkam jest plac zabaw a na nim typowe zabawki dla dzieci przymocowane do podłoża. Ten niebieski samochodzik to jedna z takich zabawek. O tyle ten skan zapadł mi w pamięć, że musiałem się trochę nagimnastykować, aby wszystkie płaszczyzny obiektu złapań na zdjęciach. Jednak udało się. Jego elementy wewnątrz są odwzorowane dokładnie, w każdym calu. W środowisku 3D można obracać go dowolnie i z każdej strony nie będzie miał żadnych dziur. 

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 144
• Verteksów: 302 440
• Poligonów: 599 913
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 47,6 MB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 60,1 MB

Uwagi. Karuzela to już trochę inna para kaloszy. W odróżnieniu od huśtawki samochodziku ma pewne ułomności. Jej metalowe fragmenty są dość „poszarpane” w modelu 3D. Myślę, że to efekt odblaskowego materiału z jakiego jest wykonana. Niestety nie udało się też przenieść płaszczyzn siedziska tak dokładnie. Są w nim dziury. Jednak łatwo jest je naprawić już w programie jakim jest Blender jeśli to komuś potrzebne. Co mnie się spodobało, to fakt – ten model bardzo dobrze przenosi kolory. Są niemal identyczne z tymi z fotografii.

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 178
• Verteksów: 850 875
• Poligonów: 1 699 322
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 47,6 MB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 33,4 MB

Uwagi. Powyższy klomb to najbardziej „ciężki” z modeli. Ma dość dużą, jak na projekty jakimi teraz się zajmuję, ilość szczegółów – ponad 1 500 000 poligonów. Zarazem jest i największym ze wszystkich jakie do tej pory przygotowałem. Oddaje bardzo dobrze charakter „instalacji” z kwiatów i kamieni, jaką kiedyś ułożono w parku. Jedyne co chciałem zrobić z nim więcej, to wykonać zdjęcia z góry. Niestety nie miałem do tego drona w tamtej chwili i to pewnie zaważyło na jakości szczegółów modelu w jego centrum – w samym wierzchołku. Poza tym, to chyba do niczego nie można się by przyczepić. Ten model można bez większych problemów położyć w każdej scenie 3D jaka potrzebuje naturalnego akcentu w tle na przykład.

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 146
• Verteksów: 450 580
• Poligonów: 898 694
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 23,1 MB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 21,5 MB

Uwagi. Z kolejką jest związane pewne ograniczenie. W przeciwieństwie do modeli powyżej, a już na pewno w kontraście do drzewa, nie można jej obejść dookoła. Znaczy to, że szczegóły i tekstura jaką widać na obrazie powyżej to strona z jakiej mogłem zrobić zdjęcia – powiedźmy z lewej strony kolejki. Zarazem industrialny charakter tego obiektu bardzo mi odpowiada. Cieszę się bardzo, że zdecydowałem się też taki element zeskanować. To pokazuje uniwersalność metody fotogrametrii w jej rożnych zastosowaniach.

Dane:

• Zdjęć źródłowych: 115
• Verteksów: 75 299
• Poligonów: 149 999
• Rozmiar modelu w formacie FBX: 3,96 MB
• Rozmiar tekstury w formacie .png, rozdzielczość 4096 na 4096: 17,5 MB

Uwagi. W końcu kłoda. Choć to nie jest de facto kłoda. To drzewo fotografowane było w pionie, choć jak przygotowałem ten model to z automatu program 3D uznał, że jest w poziomie. Nie wiem dlaczego tak się stało. Nie żeby to było jakieś ograniczenie. Co ważne może być użyta zarówno w pionie jak i w poziomie. Polecam nie ograniczać się tylko do takiej orientacji obiektu w jakiej został pozyskany. To otwiera różne kreatywne możliwości drogi Czytelniku.