СТАТЬЯ

3D-фотограмметрия: превращая фотографии в 3D-модели

Узнайте, как конфигурации с камерами Canon EOS используются для создания реалистичных 3D-моделей для видеоигр, фильмов, производственных нужд и искусства.
Технический специалист на лестнице настраивает один из источников света, установленный рядом с многокамерной конфигурацией, окружающей ножничный подъемник.

Поставщик услуг 3D-сканирования Sample & Hold специализируется на услугах 3D-фотограмметрии для представителей сферы творчества и искусства. «Сюда относятся как реклама продуктов или люди, участвующие в разработке компьютерных игр и фильмов, так и скульпторы, которые хотят получить с помощью 3D-принтера или станка с ЧПУ 3D-модели и макеты для создания версий большего размера перед нанесением на них слоя глины», — говорит Сэм Джексон, сооснователь Sample & Hold.

3D-фотограмметрия — это процесс воссоздания физического объекта для изготовления точной 3D-модели. Этот метод можно использовать для съемки любых объектов — от людей и исторических артефактов до самолетов, построек и объектов даже большего размера.

«Это отличный способ изучить объект и сделать его уменьшенную копию, чтобы осмотреть его и оценить текстуру, — говорит Джон Морис, менеджер по маркетингу продукции в Canon Europe. — Схожего результата можно достичь с помощью компьютерной графики, однако с ней вы никогда не сохраните нюансы и детали, которые позволяет воссоздать фотограмметрия».

Возможности цифровой фотограмметрии и 3D-моделирования безграничны — эта техника применяется в промышленном производстве, инженерных проектах, а также сферах дизайна, развлечений и здравоохранения. «Создание 3D-модели человека может помочь в диагностике и отслеживании хода лечения, — поясняет Джон. — А в промышленной отрасли возможность создать 3D-модель позволяет избежать лишних затрат на изготовление прототипа».
Общий вид на источники света, установленные рядом с многокамерной конфигурацией, окружающей ножничный подъемник.

Для фотограмметрии в полный рост Sample & Hold используют 154 камеры. «Самое приятное, что таким образом удается запечатлеть все сразу, используя вспышки, — говорит Сэм. — Это означает, что во время сканирования человек или животное могут двигаться, и это не помешает результату».

Мужчина в футболке и штанах стоит на ножничном подъемнике среди источников света и множества камер.

Ножничный подъемник используется для того, чтобы разместить человека на нужной высоте внутри конфигурации с камерами для съемки в полный рост. «Конфигурация использует принцип дублирования, — говорит Сэм. — Она предназначена для сканирования на высоте около 2 метров, поэтому людей невысокого роста мы поднимаем к точке, где их голова находится в нужном месте области сканирования, чтобы не использовать нижние камеры».

3D-фотограмметрия — это крайне специализированная область, которая характеризуется процессом, требующим тщательного подхода. «Нужно сделать много фотографий объекта, включая общую область в 2/3 смежных изображений, для создания 3D-карты, — говорит Джон. — Так что при съемке на одну камеру ее необходимо понемногу и крайне точно перемещать для корректного наложения».
По этой причине для 3D-фотограмметрии обычно используют специальные конструкции со множеством камер. Камеры расположены таким образом, чтобы объект можно было запечатлеть со всех ракурсов за один подход. Затем все изображения выгружают в специальную программу, которая проверяет наложение и генерирует 3D-геометрию.

Компания Sample & Hold, ведущий поставщик услуг 3D-сканирования, использует две такие конфигурации: одну для сканирования в полный рост и одну для сканирования головы. «В конфигурации для сканирования в полный рост задействовано 154 камеры, — говорит Сэм Джексон, один из основателей компании. — Это относительно компактное крепление, однако на нем установлено значительное количество камер. Они обеспечивают съемку человека со всех сторон и срабатывают одновременно, что позволяет получить целый ряд изображений без сдвига по времени, которые затем можно выгрузить в ПО Reality Capture. Эта программа использует все данные изображений и находит одинаковые области, после чего создает из них сферическое изображение 360°».
Есть ли у вас оборудование Canon?

Есть ли у вас оборудование Canon?

Зарегистрируйте свое оборудование и получите доступ к бесплатным консультациям экспертов, обслуживанию оборудования, интересным мероприятиям и специальным предложениям — участвуйте в программе Canon Professional Services.
Некоторые из источников света и камер в студийной конфигурации для 3D-фотограмметрии.

«Мы сами изготавливаем конструкции для освещения, поскольку в магазинах такие конфигурации не предлагают, — говорит Ник Футс из компании Esper, которая предоставляет многокамерные конфигурации и оборудование для 3D-сканирования. — Это может быть освещение с поляризацией и без; разные типы нужны для разного уровня детализации поверхности». По словам Сэма Джексона из Sample & Hold, где оборудование Esper используется на самодельных креплениях (см. на изображении), иногда требуется не только дополнительное освещение. «Если объект имеет одну монотонную плоскость или поверхность, фотограмметрия не сработает без проецирования на него шаблона, который поможет создать текстуру», — поясняет он.

Технический специалист настраивает одну из камер Canon в конфигурации с высоким креплением.

Многокамерные конфигурации Sample & Hold позволяют компании фотографировать маленькие объекты размером с монетку и большие объекты размером до 3x3 метра.

Какая камера лучше всего подходит для 3D-фотограмметрии?

При создании конфигурации на основе крепления с более чем 100 камерами стоит обратить внимание на более недорогие варианты. «Для таких задач отлично подходят цифровые зеркальные камеры начального уровня, — говорит Джон. — И объективы примерно того же уровня. Популярны 50-мм объективы, поскольку они достаточно недорогие и обеспечивают необходимый уровень качества».
Одним из преимуществ выбора камер Canon EOS для 3D-фотограмметрии — это широкий ряд решений, поддерживающих эту систему. «Существует целый ассортимент продуктов с разной ценовой политикой, — говорит Джон. — Если вам потребуются адаптеры переменного тока, вы сможете заказать их у нас. Мы также предлагаем Canon SDK [Комплект средств разработки], который позволяет сторонним разработчикам создавать специализированные рабочие процессы с учетом особенностей аппаратного обеспечения Canon. А при замене камер на новые можно просто обновить SDK, чтобы добавить поддержку новых устройств — так рабочий процесс останется прежним».

Сэм говорит, что 3D-фотограмметрия не требует особых возможностей, которые доступны только на камерах профессионального уровня. «Сейчас мы используем Canon EOS 2000D и Canon EOS M6 Mark II, то есть камеры начального уровня, — говорит он. — EOS 2000D оснащена 24-МП датчиком изображения, который обеспечивает достойный уровень качества. То же можно сказать и о EOS M6 Mark II, хотя ее датчик имеет разрешение 32,5 МП. Мы приобрели эту камеру в качестве эксперимента, поскольку раньше никогда не работали с беззеркальными камерами. Теперь мы задумываемся о съемке исключительно на EOS M6 Mark II, поскольку это действительно хорошая камера.
Камера Canon EOS, стоящая на штативе в студии, направлена на стеклянный стол, на котором стоит один красный кроссовок. Мужчина просматривает изображение кроссовка на ПО, открытом на мониторе.

Описание работы Canon EOS Digital SDK

Узнай, как раскрыть возможности дистанционной съемки на камеры EOS и PowerShot с помощью комплекта разработчика программного обеспечения Canon (SDK).
Мы не стали переходить на полнокадровый формат отчасти потому, что камеры APS-C обеспечивают большую глубину резкости, что крайне важно при обработке данных».
Камера Canon EOS 1300D крупным планом в студийной конфигурации для 3D-фотограмметрии.

Помимо использования камер Canon EOS 2000D и EOS M6 Mark II в Sample & Hold также применяют для многокамерных конфигураций более старые модели и крепления ранних поколений (например, Canon EOS 100D и EOS 1300D) для съемки, к примеру, затылка человека.

Технический специалист сидит возле ноутбука, а мужчина стоит внутри конфигурации для 3D-фотограмметрии на фоне.

Canon SDK (Комплект средств разработки) позволяет управлять некоторыми камерами Canon в удаленном режиме через ПО сторонних производителей. Джон отмечает, что также доступен управляющий SDK Canon на базе открытого исходного кода для Linux.

В конфигурации для сканирования в полный рост Sample & Hold используют объективы 100 мм, 85 мм и 50 мм, такие как Canon EF 85mm f/1.8 USM и Canon EF 50mm f/1.8 STM, где разные фокусные расстояния применяются для акцента на важных участках, например стопах и руках. В конфигурации для головы используются объективы 40 мм и 50 мм, такие как Canon EF 40mm f/2.8 STM.

«Мы всегда работаем с фикс-объективами, — говорит Сэм, — поскольку они обеспечивают стабильный результат даже при транспортировке крепления.

Камеры начального уровня не предназначены для такой эксплуатации, поэтому бывает, что их затворы срабатывают не одновременно, а с некоторой задержкой. Чтобы избежать этой проблемы, мы используем вспышки для управления экспозицией. Мы снимаем в темной студии и запускаем камеры с выдержкой 1/3 или 1/5 сек., после чего одновременно активируем все вспышки для экспонирования. Мы управляем камерами с помощью ПО Smart Shooter и синхронизируем устройства с помощью Esper TriggerBox».
Ноутбук с 3D-моделью стоящего человека на экране стоит окружении разных камер.

Созданные с помощью этих камер изображения совмещаются в специальной программе, которая объединяет их в одну 3D-модель, содержащую все доступные данные.

Фотограмметрия с конфигурацией из нескольких камер

Esper предоставляет многокамерные конфигурации и решения для 3D-сканирования разработчикам видеоигр и компаниям из сферы визуальных развлечений, а также поставщикам услуг рекламы, исследовательским центрам, мгновенным фотокиоскам и другим компаниям. Директор компании Ник Футс говорит, что при настройке системы для 3D-фотограмметрии важнее всего учитывать использование получившихся файлов.

«Во время консультации я сразу же спрашиваю, в чем заключается цель использования. Это будет определять разрешение и формат. На основании этого будет сформирован основной рабочий процесс, — рассказывает он. — Так что если файлы будут применяться в интернет-магазине, и заказчику не требуется сверхвысокое разрешение, я считаю, что нет смысла использовать конфигурацию даже из 60 камер, направленных на объект».

«Если вы собираетесь создать видеоигру в 4K, вам может потребоваться до 160 камер, однако для создания небольших 3D-моделей людей на FDM-принтере, для этого хватит 30–50 камер. 3D-принтер банально не сможет воссоздать разрешение, которое вы получите с конфигурацией с большим числом устройств».
Двое мужчин сидят за столом и смотрят на экран ноутбука, где отображаются 3D-модели людей.

Сэм говорит, что в фотограмметрии сложнее всего запечатлеть текстуру определенных материалов. «К примеру, возьмем кроссовки. Стильные кроссовки зачастую изготавливаются из множества различных материалов, в том числе матовых, глянцевых, прозрачных или блестящих, и все это крайне трудно запечатлеть в рамках нашего процесса». В отличие от них, запечатлеть человеческую фигуру довольно просто.

«Если это довольно небольшой статичный объект, можно найти экономичное решение с 3–4 камерами, расположенными полукругом, дополнительным освещением и столом с поворотной столешницей, — продолжает Ник. — Более того, можно сделать качественные изображения для фотограмметрии даже с помощью всего одной камеры, однако нужно понимать масштаб работ и то, как съемка впишется в общий рабочий процесс».

Сэм из Sample & Hold также рекомендует начинать свой путь в этой сфере с конфигурации с одиночной камерой. «Любой может заняться фотограмметрией на локации, используя дневной свет и всего одну камеру, — говорит он. — Если выбран неподвижный объект, например дом, вам не нужно работать с множеством камер, ведь можно просто запечатлеть его на одну камеру, меняя ее положение.

Даже на YouTube есть целый ряд видеоуроков, которые помогут достичь нужного результата. А затем эти изображения можно обработать в бесплатной программе для 3D-моделирования с открытым исходным кодом вроде Meshroom. Таким образом можно создать ряд прекрасных моделей».

Автор Marcus Hawkins


Статьи по теме

  • Модель в солнцезащитных очках и синем пальто в фотоавтомате StyleShoots.

    СТАТЬЯ

    Удовлетворение спроса в индустрии фэшн-фотографии

    Эксперты обсуждают существующие на данный момент трудности предметной фотосъемки в фэшн-индустрии и то, как технологии помогают их преодолевать.

  • Capturing game-changing video at Rugby World Cup™

    СТАТЬЯ

    Съемка революционных видео на Чемпионате мира по регби™

    Как инновационная видеосистема Canon Free Viewpoint позволила зрителям погрузиться в игру и рассмотреть лучшие моменты Чемпионата мира по регби™ со всех ракурсов.

  • Чашка эспрессо на белом столе в окружении белого и черного стульев.

    СТАТЬЯ

    Лучшее оборудование для предметной фотосъемки

    Ценное руководство по лучшим камерам и объективам Canon EOS для предметной фотосъемки, будь то жанр макро-, лайфстайл- или фэшн-фотографии.

  • Мужчина устанавливает несколько ног манекена в вертикальный фотоавтомат StyleShoots Vertical.

    СТАТЬЯ

    Новый взгляд на фотосъемку продукции операторов индустрии моды

    Узнайте, как фотоавтоматы с камерами Canon дают интернет-магазинам индустрии моды возможность фотографировать до нескольких тысяч продуктов каждый день.

  • Подпишитесь на рассылку

    Нажмите здесь, чтобы получать вдохновляющие истории и интересные новости от Canon Europe Pro