Фотограмметрия — технологии и методы сканирования объектов

Наука стремится запечатлеть мир во всех его проявлениях. Раньше для этого использовали линейку, циркуль, рулетку и прочие самые точные на тот момент приборы. Теперь у нас есть фотограмметрия — комплекс методов измерения, основанный на процессах фотоимитации. На основе фотографических снимков или данных лазерного сканирования создаются цифровые модели объектов, которые потом применяются в различных отраслях, таких как архитектура, строительство, проектирование, картография.

Этот метод стал использоваться еще в конце XIX века, когда циммерманы и чертежники применяли фотограмметрические принципы для создания планов земельных участков. Инженеры по строительству использовали их, чтобы записывать прогресс и выявлять любые потенциальные проблемы.

В нашем современном мире фотограмметрия используется для широкого спектра задач, включая реконструкцию зданий, создание карт местности, построение 3D-моделей для компьютерной графики и даже исследования структуры Луны и Марса.

От виртуальности к реальности: фотограмметрия на практике

Она дарит жизнь цифровым моделям, позволяя им обрести физическую форму.

Фотограмметрические методы, как волшебная палочка, превращают фотографии в виртуальные объемы.

Именно благодаря им невидимое становится видимым, а незримое – осязаемым.

Фотограмметрия позволяет не просто запечатлеть мир вокруг нас. Она помогает нам постичь его глубже, постичь его структуру и форму, раскрывая скрытые закономерности и позволяя нам по-новому взаимодействовать с действительностью.

Постигая фотограмметрию

Мы открываем мир трехмерного восприятия, где снимки оживают в осязаемых объектах.

Фотограмметрия — это не просто набор технологий.

Это своего рода магия, превращающая обычные изображения в пространственные модели.

Это искусство преображения, стирающее границы между измерениями.

Фотограмметрические техники, словно искусный танцор, ловко манипулируют снимками, извлекая из них информацию, которую не заметит обычный глаз.

Каждый кадр — это фрагмент головоломки, а фотограмметрия — мастер, умело собирающий воедино разрозненные кусочки, чтобы воссоздать целое.

Области применения фотограмметрии

Дистанционное измерение и определение пространственных положений объектов на основе снимков надежно закрепилось во многих сферах.

Архитекторы и инженеры используют фотограмметрию для создания высокоточных моделей сооружений. Эта технология применяется при реставрации, реконструкции и строительстве новых объектов.

Археологи при помощи фотограмметрии получают трехмерные модели артефактов и памятников древности, что расширяет возможности их изучения.

В кинематографе и анимации она применяется для аутентичного создания объектов, пейзажей и персонажей.

Незаменима фотограмметрия и в медицине. Она позволяет создавать трехмерные модели различных органов тела, что способствует планированию операций и лечению заболеваний.

Фотограмметрия также применяется в картографии, геологии, сельском хозяйстве, лесоводстве и даже в криминалистике.

Программное обеспечение для трехмерного моделирования

Программ для профессиональной фотограмметрической обработки много. Они платные, но есть и бесплатные варианты. Из популярных выделяют Agisoft Metashape, RealityCapture, Zephyr, которые применяют в самых разных сферах. Для каждого решения характерны собственные преимущества. Давайте же рассмотрим их подробнее.

Agisoft Metashape

Продукт лидера в области разработки фотограмметрических технологий. Функционал позволяет не только создавать 3D-модели, но и решать многие другие задачи: вычисление объемов, ортофотопланов, цифровых моделей рельефа, создание текстур.

RealityCapture

Мощное решение для создания реалистичных трехмерных моделей. Его основным отличием является возможность работы с очень большими наборами данных, даже со спутниковой съемкой. Кроме того, RealityCapture обладает простым и удобным интерфейсом, что делает его доступным для пользователей с любым уровнем подготовки.

Существуют и другие популярные программы, в частности Zephyr, которые также заслуживают внимания. Их выбор зависит от конкретных требований и задач, стоящих перед вами.

Бесплатные инструменты

Если бюджет ограничен, можно использовать бесплатные программы, такие как Meshroom, OpenDroneMap или Colmap. Они вполне способны создавать качественные трехмерные модели, но их функционал может быть несколько ограничен по сравнению с коммерческими аналогами.

Облачные сервисы для трехмерного моделирования

Технологический прогресс открывает новые возможности для создания цифровых моделей объектов с помощью фотограмметрии. При этом онлайн-сервисы становятся все более популярным инструментом для решения таких задач.

Преимущества облачных сервисов

Облачные сервисы предлагают несколько весомых преимуществ по сравнению с традиционным программным обеспечением.

Они не требуют мощных компьютерных ресурсов, что позволяет работать с большими и сложными проектами на обычных устройствах.

Возможность совместного использования данных и совместной работы над моделями в режиме реального времени.

Автоматизация процесса обработки изображений, что значительно экономит время и повышает точность.

Ведущие облачные сервисы

На рынке представлен широкий выбор облачных сервисов для фотограмметрии. Некоторые из самых популярных вариантов включают:

Сервис	Особенности
RealityCapture	Высокая точность и скорость обработки, поддержка широкого спектра форматов камер.
Metashape	Мощные инструменты для обработки облаков точек и создания текстурированных моделей.
Agisoft Cloud	Удобно для обработки больших объемов данных, возможность использования на мобильных устройствах.

Метод фотограмметрии сопоставления

Суть метода в сравнении изображений объекта, полученных из разных ракурсов.

Набор изображений обычно делается с использованием стереокамер — специальных устройств, имитирующих человеческое зрение.

Компьютерная программа выполняет сопоставление изображений, при этом она рассчитывает соответствия между точками на изображениях.

На основе этих соответствий строится пространственная модель объекта.

Метод сопоставления позволяет получить трехмерную модель объекта высокой точности.

В целом, метод фотограмметрии сопоставления — это мощный инструмент для создания трехмерных моделей объектов. Его можно использовать для различных целей, таких как создание виртуальных моделей, моделирование архитектурных объектов, археологические исследования и т. д.

Метод фотограмметрии пересечения лучей

Принцип метода прост: используется пара изображений объекта, снятых с разных точек обзора. На снимках идентифицируются одноименные точки, а затем создается модель объекта, основанная на геометрических взаимосвязях между этими точками и центрами съемки. Для определения координат точек используются математические формулы.

Главное преимущество метода пересечения лучей – его универсальность. Он подходит для объектов различной формы и размера. Он применяется в археологии для реконструкции древних артефактов, в архитектуре для создания объемных моделей зданий и в промышленности для проверки соответствия изделий заданным параметрам.

Съемка для фотограмметрии пересечения лучей может быть выполнена с использованием различных устройств: цифровых камер, дронов, сканеров. Главное требование – точное определение позиций съемочной камеры и корректная идентификация одноименных точек.

По результатам фотограмметрической обработки получаются трехмерные модели объектов с высокой степенью детализации. Эти модели можно использовать для различных целей: визуализации, анализа, проектирования, хранения и передачи данных.

Трехмерное моделирование с фотограмметрией

Фотограмметрия вошла в наш мир и открыла возможности для будущего. Благодаря возможности преобразовывать фотографии в точные 3D-модели, данная методика оказалась востребованной в самых разных областях.

От создания реалистичных персонажей для фильмов до проектирования уникальных архитектурных конструкций, эта технология находит свое применение везде, где необходимы детализированные цифровые модели реальных объектов.

Процесс сканирования с помощью фотограмметрии сочетает в себе искусство и науку, требуя не только фотосъемки с разных ракурсов, но и последующей обработки, включающей в себя выравнивание, калибровку и построение сетки для создания точной геометрии.

Этапы фотограмметрической обработки

Преобразование фотоизображений в трехмерные модели или картографические планы состоит из последовательных шагов. Начнем с подготовки изображений и выравнивания их в единую систему координат.

Затем следует создание цифровых моделей, представляющих поверхность объекта. Эти модели могут быть получены путем измерения точек, извлечения контуров или создания сеток поверхностей.

Далее, на основе цифровых моделей создается трехмерная реконструкция объекта. Этот процесс включает в себя слияние отдельных моделей и текстурирование, при котором изображение объекта накладывается на его трехмерную форму.

И, наконец, на основе трехмерной реконструкции создаются различные продукты, такие как ортофотопланы, карты рельефа и визуализации объекта с различных точек зрения.

Качество фотограмметрических моделей

Точность и полнота трёхмерной модели зависят от различных факторов. Цель фотограмметрии — создать модель, которая максимально соответствует реальности. Рассмотрим ключевые индикаторы качества, чтобы оценить достоверность и пригодность модели, созданной с помощью фотограмметрии.

Разрешение модели

Разрешение определяет детализацию модели и измеряется в единицах на метр. Более высокое разрешение приводит к более подробной модели.

Точность геометрии

Точность геометрии определяет степень соответствия модели реальному объекту. Ошибки могут возникнуть из-за деформации изображения или неточностей в процессе сшивки.

Точность текстуры

Точность текстуры описывает соответствие текстуры модели текстуре реального объекта. Неточностности могут быть вызваны размытием или различиями в освещении.

Параметры качества

Параметр	Описание
Полнота	Отсутствие пробелов или отверстий в модели
Герметичность	Модель закрыта и не имеет не заполненных объёмов
Топология	Правильность геометрической структуры модели

Перспективы фотограмметрии

Трехмерное моделирование прочно вошло в нашу жизнь, а технологии, его создающие, постоянно совершенствуются. Фотограмметрия – одно из таких направлений, которое обещает стать еще более востребованным в будущем.

Развитие технологий виртуальной и дополненной реальности подстегнет рост спроса на детализированные трехмерные модели объектов.

Не менее важную роль играет развитие беспилотников. Они позволяют делать снимки с ракурсов, недоступных человеку.

Усовершенствование алгоритмов, отвечающих за обработку снимков, приведет к повышению точности и скорости создания моделей.

В результате фотограмметрия станет неотъемлемым инструментом в таких областях, как архитектура, геодезия, археология и медицина.

Применение фотограмметрии на стройке позволит в режиме реального времени отслеживать ход работ и оперативно выявлять отклонения от проекта.

В геодезии фотограмметрия поможет создавать более точные карты и планировать инфраструктурные проекты.

В археологии фотограмметрия позволит более детально запечатлевать исторические артефакты и реконструировать древние сооружения.

В медицине фотограмметрия позволит разрабатывать более точные модели анатомических структур и создавать персонализированные планы лечения.

Вопрос-ответ:

Что такое фотограмметрия и в чем ее суть?

Фотограмметрия — это процесс получения точной трехмерной модели объекта путем анализа двумерных изображений, сделанных с разных точек съемки. Суть заключается в построении 3D-модели на основе перекрывающихся фотографий или видеоматериалов, которые позволяют определить положение и форму объекта в пространстве.

Видео:

Гистограмма в фотографии, как ее понять раз и навсегда