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3D Objekte aus Photos incl. HowTo

Ricky_75

Themenersteller
Ich bin gerade über einen Thread 3D Photografie gestolpert und dachte mir, daß ich vielleicht auch mal ein paar Worte zur Photogrammetrie schreiben sollte.

Das Photogrammetrie beschäftigt sich mit der Idee, aus mehreren Photos wieder komplette 3D Objekte zu berechnen. Die Idee dahinter ist mathematisch einfach aber, da wir es mit mathematisch nicht 100%igen Objektiven zu tun haben, in der Realität doch recht komplex.

Auf mehreren Photos werden jeweils die gleichen Punkte markiert oder automatisch erkannt. Damit kann die Software diese Punkte im Raum zuordnen.

Aus vielen Punkten können Ecken, Kanten oder Wolken entstehen, die später ggf. mit Textur in eine 3D Appliaktion exportiert werden können.

Ich habe im Rahmen meines Berufes diese Technik ein paar mal anwenden dürfen und es war hoch interessant.

Ich habe mit dem Programm "Photomodeler Scanner" gearbeitet und beschreibe einfach mal den groben Ablauf:

Aufgabenstellung:
Vermessung eines sehr zugestellten Raumes.

Ausrüstung:
meine gute alte Canon A640 Knipse

HowTo:
Als erstes habe ich in dem Raum an verschiedenen Stellen Marker mit Nummer angebracht, um diese später zuordnen zu können. Zusätzlich habe ich ein Metermaß ausgelegt, um dann die Größenzuordnung durchführen zu können.

Danach habe ich mehrere Photos geschossen, wobei ich folgendes beachten mußte:
* Alle Photos mit der gleichen Brennweite
* Jeder von mir vorher aufgebrachte Marker mußte auf mindestens 3 Photos erkennbar sein
* Auf jedem Bild mußten mindestens 6 Marker erkennbar sein
* Zwischen zwei Bildern muß es eine Überschneidung von mindestens 3 Markern geben.

Wie man sieht: Entweder viele Fotos oder viele Marker :-)
Ich hatte 50 Marker im Einsatz - also etwas Vorarbeit war einfach notwendig.

Nachdem ich die Photos geschossen hatte, alle mit möglichst kleiner Blende, um maximale Schärfentiefe zu erhalten, ging es an die langwierige Auswertung:
Auf jedem Photo mußte jeder Marker pixelgenau markiert werden und ihm jeweils eine eindeutige Nummer zugewiesen werden (deshalb habe ich die Marker vorher beschriftet)
Zusätzlich habe ich noch alle sichtbaren Ecken des Raumes ebenfalls markiert und dann mit Linien verbunden.
Nachdem dieser Prozess abgeschlossen war, habe ich noch das Metermaß (Anfang und Ende) markiert und der Software mitgeteilt, daß der Abstand zwischen den Punkten genau 3m ist.
Jetzt kam der Streß für die Software selber. Nach etwa 2 Stunden Berechnung hatte die Software alle Punkte im 3D Raum angeordnet und mir ein schönes 3D Objekt draus generiert, welches genau bemaßt werden konnte.
Das Interessante:
Der Raum ist ca. 5 auf 8 Meter groß - und die Fehler im 3D Objekt waren kleiner als 2 cm!

Diese Methode wird, wenn man Internetartikeln glauben darf, z.B. in der Forsenik oder zur Aufnahme von Schäden verwendet, wenn kein Laserscanner zur Hand ist, oder das Betreten eines Raumes nicht möglich ist.
Auch bei der Erzeugung von Landkarten kommt diese Technik wohl zum Einsatz, indem mehrere Satelitenphotos oder Aufnahmen aus einem Flugzeug in ein Höhenmodell umgerechnet werden.

Wer Interesse an solchen Anwendungen hat:
Photomodeler gibt es als Demo Version bzw. in einer alten Version angeblich sogar frei im großen Netz. Auch auf der Homepage www.photomodeler.com finden sich schöne Beispiele.
Es gibt auch einen ganze Satz andere Applikationen, die lt. Beschreibung dafür eingesetzt werden können. Leider hatte ich aber nur diese eine zur Hand und muß sagen, es ist eine geniale Erfahrung!
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: 3D Objekte aus Photos incl. HowTo Teil 1

Da ich die sowieso ein kleines HowTo schreiben muß, hier mal eine Kurzfassung:

Ausrüstung:
* EOS 450D mit Tamron 70-200mm (Brennweite für die komplette Aktion auf 70mm fix)
* Windows PC mit Photomodeler Scanner 6 (Dank an meinen Auftraggeber, der mir die Applikation freundlicherweise für diese Doku zur Verfügung gestellt hat!)

Sicher ist das kein perfektes Beispiel mit perfekten Ergbnissen, zeigt aber den Ablauf ganz gut auf. Wer Vollprofi Beispiele sehen will, soll sich auf der Homepage des Herstellers umsehen.

Kamera und Objektiv müssen kallibriert werden. Durch diese Aktion werden Verzeichnung und die genaue Brennweite berechnet. Dazu werden ein paar Photos aus verschiedenen Blickrichtungen auf ein Kalibrierungsblatt gefertig.
Dieses Kalibrierungsblatt kann aus der Software heraus ausgedruckt oder in groß gekauft werden.
Hier
Danach werden die Bilder eingelesen und ein Kalibrierungsprojekt gestartet.
Dieses läuft automatisch ab - und sollte, wenn die Optik halbwegs in Ordnung ist einen RMS unter 0.5 liefern:
Hier

Jetzt kommt das eigentliche 3D Projekt. Dazu mehr im mächsten Absatz.
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: 3D Objekte aus Photos incl. HowTo Teil 2

Jetzt kommt das Objekt der Begierde.
Als erstes erstellt man in der Software (sofern man diese Lizenz erworben hat) sogenannte Coded Targets. Die ersparen später eine Menge Arbeit, wenn man die Fotos ausrichtet!
Diese Coded Targets werden ausgedruckt und um das Objekt verteilt.
Danach macht man mehrere Fotos aus möglichst verschiedenen Richtungen davon, um die Fotos im 3D Raum kalibrieren zu können. Wichtig ist hierbei, daß die Kamera keine Nachbearbeitung wie z.B. Schärfe durchführen darf. Das erledigt alles die Software!
Zusätzlich werden noch ein paar Photo geschossen, bei der die Kamera nur in einer Achse verschoben, dabei aber nicht gedreht wird. Auf diesen Fotos sollten jeweils viele gemeinsame Coded Targets sichbar sein.
Hier

Die Ausrichtungsfotos können mit Blitz gemacht werden.
Wie man sieht, müssen die Bilder nicht gestochen scharf sein, aber je schärfer, desto besser.
Der zweite Satz Bilder muß ohne Blitz gemacht werden, da sonst die Cloud-Engine einzelne Punkte nicht erkennen kann. Hier empfielt sich eindeutig ein Stativ oder eine sehr gute Beleuchtung. Reflexionen sollten, wenn möglich, auch nicht auftreten. (Polfilter!)

Jetzt werden diese Bilder importiert, die Coded Targets werden erkannt und ggf. sollte man hier eine Nachkalibrierung der Kamera anfordern.
Wenn nötig vorher noch falsch erkannte Punkte löschen oder korrigieren!
Hierbei werden auch die Fehler in der Darstellung als Vektoren angezeigt, damit man ggf. prüfen kann, ob ein Punkt falsch erkannt worden ist.

Nach dem Einmessen und Idealisieren sieht das ganze etwa so aus:
Hier

Jetzt werden die Pointclouds erstellt, ausgedünnt und optimiert (in meinem Fall 4 Stück). Diese werden dann zusammengführt (registriert).
Das Ergebis sieht dann etwa so aus:
Hier
 
Zuletzt bearbeitet:
Das Mesh wird exportiert, danach werden die Texturen exportiert. und am Ende in einer 3D Applikation nach Wahl eingefügt. Hier das fertig gerenderte Bild ohne Texturen:
Preview
Render

Fertig gerendert kann das dann so aussehen:

Render 1
Render 2
Render 3
Render 4
 
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