Fotogrammeetria kasutab kattuvate fotode informatsiooni objekti, hoone või maastiku ruumilise kuju arvutamiseks. Hea tulemus ei sünni ühe nupuvajutusega: pildistamisstrateegia, kaamera, objektiiv, valgus, pind, kalibreerimine, rekonstrueerimine ja soovitud lõppkasutus moodustavad ühe terviku.
Mis on fotogrammeetria?
Fotogrammeetria on mõõtmis- ja 3D-rekonstrueerimismeetod, mille puhul otsib tarkvara paljudelt kattuvatelt fotodelt samu tunnuspunkte. Nende vastete põhjal lahendatakse kaamerate suhtelised asukohad ja orientatsioonid ning triangulatsiooni abil arvutatakse punktide koordinaadid 3D-ruumis.
Tüüpiline töövoog liigub fotode joondamisest kaamerapositsioonide lahendamise, tiheda ruumiandmestiku ja mesh'i loomise ning tekstuuri projitseerimiseni. Fotogrammeetria oluline tugevus on algfotodes sisalduv rikkalik värvi- ja pinnainfo, kuid geomeetria ning tekstuuri kvaliteeti tuleb hinnata eraldi.
Tulemus algab läbimõeldud pildistamisest
Universaalset pildistamisskeemi ei ole. Väikese museaali lähifotogrammeetria, hoone droonimõõdistus, tunnel, tööstusdetail ja veebis pööratav tootemudel vajavad erinevat vahemaad, vaatenurki, valgustust ning kontrolli. Fotode piisav kattuvus peab võimaldama tarkvaral näha sama füüsilist detaili mitmest asendist.
Ka megapikslite arv üksi ei määra kvaliteeti. Sensori omadused, objektiivi teravus ja moonutus, ava, säriaeg, ISO, fookus, kalibreerimine, värvihaldus ning süsteemne mitme nurga ja vajadusel mitme vahemaa kasutamine mõjutavad koos seda, kui stabiilselt saab geomeetriat ja värvi taastada.
- objekti suurus, kuju ja ligipääsetavus
- pinna muster, läige, läbipaistvus ja võimalik liikumine
- fotode teravus, kattuvus, vaatenurgad ja pildistamiskaugus
- valguse ühtlus, varjud, peegeldused ja värvitäpsus
- nõutav geomeetriline täpsus, resolutsioon ja lõppväljund
Läikivad, läbipaistvad ja liikuvad pinnad
Fotogrammeetria eeldab, et sama detail on eri fotodel äratuntav. Matt puit, kivi või roostes pind pakub tavaliselt palju stabiilseid tunnuspunkte. Läikiva pinna peegeldus muutub koos kaamera asukohaga; klaas laseb valgust läbi ja murrab seda; vesi ning liikuvad elemendid võivad muuta vaadetevahelist informatsiooni. Tagajärjeks võivad olla joondusvead, augud geomeetrias või tekstuuri sisse jäävad varjud ja peegeldused.
Kontrollitud valgus ja ristpolariseerimine võivad spekulaarseid peegeldusi vähendada ning aidata luua puhtamat värviinformatsiooni, kuid need ei lahenda automaatselt iga materjali. Kultuuripärandi või tundliku objekti puhul ei tohi pinnakatet ega matistavat vahendit kasutada ilma materjali ja konserveerimisnõuetega kooskõlastamata. Meetod valitakse alati konkreetse objekti järgi.
Fotogrammeetria ja 3D-skaneerimine täiendavad teineteist
Fotogrammeetriat ja 3D-skaneerimist ei ole tehniliselt õige järjestada lihtsasse hea-halva skaalasse. Fotogrammeetria võib kontrollitud töövoos luua nii geomeetriat kui ka väga kvaliteetset värviinfot. Professionaalse skaneerimise tugevus võib nõudlikus mõõteprojektis olla kontrollitud geomeetriline lähteandmestik. Sobiv valik sõltub objektist, keskkonnast ja sellest, mida andmetega hiljem tehakse.
Hübriidtöövoos võib 3D-skaneering olla geomeetriline master ning kontrollitud fotograafia või fotogrammeetria anda kõrge kvaliteediga pinna- ja värviinfo. Nii ei pea skanneri dokumenteerivat värvikaamerat käsitlema fototekstuuri asendajana ega fotogrammeetrilist geomeetriat mõõtemudelina ilma vajaliku kontrollita.
- geomeetria kontrollitud 3D-skaneerimisest
- värvi- ja pinnainfo kontrollitud fotograafiast
- andmekihtide joondamine ja kvaliteedikontroll
- eraldi väljundid mõõtmiseks, arhiveerimiseks ja visualiseerimiseks
Visuaalne detailsus ei võrdu mõõdetud geomeetriaga
Tekstureeritud mudel võib ekraanil näidata pragusid, graveeringuid ja pinna ebatasasusi, mida optimeeritud mesh'is füüsilise kujuna enam ei ole. Base Color talletab värvi; Normal Map muudab valgusarvutuses pinna näivat suunda; AO rõhutab lokaalseid süvendeid. Need kihid võivad luua veenva pinnamulje, kuid neist ei võeta täppismõõtu.
Mõõtmiseks tuleb kasutada valideeritud geomeetriat: näiteks kontrollitud punktipilve, mõõtemesh'i, mõõtepunkte või nendest nõuetekohaselt tuletatud CAD-geomeetriat. Fotogrammeetria võib olla mõõdistusmeetod, kui töövoog, mõõtkava ja kontroll seda toetavad; visualiseerimiseks tugevalt vähendatud derivaat ei ole aga automaatselt mõõtemudel.
Kõrge resolutsiooniga master ja kergemad derivaadid
Üks fail ei pea sobima korraga uurimistööks, mõõtmiseks, 3D-printimiseks ja brauseris kuvamiseks. Kõrge resolutsiooniga master võib sisaldada väga palju geomeetriat ning olla tulevaste töötluste, arhiveerimise või analüüsi alus. Seda ei tohiks hävitada üksnes selleks, et veebiversioon väiksemaks teha.
Veebi- või reaalajaderivaat luuakse eraldi: lähtegeomeetria puhastatakse, tehakse sobiv retopoloogia või kontrollitud decimation, koostatakse UV-d ning vajalik detail bake'itakse tekstuurikaartidesse. LOD, tekstuuride resolutsioon, pakkimine ja shader valitakse sihtseadme ning kasutuskogemuse järgi.
- high-res master säilitamiseks ja edasiseks tööks
- mõõtemesh või punktipilv tehniliseks kasutuseks
- watertight mesh 3D-printimise ettevalmistuseks
- optimeeritud ja tekstureeritud mudel veebi või reaalaja jaoks
Kus fotogrammeetriat kasutatakse?
Fotogrammeetria sobib nii suurtele aladele kui ka väikestele detailidele, kuid mõõtkava muudab metoodikat. Droonifotogrammeetria võib olla tõhus maastike, hoonete ja ehitusobjektide jaoks; lähifotogrammeetria sobib museaalide, arheoloogiliste leidude, skulptuuride, toodete ja detailsete pindade digiteerimiseks.
Professionaalne projekt algab küsimusest, milline väljund on päriselt vajalik. Geomeetria, värvitäpsus, tekstuuri detailsus, failimaht, 3D-printimise nõuded ja interaktiivse lahenduse jõudluseelarve võivad viia väga erineva capture'i ning järeltöötluseni.
- kultuuripärand, arheoloogia ja muuseumide digiteerimine
- hooned, fassaadid, maastikud ja droonimõõdistus
- tooted, skulptuurid ja muud detailirohked objektid
- mängu-, filmi-, AR/VR- ja veebipõhised 3D-varad
- 3D-printimise või muu järgneva tootmise lähteandmed
Kvaliteeti hinnatakse kogu töövoo kaudu
Valmis render üksi ei näita, kas capture oli mõõdistuslikult kontrollitud. Kvaliteedi hindamisel tuleb vaadata vähemalt fotode teravust ja kattuvust, kaameralahendust, geomeetria terviklikkust, mõõtkava või kontrolli, tekstuuri õmblusi, sisse jäänud valgustust ning seda, kas lõppmudel vastab kokkulepitud kasutusele.
Samuti tuleb eristada originaalselt mõõdetud või fotografeeritud informatsiooni hiljem interpoleeritud, parandatud või genereeritud sisust. Dokumenteeriva töö puhul peab olema selge, milline detail pärineb allikast ja milline on järeltöötluse tulemus.
Fotogrammeetria ja 3D-skaneerimise projektid
Need juhtumiuuringud eristavad pärisobjekti fotosid, mõõdetud geomeetriat, tekstuure ja veebis kasutatavaid derivaate.
Tartu linnuse makett
Vertz 3D digiteeris Rootsis muuseumis asuva 1686. aasta Tartu linnuse maketi fotogrammeetria ja laserskaneerimise abil.
Kuressaare linnuse makett
Kuressaare ehk Arensburgi 1686. aasta linnusemaketi fotogrammeetria ja laserskaneerimine koos säilivuse ning deformatsioonide dokumenteerimisega.
Tallinna linnuse makett
Tallinna ehk Revali 1682. aasta männist kindlusemaketi fotogrammeetria ja laserskaneerimine koos ajaloolise teksti ligipääsetava modalivaatega.
Daugavgrīva linnuse makett
Riia Daugavgrīva ehk Dünamünde kindluse ajaloolise maketi fotogrammeetria ja laserskaneerimine koos viiest 3D-pildist koosneva hero-galeriiga.
Viikingikirves
Viikingikirve fotogrammeetria ja 3D-skaneerimise projekt, mis eristab päris objekti fotosid, mõõdetud geomeetriat, shader'it ning tekstuurikaarte.
Korduma kippuvad küsimused
Kas fotogrammeetria tähendab lihtsalt paljude fotode tegemist?
Ei. Fotod on lähteandmed, kuid tulemuse määravad süsteemne kattuvus, vaatenurgad, valgus, kaamera ja objektiiv, kalibreerimine, rekonstrueerimise seaded, geomeetria kontroll ning järeltöötlus.
Kas fotogrammeetria on alati vähem täpne kui 3D-skaneerimine?
Selline üldistus ei ole õige. Fotogrammeetria võib kontrollitud töövoos olla mõõdistusmeetod. Sobiv tehnoloogia ja saavutatav kvaliteet sõltuvad objektist, mõõtkavast, pinnast, keskkonnast, kontrollist ja nõutavast väljundist.
Miks on läikivad ja läbipaistvad pinnad keerulised?
Peegeldus, murdumine ja läbipaistvus võivad muuta sama pinnapunkti välimust eri vaadetes, mistõttu tunnuspunktid muutuvad ebastabiilseks. Kontrollitud valgus ja polariseerimine võivad aidata, kuid iga materjal vajab eraldi metoodikat.
Kas fotogrammeetria mudeli saab kohe 3D-printida?
Mitte tingimata. Mesh võib sisaldada auke, lahtisi servi, kattuvaid pindasid või muid topoloogilisi vigu. Printimiseks peab vajalik detail olema geomeetrias ning mudel tuleb konkreetse protsessi jaoks korrastada, sageli suletud ehk watertight kujule.
Miks ei kasutata veebis alati kõrgeima detailsusega mudelit?
High-res master võib olla brauseri jaoks liiga mahukas. Veebimudel tehakse eraldi derivaadina, milles tasakaalustatakse geomeetria, tekstuuride resolutsioon, shader'i keerukus, laadimisaeg ja seadmete jõudlus, säilitades master-andmed muutmata.