3D modelování objektů pomocí fotografií: Průvodce pro začátečníky i pokročilé

3D modelování se stává stále dostupnější a populárnější, a to i díky možnostem, které nabízí fotogrammetrie - tedy tvorba 3D modelů z fotografií. Tento článek vás provede celým procesem, od pořízení snímků až po finální úpravy modelu, a představí vám nástroje, které vám s tím pomohou.

Co je to fotogrammetrie a proč ji vyzkoušet?

Fotogrammetrie je technika, která umožňuje vytvářet 3D modely reálných objektů na základě fotografií. Stačí objekt vyfotit ze všech možných úhlů a fotografie nahrát do speciálního softwaru, který odhadne pozice kamer a vytvoří tzv. mračno bodů, tedy spoustu 3D bodů připomínajících původní objekt. Zní to jednoduše, že? A s moderním softwarem je to ještě snazší!

Proč se do fotogrammetrie pustit?

  • Dostupnost: K tvorbě 3D modelů vám postačí fotoaparát (i ten v telefonu) a vhodný software.
  • Realističnost: Fotogrammetrie umožňuje zachytit složité detaily a textury reálných objektů.
  • Kreativita: Výsledné modely můžete využít pro 3D tisk, animace, vývoj her a mnoho dalšího.

Software pro fotogrammetrii: Meshroom

Meshroom je bezplatný open-source software pro fotogrammetrii s intuitivním uživatelským rozhraním. Základní interakce je velmi jednoduchá: přetáhnete obrázky do okna aplikace, stisknete tlačítko START a počkáte na vytvoření rekonstruovaného modelu. S Meshroomem ale můžete také vylepšovat již rozpracované rekonstrukce. V Meshroomu můžete dokonce zkusit i tzv. živou rekonstrukci! V tomto režimu opakovaně pořizujete sady fotografií, nahrajete je do složky a program je automaticky zpracuje. Zobrazí se náhled a vy se můžete rozhodnout, která část modelu potřebuje více detailů.

Nejnovější verzi Meshroomu si můžete stáhnout pro Windows i OSX/Linux. Instalační instrukce naleznete v Meshroom wiki či v textovém manuálu, oba materiály jsou ale pouze anglicky.

Jak fotit pro fotogrammetrii: Krok za krokem

Kvalita fotografií má zásadní vliv na výsledný 3D model. Proto je důležité dodržovat několik základních pravidel:

Čtěte také: Ekonomický cyklus a podpora rodin

  1. Použijte kvalitní fotoaparát: Vaše kamera v telefonu bude bohatě stačit, ale pokud máte zrcadlovku, budou výsledky mnohem lepší. Pokud to váš fotoaparát podporuje, zvažte pořizování fotografií do formátu RAW.
  2. Nastavení fotoaparátu: Pokud se jas jednotlivých fotografií hodně liší, pomůže vyvolání z RAW s automatickým nastavením. Při vyvolávání či úpravě obrázků ale určitě nezapínejte korekci objektivu nebo podobné filtry.
  3. Počet snímků: Doporučujeme udělat alespoň 30 fotografií. Během testování jsme často pořídili 50, 100 nebo i více snímků, abychom zachytili každý detail. Každý detail by měl být zachycen alespoň dvěma snímky.
  4. Osvětlení: Snažte se vyhnout ostrým stínům. Ideální je rovnoměrné, difúzní světlo.
  5. Úhly a vzdálenosti: Objekt fotografujte ze všech úhlů a vzdáleností. Můžete použít zoom nebo dokonce kombinovat obrázky z úplně jiného fotoaparátu. Čím více fotek pořídíte se stejným nastavením, tím lépe.
  6. Stabilita: Je nesmírně důležité, abyste během pořizování jednotlivých sérií obrázků objektem nepohnuli. Pokud se jeho poloha změní, rekonstrukce bude pravděpodobně velmi obtížná nebo přímo nereálná.
  7. Textura: Ideální cíle pro fotogrammetrii mají texturovaný nebo hrubý povrch.

Čeho se vyvarovat:

  • Video: I když lze, technicky vzato, použít video vykreslené do jednotlivých snímků jako zdroj, kvalita obrazu je mnohem nižší ve srovnání se standardní fotkou. Ve videu navíc chybí metadata.
  • Jednobarevné pozadí: Fotografování objektu před dokonale bílým pozadím a otáčení modelem mezi snímky nedoporučujeme.

Práce s Meshroomem: Od importu po finální model

Standardní rekonstrukci nejpravděpodobněji použijete při processingu objektů, které jste nafotili venku na výletě nebo zkrátka někde daleko od počítače, tudíž pořízení dalších fotografií je komplikované. Předpokládáme, že jste již pořídili všechny potřebné fotky, přišli domů a nyní chcete rekonstruovat 3D model.

  1. Import fotografií: Přetáhněte fotografie do okna Meshroomu.
  2. Spuštění rekonstrukce: Stiskněte tlačítko START.
  3. Kontrola výsledků: Pokud byla většina fotografií vyřazena a v náhledu je jen několik málo kamer, nemá moc smysl v rekonstrukci pokračovat.
  4. Doplnění fotografií: Pokud zjistíte, že některá oblast modelu není dostatečně detailní, pořiďte dalších 5 až 10 fotek této oblasti. Nové fotografie se totiž porovnávají s kompletní sadou fotografií. To znamená, že přidání nových fotografií může dokonce způsobit spárování dříve vyřazených fotografií.
  5. Aktualizace rekonstrukce: Kdykoli přidáte sérii obrázků do stávající rekonstrukce, v editoru grafu se objeví nová větev. Opět stačí spočítat pouze vše do uzlu StructureFromMotion, což je obvykle relativně rychlé.
  6. Texturování: Když si myslíte, že máte dostatek fotek pro plnou rekonstrukci, klepněte pravým tlačítkem na nejnižší uzel Texturing a zvolte Compute.

Živá rekonstrukce: Živá rekonstrukce je snad nejzábavnější způsob jak dělat fotogrammetrii! První série obrázků by měla obsahovat nejméně 10-20 obrázků a měla by se zaměřit na obecný tvar objektu.

Úpravy a doladění modelu

Téměř všechny modely vytvořené 3D skenováním nebo fotogrammetrií mají ve spodní části otvor. Naštěstí pro nás stejně potřebujeme rovnou plochu kvůli umístění objektu na tiskovou podložku. Počítejte s tím, že velikost modelu bude náhodná.

Další úpravy:

  • Digitální sochání (Sculpting): Technika, která se s fotogrammetrií skvěle doplňuje.
  • Úprava v 3D modelovacích programech: Pro finální úpravy a přípravu pro 3D tisk můžete použít specializované programy.

Alternativní software pro 3D modelování

Kromě Meshroomu existuje řada dalších programů, které můžete využít pro 3D modelování, ať už pro úpravu modelů z fotogrammetrie nebo pro tvorbu modelů od začátku. Zde je několik tipů:

  • Tinkercad: Webová aplikace od firmy Autodesk, ideální pro začátečníky. Funguje na jednoduchém principu skládání objektů a umožňuje export do formátu STL pro 3D tisk.
  • DesignSpark Mechanical (DSM): Program pro Windows, který umožňuje vytváření 3D modelů z 2D náčrtů. Vhodný pro osvojení základních principů CAD modelování.
  • Fusion 360: Profesionální CAD software od Autodesk, dostupný zdarma pro studenty a hobby uživatele. Podporuje parametrické modelování a nabízí širokou škálu funkcí.
  • Blender: Bezplatný open-source program pro tvorbu 3D grafiky, animací a her. Nabízí ohromnou škálu funkcí, ale je složitější na osvojení.
  • FreeCAD: Další oblíbený open-source program, který se složitostí řadí mezi DSM a Fusion 360.
  • SketchUp: CAD program pro návrháře 3D designu s uživatelsky přívětivým rozhraním.
  • SolidWorks: CAD program pro profesionály, nabízející širokou škálu nástrojů pro řešení technicky složitých 3D problémů.
  • AutoQ3D: CAD program s jednoduchým ovládáním, vhodný i pro začátečníky.
  • Bishop3D: Program pro tvorbu propracovaných a vysoce realistických 3D modelů.

Tvorba 3D modelů z 2D obrázků

Kromě fotogrammetrie existují i další způsoby, jak vytvořit 3D model. Jednou z nich je převod 2D obrázků na 3D modely.

Čtěte také: Modelování interiéru svépomocí

Převod obrázku na 3D model:

  1. Skenování obrázku: Naskenujte obrázek ve vysokém rozlišení (DPI).
  2. Úprava obrázku: Vyčistěte oskenovaný obrázek v grafickém programu a zajistěte jasné přechody barev.
  3. Převod pomocí online nástroje: Nahrajte obrázek na webovou stránku, která nabízí převod 2D obrázků na 3D modely (např. pomocí tlačítka Download a standard quality STL for free).
  4. Úprava a export: Upravte velikost a další parametry modelu a exportujte jej jako soubor .stl.

Lithophane - 3D tištěné fotografie: Lithophane je technika, která umožňuje zobrazit obraz na trojrozměrném modelu za použití světla.

  1. Výběr obrázku: Vyberte fotografii s menším rozlišením (např. 500×500).
  2. Generování 3D modelu: Nahrajte fotografii do online nástroje pro tvorbu lithophanu.
  3. Nastavení modelu: Upravte nastavení generování modelu, jako je tloušťka, okraje a hloubka základny.
  4. Export a tisk: Exportujte model jako soubor .stl a vytiskněte jej na 3D tiskárně. Doporučuje se použít světlý filament, ideálně bílé barvy.

Čtěte také: Environmentální modelování: hlubší analýza

tags: #3d #modelovani #obrazcu

Oblíbené příspěvky: