Valokuvaamalla 3D-malliksi

Video

Valokuvaamalla 3D-malliksi löytyy vinkkivideo Vertex Systems Oy:n Youtube-kanavalta. Klikkaa alla olevaa linkkiä.

Tämä teksti on generoitu videon litteroinnin perusteella

Valokuvista 3D-malliksi (fotogrammetria) – näin teet sen Vertex-ympäristöä varten

Tässä artikkelissa kuvataan käytännönläheisesti, miten saat kohteesta 3D-mallin pelkkien valokuvien avulla ja miten tulosta voi hyödyntää Vertex G4:ssä suunnittelun ja visualisoinnin tukena.

Menetelmästä käytetään nimeä fotogrammetria: ohjelmisto laskee 3D-mallin useista osittain päällekkäisistä valokuvista analysoimalla niiden geometrisia suhteita.

1. Missä fotogrammetriasta on hyötyä?

Fotogrammetria sopii hyvin esimerkiksi:

• Rakennusten ja ympäristöjen mallintamiseen
  – esim. olemassa oleva tehdashalli, pihapiiri, rakennus tai maisema

• Laitteiden ja pienempien kokonaisuuksien mallintamiseen
  – esim. konelinja, laitepaketti, käyttöympäristö

• Pienten esineiden mallintamiseen
  – esim. komponentit, tuotteet, muotoon veistetyt kappaleet

Tuloksena saat totuudenmukaisen 3D-muodon ja tekstuurin, jota voidaan:

• käyttää taustageometriana uutta suunnittelua varten

• hyödyntää visualisoinneissa ja animaatioissa

• käyttää luonnos- ja suunnitteluvaiheen mittatarkasteluun
  (ei korvaa tarkkaa mitoitusta koneenrakennuksessa, mutta antaa hyvän referenssin).

2. Tarvittavat välineet

• Kamera

  • järjestelmäkamera tai hyvälaatuinen kännykkäkamera

  • tärkeintä on terävä, tärähtämätön kuva

• Tasainen valaistus

  • ulkona pilvinen sää on tyypillisesti paras

  • sisällä tasainen, häikäisemätön valaistus

• Tietokone, johon asennettu fotogrammetriaohjelma, esim.

  • Meshroom (AliceVision, ilmainen)

  • tai vastaava fotogrammetriaohjelma

• Vertex G4, johon valmis 3D-malli tuodaan (esim. OBJ-muotona)

Pieniin esineisiin on kätevä käyttää pyörivää alustaa (esim. laakeroitua tarjoiluvatia): kohde pyörii, kamera pysyy paikallaan.

3. Vaihe 1 – Kohteen valokuvaus

3.1 Yleiset kuvausperiaatteet

Tavoitteena on, että ohjelmisto tunnistaa samat yksityiskohdat monesta kuvasta eri kulmista.

Pidä mielessä:

• Paljon päällekkäisyyttä

  • peräkkäisissä kuvissa tulisi olla reilusti samaa sisältöä (noin 60–80 %)

• Liiku kohteen ympäri

  • kierrä kohde useammalta “kehältä”

  • vaihda myös korkeutta (ylempää, silmän tasolta, alempaa)

• Älä muuta asetuksia kesken kaiken

  • sama polttoväli (zoomi) koko kuvaussarjan ajan

  • vältä automaattista tarkennusta/valotusta, jos mahdollista – lukitse ne jos kamerassa on tähän tuki

• Vältä liikkeen aiheuttamaa epäterävyyttä (motion blur)

  • käytä riittävän lyhyttä valotusaikaa

  • pidä kamera tukevasti tai käytä jalustaa

3.2 Rakennukset, pihat ja suuret kohteet

• Kuvaa joko maanpinnalta kiertäen tai dronella kohteen ympäri.

• Varmista, että koko rakennus tai alue näkyy eri kulmista ja että kuvissa on yhteisiä yksityiskohtia (ikkunat, nurkat, listat, rakenteet).

• Vältä tilanteita, joissa ympäristö muuttuu:

  • liikkuvat autot, ihmiset, tuulessa heiluvat puut voivat sekoittaa laskentaa.

3.3 Pienet esineet pyörivällä alustalla

Pienissä kohteissa:

1. Aseta esine pyörivälle, laakeroidulle alustalle.

2. Pidä kamera paikallaan, pyöritä esinettä pieni kulma kerrallaan.

3. Ota jokaisesta asennosta kuva:

   • käy läpi koko 360° ympäri

   • tarvittaessa useita “korkeustasoja” (ylhäältä, sivulta, alaviistosta).

Näin saat tiheän kuvajoukon, jossa jokainen osa esineestä näkyy useassa päällekkäisessä kuvassa.

4. Vaihe 2 – Kuvien siirto ja esikäsittely

1. Kopioi kaikki kuvat omaksi kansiokseen (esim. C:\projekti\kuvat\kohde_1).

2. Tarvittaessa voit käsitellä kuvia esim. Lightroomilla tai vastaavalla:

   • tasaa valotusta ja värejä, jos sarjassa on suuria eroja

   • älä rajaa tai vääristä kuvia – fotogrammetria tarvitsee alkuperäisen geometrian.

3. Varmista, että EXIF-tiedot (polttoväli, kamera) säilyvät, jos ohjelmisto niitä hyödyntää.

5. Vaihe 3 – 3D-mallin muodostaminen fotogrammetriaohjelmalla

Alla periaate Meshroomin kaltaisella ohjelmalla (vaiheiden nimet voivat vaihdella ohjelmistosta riippuen, mutta idea on sama):

1. Käynnistä ohjelma (esim. Meshroom).

2. Tuo kuvat projektiin

   • raahaa kuvakansio ohjelman “Images”-alueelle tai valitse “Add Images”.

3. Ohjelma tunnistaa kuvista kameran ja asetukset ja rakentaa automaattisesti käsittelyketjun, joka sisältää tyypillisesti vaiheita, kuten:

   • piirteiden tunnistus

   • kameran ratkaisun laskenta (Structure from Motion)

   • tiheän pistepilven laskenta

   • kolmioverkon muodostus

   • tekstuurin (värikuvan) projisointi mallin pinnalle.

4. Käynnistä laskenta painamalla Start.

   • ensin ei välttämättä “tapahdu mitään”, mutta taustalla ohjelma laskee –
     voit seurata edistymistä vaiheittain (esim. palkit muuttuvat vihreiksi sitä mukaa kun ne valmistuvat).

5. Valmis tulos on yleensä:

   • teksturoitu 3D-malli, tyypillisesti muodossa OBJ + tekstuurikuvat.

6. Vaihe 4 – Mallin siistiminen ja keventäminen (tarvittaessa)

Fotogrammetriamallit ovat usein raskaita (paljon kolmioita) ja sisältävät:

• reikiä

• irrallisia palasia

• taustaa, jota et tarvitse (maa, seinät, taivas)

Tarvittaessa:

1. Avaa malli joko fotogrammetriaohjelmiston omassa editorissa tai erillisessä 3D-ohjelmassa.

2. Poista turhat osat (suodatuksella, rajaamalla tai manuaalisesti).

3. Tee polygonien vähennys (decimation), jotta mallista tulee kevyempi Vertex-käyttöön.

4. Tallenna lopuksi esimerkiksi OBJ-muotoinen malli tekstuureineen.

7. Vaihe 5 – 3D-mallin tuonti Vertex G4:ään

1. Avaa Vertex G4 ja siirry sopivaan projektiin.

2. Valitse 3D-mallin tuontitoiminto (esim. Tiedosto → Tuo → Kolmiomalli (OBJ/STL…) – tarkka valikkopolku riippuu käytössä olevan version asetuksista).

3. Valitse fotogrammetriaohjelmasta tallennettu OBJ-tiedosto.

4. Määritä tuonnissa:

   • yksikkö (mm, cm, m)

   • tarvittava skaalaus (jos malli tulee liian pienenä tai suurena)

   • tarvittaessa mallin käännöt (X/Y/Z-akseleiden ympäri), jotta se asettuu oikein päin.

5. Sijoita malli Vertexin koordinaatistoon:

   • esimerkiksi niin, että lattia osuu XY-tasoon

   • ja keskeinen kohta (esim. rakennuksen kulma) osuu haluttuun lähtöpisteeseen.

8. Vaihe 6 – Mallin hyödyntäminen Vertexissä

Kun fotogrammetriamalli on Vertex G4:ssä, sitä voidaan käyttää monella tavalla:

• Taustageometria suunnittelulle

  • mallinna uudet rakenteet (esim. putkistot, laitteet, teräsrungot) suoraan fotomallin päälle

  • varmistat, että uudet rakenteet sopivat olemassa olevaan ympäristöön

• Visualisointi ja animaatio

  • käytä fotomallia osana renderöintejä

  • havainnollista asiakkaalle, miltä uusi ratkaisu näyttää todellisessa ympäristössä

• Piirustukset ja dokumentaatio

  • piirrä leikkauskuvia ja näkymiä, joissa fotomalli toimii taustana

  • lisää mittoja ja selitteitä Vertexin normaaleilla piirustustyökaluilla.

Huomioi, että fotogrammetriamalli on kolmiomalli – se ei ole parametrinen kappale kuten Vertexin omat osat, mutta toimii erinomaisesti referenssinä ja taustageometriana.

9. Tyypillisiä ongelmia ja vinkkejä

• Epätarkat kuvat → huono malli

  • kiinnitä huomiota tarkennukseen ja valotusaikaan

  • ota mieluummin liikaa kuin liian vähän kuvia.

• Heijastavat ja läpinäkyvät pinnat (lasi, kiiltävä metalli)

  • fotogrammetria ei pidä niistä – pyri minimoimaan tai mattapintaistamaan, jos mahdollista.

• Liikkuvat kohteet

  • autot, ihmiset tai tuulessa heiluvat puut aiheuttavat virheitä

  • kuvaa mahdollisimman staattisessa tilanteessa.

• Raskas malli Vertexissä

  • tee polygonien vähennys ennen tuontia

  • käytä fotomallia vain siellä missä siitä on hyötyä (rajattu alue, ei koko maailmaa kerralla).

Yhteenveto

Prosessi “valokuvista 3D-malliksi” perustuu fotogrammetriaan:

1. Kuvaa kohde riittävän tiheästi, eri kulmista ja ilman tärähdyksiä.

2. Siirrä kuvat fotogrammetriaohjelmaan (esim. Meshroom) ja generoi 3D-malli.

3. Siisti ja kevennä malli tarvittaessa.

4. Tuo mallin kolmiogeometria Vertex G4:ään, skaalaa ja asemoit se oikein.

5. Hyödynnä mallia suunnittelun, visualisoinnin ja dokumentoinnin tukena..

Related Articles