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摄影测量的艺——如何拍出适合三维建模的照片

作者:admin    来源:未知    发布时间:2018-07-22 15:22    浏览量:


  

(资料来自互联网,翻译:VR3D 

  

摄影测量,就是使用一组照片来重建一个三维模型或一个场景。通过使用智能手机以及免费的软件,如Autodesk's 123D Catch,就可以轻松实现摄影测量。当然,更先进的软件、更好的照相设备都可以提高模型质量。除此之外还有一些简单的操作,如拍摄更适合建模的照片也可以大幅提高模型质量。今天,我们将介绍一些小窍门,教大家如何拍摄最适合三维建模的、可使软件计算得到一个干净的三维网格的照片。 


 

  

迄今可知,对于最终模型影响最大的是拍摄照片阶段。事实上,重新拍摄一组照片比试着捣鼓一个算不出来的工程要简单得多。拍摄时需要试想计算机是如何对齐照片的,并回想拍摄过程中遗漏的拍摄角度。拍摄完成后,建议上传照片,尽快看一看这组照片对齐的程度。当某些照片没有算出来或者计算错误,如果拍摄物还在手边可以重新拍摄。有时候为得到一个完美的模型进行多次拍摄是十分必要的。 

  

理想的拍摄环境 

这个部分不太复杂。摄影测量软件需要的照片必须是漂亮的、干净的、锐利的、均匀曝光的,拍摄物的每个面都至少要从三个角度拍到。照片与照片之间需要保持一个合适的视角差,即在不同的拍摄位置和角度拍摄。此外,可以把一些不需要建模的部分遮住,实现的方法包括在绿色背景下拍摄、用图像编辑器去除背景等。 

下面将介绍无法通过软件算出模型的,或者说只能计算出劣质模型的照片的一些特点。 

  

对摄影测量软件产生消极影响的照片特点 

  

失焦 

对焦清晰是增进模型质量最简单的方法之一。仔细调节焦距,使拍摄到的大部分都是清晰的。 


 

  

移动 

如果拍摄人,保持静止是非常必要的。让拍摄者假装时间静止,或者自己是一尊雕塑。如果拍摄时,拍摄者笑了或者眨眼睛了,脸上五官、肌肉的相对位置就会发生改变。当计算机在试着匹配照片时,软件会把两种特征混合起来,或认为眼睛位于不同的位置深度,这将导致最终的模型眼睛非常的浑浊怪异。 


 

  

透明和发光的物体 

透明和发光的物体的问题在于,计算机在其表面搜寻特征,而这些特征不会跟随着物体移动。比如,在一个酒杯上,你可以看见房间的倒影,也可以看到在玻璃后面变形的其他东西。目前,摄影测量软件还没有智能到可以识别物体上实际存在的白点和光影的区别,它只能假定所有的表面是不透明不反光的。 


 

  

非常薄的物体 

当软件计算照片时,它会先生成点云。所以,三维模型最根本上是由点而非三角面构成的。当拍摄物的一个面非常薄,软件没有办法在上面找到足够多的点并计算出它的形状。此外,沿着薄片的长度方向搜寻点也十分困难。 


 

  

纵横交错的物体 

由于软件在照片之间追踪同名点,纵横交错的物体会导致软件遗失很多在某张照片上搜寻出的点。特别是那些看起来非常相似的纵横交错的物体,比如树上的树叶,软件无法确定某个点到底是前一张照片上位于远处的同一个点,还是另外一个点。 


 

  

非常没有纹理的物体 

如果没有特征点,软件将会没法追踪点、重建深度,比如黑墙、白碗,或者化妆后过于平滑的皮肤。 


 

  

重复性的特征 

在追踪某一特征的相对运动时,软件可以简单地跳跃至附近相同的特征。它可以意识到这个跳跃是由摄影的运动产生的,由此假定特征位于不同的深度而非在一个平面上。具有重复性特征的物体有蜂巢、栅栏等。 


 

  

闪烁或移动的灯光 

电视上播放的视频、圣诞树上的彩灯,以及极窄视角的LCD屏幕,它们的特征会在不同的照片上发生变化。拍摄时,应使其保持静态或者直接遮掉不参与计算。 


 

  

动态模糊 

我们曾经让人坐在转动的椅子上拍摄视频和触发拍摄的照片,然后用这些帧图像进行建模。这样虽然可以加快整个扫描过程,但是大部分的相机快门速度不够快。较慢的快门会使物体在运动方向上产生模糊。如果一个特征上有四个像素模糊了,分辨率也相应地会下降至原来的四分之一。 


 

  

景深 

要想拍摄物尽量多地对焦清晰,光圈可设置在f/16f/8之间。不同的镜头具有不用的衍射,大光圈会减弱整体清晰度。我们可以在DPReview.com上找到大多数镜头适合的光圈值。 

 
 


 

镜头畸变 

通常有少量畸变的镜头比鱼眼镜头的拍摄效果要好,因为后者有很严重的桶形畸变。 


 

  

卷帘快门 

大多相机使用CMOS传感器,它逐行读取像素的特性意味着它将在不同的位置读取运动物体上的光线,这导致了一个不稳定的失真,即卷帘快门。这也使得软件认为拍摄对象在不停地改变形状。该现象在手机和平板相机上尤为常见。拍照时,须尽可能保持手机或相机静止。 

 
 


 

JPEG压缩 

软件会追踪高度压缩的图像上产生的错误特征。而原始图像或高质量的JPEG图像则不会有这个问题。所以,尽量以最高质量保存照片。 


 

  

变化的光线 

一般来说,在稳定的光线下拍摄,可以生成更好的模型。移动的阴影可能会产生错误的计算结果。 


 

  

黑色的阴影 

阴影通常位于拍摄物的下方,会导致严重的噪声和追踪错误,甚至导致模型上出现孔洞。 


 

  

曝光不足或过度曝光 

曝光不足或者过度曝光的照片会丢失一些有用的细节,如果曝光不连续则会导致模型上存在亮暗面。 


 

  

镜头耀斑 

朝向太阳或者其他亮光拍摄会导致镜头耀斑,光晕会跟着相机移动并影响它覆盖到的点。 


 

  

一种典型的摄影测量照片的拍摄设置 

  

除了使用多视角相机之外,有两种摄影测量照片的拍摄方式。第一种是:将相机安装在三脚架上,并将拍摄物放置在转台或转椅上旋转。第二种是:将拍摄物置于中心,围绕目标移动相机来拍摄照片。 

这两种方式各有利弊,适合在不同的情景下拍摄。拍摄时可多拍一些照片,保证有足够多的角度。由于在计算机内存不足的情况下,计算太多照片可能会使软件崩溃,故可在拍摄的照片中挑出最好的用于建模。 

  

照明设置 

拍摄时,用柔光均匀照亮拍摄物。阴天可选择在户外拍摄,晴天则可以使用大片半透明的塑料纸来发散太阳光,或者使用白色泡沫反光板在光照的反方向或下方反弹光线。如果无法利用到太阳光,可在拍摄物周围布置发散的灯光。 

  

相机设置 

如果使用单反相机和28mm100mm的镜头,为使镜头清晰度高畸变小,可设置光圈在f/8左右。拍摄人的话可使用畸变最小的50mm85mm的定焦镜头,此时拍摄距离也会比较合适,大约是4英尺左右。 

刚开始的时候,可设置相机参数:f/8, ISO 400, 1/30。如果光照不足,可提高ISO800或者将快门速度设置为1/15。使用三脚架可以避免较慢的快门速度带来的影响。对于全画幅相机而言,ISO值设置得高一点也不要紧。 

选择一个场所开始拍摄。通常照片是按顺序拍摄的,最好从一个细节丰富的角度开始拍,比如人的脸部。进行拍摄测试时,放大相机LCD视图至100%,确保拍摄物的每个部分都是清晰的,尤其需要比较拍摄物最近和最远的部分,比如人的鼻子和耳朵后方。拍摄一些测试照片来确保拍摄物对焦清晰,且ISO设置没有造成太严重的噪声。 

照片之间必须存在足够多的重叠,所以最后一张照片最好包含拍摄物可见部分的50%左右。 


 

  

围绕目标拍摄方案 

将拍摄目标放置在足够大空间的中心位置,以便摄影师有足够大的空间走动。绕着拍摄目标走一圈,确保可以看到其所有部分,以及摄影师本身不会在拍摄目标上投射明显的阴影。拍摄目标应该足够大,以便可以拍摄到处于下方的细节,比如人的下巴;但也不能太大,否则没法俯拍。把相机固定在一个最容易看到拍摄目标重要特征的高度。如果是拍摄一盘曲奇的话,最好是45度俯拍;如果是拍摄人的话,相机可固定在差不多眼睛的高度。 

确定好高度以后,检查一下相机设置,暂停保持相机稳固,对焦,拍摄第一张照片,然后检查照片。如果一切都没问题的话,每隔10~15度拍摄一张照片。每次拍摄时,都要等相机稳定下来再拍。当绕着拍摄目标拍完一圈以后,应该已经拍了24~36张照片了。接着,找出第一组照片里面没有拍清晰的部分。如果拍的是人,比较常见的部位是:耳朵的后面、下巴、头顶。然后在这些部位再补拍2~3张照片。必要时可环绕目标拍摄一些额外的照片以备不时之需。 


  

  

转盘拍摄方案 

如果有足够的准备时间,转盘拍摄方案是非常实用的。我们需要装备来旋转拍摄目标,比如转台或者办公转椅。准备一个三脚架来固定相机,并确保可以调节它俯拍和仰拍。在这个方案里布光也更简单,因为只需要从一个角度照亮,而且相机可以靠的非常近。把发散光源放置在拍摄目标的左右两边,调节、增加光源直到布光非常均匀:没有明显的阴影和高光点。如果使用绿色背景布,也可照此方法布光。 

如需要建立一个绿背景,可以把绿布放置在拍摄目标后方大约6英尺处,确保其覆盖了每个拍摄角度的背景。跟其他方案一样,把相机安装在最容易看到目标特征的高度。拍摄20~60张照片。过多的照片可能会使软件崩溃,所以检查并剔除部分不好的、多余的照片。可以马上导入软件测试拍摄效果,否则可另外拍摄1~2组照片备用。 


 

  

如果采用人工照明的话,转盘拍摄方案是相对简单的一种方案。相较移动相机,转动拍摄目标更快。而且绿背景设置好就不用动了,因此也更简单。 

如果在室外拍摄的话,围绕目标拍摄方案需要准备的东西少,也不必布光。特别是拍人的时候,该方案比转盘拍摄方案更容易保持不动不眨眼睛。 

 

 

 

 


 


 


 


 

 

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