Agisoft Photoscan a Archicad

Úvod

3D technologie se v dnešní době stávají stále oblíbenějšími. Levné 3D tiskárny jsou k dispozici i pro studenty, nemluvě o inženýrech, designérech nebo architektech. Pokud jde o metody získávání 3D modelů skutečných objektů, byl pro takové účely vyžadován nákladný laserový skener. Existuje však poměrně jednoduchý způsob, jak "skenovat" objekt a získat 3D model pomocí konvenčního digitálního fotoaparátu. Tento článek vám řekne, jak skenovat místnost, vytvořit 3D bodový cloud v Agisoft Photoscan a importovat výsledný mrak bodů do GRAPHISOFT Archicad a vytvořit model.

Fotogrammetrie

Fotogrammetrie je vědecká a technická disciplína, která umožňuje určit prostorovou polohu a vlastnosti objektů (například tvar, rozměry apod.) podle obrazů.

PhotoScan implementuje přístup Structure From Motion (SFM). Jedná se o technologii určování vzdálenosti (vzdáleností) subjektu s použitím několika plochých snímků. Jedná se o oblast počítačového vidění a vizuálního vnímání. Z biologického hlediska je technologie SFM podobná tomu, jak lidé (a jiné živé bytosti) vnímají objem přes ploché projekce pohybujícího se objektu nebo scény na sítnici.

PhotoScan automaticky vyhledává a porovnává body vazby na několika překrývajících se snímcích a určuje přesnou polohu a orientaci kamer, parametrů zkreslení čočky a 3D souřadnic bodů.

Výhody

Ve srovnání s jinými metodami 3D skenování je práce při fotografování a zpracování fotografií poměrně jednoduchá. Důležitými výhodami fotogrammetrické metody je rychlost získávání potřebných informací; spolehlivost a objektivita dat; ekonomická účinnost; vysoká úroveň automatizace.

Nevýhody

Citlivost na kvalitu fotografií. Závislost na světelných podmínkách. Vyžaduje dodržování metodiky průzkumu. Přítomnost šumu. Přesnost je nižší než přesnost LiDARu.

Doporučení

Navzdory skutečnosti, že pravidla průzkumu jsou stejná pro každý fotogrammetrický software, existují speciální doporučení pro různé aplikace, protože každý program zpracovává data vlastním způsobem. Následující doporučení umožňují dosáhnout maximální kvality zpracování v programu Agisoft Photoscan. 

Místnost by měla být dobře osvětlena. Veškerý nábytek a další předměty, které pokrývají stěny, podlahu a strop, jako záclony, je vhodné před zahájením snímání odstranit. Je žádoucí použít fotoaparát s vysokou citlivostí a minimálním šumem na snímcích při vysokých hodnotách ISO. Objektiv by měl být s autofokusem. Nastavte nastavení clony tak, aby byly všechny detaily snímků co nejjasnější.

Je-li možné pořídit alespoň 3 řádky snímků na výšku s překryvem 70% nebo více, může být horní řádek pořízen pomocí výsuvného stativu o výšce 2 metry nebo konstrukčního žebříku. Fotografujte kolmo na sledovaný povrch z každého místa a také kameru natočte v obou směrech - vodorovně a svisle. Pokud jsou v místnosti hladké a rovnoměrné povrchy (hladký bílý strop, hladké malované stěny), je nutné zajistit, aby v rámečku existovaly charakteristické body, které se vyskytují v sousedních obrázcích. Snažte se vyhnout rámům, na kterých není nic než plochý jednobarevný povrch. V případě, že v místnosti jsou dekorace a další malé prvky, je nutné fotografovat navíc s objektivem s dlouhým ostřením nebo z krátké vzdálenosti.

PhotoScan

Agisoft PhotoScan Professional umožňuje vytvářet georeferencované mračna bodů, texturované polygonální modely, digitální modely terénu / prostředí a ortofotografie založené na překrývajících se fotografiích a informací o geografických souřadnicích.

Zpracování

Hlavní kroky zpracování pro přípravu oblaku bodů jsou:

1. Import obrázků:

Chcete-li přidat fotografie, vyberte v části "Zpracování" -> "Přidat"/"Processing" - > "Add" ... nebo klepněte na tlačítko "Přidat fotky/Add Photos" na kartě "Projekt/Project" v pracovní oblasti programu. Zadejte cestu do složky fotografií v dialogovém okně "Přidat fotky", vyberte soubory, které chcete přidat, a klikněte na tlačítko "Otevřít/Open". 

2. Overlay mask:

Aby bylo dosaženo co nejlepšího výsledku rekonstrukce, doporučujeme maskovat všechny nevýznamné objekty na původní fotografii (pozadí, náhodné popředí apod.). Masky v aplikaci PhotoScan jsou obrysy, které vymezují určité části obrázků. Oprava aktuálních masek je možná v režimu "Fotografická kontrola/Photo review" přidáním a odečtením výběru. Oblasti maskované mohou být během fáze zpracování "Zarovnat fotografie/Align photos" ignorovány (k tomu je třeba aktivovat volbu "Použít masku/Use mask" pro filtrování korespondencí v dialogovém okně "Zarovnat fotografie/Align photos") a jsou vždy ignorovány ve složce "Sestavit hustý mrak/Build dense cloud" a "Vytvořit texturu/Build texture". 

3. Zarovnání fotografií:

V tomto okamžiku PhotoScan určuje polohu kamery a na základě fotografií vytváří mračno bodů. V nabídce "Zpracování/Workflow" vyberte možnost "Zarovnat fotografie/Align photos". V dialogovém okně "Zarovnat fotografie/Align photos" nastavte následující nastavení: "Přesnost/Accuracy" (vysoká přesnost umožňuje vypočítat přesnější pozice fotoaparátu, zatímco nízká může být použita pro výpočet přibližných poloh kamery za méně času), "Předvolba párů/Pairs preselection"), „Použít masku/Use the Mask“ filtrovat ( „Connected“ - v případě, že maska překrývá se pohybujících objektů, například mraky, nebo „Not connected“ - je-li vše kolem. Maskou zůstal nehybně během průzkumu), „Max číslo bodů/Max. number of points"," Maximální počet projekcí/Max. number of projections". Klepnutím na tlačítko OK spustíte proces zarovnání. Na konci fáze vyrovnání upravte velikost a polohu oblasti budovy podle vlastností objektu; tento krok lze přeskočit, protože program PhotoScan automaticky vypočítá velikost a polohu oblasti budovy. Doporučuje se však ujistit, že objekt je uvnitř celé budovy, protože v dalším kroku - "Budova geometrie" Chcete-li změnit velikost a orientaci oblasti budovy, použijte tlačítka "Změnit velikost/Resize area" a "Otočit oblast/Rotate area" na panelu nástrojů. 

4. Vytvoření oblaku bodů:

Na základě poloh kamer, program vypočítává hloubkové mapy pro každou kameru a vytváří oblaky bodů. V nabídce "Zpracování/Workflow" klikněte na "Vytvořit oblak hustého bodu/Build a dense point cloud". V dialogovém okně "Vytvoření hustého bodu mraků/Build a dense point cloud" nastavte "Kvalita/Quality" (čím vyšší je požadovaná kvalita, tím více času a zdrojů bude zapotřebí k dokončení fáze), "Mapa hloubky filtru/Filter depth maps" (pokud je geometrie rekonstruované scény komplexní, bohatá a malá podrobná, doporučujeme nastavit hodnotu parametru "Soft" pro zachování důležitých detailů během budovy. Mraky s hustým bodem mohou být odstraněny pomocí nástrojů pro výběr a tlačítka "Odstranit výběr/Remove selection" / "Vyjmout výběr/Cut selection" na panelu nástrojů. 

5. Umístění značek a pravítka stupnice:

Pro georeferencování modelu ve značkách Photoscan se používají. Jsou umístěny na charakteristických místech modelu. Stačí zadat 3 značky se známými souřadnicemi pro orientaci a měřítko modelu. 

Chcete-li v modelu vytvořit značku, musíte kliknout pravým tlačítkem myši na požadované místo pracovního prostoru a v zobrazeném dialogovém okně vyberte položku "Vytvořit značku/Create marker". Můžete také vytvořit značku přímo na obrázku a určit její polohu na sousedních stereopárech. Po umístění všech značek je třeba zadat souřadnice XYZ jednotlivých značek.

Chcete-li vytvořit pravítko měřítka, vyberte dvě značky, které odpovídají koncům pravítka v oblasti zobrazení "Model", pomocí libovolného z dostupných nástrojů pro výběr a přidržte klávesu Ctrl (levým tlačítkem myši můžete vybrat značku). Pak v kontextovém menu vyberte "Vytvořit pravítko měřítka/Create a scale ruler", které se volá stisknutím pravého tlačítka myši v oblasti zobrazení modelu nebo na kartě "Projekt/Project". Opakujte operaci pro každý pár značek, u kterých je známá vzdálenost mezi značkami. Určete délku každého pravítka stupnice v panelu "Reference": zaškrtněte všechny pravítka měřítka, které chcete použít k určení stupnice modelu a klepněte na tlačítko "Aktualizovat/Update". Model bude zmenšen. 

6. Mračno bodu exportu:

Export oblaku hustého bodu se provádí v lokálním souřadnicovém systému. S velkým počtem bodů se doporučuje rozdělit na části. Formáty exportu jsou e57 nebo XYZ.

ArchiCAD

Import

Importování bodového oblaku celé místnosti, obsahujícího 400 milionů bodů, o velikosti přibližně 3 GB na počítači středního výkonu trvá dlouhou dobu nebo vede k úplnému "zmrazení" systému. V případě úspěšného importu není vhodné pracovat s takovým mrakem kvůli pomalé vizualizaci během rotace nebo zoomování. Vzhledem k tomu, že při modelování místnosti není vyžadováno současné načítání všech bodů, je vhodné rozdělit mrak na jednotlivé části. Zrychluje import a umožňuje pohodlně pracovat v systému Archicad.

Umístění

Importovaný bodový oblak může být buď automaticky umístěn na počáteční bod souřadného systému projektu, nebo může být jeho poloha manuálně zadána pomocí kotevního bodu. V případě potřeby je můžete kdykoli přesunout. Tato funkce je užitečná při importu několika bodových mračen a propojení mezi nimi (import mraku při měření místností a následné spojení všech místností). Simulace opravy na bodových mracích se provádí buď pomocí primitivů nebo pomocí nástroje Morph. Je vhodné použít 3D průřez, aby se skrývala část oblaku, která ještě není použita.

Je také možné importovat bodový oblak a přeměnit ho na nástroj ARCHICAD 3D. 

Závěr

Fotogrammetrická metoda získání oblaku 3D bodů je mnohem přístupnější než metoda laserového skenování. U architektů přítomnost takového základu výrazně zjednodušuje tvorbu modelu v systému ArchiCAD. Je důležité sledovat velikost cloudu. Lepší je rozdělit na malé a pracovat s nimi zvlášť.