فتوگرامتری چیست و چگونه انجام می‌شود؟ + نکات مهم برای داشتن مدل بهتر

فتوگرامتری چیست؟ 

به فرآیند استخراج داده‌ها و اندازه‌گیری از عکس‌ها و اندازه‌گیری مختصات اجسام از روی عکس‌های مختلف و عکس‌های هوایی، فتوگرامتری گفته می‌شود که قدمت آن به حدود سال 1840 برمی‌گردد؛ این روش اولین بار توسط یک نقشه بردار فرانسوی به عنوان روشی برای ایجاد نقشه‌های توپوگرافی پیشنهاد شد. روند انجام آن نیز از همان زمان به بعد در حال تکامل یافتن است، اما اصول اساسی همانگونه مانده است. اصول و مراحل فتوگرامتری اشیا و سازه‌ها اغلب یکی هستند و ما در این مقاله چگونگی انجام فتوگرامتری اشیا را به شما توضیح خواهیم داد.

هنرمندان از فتوگرامتری برای سرعت بخشیدن به فرآیند ساخت مدل‌های سه‌بعدی و بهبود واقع‌گرایی در آنها استفاده می‌کنند. این فرآیند شامل گرفتن عکس‌هایی از یک شی و بازسازی کردن آنها در نرم‌افزار به صورت سه‌بعدی می‌باشد. نرم‌افزار مخصوص فتوگرامتری ویژگی‌های منطبق در عکس‌ها را پیدا می‌کند تا موقعیت نسبی آنها را تعیین کند و با دریافت اطلاعات درباره چگونگی ویژگی‌های شی از زوایای مختلف، می‌تواند با استفاده از آنها یک مدل سه‌بعدی ایجاد کند. فتوگرامتری در طراحی داخلی و شبیه‌سازی معماری بسیار کاربردی است، زیرا به دست آوردن اینگونه داده‌ها با کیفیت بالا، به صورت دستی بسیار وقت گیر است.

برخی از اشیاء برای اسکن سه‌بعدی نسبت به بقیه مناسب‌تر هستند. در ادامه چند نمونه از اشیایی که برای اسکن سه‌بعدی مناسب نیستند آورده شده است:

• اجسام بسیار شفاف یا بازتابنده نور
• اجسام بسیار بزرگ یا بسیار کوچک که امکان عکاسی از همه زوایا و جزئیات در آنها وجود ندارد.
• مواردی که نسخه فیزیکی آنها در دسترس نیست.

برخی از بهترین کاندیدها برای اسکن سه‌بعدی عبارتند از:

• عناصر طبیعی مانند: درختان، گیاهان، سنگ‌ها، خاک و غیره.
• مبلمان
• نمای ساختمان    

این موارد عمدتا سطوح دقیق یا ارگانیک دارند که به خوبی اسکن می‌شوند و مدل‌سازی آنها پیچیده است. نکته جالب در مورد فتوگرامتری این است که شروع و آزمایش کردن آن آسان است، شما برای شروع فتوگرامتری فقط به یک تلفن هوشمند و یک برنامه اسکن سه‌بعدی نیاز دارید. البته اگر بخواهید مدل‌های سه‌بعدی با کیفیت‌تری داشته باشید، به یک رایانه شخصی و یک برنامه به نام Meshroom نیز احتیاج دارید.

در موارد تخصصی‌تر، اسکن سه‌بعدی می‌تواند هزینه‌بر‌تر باشد. به عنوان مثال، استفاده از یک هواپیمای بدون سرنشین برای ضبط ساختمانها و مناطق وسیعی از زمین هزینه بیشتری در بر خواهد داشت.

فرآیند فتوگرامتری در گوشی‌های هوشمند

اگرچه به ندرت از تلفن همراه برای اسکن سه‌بعدی استفاده می‌شود، اما اگر به سخت‌افزار و نرم‌فزارهای موردنیاز  دسترسی ندارید می‌توانید از برنامه‌های موبایل نیز استفاده کنید. در میان تمام اپلیکیشن‌های فوتوگرامتری با موبایل، برنامه Scandy Pro بهتر عمل می‌کند و ویژگی های مفیدی از جمله گزینه‌های متعدد برای خروجی گرفتن دارد. 

برای اسکن فوتوگرامتری با موبایل به چه چیزهایی نیاز دارید؟

• تلفن هوشمند (iPhone X یا بالاتر)
• Scandy Pro
• یک شی برای اسکن

فتوگرامتری چگونه انجام می‌شود؟

همانطور که در بالا ذکر شد، خروجی فتوگرامتری با تلفن همراه اغلب کیفیت کافی برای شبیه‌سازی معماری را ندارد. بنابراین برای داشتن یک خروجی با کیفیت فتوگرامتری باید از روش متفاوتی استفاده کرد.

مراحل حرفه‌ای گردش کار فتوگرامتری عبارتند از :

1. عکس گرفتن از یک شی 
2. استفاده از Meshroom برای ایجاد یک مدل سه بعدی 
3. بهینه سازی مدل سه‌بعدی

این گردش کار به ما کنترل بیشتری می‌دهد و امکان ایجاد مدل‌های سه‌بعدی دقیق‌تر و با کیفیت‌تری را فراهم می‌کند.

آنچه برای اسکن فتوگرامتری لازم دارید:

1. تلفن هوشمند یا دوربین
2. یک شی برای اسکن
3. یک کامپیوتر و برنامه Meshroom یا هر برنامه فتوگرامتری دیگر
4. نرم افزاری برای بهینه‌سازی مدل (می‌توانید از مش‌های آماده و نرم‌افزار تری‌دی‌مکس استفاده کنید)

مراحل انجام فتوگرامتری از یک مدل (شی)

1.  گرفتن عکس

ابتدا باید شیء خود را در محیطی با نور یکنواخت قرار دهید، این کار به بالا رفتن کیفیت اسکن شما کمک می‌‎کند و میزان سایه‌ها را در بافت ایجاد شده به حداقل می‌رساند. می‌توانید از پنجره‌های بزرگ به عنوان منابع نور پراکنده استفاده کنید یا از نور طبیعی بیرون از خانه در یک روز ابری استفاده کنید.

اطراف جسم حرکت کنید و از زوایا و ارتفاعات مختلف از جسم عکس و مطمئن شوید از همه زاویه و سطح‌ها عکس گرفته‌اید؛ سعی کنید بیشتر قاب را با شی پر کنید و از گرفتن عکس‌های نزدیک برای ثبت جزئیات کوچکتر نترسید. بهتر است شی را همیشه در فوکوس نگه دارید زیرا تار شدن آن و داشتن عمق میدان، تطبیق ویژگی در عکس‌ها را دشوار می‌‌کند. به طور کلی حداقل 50 عکس بگیرید، اشیایی که جزئیات بیشتری دارند به عکس‌های بیشتری نیز نیاز دارند، اما به خاطر داشته باشید که عکس‌های بیشتر زمان پردازش طولانی‌تری نیز دارند.

نکته: بسیار مهم است که جسم و اطراف آن هنگام انجام فرآیند اسکن حرکت نکنند، زیرا نرم‌افزار هر دو شکل دیده شده در تصویر را بازسازی خواهد کرد. هرچه نقاط مرجع ثابت عکس‌ها بیشتر باشد نتایج دقیق‌تری خواهید داشت. به خاطر داشته باشید که سطوح منعکس کننده را با نوار یا رنگ اسپری بپوشانید تا مطمئن شوید هیچ مشکلی ایجاد نمی‌کنند.

برای این اسکن  70 عکس با iPhone X گرفته شده و  3 بار چرخش از حدود 15-20 عکس در ارتفاعات مختلف انجام شده است و بعد از آن با گرفتن نمای نزدیک به پایان رسیده است. قابل ذکر است این شیء در نزدیکی یک پنجره بزرگ قرار داشته و یک بوم سفید در پشت آن قرار داده شده تا به بازتاب نور و کاهش سایه‌ها کمک کند.

پکیج پیشنهادی: پکیج آموزش تری دی مکس

2. تولید مدل سه‌بعدی

اکنون باید از Meshroom برای تبدیل عکس‌ها به یک ابر نقطه‌ای و سپس یک مدل بافت دار استفاده کنید. با وارد کردن عکس‌ها و کشیدن آنها در پنل "images" سمت چپ و ذخیره پروژه خود شروع کنید؛ توجه داشته باشید که پروژه را از همان ابتدا ذخیره کنید زیرا Meshroom از همان محل ذخیره برای ذخیره خروجی‌ها در هر مرحله از گردش کار استفاده می‌کند و این امر باعث سازماندهی باقی چیزها می‌شود.

گره‌های موجود در ویرایشگر نمودار را در عکس پایین مشاهده می‌کنید که نشان‌دهنده گردش کار Meshroom است. شما می‌توانید با کلیک روی هریک از این موارد، پارامترهای آنها را در پایین صفحه "Node" مشاهده کنید. همچنین با کلیک راست روی یک گره (node) می‌توانید پوشه را باز کرده و خروجی‌های آن را مشاهده یا محاسبه کنید. سپس روی گره "StructureFromMotion" راست کلیک کرده و "Compute" را انتخاب کنید، با انجام این کار از چپ به راست متوجه خواهید شد که گره‌ها شروع به تکمیل و سبز شدن می‌کنند.

در ادامه می‌بینید که هر رنگ نشان‌دهنده چه چیزی در گره می‌باشد: 

• سبز : تکمیل شده
• نارنجی : در حال انجام 
• آبی : ارسال شده برای محاسبه 
• قرمز : خطا

هنگامی که "StructureFromMotion" سبز شد، یک ابر نقطه‌ای را از مدل خود مشاهده خواهید کرد. با رسیدن به این مرحله به این درک می‌رسیم که مدل بافت قبل از رسیدن به روند طولانی تولید چگونه به نظر می‌رسد. در این مرحله، باید بررسی کنیم و مطمئن شویم عکس‌ها به درستی بازسازی شده‌ باشند و هیچ شکاف بزرگی در ابر نقطه‌ای وجود نداشته باشد. عکس‌هایی که با موفقیت بازسازی شدند علامت سبز رنگ در کنار آنها و برعکس در صورت عدم موفقیت علامت قرمز خواهند داشت.

مناطق بدون نقطه را در ابر نقطه‌ای پیدا و بررسی کنید، این مناطق اطلاعات کافی را ندارند و ممکن است به درستی محاسبه نشوند. اگر مدل خود را جابجا نکرده باشید، در صورت نیاز می‌توانید به مرحله قبل برگردید و عکس‌های بیشتری بگیرید و آنها را برای بهبود نتایج اولیه به کار اضافه کنید. وقتی از کیفیت ابر نقطه‌ای مطمئن شدید، روی "Texturing" راست کلیک کرده و"Compute" را انتخاب کنید.

مدت زمان انجام این کار بستگی به مجموعه عکس و سخت افزار رایانه شما دارد، اما معمولا بیش از یک ساعت طول می‌کشد. پس از سبز شدن همه گره ها‌، فرایند کامل شده و مدل شما ساخته شده است؛ اگر روی گره "Texturing" دوبار کلیک کنید می‌توانید آن را در "Viewer 3D" مشاهده کنید.
برای خروجی گرفتن از مدل خود نیازی به انجام کاری ندارید، Meshroom به طور خودکار مدل و بافت‌ها را به ترتیب با فرمت OBJ و PNG ذخیره می‌کند. شما با راست کلیک کردن روی گره "Texturing" و "Open Folder" می‌توانید آن را مشاهده کنید.

مقاله پیشنهادی: تری دی مکس چیست؟

3. بهینه سازی مدل سه‌بعدی

آخرین مرحله این فرآیند تمیز کردن و بهینه سازی مدل است:

مراحل انجام این کار عبارتند از:

• وارد کردن مدل سه‌بعدی به تری‌دی‌مکس و حذف قسمت‌هایی که ناخواسته اسکن شده اند؛ مثلا پر کردن حفره‌ها و حذف اجسام محیطی
• تمیز کردن مدل با استفاده از یک ابزار بازشناسی به نام Instant Meshes (مش‌های فوری)
• باز کردن quad mesh (شبکه چهار‌تایی)
• ترکیب بافت از اسکن اصلی به مش جدید

شما با به پایان رسیدن این مرحله، مدل نهایی خود را مشاهده خواهید کرد. شما می‌توانید مدل‌های دلخواه را از Sketchfab دانلود کرده و از آنها استفاده کنید. مدل ایجاد شده شامل تمام زوایای شی مانند کف کفش است که در اسکن اولیه قابل مشاهده نبود. 

این روند ممکن است پیچیده و طولانی به نظر برسد، اما ارائه آن در موضوعات مناسب باعث کارآمدتر شدن و داشتن خروجی دقیق‌تر و واقع بینانه‌تر می‌شود. مدلی که با این فرآیند درست شده در چند ساعت ساخته می‌شود، در حالی که چند روز طول می کشد تا یک هنرمند بتواند همان مدل را به صورت دستی و با همان کیفیت بسازد.

مقاله پیشنهادی: رندرینگ چیست؟

نتیجه‌گیری

حال که نحوه انجام این کار را متوجه شدید، بهر درک می‌کنید که فتوگرامتری چیست و چگونه از آن در شبیه‌سازی و رندرینگ معماری استفاده می‌شود. قطعا به زودی تکنولوژی ارائه می‌شود که با آن که هرکسی می‌تواند با گرفن تلفن همراه خود را به سمت یک شیء مدل سه‌بعدی کاملی از آن ایجاد کند. اما تا آن زمان، گردش کار گفته شده به ما این امکان را می‌دهد تا در عرض چند ساعت مدل‌های پیچیده سه بعدی را با کیفیتی بالاتر از انجام دستی فرآیند ایجاد کنیم.

مجموعه آپادمی در پکیج آموزش رندرینگ مسترینگ، فرآیند فتوگرامتری را کاملا به شما آموزش داده و شما را با مدل‌سازی انواع اشیا آشنا می‌کند. شما علاقمندان می‌توانید با تهیه این دوره آموزشی کاملا بر نحوه رندرگیری و فتوگرامتری مسلط شده و توانایی تدریس آن را نیز کسب خواهید کرد.

برای کسب اطلاعات بیشتر با ما در سایت و اینستاگرام آپادمی در تماس باشید.