مدل سازی سه بعدی اجسام با دوربین و نرم افزار Photo Modeler

به نام خدا،
یکی از گرایش های رشته ی من در لیسانس (مهندسی زئوماتیک) برای ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر رشته ی فتوگرامتری بود. این رشته با استفاده از هندسه ی عکس تولید مدل سه بعدی میکرد. بیشتر در مسائل نقشه و زیست محیطی کاربرد داره ولی با توسعه لیزراسکنر ها و دوربین های دقیق متریک و غیرمتریک کالیبره شده در مدل سازی سه بعدی اجسام خیلی کاربرد پیدا کرده . خصوصا در سد که GPS و توتال استیشن و وسایل نقشه برداری قابل استفاده نیست و یا در آثار باستانی.
یکی از برنامه های ساده Photo modeler است که لینک دانلود را هم قرار خواهم داد.
با استفاده از دوربین (حتی دوربین گوشی) میتونید از اجسام مدل سه بعدی درست کنید
گزارش کار زیر که برای درس تکنیک های اندازه گیری پیشرفته با دکتر سعادت سرشت داشتم را انتخاب کردم (مفاهیم و پش نیازش چهار درس مجموعا 9 واحد بود!!)
---
نمونه کار کنسول Wii خودم بود که در اطرافش برای نقاط کنترل جندتا کاغذ با فاصله معین (مثلا 2 سانت) نقطه گذاشته بودم..هدف از این کار دقت بالاتر مدل و تبدیل scale برای اندازه گیری واقعی است.

مقدمه

استفاده از فتوگرامتري برد كوتاه به عنوان ابزار دقيق اندازه گيري كاملا براي مهندسان و متخصصين رشته ژئوماتیک مشهود مي باشد.و از آن مي توان به عنوان دريچه اي جهت راهيابي اين رشته به تمامي رشته هاي ديگر مهندسي(صنايع،پزشكي،ميراث فرهنگي،تصادفات،مسايل جنايي و .........)ياد نمود.
در اين ميان دقت مورد نظر،انتخاب ابزار مورد استفاده را در آناليز اوليه تحت تاثير خود قرار مي دهد به طوريكه براي كاربرد هاي دقيق(زير ميليمتر)بايستي از دوربين هاي با رزولوشن بالا و متريك استفاده نمود ولي براي كاربرد هاي با دقت بالاي ميليمتر مقرون به صرفه نيست كه از اين ابزار گران قيمت معمولي موجود در بازار عمومي بهره برد در عوض مي توان از دوربين هاي غير متريك ارزان قيميت كارايي لازم را براي رسيدن به دقت مورد نظر انتظار داشت لازمه استفاده از اين دوربين ها استخراج پارامترهاي كاليبراسيون مي باشد كه مي توان از طريق محاسباتي با استفاده از test field به اين هدف نايل شد
از آنجا كه براي رسيدن مختصات دوربين به عكس (توجيه داخلي) و در نهايت تبديل مختصات عكس به مختصات شي(هدف فوتوگرامتري)بايد هندسه بين دوربين و شي تشكيل شود پس كاليبراسيون دوربين بسيار حياتي است.


فتوگرامتري برد كوتاه :
در فتوگرامتری برد کوتاه با استفاده از نرم افزار های موجود که در عین سادگی کار باآنها می توان بااستفاده از دوربین های عکسبرداری دیجیتال غیرمتریک نیز مدل های سه بعدی را با دقت خوبی حاصل کرد.
نرم افزار photo modeler یکی از این ابزارهااست که با طرز کار آن در این گزارش آشنا می شویم.
در اولین مرحله از کار ابتدا به تعدادی عکس از شیئی که می خواهیم آنرا سه بعدی کنیم نیاز داریم این عکسها باید طوری گرفته شوند که در مجموع تمامی قسمتهای شئ را شامل شوند.
پس از مرحله عکسبرداری و آماده شدن عکسها جهت انجام پردازش، کار با نرم افزار آغاز می شود.
بدین منظور ابتدا باید نرم افزار روی سیستم مورد نظر نصب گردد پس از نصب آن نرم افزار را اجرا کرده پنجره ای به صورت زیر باز می شود.


مراحل انجام كار
براي ايجاد پروژه ابتدا بايد به File رفته و New project را انتخاب مي كنيم.
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567934661.jpg
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567934662.jpg
در بخش Project Wizard تنظیمات مربوط به واحد های اندازه گیری در آن
انجام می گیرد .(در اين پروژه از millimeter استفاده می کنیم)

http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567934663.jpg
بعد از انتخاب millimeter گزینه ی next راکلیک می کنیم.

پنجره ای مطابق زیر باز میشود.
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567934664.jpg
پنجره Camera Wizard باز می شود که تنظیمات مربوط به دوربین در
آن انجام می گیرد. بدین منظور ابتدا با انتخاب گزینه ی
new camera در صورتی که دوربین تا به حال به نرم افزار معرفی نشده باشد و انتخاب نامی به عنوان شناسه یدوربین،دوربین را معرفی کرده و برای اعمال توجیه دوربین، با دوربین از یک صفحه A4 عکس می گیریم و این عکس را به نرم افزار معرفی می کنیم. سپس پنجره ای باز می شود که در آن پارامترهای دوربین از قبیل focal length,pixel size محاسبه شده است. برای ارائه یک کار دقیق تر می توان از دوربینهای کالیبره شده نیز استفاده کرد .
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567934665.jpg
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567937751.jpg
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567937752.jpg
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567937753.jpg

بعد از این مرحله باید از یک صفحه A4عکس گرفته و برای توجیه از آن استفاده کرد.با استفاده از گزینه ی browse مسیر عکس را معرفی کرده و با انتخاب نوع کاغذ (A4) وارد مرحله ی بعد می شویم.
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567937754.png
قرار دادن نقاط مشخص شده روی گوشه های صفحه :
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13567937755.png
برای افزایش دقت کارازzoom inو zoom out استفاده می شود. سپس پنجره ای باز می شود که در آن پارامترهای دوربین محاسبه شده است. یکی از بهترین قابلیتهایی که این نرم افزار دارد انجام توجیه داخلی دوربین به صورت خودکار است. برای ارائه یک کار دقیق تر می توان از دوربینهای کالیبره شده نیز استفاده کرد .

http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568483701.jpg
وارد مرحله ی بعد می شویم در این مرحله نرم افزار از ما معرفی عکس ها را می خواهد. گزینه Add/Remove Photo را انتخاب می کنیم.
برای شروع دو عکس انتخاب می کنیم تا نرم افزار بدینوسیله توجیه شود.
پس از انجام تنظیمات و انتخاب عکسها پنجره زیر باز می شود :
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568483702.png
نقاط اصلی شئ را (توسط (mark line modeانتخاب می کنیم برای دقیق شدن کار پس از zoom کردن نقاط را دقیقا در محل اصلی خود قرار می دهیم. پس از اتمام عکس اول عکس دوم را کامل می کنیم در این مرحله باید دو عکس نسبت به هم توجیه شوند(توجیه نسبی دو عکس).
به این منظور ابتدا برای کنار هم قراردادن دو عکس از منوی Window گزینه Tile و سپس Zoom to fit all را انتخاب می کنیم.از escape
برای خروج از این mood استفاده می کنیم.برای انجام refrencing میتوان از منوی Refrencing گزینه
Refrence mode را انتخاب کرد. در این مرحله باید یک عکس را به عنوان Refrence و عکس دیگر را به عنوان destination انتخاب کرد.روی عکس مرجع کلیک می کنیم Ctrl+A می گیریم کلیه نقاط آن انتخاب می شوند پس از آن روی عکس مقصد رفته نقاط متناظر روی دو عکس را انتخاب می کنیم اصطلاحا Refrencing را انجام می دهیم
پس از Refrencing نوبت پردازش عکسها و محاسبات مربوط به آن می شود به منظور انجام این مرحله از دکمه Process یا کلید F5 استفاده می کنیم.

http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568483703.jpg
در هر مرحله بعد از انجام موفق Refrencingمی توان با استفاده از گزینه ی open a 3D viewer یا دکمه ی F7 یک تصویر سه بعدی از object مشاهده کرد.می توان از این کار برای کنترل اشتباهات استفاده کرد.به همین ترتیب کلیه عکسها را نسبت به هم توجیه می کنیم.
نکته قابل توجه در اینجا این است که دو عکسی که یکی از آنها توجیه نشده باید حداقل 6 نقطه مشترک داشته باشند ، در حالتی که هر دو عکس توجیه شده اند تنها یک نقطه کافی است.
برای اضافه کردن عکس جدید به مجموعه از منوی File گزینه Add/Remove Photo را انتخاب می کنیم :

http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568483704.jpg
این کار را می توان با کلیک راست روی یکی از عکس ها و گزینه ی Add/Remove Photo نیز انجام داد.
پس از انجام کلیه این مراحل روی تمام عکسها مدل اولیه فضایی شئ ایجاد می شود (توسط F7). در این مرحله برای کامل کردن مدل از منوی Surface گزینه Boundary Patch Mode را انتخاب می کنیم و سطوح یک پارچه را انتخاب می کنیم پس از کامل شدن هر سطح Right Click کرده Finish Surface را انتخاب می کنیم به این ترتیب یک سطح برای نرم افزار تعریف می شود.

http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568483705.png
تصویر بعد از انتخاب تمام سطوح به صورت زیر است:
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568485761.png
بعد از این مرحله با کلیک بر روی option واقع در گوشه ی راست پنجره گزینه ی fast texture را از منوی آبشاری انتخاب کرده و ok می کنیم.
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568485763.jpg
مدل سه بعدی کامل شد. در صورتی که بخواهیم جای دوربین ها را هم مشخص کنیم می توانیم با استفاده از گزینه ی cam stations در پنجره ی option دور بین ها را جا نمایی کنیم.
http://emruzi.com/up/uploads/thumbs/13568485764.png

مدل واقعی روی زمین :
http://emruzi.com/up/uploads/13568486801.jpg

پس از استفاده از عکاسی از جهات مختلف ،توجیهات و مدل سه بعدی شده:


http://emruzi.com/up/uploads/13568487441.png


----
در ادامه هم لینک دانلود و هم مثالی با آکواریمم میذارم :D