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Home 訣竅與教學 攝影測量技術|可以用手機製作 3D 模型掃描嗎?
攝影測量技術

攝影測量技術|可以用手機製作 3D 模型掃描嗎?

攝影測量技術 |數位攝影測量很簡單。不過,過去需要風箏和熱氣球才能獲得的這項手持技術,現在要怎麼取得呢?

攝影測量技術 |簡單來說,攝影測量是透過多張照片建立 3D 物件的過程。這些照片用來測量物件之間的距離,並且製作該物件的 3D 圖示。

有幾個行業會使用攝影測量,而這有助於打破老式又繁瑣的技術障礙(我們將在下方討論)。

那麼,究竟誰會使用攝影測量,將現實物件製作成 3D 檔案呢?

文化遺產產業致力於保存搖搖欲墜的歷史建築,並且記錄生鏽和褪色的物件。測量員使用攝影測量技術進行拓撲製圖,展示建築在土地上的外觀。旅遊業中的飯店則會透過掃描活動空間讓客戶能夠在預訂時進行虛擬導覽。

作者Yurii Andreichyn and Yurii Andreichyn

此外,當然還有電影、遊戲和娛樂產業,演員和環境的掃描檔案可以用於各類用途。萬一演員離世,他們的肖像能夠被放在另一位演員的臉上。另外,影片遊戲透過在現實生活中掃描,以及從資訊中建立多組 LOD(細節級別)來省下製作背景的時間。

但現在,智慧型手機和應用程式讓日常消費者也能夠掃描任何日常物品。更重要的是,無人機讓掃描大型物件和區域變得更加輕鬆。

作者Volodymyr Goinyk and Budimir Jevtic

掃描發展的下一步是光達(LIDAR),它使用雷射原理,透過雷射射擊生成的點雲來偵測物件的位置和幾何形狀。

不過,讓我們回顧一下。我們是如何將這項具有相當高的產業門檻技術轉變成手持消費技術的呢?


達文西、熱氣球和製圖:攝影測量簡史

攝影測量技術在近幾年取得了長足進步。甚至在數位攝影測量之前,攝影測量本身也經歷了多次更迭。

1480 年,達文西(Leonardo da Vinci)提出了繪畫應該如何結合透視的理論。透視和投影幾何形式的原理是攝影測量理論的基礎,認為物件能夠被看作是透過玻璃觀看,並且使用透視線繪製。

地形圖彙編。作者Ammit JackAmmit Jack, and Ammit Jack

1850 年代,被譽為「攝影測量之父」的勞賽達(Aimé Laussedat)開始討論透過攝影製圖的可能性。他也是第一位使用地面照片編制地形圖的人。

攝影測量的四大發展時期為:

  1. 平板(Plane table)
  2. 類比(Analog)
  3. 解析(Analytical)
  4. 數位(Digital)

平板攝影測量階段使用圖像的照片來繪製透視線並計算資訊,例如距離和其他數據。勞賽達利用風箏和熱氣球嘗試地面和航空製圖。不過,要拍攝足夠覆蓋從航空站可見區域的照片是很困難的。

雖然感覺很奇妙,但是風箏和熱氣球曾被用於繪製地圖。作者FPWingThitisan, and Take Photo

類比攝影測量得益於航空業(航空攝影測量)的快速發展以及底片相機的改進。

電腦的發明對於解析攝影測量的進步來說,佔有不可或缺的一席之地。數位攝影測量目前的「運動恢復結構」(structure-from-motion)方法始於 1980 年代,是現今運作過程的基礎。現在,電腦可以使用多重視角重建相機的 3D 位置。


攝影測量:現在所有人都能使用

如果你對親自嘗試攝影測量有興趣,市面上有許多應用程式和軟體可以讓你完成目標。舉例來說,新款的 iPhone 搭載 LIDAR 光達技術,另外你還可以使用 EveryPoint 應用程式進行雷射掃描。

PhotoCatch 等應用程式,或是 Reality Capture 等軟體非常適合一般使用者。另一個低成本的選項就是使用手機照相,然後運用 Meshroom 和 Blender 建立 3D 模型

山脈和河谷的 3D 地形圖。作者 Andis ReaAndis Rea, and Galaxy1405

在選擇拍攝主體之前要留意的一點就是無論選用哪一個應用程式/軟體,它們都是根據你所擁有的多張圖像中的共同點來建構 3D 模型。你可能會想要選擇基本款,或是請朋友穿上單色毛衣,但是程式能在拍攝主體上抓取的差異愈多愈好。

接下來,讓我們提供一些初次處理攝影測量專案的技巧吧!

  • 照片愈多愈好(請注意,這會增加處理時間)
  • 讓拍攝主體保持在畫面中間
  • 無閃光攝影
  • 使用三腳架
  • 遠離透明和反光材料
  • 你可以使用移動式的攝影測量塗料,或是用水稍微擦拭反光表面,再用麵粉或滑石粉覆蓋。

然而,透過攝影測量製作的消費等級模型仍然存在一些問題。奇怪的網格或高多邊形數量會導致模型產生破損的渲染,或是在使用時顯示奇怪的彎曲和扭曲。

作者  Alexander LukatskiyTriff, and Stjepan Tafra

以下是一些可能會阻礙你製作更清晰 3D 模型的快速問題檢查清單:

  • 模糊/搖晃的照片
  • 距離太遠
  • 使用縮放功能而不是物理性靠近
  • 重疊不足(當前照片中 70-80% 的細節應該與之前和之後拍攝的照片重疊)
  • 反光
  • 糟糕的背景

這些技巧應該可以帶你入門,並且提供親自處理攝影測量的良好基礎。


跟著這些提供攝影靈感的文章繼續學習:

封面作者 Alexey Suloev

This post was originally published onSeptember 5, 2022

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