Photogrammetrie Rekonstruktionsverfahren für 3D Objekte

//Photogrammetrie Rekonstruktionsverfahren für 3D Objekte

Photogrammetrie Rekonstruktionsverfahren für 3D Objekte

Photogrammetrie ist ein Rekonstruktionsverfahren, was sehr gut für 3D Scans funktioniert. Bei der Photogrammetrie handelt es sich um ein passives Fernerkundungs- und Vermessungsverfahren, da es die berührungslose Rekonstruktion von räumlichen Objekten aus deren fotografisch festgehaltener Strahlung ermöglicht. Die Objekte werden meist im natürlichen Licht und von mehreren Standpunkten der Kamera (oder gleichzeitig von mehreren Kameras) aufgenommen.
Zur Rekonstruktion wird spezielle Software genutzt, wie z.B Agisoft Photoscan, Capture Reality, Autodesk Recap und andere.
Die Software verwandelt somit eine Digitalkamera in einen 3D-Scanner. Sie berechnet das 3D-Objekt anhand normaler Fotos, aus unterschiedlichen Perspektiven. Die originalen Texturen des Objektes oder der Szenerie bleiben dabei erhalten.

Die Photogrammetrie-Software analysiert die Bilder und erzeugt ein räumliches Abbild der Szene. Dazu wird auf den Fotos nach charakteristischen Strukturen gesucht, beispielsweise nach scharfen Kanten oder Hell-Dunkel-Mustern. Solche markanten Punkte müssen jeweils auf vielen Fotos wieder zu finden sein, damit die Software berechnen kann, wo diese Punkte im Raum liegen.

Durch diese Rekonstruktion entsteht eine Punktewolke die dann anschließend in ein 3D Objekt umgewandelt und weiterverwendet werden kann.

Reale Orte werden virtuell begehbar

Die Rekonstruktion realer Objekte und Orte ist für die Entwicklung von VR Erlebnissen besonders spannend. So können zum Beispiel Orte und Räume virtuell begangen werden. Diese dreidimensionalen Rekonstruktionen bringen eine viel größere Informationsdichte und Interaktionsmöglichkeit mit sich – im Vergleich zu 360 Grad Video oder Panorama Aufnahmen.
Ein weiterer Vorteil ist das die Größenverhältnisse unwichtig werden. So kann ein 3D Modell fast beliebig für den Einsatzzweck skaliert werden. Aus der Kombination von Photogrammetrie, 3D Modellierung und 3D Druck, können so Objekte maßstabsgetreu nachgebildet bzw. neu erstellt werden.

Voraussetzungen für hochwertige 3D Reproduktion

Die Qualität der 3D Scans ist sehr stark davon abhängig, wie viel in Technik und Software investiert wird. Obwohl der Einstieg bereits mit einem Smartphone und kostenfreier Software möglich ist, kann man damit noch keine hochwertige 3D Modelle erzeugen.
Problematisch ist das Verfahren bei bestimmten Oberflächen. So sind transparente oder spiegelnde Flächen sehr schwer zu vermessen, da die Markierungspunkte nicht eindeutig von mehreren Winkeln aus, zu sehen sind. In solchen Fällen muss man sich Abhilfe schaffen indem man die Flächen vorbehandelt, zB. durch Kreide-spray.

Selbst wenn die äußeren Voraussetzungen wir z.B Licht, Umgebung, Technik usw. alle gepasst haben, erhält man ohne Nachbearbeitung der 3D Modelle noch kein perfektes Ergebnis. Zur Nachbearbeitung der Scans kann z.B zBrush, Blender, Meshmixer oder Meshlab eingesetzt werden. Während der Nachbearbeitung werden fehlende Daten (Rauschen oder Ungenauigkeiten) verarbeitet, geglättet und das 3D Modell weiter optimiert.

Die Qualität hängt logischerweise auch direkt von der Qualität der Fotos ab. Das heißt, hochauflösende Digital Kameras mit premium Linsen sind unumgänglich.
Folgende Punkte stehen bei mir noch auch der Checkliste:

  • Aufnahmen sollten bei diffusem Licht und gleichmäßiger Ausleuchtung stattfinden
  • Direkte Sonnenstrahlen und Schatten sind zu vermeiden
  • Aufnahmen im Freien sollten bei bewölktem Himmel erfolgen. Kleinere Bereiche lassen sich evt. mit Hilfe von Planen abschatten.
  • Spiegelungen vermeiden
  • Jegliche Unschärfen sind zu vermeiden. Auf Tiefenschärfe achten und am besten ein Stativ einsetzen auch wenn dies evt. Zeitaufwendiger ist.
  • ISO-Werte klein halten, Korrekter Weißabgleich mit Farb-Meßkarte
  • Man kann nie ‚zu viele‘ Fotos aufnehmen. Besser 100 zu viel als ein entscheidendes Foto zu wenig.

Anwendungsgebiete für Photogrammetrie und 3D Reproduktion

  • Geländevermessung
  • Volumen-Messung
  • Architektur und Denkmalschutz
  • Animation & Cinematographie
  • Archäologie
  • Biologie & Bildung
  • Erstellen von 3D-Objekten für Spiele und Animationen
  • Rekonstruieren, Modifizieren von Fahrzeugteilen (Reverse Engineering)
  • Scannen von Gebäuden für Visualisierungen und Studien

Für die Reproduktion kleinerer Objekten benutzen wir einen motorisch angetriebenen Drehtisch in einem Studio-Setup. Auf diese Weise kann man sehr hochwertige reproduzierbare Ergebnisse erzielen. Je nach Größe der Figur werden mindestens 3 Reihen a 70 Bilder aufgenommen.

Für die Reproduktion von Innenräumen setzen wir ein fahrbares Stativ ein. Dies ist bestückt mit mehreren Kameras α7R II von Sony, Vollformatsensor mit 42,4 Megapixeln. Der Viktoriensaal wurde mit dieser Methode digitalisiert. Das 3D Modell welches Sie hier sehen, besteht aus nur 1 Million Bildpunkten. Das original Modell hingegen aus 112 Millionen Bildpunkten.

Oben gezeigte 3D Modell ist mit Hilfe einer VR Brille ‚begehbar‘. Falls Sie eine Windows Mixed Reality Brille besitzen, nutzen Sie bitte einen Browser mit WebVR Unterstützung (z.B. Microsoft Edge). Klicken Sie auf das Brillen-symbol View in VR und setzen danach Ihre VR Brille auf. Mit Hilfe des Hand-Kontrollers können Sie sich im Raum frei teleportieren oder soweit Sie Platz haben, können sie auch frei durch den Raum schreiten. Der Daumensensor (links-rechts) verändert den Standpunkt im Raum in der Höhe.

Im Vorfeld von architektonischen und städteplanerischen Projekten sind oftmals fotorealistische Darstellungen der Planungsobjekte und deren Umfeld notwendig. Hier unterstützen wir Sie von der Aufnahme des Umfeldes per Multikopter– oder bodengebundener Vermessung bis hin zur 3D-Modell-Erstellung.

Hier noch mal ein Beispiel eines 3D Modells welches mit Hilfe der Luftbild Photogrammetrie erstellt wurde.

2018-02-07T00:18:18+00:00 Photogrammetrie|