3D-сканирование без 3D-сканера. Как получить трехмерную модель при помощи смартфона

Содержание статьи

Как и у любого человека, увлекающегося 3D-печатью, у меня периодически возникает необходимость превратить какой-нибудь материальный предмет в виртуальную объемную модель для последующей отправки на принтер. В онлайн-каталогах вроде Thingiverse можно найти далеко не все, а рисовать сложную деталь в 3D-редакторе — долго и муторно. Казалось бы, решение проблемы — 3D-сканер, но он не всегда имеется под рукой. Можно ли обойтись и вовсе без этого хитроумного устройства? Оказывается, можно! Для этого вполне достаточно обычной цифровой фотокамеры или смартфона.

Суть метода

Способ получения трехмерной модели с помощью цифрового фотоаппарата называется фотограмметрией. Под этим термином понимается определение формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их изображениям. Фотограмметрия широко используется там, где предмет физически невозможно запихнуть в 3D-сканер, например при съемке архитектурных объектов или при аэрофотосъемке для построения объемных изображений ландшафта земной поверхности. Слона таким образом оцифровать не получится — объект должен быть неподвижен. Пользуются фотограмметрией и 3D-моделисты, не желающие тратиться на покупку специального оборудования.

Фотограмметрия использует методы оптики и проективной геометрии, чтобы точно определить каждую точку поверхности исследуемого объекта и воссоздать его трехмерную модель по двумерному изображению. Происходит это так. Специальные программы обрабатывают набор фотоснимков одного и того же объекта, сделанных с разных ракурсов. При этом необходимо, чтобы на нескольких фотографиях присутствовали общие элементы снимаемого объекта, то есть каждый его участок должен быть запечатлен как минимум на трех фото. Вращать объект, как это делается при использовании 3D-сканеров, в этом случае не следует, поскольку при вращении меняется его освещенность. Вместо этого, наоборот, нужно перемещаться вместе с камерой вокруг сканируемого предмета. Результатом программного анализа снимков становится цифровая трехмерная модель, которую потом можно загрузить в 3D-редактор для последующей обработки.

Этот метод хорош для тех владельцев 3D-принтеров, которые пока еще не освоили работу в профессиональных трехмерных редакторах, но желают изготовить из пластика какое-то полезное изделие. В этом случае его можно будет вылепить, например, из пластилина, причем в большем масштабе — так можно получить довольно мелкие детали, отсканировать, а затем отправить на печать. Правда, полученная объемная модель все равно будет иметь изъяны, поэтому ее придется немного «подправить» в соответствующих программах вроде бесплатных Meshmixer или MeshLab.

Железо

Для получения трехмерной модели методом фотограмметрии подойдет любая цифровая камера. Очевидно, что профессиональные зеркалки дают заметно лучший результат просто в силу более качественной оптики. Кроме того, такие фотоаппараты позволяют импортировать снимки в «сыром» формате RAW, то есть без сжатия, что дает определенное преимущество при обработке изображения, поскольку в результате сжатия графики неизбежны потери. Но в целом для достижения приемлемого результата вполне достаточно камеры, которой оборудованы практически все современные смартфоны, при условии, что сам объектив камеры не имеет физических повреждений и дефектов. Общий принцип тут таков: чем больше разрешение полученных снимков, тем выше будет качество трехмерной модели, но тем больше времени потребуется на программную обработку кадров.

Экшен-камеры вроде GoPro для целей фотограмметрии подходят не очень хорошо, поскольку большинство из них оборудованы объективами типа «рыбий глаз», которые вносят искажения в полученное такой камерой изображение. Этим сводятся на нет все преимущества подобных устройств.

Именно поэтому в качестве устройства для получения изображений вместо экшен-камеры вполне можно использовать обычную веб-камеру, благо именно они и лежат в основе большинства бюджетных 3D-сканеров. Качество полученной таким образом покадровой съемки будет, честно говоря, так себе, зато подобным способом можно снимать достаточно большие объекты — например, архитектурные сооружения или автомобили.

Ограничения

Очевидно, что с использованием метода фотограмметрии можно получить качественную 3D-модель далеко не всякого объекта. При помощи цифрового фотоаппарата не получится отсканировать следующие предметы:

  • прозрачные объекты;
  • объекты, имеющие поверхность с высокой отражающей способностью, например зеркальные или хромированные;
  • очень маленькие предметы;
  • предметы, поверхность которых имеет большое количество мелких деталей, выступов и выемок, либо объекты очень сложной формы.

Чрезвычайно плохо получаются модели однотонных предметов с очень гладкой и ровной поверхностью, потому что в этом случае программе будет не к чему «привязаться» при обсчете объемной фигуры. Кроме того, объект, безусловно, должен располагаться перед объективом камеры совершенно неподвижно. Качественно отсканировать движущийся объект не получится.

Приступаем к съемке

Перед началом съемки необходимо поместить сканируемый предмет на какую-нибудь подставку или закрепить на штативе. Его нужно жестко зафиксировать, чтобы объект не перемещался и не болтался на своем основании. Можно, например, закрепить его на подставке кусочком пластилина — причем этот кусочек должен быть достаточно большим, чтобы предмет не перекосило или он не завалился набок во время съемки. Объект лучше всего установить на отдельно стоящем табурете или столе, вокруг которого можно беспрепятственно обойти с камерой в руках.

Продолжение доступно только участникам

Материалы из последних выпусков становятся доступны по отдельности только через два месяца после публикации. Чтобы продолжить чтение, необходимо стать участником сообщества «Xakep.ru».

Присоединяйся к сообществу «Xakep.ru»!

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», увеличит личную накопительную скидку и позволит накапливать профессиональный рейтинг Xakep Score! Подробнее

Читать новость в источнике Xakep

0