1. PHOTOMODELER. Pracovní prostedí PhotoModeleru (obr. 1) EŠ 02.10_FM10 PHOTOMODELER

Transkript

1 1. PHOTOMODELER PhotoModeler je fotogrammetrický systém urený k bezdotykovému 2D a 3D mení. Je založen na principech metody prsekové fotogrammetrie. Umožuje získat mnoho údaj ze snímk daného objektu bhem krátké doby. Kombinuje snímky a umístní bod ve tírozmrném prostoru. Výsledkem je 3D model, který mže být exportován do jiných grafických program. PhotoModeler pracuje na dnes bžném poítai v prostedí Windows (95, 98, NT 4.0, 2000). Pracovní prostedí PhotoModeleru (obr. 1) Titulek (Caption Area) obsahuje jméno programu "PhotoModeler Pro" a jméno aktivního projektu, tlaítka pro maximalizaci, minimalizaci a uzavení projektu. Hlavní nabídka (Main Menu) je umístna v horním okraji aplikaního okna. Jednotlivé nabídky jsou uspoádány do ádku a umožují pístup k funkcím a nástrojm programu. Hlavní panel nástroj (Main Toolbar) obsahuje dv ady ikon pro ovládání PhotoModeleru. program lze ovládat jak myší - výbrem z hlavní nabídky, panelu nástroj, tak pomocí klávesnice. Vedlejší panel nástroj (Sub Toolbar) je za panelem nástroj. Po aktivaci nkteré ikony z hlavního panelu nástroj se zobrazí další nabídka pro daný píkaz. Pracovní plocha (Work Space) je plocha, kde se zobrazují snímky, s nimiž práv pracuji. Dialog snímk (Docked Projekt Photographs Dialog) zobrazuje všechny snímky v projektu. Pro zvtšení pracovní plochy muže být tento dialog uzaven. Obr. 1 : Pracovní prostedí PhotoModeleru EŠ 02.10_FM10

2 Poízení snímk objektu Kvalita snímk má vliv na pesnost výsledného prostorového modelu. S tím souvisí pozice stanoviska fotografování. 1. Osy zábru by mly svírat pravý úhel (obr. 2) Obr. 2 Pozice kamer pi snímkování 2. Všechny dležité body by mly být zobrazeny nejmén na tech snímcích. Pro lepší kvalitu výsledného modelu by body objektu mly být zobrazeny na více snímcích. Pro snímkování objektu byly zvoleny 4 stanoviska fotografování (obr.3 ). Každý bod bude zobrazen na dvou snímcích, tj. nejmenší možný poet snímk. Obr. 3 : Pozice kamer pi snímkování reálného objektu - 2 -

3 Pro zamení fasád se používají nejmén ti stanoviska fotografování (obr.4 ). Obr.4 : Pozice kamer pi zamení fasády 3. Snímky by mly být poízeny s maximálním pekrytem. Tím bude zajištna viditelnost stejných bod na vtším potu snímk (obr.5). Obr.5: Pekryt snímk 4. Je dobré poídit maximální poet snímk objektu. Pro vytvoení 3D modelu mžeme využít jen ty, které budou vhodné. Bhem zpracovávání je možné snímky libovoln do projektu pidávat EŠ 02.10_FM10

4 5.Pokud je to možné, poídíme také snímky nad, pod a kolem objektu (obr.6 ). a) Pozice kamer nad objektem b) Pozice kamer kolem objektu c) Pozice kamer kolem objektu Obr.6 : Pozice kamer pi snímkování 6. Bhem snímkování je teba zmit vzdálenost mezi dvma body na objektu. Nejprve je vytvoen prostorový model v obecné poloze (viz dále). Zmenou vzdálenost mezi dvma body využijeme pro urení mítka výsledného 3D modelu. Mené body musí být dobe viditelné a identifikovatelné na snímcích

5 Tvorba 3D modelu Tvorba prostorového modelu se zkládá z nkolika krok (obr.7 ). 1. Kalibrace komory použité ke snímkování* 2. Založení projektu 3. Nadefinování parametr kamery 4. Import snímk 5. Mení a referencování bod 6. Výpoet 7. Pidání snímk do projektu, další mení, kontrola 8. Vyhodnocení prvk objektu** 9. Export výsledného modelu * není uvedeno v tomto návodu, více viz návod kalibrace ** není podrobn uvedeno v tomto návodu, ásten viz krok 5 2. Založení projektu Obr.7 : Tvorba prostorového modelu Pro zadávání dat do projektu je možné se nechat vést prvodci (Projekt Wizard) Nejdíve se definuje projekt File / New Project. Zde se zadává pibližná velikost objektu a jednotky. Název a umístní projektu se zadávají až pi prvním uložení projektu. Pi každém dalším ukládání se vytváí samostatný soubor (jméno_ver1.pmr). Kopie (_ver) jsou jsou íslovány od 1.V adresái mže být maximaln 5 kopií EŠ 02.10_FM10

6 3. Nadefinování parametr kamery Definice použité kamery se provede pomocí prvodce Camera Wizard. V nkolika krocích se postupn zadává jméno, zda jde o kameru novou nebo jiz použitou ve Photomodeleru, typ kamery, rozmr snímk v pixelech. Všechny snímky musí mít stejný rozmr. Parametry komory je nutné zadávat pesn podle kalibraního protokolu. Pro snímkové souadnice je použit souadnicový systém, kde osa +X jde z leva do prava a osa +Y jde shora dol (obr.8 ). Obr.8 : Souadnicový systém snímkových souadnic 4. Import snímk a práce s nimi Snímky musí být v digitální podob a musí být uloženy na disku poítae. Pípustné jsou formáty : tif, bmp, pcx, tga, jpg, png, pct, psd, ppm, mac, cal, pcd. Import snímk do projektu se provede pomocí Photo Import Wizard. Snímky poízené stejnou kamerou musí být importovány se stejnou rotací. Standartn se používají snímky orientované na šíku. Pro správu všech snímk v projektu slouží Project Photographs Dialog, který je zobrazen v levé ásti aplikaního okna. Obr.9 : Vložení / vypuštní snímk Pokud projekt obsahuje vtší poet snímk, je vhodné zaít pracovat jen s nkolika snímky a postupn vkládat další. Vložení/vypuštní snímk do/z projektu se provede pomocí dialogu - 6 -

7 Add/Remove Photographs (obr.9 ). Zde se zadá cesta ke snímkm (Change directory) a vyberou se snímky, které mají být vloženy / vyloueny do / z projektu. Jednotlivé snímky se zobrazují v oknech (Photograph Window). Zde dochází k mení a referencování bod. Okna mohou být kdykoliv zavena a znovu otevena. Aktivují se po dvojím kliknutí na snímek nebo se snímek jedním kliknutím myši oznaí a oteve se pomocí ikony Open Photos. Snímky je možné libovoln zvtšovat, zmenšovat, posouvat a pod. Photograph Properties dialog zobrazuje vlastnosti a nastavení jednoho a více snímk (obr.10). Oznaí se snímek a po kliknutí pravým tlaítkem se oteve roleta, ve které se vybere tento dialog. Jednotlivé údaje (kamera, rotace,...) je možné mnit. Snímky je možné z výpotu vyloit pomoci Processing Action. Jednou z možností je Do not use, snímky jšt nebyly orientovány. Snímky, které jsou prvn importovány do projektu, jsou sem automaticky zaazeny. Jakmile se zmí rámové znaky, body aj, snímky jsou opt automaticky zaazeny do Use and adjust. Snímky a na nich zmené prvky budou orientovány a vypoteny. Tetí možností je,,use but no adjust. Snímky spolu s menými prvky vstupují do výpotu a podílí se na tvorb 3D modelu, ale bhem výpotu nebudou zmnny. Obr.10 : Vlastnosti snímk Bhem práce je možné mnit jas a kontrast snímk pomocí Marking / Image Enhance. Zmna nastavení se uloží pouze v projektu (*.pmr). Snímky, které jsou uloženy na disku poítae, nejsou zmnny. Návrat k pvodním hodnotám je možný pomocí tlaítka Reset. Photos Missing Dialog se objeví tehdy, pokud snímky byly pesunuty do jiného adresáe, pejmenovány nebo smazány (obr.11 ) EŠ 02.10_FM10

8 Obr.11 : Chybjící snímky 5. Mení a referencování Mení Pro tvorbu 3D modelu je možné využít : - body (Object Points), které jsou nejdležitjším prvkem. Photomodeler rozlišuje ti druhy bod : 1. body vytvoené bhem mení - Object Points 2. body v ploše - Surface Draw Points 3. vlícovací body - Control Points - hrany (Edges), to jsou linie mezi dvma 3D body. Referencují se koncové body i spojnice. - kivky (Curves) - válec (Cylinders), každý válec má stejný polomr po celé délce. - linie (Lines) je spojnice mezi dvma body. Vytváí se automaticky, nereferencuje se. - plochy (Surfaces), pro vytvoení plochy musí být nejmén 3 body ( body, koncové body hran) nebo kivky. Plochy je možné využít pro lepší plasticitu objektu. Lze jim libovoln piadit materiály nebo využít snímky jako tapety

9 Nejprve se oteve snímek. Vybere se nástroj pro mení prvk linií, hran a další. Poloha na snímku se urí jedním kliknutím levého tlaítka myši. Body jsou íslovány od jedné. Pokud je nkterý bod smazán, jeho íslo se v projektu již neobjeví. Po zmení vtšího potu prvk se projekt stává nepehledným. Pomoící dialogu Visibility (obr12). je možné jednotlivé prvky vypínat a zapínat. Obsahuje dv záložky. První (Marked) pomáhá s viditelností prvk a druhá (Projected) je vhodná pro kontrolu a hledání chyb v modelu. Pokud se v této záložce zatrhnou jednotlivé možnosti, program na aktivní snímek umístí vypotenou polohu tchto prvk. Obr.12 : Viditelnost prvk Každý z tchto objekt má své vlastnosti, které lze mnit. Po vybrání prvku (obarví se erven) se klikne pravým tlaítkem myši a vybere se dialog vlastností (Properties of selected ). Zde lze mimo jiné definovat vrstvu, do které se daný prvek bude ukladat a barvu. To ma velký význam pro export modelu. Mení rámových znaek Rámové znaky je nutné zmit na všech snímcích (Marking / Mark Fiducials). Dležité je rozmístní rámových znaek. Minimální poet je 3 a musí pokrývat vice jak 1/3 snímku (obr13). Obr.13 : Rozmístní rámových znaek EŠ 02.10_FM10

10 Referencování Stejné body na rzných snímcích mají rzná ísla. Referencování je process, pi kterém se urí, které body si vzájemn odpovídají. Všechny zmené prvky musí být referencovány nejmén na dvou snímcích. Pro vtší kvalitu projektu je lepší všechny prvky referencovat na všech snímcích v projektu. Referencování se provede pomocí Referencing / Reference Mode. Vylistují se snímky, které budou referencovány. Lze referencovat vždy dva snímky. Na levém snímku se vybere prvek a urí se jeho poloha na pravém snímku. Pokud se referencují již zorientováné snímky, pak prvek bude ležet na druhém snímku na epipolární linii. Je-li referencován na tetím snímku, pak kurzor nabízí pedbžnou polohu prvku. Zpsoby referencování 1. Postupným výbrem jednotlivých zmených prvk, tj. jeden prvek se oznaí a referencuje. 2. Výbrem libovolného potu zmených prvk. Postupn se referencují všechny vybrané prvky. 3. Body je možné referencovat již bhem mení. Bod se zmí na levém snímku a hned se referencuje na snímku pravém. 6. Výpoet Program pro tvorbu 3D modelu z promených snímk a parametr kamery využívá speciální numerický algoritmus. Vytváí 3D body a minimalizuje chyby. Výpoet je iterativní proces, který probíhá tak dlouho, až se vypote prostorová poloha bod, hran a minimalizují se chyby. Výpoet se spustí pomocí Project / Process... (obr.14) a probíhá ve dvou etapách. První je kontrola všech dat (Audit), a ve druhé etap (Adjustment) se vytváí prostorový model objektu. Nejprve se kontrolují všechna data, která se budou podílet na tvorb 3D modelu. Výsledky (Audit Dialog) pedpovídají úspšnost výpotu, kvalitu výsledného modelu a lze je použít pro hledání chyb. Audit Dialog obsahuje tyi záložky. Obr.14 : Processing dialog

11 První je Audit Summary (pravá ást) a ukazuje, jak pesn bude model vypoten. To je vyjádeno ísly 1-5. kde íslo 5 je nejvyšším možným vyjádením pro pesnost. Dále zde mohou být návrhy (Suggestion). Velký poet návrh ukazuje na hrubé chyby v projektu (špatn definovaná kamera, velké chyby v referencování atd.). Druhá záložka Audit Overview je rozdlena na dv ásti. V horní ásti je celkový poet snímk a poet bod v projektu a jejich kvalita (Acceptable?). Pokud je kvalita Yes, výpoet by ml probhnout bez problém. Je-li Maybe, pak výpoet mže, ale také nemusí. probhnout správn. A No ukazuje na hrubé chyby. Ve spodní ásti je podrobnji popsána kvalita bod a snímk. Zde je ješt další dlení (Good-dobré, Weak-slabé, Unused-nepoužitelné). Záložka Audit Photo ukazuje informace o snímcích v projektu. Je zde minimální, maximální a celkový poet zmených bod, oblast pokrytá zmenými body v procentech a poet rámových znaek v procentech a jšt celkové hodnocení kvality snímk. Na každém snímku musí být zmeno nejmén šest bod nebo ti body vlícovací. Poslední záložka Audit Points zobrazuje podrobné údaje o zmených bodech a také je zde celkové hodnocení kvality bod. Zmené body se nepodílí na tvorb 3D modelu, jsou-li na snímku s oznaením Unused. Ve druhé etap výpotu (Adjustment) se vytvoí prostorový model objektu (obr.14). Zajímá se o mené body, hrany a o kameru. Prvky jako linie, plochy, válce, body v ploše a kivky nemají žádný vliv na výpoetní proces. Ten je rozdlen na ti ásti. První je Orientation, zde se vypote relativní poloha bod v prostoru a relativní poloha kamery. Druhá ást je Global Optimization, zde se optimalizují a minimalizují chyby na bodech, v pozici a v úhlech kamery. Tetí ástí je Self Calibration provádí dálší optimalizaci a vyrovnání parametr kamery pro každý snímek. Samotný výpoet se spustí tlaítkem Process. Dialog nabízí možnost uložení projektu tsn ped výpotem. Následuje výpoet - dialog 3D Process. Po výpotu první iterace se vedle objeví chybový dialog Total Error (obr.15). Chybový dialog zobrazuje soubor vertikálních sloupc. Každý sloupec ukazuje hromadní chyb ve 3D modelu bhem jedné iterace. Obvykle jsou zde soubory, které jsou oddlené šedým sloupcem. První soubor odpovídá fázi Optimization a druhý fázi druhé optimalizace a Self-Calibration. Cílem výpotu je zmenšit chyby, a tak jednotlivé sloupce se musí zmenšovat. asto je první sloupec ve druhém souboru vtší než poslední v prvním ( ped šedým sloupcem). Po skonení výpotu se zobrazí dialog, který ukazuje, zda byl/nebyl model úspšn vypoten. Obr.15 : Výpoet modelu EŠ 02.10_FM10

12 7. Kontrola modelu Pokud model nebyl vypoten, kde hledat chyby : - špatn zmené body, hrany - špatn referencované body, hrany - špatné íslo nebo poloha vlícovacího bodu - špatné parametry komory - malý poet zmených bod, rámových znaek - špatné rozmístní bod aj. Ve PhotoModeleru je mnoho nástroj pro hledání chyb a kontrolu modelu : - dialog výsledk kontroly dat (Audit Dialog) viz výpoet - dialog viditelnosti prvk (Visibility) viz mení - dialog zbytkových chyb (Marking/Marking Residual Display). Na snímku zobrazí chybovou úseku mezi bodem meným a vypoteným. Pro dobrou viditelnost je vhodné zadat vtší hodnotu (pednastavena je 1),která uruj zvtšení mezi jedním chybovým pixelem a jeho zobrazením na aktivním snímku. - 3D prohlíže (3D viewer ) zobrazuje prostorový model, pozice kamer pi snímkování (obr.16). Lze ho natáet, mnit mítko a posouvat. Je vhodný pro hledání hrubých chyb. Obr.16 : 3D Prohlíže - nastavení

13 Zmna mítka a rotace Po výpotu je vytvoen prostorový model v obecné poloze. Jeho orientace je možná dvojím zpsobem - pomocí vlícovacích bod nebo definováním zvtšení a rotace. Vlícovací body je nutné do programu importovat, zmit (pes dialog Control Points) a referencovat (obr.17). Import se také provede pes dialog Control Points / Import. Zde se zadají jednotky vlícovacích bod, typ importovaného souboru (txt, dxf) a soubor se vylistuje v adresái. Obr.17: a) Dialog vlícovacích bod Obr.17: b) Import vlícovacích bod Pro definování mítka s rotace slouží dialog 3D Scale and Rotation (Project/3D Scale and Rotation ). Zde je opt nkolik možností pro zadávání (obr.18): - None - prostorový model se nemní, žádné zvtšení ani rotace - Scale Only - definuje pouze zvtšení podle jedné délky, zadá se vzdálenost a definují se body, mezi kterými byly mena(viz. poízení snímk) - Scale $ Rotate - postupn se definuje zvtšení (pomocí mené vzdálenosti) a rotace. Rotace se definuje temi body a je možná v kombinaci XY, YZ, XZ. - 3Point rotace se definuje temi body EŠ 02.10_FM10

14 Po zadání zvtšení a mítka (pomocí vlícovacích bod, dialogu 3D Scale and Rotation) je nutné opt provést výpoet. Obr.18 : Scale and Rotation dialog 9. Export výsledného modelu Výsledný prostorový model mže být exportován do jiných formát: dxf, 3D Studio, obj, vrml. 2D,,model lze také exportovat, ale jen do formátu dxf. V dialogu Export Models (File / Export Models) se zvolí formát, dále se vybere, co má být exportováno (3D body, ísla bod, hrany, linie, plochy...). Všechny typy prvk nelze pevést do všech formát, nap. 3D studio si neporadí s body, liniemi a kivkami. Rzné ásti modelu mohou být exportovány v jiných formátech (obr19). Obr.19 : Export 3D modelu