ARTIKEL

3D-fotogrammetrie: foto's omzetten in 3D-modellen

Ontdek hoe Canon EOS-camera's worden gebruikt om levensechte 3D-modellen te maken voor gebruik in videogames, films, productie en kunst.
Een technicus op een keukentrap stelt een van de vele lampen en camerastellages af die in een kring om een platte schaarlift staan.

Het bedrijf Sample & Hold biedt 3D-scanservices en is gespecialiseerd in 3D-fotogrammetrie voor toepassingen in de kunst en de creatieve sector. "Dat kan van alles zijn, van producten voor reclame en mensen voor computergames, tv of film, tot beelden voor beeldhouwers die met behulp van een 3D-scan van een model of maquette een grotere versie willen maken met een 3D-printer of CNC-machine voordat ze een laag klei aanbrengen," legt Sam Jackson, medeoprichter van Sample & Hold, uit.

3D-fotogrammetrie is het proces waarbij een fysiek item wordt gereproduceerd om een nauwkeurig 3D-model te maken. Het kan worden gebruikt om van alles vast te leggen, van mensen en historische artefacten tot vliegtuigen, gebouwen en zelfs grotere structuren.

"Het is een uitstekende manier om een object tastbaar te maken en tot leven te brengen, zodat je het van alle kanten kunt bekijken en de textuur ervan kunt zien," vertelt John Maurice, European Product Marketing Manager bij Canon Europe. "Je kunt dit ook doen via CG-rendering, maar dat is toch niet helemaal hetzelfde omdat je daarbij nooit al de nuances krijgt die met fotogrammetrie mogelijk zijn."

Digitale fotogrammetrie en 3D-modellering kunnen voor oneindig veel toepassingen worden gebruikt, bijvoorbeeld als een oplossing in productieomgevingen, techniek, design, entertainment en in de gezondheidszorg. "3D-modellen van iemand kunnen helpen bij het stellen van diagnoses en het volgen van behandelingen," legt John uit. "En in industriële omgevingen kan het maken van 3D-modellen de dure fase van prototypeontwikkeling korter maken."
Een overzichtsfoto van een groot aantal lampen en camerastellages in een kring om een platte schaarlift.

Voor de stellage voor fotogrammetrie van het hele lichaam gebruikt Sample & Hold 154 camera's. "Het mooie hiervan is dat je alles meteen vastlegt met een flitser," zegt Sam. "Je kunt dus mensen en andere bewegende onderwerpen vastleggen die tijdens het scanproces bewegen."

Een man in een t-shirt en lange broek staat op een schaarlift midden in een kring van lampen en camerastellages.

Met een schaarlift wordt de lengte aangepast van iemand die in het midden van de camerastellage voor fotogrammetrie van het hele lichaam staat. "We hebben redundantie ingebouwd," zegt Sam. "We scannen op een hoogte van ongeveer twee meter, dus als iemand korter is, brengen we die persoon omhoog tot het hoofd zich binnen het juiste gebied voor de foto's bevindt. De onderste camera's worden dan niet gebruikt."

3D-fotogrammetrie is een zeer specialistisch vakgebied en bij het proces draait alles om uiterste precisie. "Je moet een groot aantal foto's van het onderwerp maken, vaak met een overlapping van twee derde tussen de foto's om het 3D-profiel te maken," zegt John. "Als je de foto's dus maakt met één camera, moet je deze een klein beetje, maar heel nauwkeurig, verplaatsen zodat je die overlapping krijgt."
Om die reden gebruiken 3D-fotogrammetriebedrijven meestal stellages waarop meerdere camera's zijn bevestigd. De camera's worden zo gepositioneerd dat het onderwerp in één keer vanuit elke hoek wordt vastgelegd. Daarna worden alle foto's overgebracht naar speciale software die de overlapping vergelijkt en de 3D-geometrie genereert.

Sample & Hold, toonaangevend specialist op het gebied van 3D-scannen, maakt gebruik van twee van dergelijke stellages: een voor het scannen van het lichaam en een voor het scannen van het hoofd. "Op onze stellage voor het scannen van het lichaam zijn 154 camera's bevestigd," vertelt Sam Jackson, een van de oprichters van het bedrijf. "De stellage is dus niet enorm, maar het aantal camera's is wel heel groot. Ze zijn gepositioneerd in een opstelling van 360° rond de persoon en maken op hetzelfde moment de foto's, dus we hebben een heleboel foto's van dat specifieke moment, en die verwerken we vervolgens met Reality Capture-software. Hiermee wordt alle informatie uit die foto's verzameld en wordt in elke foto gezocht naar alle overeenkomende punten, en op basis daarvan wordt een 360°-model gemaakt."
Heb je Canon-apparatuur?

Heb je Canon-apparatuur?

Registreer je apparatuur voor gratis advies van experts, onderhoud van apparatuur, toegang tot inspirerende evenementen en exclusieve aanbiedingen met Canon Professional Services.
Een deel van de belichtings- en camerastellages die zijn opgesteld in een 3D-fotogrammetriestudio.

"We bouwen onze eigen belichting omdat er gewoon niets kant-en-klaars is dat we kunnen gebruiken," vertelt Nick Foots van Esper, een bedrijf dat uitrusting voor gebruik met meerdere camera's en apparatuur voor het maken van 3D-scans levert. "Het kan gepolariseerd of niet-gepolariseerd licht zijn, waarmee je een verschillende mate van details uit het oppervlak kunt extraheren." Sam Jackson van Sample & Hold, dat apparatuur van Esper gebruikt voor de eigen stellages (hier weergegeven), voegt hieraan toe dat soms niet alleen licht nodig is. "Als het onderwerp één vlak of oppervlak heeft van één uniforme kleur, werkt fotogrammetrie niet heel goed als er geen patroon op wordt geprojecteerd om het beeld beter te kunnen genereren," legt hij uit.

Een technicus stelt een van de Canon-camera's in een hoge camerastellage af.

Met de stellages voor meerdere camera's bij Sample & Hold kan het bedrijf objecten zo klein als een muntje en zo groot als een vierkant van drie bij drie meter fotograferen.

Wat is de beste camera voor scannen voor 3D-fotogrammetrie?

Als je voor 3D-fotogrammetrie een stellage met meer dan honderd camera's wilt gaan gebruiken, is het kiezen van een betaalbare camera een prioriteit. "Instapmodellen van spiegelreflexcamera's zijn goed voor dit soort werk," zegt John. "Net als betaalbare objectieven. 50mm-objectieven zijn populair, omdat ze voordelig en goed zijn."
Een van de voordelen van de keuze voor Canon EOS-camera's voor 3D-fotogrammetrie is de uitgebreide systeemondersteuning die voor deze camera's beschikbaar is. "Er is een groot portfolio met producten met verschillende prijzen," legt John uit. "Als je accessoires nodig hebt, zoals AC-adapters, dan kan Canon die bieden. Daarnaast kan Canon de Canon SDK [Software Development Kit] verstrekken waarmee de Canon-camerahardware beschikbaar kan worden gesteld aan derden, zodat deze in een specialistische workflow kan worden geïntegreerd. En als je dan camera's gaat upgraden, hoef je alleen maar de SDK te upgraden voor ondersteuning van het nieuwe product, dus je workflow wordt niet onderbroken."

Sam legt uit dat je voor 3D-fotogrammetrie niet de allerbeste functies nodig hebt die alleen te vinden zijn in camera's voor professioneel gebruik. "We gebruiken op dit moment het Canon EOS 2000D-instapmodel en de Canon EOS M6 Mark II," vertelt hij. "De EOS 2000D heeft een sensor met 24 Megapixel. Dat is lekker veel en je krijgt echt waar voor je geld. Hetzelfde geldt min of meer voor de EOS M6 Mark II, hoewel die een sensor met 32,5 Megapixel heeft. Die camera was eigenlijk een beetje een experiment voor ons, omdat we nog niet eerder met systeemcamera's hadden gewerkt. Nu overwegen we om EOS M6 Mark II-camera's op al onze stellages aan te brengen omdat ze zo ontzettend goed zijn."
In een studio is een Canon EOS-camera op een statief gericht op een glazen tafel met één rode sneaker erop. Een man bekijkt het beeld van de schoen in software op zijn monitor.

De EOS Digital SDK van Canon

Ontdek hoe de mogelijkheden voor opnamen op afstand met EOS- en PowerShot-camera's kunnen worden ontgrendeld met de Software Development Kit van Canon.
"Een van de redenen dat we niet zijn overgestapt op full-frame is dat de scherptediepte bij alle APS-C-camera's groter is, en dat is echt heel belangrijk bij het verwerken van de gegevens."
Een close-up van een Canon EOS 1300D-camera op een stellage in een studio voor 3D-fotogrammetrie.

Naast Canon EOS 2000D- en EOS M6 Mark II-camera's gebruikt Sample & Hold in de stellages met meerdere camera's ook oudere camera's uit eerdere installaties (zoals de Canon EOS 100D en EOS 1300D) voor bijvoorbeeld het vastleggen van de achterkant van het hoofd van een onderwerp.

Een technicus zit achter een laptop terwijl op de achtergrond een man in het midden van de stellage voor 3D-fotogrammetrie staat.

Met behulp van Canon's SDK (Software Development Kit) kunnen bepaalde Canon-camera's op afstand worden bediend met software van derden. John vertelt dat er ook een open-source-SDK voor bediening onder Linux verkrijgbaar is die niet door Canon is ontwikkeld.

In de camerastellage voor het hele lichaam gebruikt Sample & Hold een combinatie van 100mm-, 85mm- en 50mm-objectieven, zoals de Canon EF 85mm f/1.8 USM en de Canon EF 50mm f/1.8 STM, waarbij de langere brandpuntsafstanden worden gebruikt om in te zoomen op belangrijke delen van het lichaam, zoals de handen en voeten. Voor de stellage voor het hoofd wordt gebruikgemaakt van een combinatie van 40mm- en 50mm-objectieven, zoals de Canon EF 40mm f/2.8 STM.

"We kiezen altijd voor prime-objectieven," zegt Sam, "deels omdat we ons dan geen zorgen hoeven te maken dat er iets wordt verschoven, vooral als we de stellage verplaatsen."

"Instapmodelcamera's zijn niet gemaakt om te doen wat wij ermee doen, dus er kunnen verschillen zijn in de sluitertiming," vervolgt hij. "Om dit op te lossen, gebruiken we flitsers om de belichtingen te regelen. We werken in een donkere ruimte en gebruiken voor onze camera's een sluitertijd van 1/3 of 1/5 sec, en de flitsers gaan allemaal tegelijk af om de foto's te belichten. We bedienen de camera's met Smart Shooter-software en we synchroniseren alles met behulp van Esper TriggerBoxes."
Een laptop met op het scherm een 3D-model van een staande figuur die is omringd door afbeeldingen van camera's.

De foto's die door alle camera's in de stellage worden gemaakt, worden samengebracht in speciale software. Deze software voegt de foto's samen en bouwt op basis van alle gegevens vervolgens een 3D-model.

Een fotogrammetriescan maken met meerdere camera's

Esper biedt multi-camera- en 3D-scanoplossingen aan serviceproviders in de videogame- en visuele-effectenindustrie, en ook voor reclamedoeleinden, academisch onderzoek, bullettime-fotocabines en vele andere toepassingen. Esper-directeur Nick Foots vertelt dat de belangrijkste overweging bij het opzetten van een 3D-fotogrammetriesysteem het uiteindelijke resultaat is.

"Het is de eerste vraag die ik stel als ik iemand bel om advies te geven: waarvoor ga je het uiteindelijk gebruiken? En dan bedoel ik de resolutie en de indeling. En op basis daarvan kun je terugwerken door de hele pijplijn," legt Nick uit. "Als iets dus alleen voor e-commerce op internet wordt gebruikt met een resolutie die niet echt hoog is, dan heeft het, als ik het zo mag zeggen, weinig zin om zestig camera's op hetzelfde ding te richten."

"Als je een 4K-videogame gaat maken, dan heb je mogelijk meer dan 160 camera's nodig, maar als je 'Mini-Me'-3D-modellen van mensen gaat maken met een FDM-printer, dan heb je echt maar 30 tot 50 camera's nodig. Het is gewoon niet mogelijk dat een 3D-printer de resolutie kan nabootsen die je krijgt met meer dan dat aantal."
Twee mannen zitten aan een tafel en kijken naar het scherm van een laptop waarop 3D-modellen van menselijke figuren zichtbaar zijn.

Volgens Sam is de grootste uitdaging bij fotogrammetrie het vastleggen van bepaalde materialen. "Laten we sneakers als voorbeeld nemen. Trendy sneakers bestaan meestal uit verschillende materialen die zwart, glanzend of doorzichtig zijn of een glittereffect hebben, en al die dingen zijn een probleem tijdens het opnameproces." Het menselijk lichaam is daarentegen relatief eenvoudig vast te leggen.

"Als een object klein genoeg is en niet beweegt, kun je het waarschijnlijk heel voordelig doen met drie of vier camera's in een boog, wat belichting die je zelf kunt instellen en een draaiplateau dat je met de hand kunt bewegen," vervolgt Nick. "Je kunt ook heel goede fotogrammetriescans maken met één camera, alhoewel je dan wel moet overwegen of dat schaalbaar is voor wat je wilt doen, en hoe het gaat passen in de hele workflow."

Sam van Sample & Hold raadt aan om met één camera te beginnen. "Iedereen kan fotogrammetrie in het veld uitproberen, met behulp van daglicht en één camera," zegt hij. "Bij een onderwerp dat niet gaat veranderen of bewegen, zoals een huis, heb je geen meerdere camera's nodig, maar kun je gewoon één camera in meerdere posities gebruiken."

"Er staan een heleboel tutorials op YouTube waarin je kunt zien hoe dat moet," zegt Sam. "En daarna kun je de foto's verwerken in een gratis open-sourcesoftwareprogramma als Meshroom, en 3D-modellen maken. Op die manier kun je echt heel coole dingen maken."

Geschreven door Marcus Hawkins


Gerelateerde artikelen

  • Een model met een zonnebril en een blauwe jas dat wordt gefotografeerd in een StyleShoots-fotografiemachine.

    ARTIKEL

    Voldoen aan de veranderde vraag in de wereld van fashionfotografie

    Experts bespreken de grootste uitdagingen in fashionproductfotografie en hoe technologie die kan overwinnen.

  • Capturing game-changing video at Rugby World Cup™

    ARTIKEL

    Doorslaggevende momenten vastleggen tijdens de Rugby World Cup™

    Hoe het innovatieve Free Viewpoint-videosysteem van Canon het publiek dichter bij de actie brengt, met hoogtepunten van de Rugby World Cup™ vanuit elke hoek.

  • Op een witte tafel staat een kopje espresso. Naast de tafel staan een witte en een zwarte stoel.

    ARTIKEL

    De beste uitrusting voor productfotografie

    Een onmisbare handleiding voor de beste Canon EOS-camera's en objectieven voor productfotografie, of je nu macro-opnamen maakt, je levensstijl fotografeert of grote volumes modefoto's maakt.

  • Een man plaatst de benen van een mannequin in een StyleShoots Vertical-fotografiemachine.

    ARTIKEL

    Een nieuwe aanpak van fotografie voor fashionretail

    Ontdek hoe online fashionstores met 'fotografiemachines' en Canon-camera's duizenden producten per dag kunnen fotograferen.

  • Meld je aan voor de nieuwsbrief

    Klik hier voor inspirerende verhalen en het laatste nieuws van Canon Europe Pro