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

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."

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."

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 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."

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."

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."

"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."