Технологии цифровой фотограмметрии для оцифровки археологических объектов : учебно-методическое пособие

Citation preview

ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОЙ ФОТОГРАММЕТРИИ ДЛЯ ОЦИФРОВКИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Учебно-методическое пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет

ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОЙ ФОТОГРАММЕТРИИ ДЛЯ ОЦИФРОВКИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Учебно-методическое пособие 2-е издание, исправленное и дополненное

Красноярск СФУ 2021

УДК 528.7:602(07) ББК 26.1с5я73 Д332

Д332 Технологии цифровой фотограмметрии для оцифровки археологических объектов : учеб.-метод. пособие / авторы: А. А. Денисова, Н. О. Пиков, Д. Ю. Гук. – 2-е изд., исп. и доп. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2021. – 52 с. ISBN 978-5-7638-4469-6 Содержит описание алгоритма съёмки археологических объектов и работы в программе Agisoft Metashape для получения 3D-моделей. Предназначено для организации учебного процесса по программам бакалавриата 09.03.03 «Прикладная информатика». УДК 528.7:602(07) ББК 26.1с5я73 Электронный вариант издания см.: http://catalog.sfu-kras.ru ISBN 978-5-7638-4469-6

© Сибирский федеральный университет, 2021

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие......................................................................................................... 4 Введение ............................................................................................................... 5 Подготовка к съёмке ........................................................................................... 6 Алгоритм съёмки ................................................................................................. 8 Цифровая обработка изображений .................................................................. 10 Работа в программе Agisoft Metashape............................................................ 14 Создание масок .............................................................................................. 18 Выравнивание фотографий .......................................................................... 20 Определение области реконструкции ......................................................... 22 Построение плотного облака точек ............................................................. 24 Выравнивание блоков ................................................................................... 26 Объединение блоков ..................................................................................... 27 Построение полигональной модели ............................................................ 28 Текстурирование модели .............................................................................. 31 Экспорт результата ....................................................................................... 34 Публикация 3D-модели .................................................................................... 35 Заключение ........................................................................................................ 42 Русско-английские соответствия команд в Agisoft Metashape ..................... 43 Список литературы ........................................................................................... 48

3

ПРЕДИСЛОВИЕ Предыдущее издание, подготовленное коллективом: А. Е. Черкашин, Н. О. Пиков, М. В. Румянцев, И. Н. Рудов и Е. А. Гордеева, – и изданное в 2018 году, было первым пособием, предназначенным для студентов, изучающих технологию фотограмметрии по программе бакалавриата специальности «Прикладная информатика». Цель издания состояла в популярном изложении алгоритма работы с техническими устройствами и программным обеспечением. Опыт научного сотрудничества с Государственным Эрмитажем и организация многолетней практики в фондах музея потребовали пересмотра и обновления некоторых разделов, а также включения в авторский коллектив специалиста, дополнившего пособие практическими рекомендациями, необходимыми при работе с археологическими коллекциями в музейных фондах. Таким образом, фокус внимания сместился с исключительно технического подхода к технологии фотограмметрии на сами объекты съёмки, от которых зависят многие параметры и установки. Кроме этого, авторы постарались унифицировать используемую терминологию, для чего используемые в тексте английские и русские названия разделов, пунктов и функций описываемого программного обеспечения вынесены в отдельный список в конце пособия.

4

ВВЕДЕНИЕ Определение фотограмметрии введено в русскоязычной литературе в двух публикациях. В пособии для студентов говорится о научно-технической дисциплине, занимающейся определением размеров, формы и пространственного положения объектов по результатам измерения их изображений (Геоинформатика..., 1999). Далее следуют уточнения, какими методами это достигается. Государственный стандарт (ГОСТ Р 51833-2001) даёт более общее определение: научная дисциплина и область техники, предметом которой является получение геометрической и семантической информации об объектах фотограмметрической съёмки по их фотограмметрическим снимкам. Фотограмметрическая съёмка – технологический процесс получения фотограмметрического снимка. Фотограмметрический снимок – изображение объекта фотограмметрической съёмки, зафиксированное на материальном носителе в аналоговом или цифровом виде, используемое для целей фотограмметрической обработки. В археологии в процессе полевых и камеральных работ технология фотограмметрии является эффективным инструментом качественного проведения исследований, а также способом сохранения их исторического и культурного наследия. Программное обеспечение, способное создавать 3D-модели из фотоизображений, доступно любому пользователю (Moraes, 2016). Основное внимание в данном издании уделено алгоритму съёмки объектов в камеральных условиях, а также процессу получения 3D-модели в программном обеспечении Agisoft Metashape.

5

ПОДГОТОВКА К СЪЁМКЕ К съёмке в камеральных условиях необходимо готовиться заранее. Рабочее место должно быть изолировано от внешний источников света, располагаться в свободном пространстве, иметь источник питания и сетевой фильтр как минимум с тремя гнёздами. Для получения качественной текстуры 3D-модели необходимо, чтобы на снимках у объекта отсутствовали тени, поэтому следует использовать оборудование для получения рассеянного света. К такому оборудованию относится импульсный свет в комплекте с бестеневым боксом, софтбоксами или световыми зонтами. Для предметной съёмки удобнее использовать бестеневой бокс. Он устанавливается на основание рабочего стола, а вокруг него – импульсные лампы.

Рисунок 1 – Схема расположения импульсного света для съёмки объектов

Цвет заднего фона, на котором ведётся съёмка, должен быть однородным и контрастировать с объектом для последующей обработки изображений. Работа с объектами ведётся в перчатках, преимущественно из латекса, чтобы не оставлять ворсинок на поверхности и избежать выскальзывания их из рук. При работе в музейном фонде объекты для съёмки необходимо получать поштучно от хранителя и возвращать сразу после её завершения. 6

Крепление для фиксации объекта, позволяющее вращать его вокруг своей оси, также обсуждается с хранителем. Это может быть брусок пластилина, глина или губка, покрытые пищевой плёнкой или микалентной бумагой. В особых случаях требуется собрать подвес с прозрачной леской. Съёмка объектов требует постоянного включения источников света, которые способны оказать влияние на колебание температуры, поэтому необходимо делать перерывы в процессе съёмки или выключать свет, когда в нём нет необходимости. Так как метаданные для построения 3D-модели объекта будут получены из изображений, то очень важно сохранить размер и высокую детализацию снимков. Для этого необходимо снимать в формате RAW. Камера не обрабатывает данный формат, что позволяет скорректировать параметры изображения непосредственно при последующем преобразовании его в любой другой формат. Рекомендуемые настройки камеры для съёмки: - Формат – RAW; - Режим съёмки – М (ручной); - Диафрагма – не менее f/14; - ISO – минимально возможное значение во избежание дополнительного шума; - Выдержка – не менее 1/60, в зависимости от освещения; - Баланс белого – настраивается относительно цветовой шкалы (серая карта или ColorChecker).

7

АЛГОРИТМ СЪЁМКИ Обычно объекты являются изолированными, поэтому необходимо произвести две съёмки, вращая объект вокруг своей оси. Одна съёмка состоит из трёх проходов вокруг объекта, угол наклона камеры относительно объекта составляет – 0°, 35°, 85°.

Рисунок 2 – Позиции камеры для одной съёмки

8

Важным моментом является перекрытие соседних кадров. Чем оно больше, тем больше общих точек на двух кадрах. Именно по ним программные пакеты выстраивают вершины в трёхмерной системе координат, что является основой для построения полигональной модели. Рекомендуемое минимальное перекрытие соседних кадров – 30 %.

Рисунок 3 – Пример достаточного перекрытия соседних кадров

После завершения съёмки получится около 90 – 150 фотографий на один объект. Для удобства работы с файлами рекомендуется сохранять фотографии в отдельных папках, в соответствии с позициями камеры относительно объекта. Структура папок может быть следующей: 1. Для фотографий, полученных при первой съёмке: - Top_Row_80 – позиция камеры 80°; - Top_Row_35 – позиция камеры 35°; - Top_Row_0 – позиция камеры 0°. 2. Для фотографий, полученных при второй съёмке: - Bottom_Row_80 – позиция камеры 80°; - Bottom_Row_35 – позиция камеры 35°; - Bottom_Row_0 – позиция камеры 0°.

9

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ Для цветовой коррекции и улучшения качества изображений выполняют обработку на компьютере, а затем конвертацию в требуемый для работы формат. Для обработки изображений существуют такое программное обеспечение, как Adobe Photoshop Lightroom, Digital Photo Professional, FastStone Image Viewer и другие. Digital Photo Professional (далее DPP) – программное обеспечение, разработанное специально для цифровых камер и работы с форматом RAW. Он позволяет просматривать, редактировать и конвертировать изображения. Обработка изображений происходит в несколько этапов: 1. Загрузка фотографий; 2. Цифровая оптимизация объектива; 3. Цветовая коррекция; 4. Экспорт результата.

10

При запуске DDP мы можем видеть рабочее окно, которое разделено на отдельные области. В левой части находится файловая система компьютера, из которой необходимо выбрать папку, в которой хранятся фотографии, чтобы они появились в центральной части.

Рисунок 4 – Рабочее окно DPP

11

В данной программе можно создать набор настроек инструментов преобразования изображения – пресет (англ. preset), сохраняющий информацию о параметрах, которые были изменены во время обработки изображения. Для того чтобы приступить к обработке, необходимо нажать на кнопку «Редактир. изобр.».

Рисунок 5 – Окно редактирования изображений

В левом окне «Палитра инструментов» во вкладке «Выполнить коррекцию дисторсии для изображения» следует применить цифровую оптимизацию объектива. Данная функция позволяет корректировать эффект дифракции и используемый камерой фильтр нижних частот, а также аберрации, специфические для выбранной модели объектива. Предварительно необходимо загрузить сведения об объективе, для этого нажмите на кнопку «Обновление данных объектива». В открывшемся окне выберите из списка марку объектива, которым была произведена съёмка, и нажмите на кнопку «Настроить» в области «Цифр. оптимиз. объектива». В большинстве случаев рекомендуемым значением этого условного параметра является «50», в редких случаях необходимо «75».

12

Далее выполняются цветовая коррекция изображения. Для этого перейдите во вкладку «Выполнить базовую корректировку изображения», в которой предоставляется возможность изменить яркость, контрастность, цветовой баланс и насыщенность. Для того чтобы применить настройки обработки изображения к оставшимся файлам, следует выбрать из меню, вызываемого правой клавишей мыши, пункт «Копировать рецепт», затем выделить все изображения, и снова из меню по правой кнопке мыши применить опцию «Вставить рецепт». Для того чтобы сохранить результат, выделите обработанные изображения и нажмите на меню «Файл», затем «Преобразовать и сохранить». С помощью этой команды возможно конвертировать обработанные изображения в формате JPEG или TIFF. Для более качественного построения 3D-модели рекомендуется сохранять изображения в формате TIFF, так как в нём хранится больше информации о глубине цвета, чем в формате JPEG.

13

РАБОТА В ПРОГРАММЕ AGISOFT METASHAPE Из множества программного обеспечения для получения 3D-модели из фотоизображений к наиболее популярным относятся Agisoft Metashape, Reality Capture, Autodesk Recap и Pix4D. Для работы с изображениями, полученными в камеральных условиях, оптимальным выбором является Agisoft Metashape, так как позволяет получать максимально точные результаты. Работа проходит в несколько этапов: 1. Загрузка фотографий; 2. Создание масок; 3. Выравнивание фотографий; 4. Определение области реконструкции; 5. Построение плотного облака точек; 6. Выравнивание блоков; 7. Объединение блоков; 8. Построение полигональной модели; 9. Текстурирование модели; 10. Экспорт результата.

14

При запуске Agisoft Metashape мы можем видеть рабочее окно, которое разделено на отдельные области, в которых в дальнейшем будет содержаться вся необходимая информация и материалы конкретного проекта. В программе доступен выбор языка пользовательского интерфейса, который можно изменить, перейдя в настройки. Для этого необходимо на меню панели Tools («Инструменты») выбрать Preferences («Настройки»), далее выбрать нужный язык и нажать Apply («Применить»).

Рисунок 6 – Окно настроек Agisoft Metashape

15

В левой части находится окно «Проект». Здесь будут находиться блоки с данными, полученными в процессе работы. В центральной части находится окно «Модель» – рабочая область. Для того чтобы открыть окно со всеми фотографиями, необходимо выбрать на меню панели «Вид», затем «Снимки».

Рисунок 7 – Рабочая область программы Agisoft Metashape

На панели инструментов доступно переключение режимов просмотра модели (облако точек, плотное облако, затенённая, сплошная, каркасная или текстурированная модель). Также есть кнопки отображения дополнительных объектов в рабочем окне (показать камеры, выровненные блоки, сбросить ракурс). Аналогичные кнопки есть на панели меню «Вид» и «Модель».

Рисунок 8 – Панель переключения режимов просмотра модели

16

На панели меню «Файл» можно увидеть набор стандартных операций по работе с проектом (новый, открыть, сохранить и т. д.). Также в программе предусмотрен экспорт различных данных, полученных в ходе работы над проектом.

Рисунок 9 – Раздел «Файл» в верхнем меню

Первый шаг – загрузка фотографий в проект. Для этого нужно выбрать команду «Добавить снимки» в меню «Обработка» или нажать ту же кнопку на панели «Проект». После нажатия откроется диалоговое окно, в котором необходимо указать путь к папке с фотографиями, затем выделить необходимые изображения и нажать кнопку «Открыть». Выбранные фотографии появятся в окне «Проект», в блоке Chunk. Для удобства эти блоки можно переименовать в соответствии с расположением камеры и объекта во время съёмки. Например, Chunk 1 переименовать в Top_Row, а Chunk 2 – Bottom_Row. Если после загрузки рядом с каждым файлом стоит флаг NC – это означает, что у фотографий нет данных для калибровки. Проверьте наличие EXIF-данных, либо придётся произвести калибровку вручную.

17

СОЗДАНИЕ МАСОК Перед тем как выравнивать фотографии, необходимо маскировать все ненужные участки исходного изображения. Благодаря слою-маске программа игнорирует выделенные области изображений на всех этапах работы с проектом.

Рисунок 10 – Пример наложения слоя-маски

Редактирование маски возможно в режиме просмотра фотографии. Для того чтобы перейти в него, дважды щёлкнете по фотографии на панели «Снимки» или «Проект». Для выделения интересующих областей есть несколько инструментов (прямоугольное выделение, выделение контура, выделение области и выделение связных областей). Для более корректного выделения используйте инструмент «Выделение контура» с зажатой клавишей Ctrl. После выделения области используйте кнопки «Добавить выделение», «Вычесть выделение» или «Инвертировать выделение».

Рисунок 11 – Инструменты для работы с маской 18

Данную операцию можно провести в программе Adobe Photoshop, добавив альфа-канал и с помощью выделения «отсечь» ненужные области, а затем сохранить фотографию со слоями. Для того чтобы добавить маску из альфа-канала, нажмите на фотографию правой кнопкой мыши и в контекстном меню выберите команду «Импорт масок», в появившемся окне укажите путь к папке с файлами.

Рисунок 12 – Окно импорта масок

19

ВЫРАВНИВАНИЕ ФОТОГРАФИЙ После того как фотографии были загружены, и на каждом изображении были выделены маски, можно переходить к этапу выравнивания фотографий. Для этого необходимо выбрать пункт «Пакетная обработка» в меню «Обработка» и добавить операцию «Выровнять снимки».

Рисунок 13 – Пакетная обработка выравнивания снимков

Высокая точность позволяет получить наиболее достоверное положение камеры, низкая может быть использована для грубого расчёта в кратчайшее время. Процесс выравнивания больших наборов фотографий может занимать значительное время, которое расходуется на поиск соответствий между 20

найденными на разных фотографиях особенностями. Преселекция пар может ускорить процесс. В режиме «Общая преселекция» выбор пар осуществляется путём предварительного отбора с низкой точностью поиска соответствий. Дополнительно выставляются максимальное («Характерных точек на кадр») и минимальное значение («Связующих точек на кадр») количества общих точек для каждой фотографии. Использование маски для фильтрации предполагает, что все соответствия, найденные на фотографии под маской, не учитываются. Полученное разреженное облако1 позволяет оценить качество съёмки и возможность дальнейшей работы с построением модели. Как правило, хорошее построение оценивается количеством общих точек на блок. Для маленьких объектов 18,000 точек достаточно для того, чтобы достоверно построить геометрию объекта. Чем меньше разница между блоками в количестве точек, тем точнее они будут соединены.

Рисунок 14 – Пример разреженного облака

Общие точки на фотографиях, по которым Agisoft Metashape определяет все параметры камер: положение, ориентацию, внутреннюю геометрию (фокусное расстояние, параметры дисторсии и т. п.). 1

21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ После завершения операции «Выравнивание фотографий» необходимо отрегулировать размер и положения области реконструкции в соответствии с особенностями объекта. Обычно Agisoft Metashape автоматически рассчитывает размер и положение области реконструкции. Вместе с тем рекомендуется проверить, что объект находится внутри области построения целиком, поскольку на следующем этапе в расчёт принимаются только точки облака внутри области реконструкции.

Рисунок 15 – Пример определения области реконструкции

22

Для изменения размера и ориентации области построения используйте пункты «Переместить область», «Изменить размер области» и «Повернуть область» на панели инструментов.

Рисунок 16 – Инструменты для работы с областью реконструкции

23

ПОСТРОЕНИЕ ПЛОТНОГО ОБЛАКА ТОЧЕК На следующем этапе необходимо построить плотное облако точек2. Основываясь на расположении камер, программа рассчитывает карты глубины для каждой фотографии.

Рисунок 17 – Пакетная обработка построения плотного облака точек

Основываясь на рассчитанных положениях камер, программа вычисляет карты глубины для каждой камеры и на их основе строит плотное облако точек. 2

24

Более высокое качество реконструкции может использоваться для получения более детальной и точной геометрии, однако требует при этом больших ресурсов и более длительного времени на обработку. Фильтрация карт глубины рассчитывается по выборочному алгоритму, в зависимости от сложности снимаемого объекта: - Мягкая: сложная геометрия, мелкие детали на переднем плане; - Агрессивная: без значимых мелких деталей, исключая максимальное число ошибочно позиционированных точек; - Умеренная: средний режим, между мягким и агрессивным. После построения необходимо отредактировать полученные плотные облака, то есть удалить лишние точки. Например, это может быть подставка, на которой стоял объект, если ранее она не была замаскирована. Agisoft Metashape имеет набор инструментов, аналогичных в работе с маской: «Прямоугольное выделение», «Овальное выделение» и «Свободное выделение».

Рисунок 18 – Редактирование плотного облака точек

25

ВЫРАВНИВАНИЕ БЛОКОВ Обязательным условием выравнивания блоков является наличие выровненных фотографий. Для выравнивания выберите пункт «Выровнять блоки» в меню «Обработка».

Рисунок 19 – Окно выравнивания блоков

В режиме «По соответствиям» блоки выравниваются по соответствиям между фотографиями из разных блоков. Режим «По камерам» используется для выравнивания блоков по рассчитанным положениям камер. Так как облака точек строились с использованием маски, то здесь также необходимо использовать маскирование связующих точек для фильтрации соответствий. Выровненные блоки имеют рядом с названием флаг «[T]».

26

ОБЪЕДИНЕНИЕ БЛОКОВ После того как было произведено выравнивание блоков, их необходимо объединить в один. Для этого выберите пункт «Объединить блоки» в меню «Обработка». В диалоговом окне предлагается выбор блоков, которые будут объединены, и выбор того, что объединяется в блоках. После окончания процесса программа создаст новый блок MergedChunk.

Рисунок 20 – Окно объединения облаков

27

ПОСТРОЕНИЕ ПОЛИГОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ После того как все точки плотного облака отредактированы и соединены, можно переходить к построению полигональной модели. Для этого выберите пункт «Построить модель» в меню «Обработка».

Рисунок 21 – Окно построения полигональной модели

Программа поддерживает несколько методов построения модели и имеет ряд настроек, позволяющих выполнить оптимальную реконструкцию для конкретного набора фотографий. Исходные данные и математические методы построения поверхностей определяют качество и скорость построения модели. Использование разреженного облака ускоряет процесс построения низкополигональной, то есть менее детализированной модели. Выбор плотного облака в качестве исходных данных позволит построить полигональную модель высокого качества, однако при этом время обработки увеличится. Произвольный тип поверхности может быть использован для моделирования объектов любого вида. Этот метод подходит для изолированных 28

объектов, таких как статуи, здания и т. д. Метод «Карта высот» подходит для моделирования плоских поверхностей, таких как ландшафт или барельеф. Параметр «Количество полигонов» устанавливает максимальное число полигонов. Предложенные значения для параметров рассчитаны на основании числа точек в предварительно созданном плотном облаке: отношение равно 1/5, 1/15, и 1/45 соответственно. Эти значения отражают оптимальное количество полигонов для модели соответствующей детализации. Также программа позволяет самостоятельно задать желаемое число полигонов в итоговой модели. Стоит обратить внимание на то, что слишком маленькое число полигонов ведёт к построению грубой модели, тогда как слишком большое их число, например, несколько миллионов полигонов, скорее всего, создаст сложности при визуализации модели во внешних программах. Если режим «Интерполяция» отключён, то реконструкция будет наиболее точной, так как будут восстановлены только те области, которые заданы в плотном облаке. Если интерполяция включена, то Agisoft Metashape интерполирует информацию о каждой точке плотного облака на поверхность круга определённого радиуса. Таким образом, некоторые отверстия могут быть заполнены автоматически, а оставшиеся – потребуют заполнения на стадии постобработки. Режим «Включена (по умолчанию)» рекомендован для построения ортофото. В режиме интерполяции «Экстраполированная» программа создает полигональную модель без отверстий с экстраполированной геометрией. Данный режим допускает генерирование больших дополнительных областей, однако они могут быть легко удалены вручную.

29

При необходимости возможно отредактировать геометрию построенной модели. В Agisoft Metashape доступны следующие инструменты редактирования модели: «Уточнить модель», «Упростить модель», «Сгладить модель» и «Заполнить отверстия». Каждый из них может быть применён к отдельным областям модели, предварительно выбранным с помощью инструментов выделения.

Рисунок 22 – Пример отображения полигональной модели

30

ТЕКСТУРИРОВАНИЕ МОДЕЛИ Перед построением текстуры необходимо отредактировать маски, добавив выделение на несфокусированные области объекта на изображении. В дальнейшем это позволит получить наиболее качественный результат. После того как построена полигональная модель и отредактированы маски, можно переходить к этапу построения текстуры. Для этого в меню «Обработка» необходимо выбрать пункт «Построить текстуру».

Рисунок 23 – Окно построения текстуры

По умолчанию в настройке параметра «Режим параметризации» установлен режим «Общий». Он позволяет произвести текстурирование для произвольной геометрической поверхности. Параметр «Адаптивный ортографический» используется для построения текстур полигональной сетки, близкой к плоской, например, для стен зданий. «Ортографический» позволяет компактнее сформировать набор текстур, чем в прошлом режиме, но качество текстуры будет гораздо ниже. Режим «Отдельная камера» позволяет создавать текстуру из отдельного изображения, которое может быть выбрано из списка в поле «Текстурировать из». 31

Помимо вариантов построения набора текстур, программа имеет несколько режимов их смешивания: - Мозаика – использует поэтапное смешивание: смешивает низкочастотные компоненты на перекрывающихся кадрах, чтобы избежать проблем по линиям реза (используется средневзвешенное значение, зависящее от ряда параметров, в том числе от положения рассматриваемого пикселя относительно центра кадра), в то время как высокочастотные компоненты, ответственные за детали текстуры, берутся с изображения, представляющего интересующую область в хорошем разрешении (при этом плоскость кадра максимально близка к параллельной относительно поверхности в данной области); - Усреднение цвета – использует среднее значение по всем точкам из отдельных фотографий; - Макс. яркость – выбирается фотография с максимальной яркостью в соответствующей точке; - Мин. яркость – выбирается фотография с минимальной яркостью в соответствующей точке; Поскольку режимы минимальной и максимальной яркости не используют усреднения значений в точках по нескольким фотографиям, они могут быть использованы для улучшения четкости и качества итоговой текстуры. - Отключён – фотография для определения цвета пикселя выбирается таким же образом, как и при смешивании высокочастотных компонент в режиме Мозаика.

32

«Размер и количество текстур» позволяет задавать размер набора текстур в пикселях и их количество.

Рисунок 24 – Пример текстурированной модели

33

ЭКСПОРТ РЕЗУЛЬТАТА После того как построена текстура, можно перейти к экспорту 3D-модели. Рекомендуется выбирать формат FBX с текстурой в формате PNG.

Рисунок 25 – Окно экспорта модели

Для удобства рекомендуется сохранять структуру папок. Название общей папки соотносится с названием или номером объекта. Внутри находятся все относящиеся к конкретной модели файлы: - Source_Photo – исходные изображения; - Source_Masks – маски для исходных изображений; - Project – проект; - Result – 3D-модель и текстура.

34

ПУБЛИКАЦИЯ 3D-МОДЕЛИ Несмотря на то, что обычно фотограмметрия применяется преимущественно в геологии, топографии и археологических раскопках, в последнее время технология находит своё применение в кино и игровой индустрии. Публикация 3D-моделей в открытом доступе позволяет пользователям просматривать, обмениваться или продавать 3D, VR или AR контент. В частности, публикация 3D-моделей объектов историко-культурного наследия способствует его сохранению и популяризации, а также позволяет получить наглядное представление об интересующем объекте, если иной доступ к нему затруднён или невозможен. Размещение 3D-моделей музейных объектов на открытых платформах третьим лицом возможно на основании договора о передаче неисключительного права на их воспроизведение. Вышеуказанное право относится к категории музейных прав и предоставлено музеям на основании положений ст. 53 Основ законодательства о культуре и ст. 36 Федерального закона «О Музейном фонде Российской Федерации и музеях в Российской Федерации». В соответствии с вышеуказанными нормами музеям принадлежит исключительное право на воспроизведение изображений музейных объектов, а третьи лица могут использовать (воспроизводить) такие изображения с согласия дирекций музеев на основании договора.

35

К сервисам для публикации 3D-моделей в открытом доступе относятся Google Poly, Sketchfab, 3ddd, Turbosquid. Самым популярным из них является Sketchfab.

Рисунок 26 – Главная страница Sketchfab

Для того чтобы опубликовать 3D-модель на Sketchfab, с помощью кнопки Upload загрузите файл FBX и текстуру, затем перейдите в окно редактирования сцены Edit 3D-setting.

36

Слева находится рабочая панель со всеми параметрами настройки сцены, по центру – сцена с 3D-моделью.

Рисунок 27 – Рабочая область настроек сцены Sketchfab

В панели General вкладки Scene возможно изменить расположение объекта в сцене, включив параметр Scene advanced rotation. Далее рекомендуется выбирать следующие параметры: - Renderer: PBR; - Shading: Lit; - Vertex color: OFF; - Background: Image – clean_light.

37

Во вкладке Materials рекомендуется использовать настройки, указанные на рисунке 28.

Рисунок 28 – Настройка параметров во вкладке Materials

38

Во вкладке Lighting рекомендуется использовать настройки, указанные на рисунке 29. Возможна корректировка параметров в зависимости от объекта.

Рисунок 29 – Настройка параметров во вкладке Lighting

39

Во вкладке Post Processing Filters рекомендуется использовать настройки, указанные на рисунке 30.

Рисунок 30 – Настройка параметров во вкладке Post Processing Filters

40

Перед публикацией модели выберите удачный ракурс просмотра 3D-модели в сцене и нажмите в левом верхнем углу Save view.

Рисунок 31 – Сцена с 3D-моделью на Sketchfab

Вышеприведённые настройки являются оптимальными для 3D-моделей, полученных с помощью фотограмметрии в камеральных условиях. Главная задача при публикации – сохранить аутентичность объекта, поэтому настройки сцены могут быть изменены.

41

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Технология фотограмметрии имеет широкие перспективы в практике археологических исследований и позволяет существенно увеличить возможности публикации материалов раскопок, а также расширить круг исследователей, имеющих возможность изучить объект, что делает процесс исследования более объективным. Рекомендуется регулярно следить за обновлениями пакетов программных средств обработки и корректировать используемую терминологию.

42

РУССКО-АНГЛИЙСКИЕ СООТВЕТСТВИЯ КОМАНД В AGISOFT METASHAPE

Русский

Английский

Поиск соответствий

Image matching

Режим

Method

Выровнять блоки

Align chunks

По камерам

Camera based

По соответствиям

Point based

По маркерам

Marker based

Адаптивное уточнение модели камеры

Adaptive camera model fitting

Маскировать

Apply masks to

Общая преселекция

Generic preselection

Преселекция по привязке Сбросить текущее выравнивание Связующих точек на кадр Характерных точек на кадр

Reference preselection Reset current alignment

Раздел

Выравнивание блоков

Выравнивание фотографий

Tie point limit Key point limit

Выровнять снимки

Align photos

Выбранные блоки

Selection

Дополнительно

Advanced

Значение

Value

Необработанные блоки

Unprocessed chunks

Применить к

Apply to

Свойство

Property

Параметры

Settings 43

Общее

Связующие точки

Tie points

Тип операции

Job type

Характерные точки

Key points

Точность

Accuracy

Пакетная обработка

Batch process

Все блоки

All chunks

Высокое

High

Низкое

Low

Среднее

Medium

Обработка

Workflow

Объединённые блоки

Merged chunk

Объединить блоки

Merge chunks

Объединить модели

Merge models

Объединить плотные облака Изменить размер области

Объединение блоков

Merge dense clouds Resize region

Переместить область

Move region

Повернуть область

Rotate region

Сбросить область реконструкции

Reset region

Агрессивная

Aggressive

Использовать текущие карты глубины

Reuse depth maps

Качество

Quality

Мягкая

Mild

Построить плотное облако Рассчитывать достоверность точек

Общее

Build dense cloud Calculate point confidence 44

Определение области реконструкции

Построение плотного облака точек

Рассчитывать цвета точек

Calculate point colors

Умеренная

Moderate

Фильтрация карт глубины Рассчитывать цвета вершин

Calculate vertex colors

Заполнить отверстия

Close holes

Интерполяция

Interpolation

Исходные данные

Source data

Карта высот

Height field

Количество полигонов

Face count

Построить модель

Build mesh

Произвольный

Arbitrary

Разреженное облако

Sparse cloud

Сгладить модель

Smooth mesh

Тип поверхности

Surface type

Упростить модель

Decimate mesh

Уточнить модель

Refine mesh

Экстраполированная

Extrapolated

Блок

Chunk

Вид

View

Добавить снимки

Add photos

Затенённая модель

Model shaded

Каркасная модель

Model wireframe

Модель

Model

Облако точек

Point cloud

Depth filtering

45

Построение полигональной модели

Работа в программе Agisoft Metashape

Плотное облако

Dense cloud

Показать выровненные блоки

Show aligned chunks

Показать камеры

Show cameras

Проект

Workspace

Режим просмотра

View mode

Сбросить ракурс

Reset view

Снимки

Photos

Сплошная модель

Model solid

Текстурированная модель

Model textured

Выделение контура

Intelligent scissors

Выделение области

Intelligent paint

Выделение связных областей

Magic wand

Вычесть выделение

Subtract selection

Добавить выделение

Add selection

Инвертировать выделение Прямоугольное выделение

Создание масок

Invert selection Rectangle selection

Овальное выделение

Circle selection

Свободное выделение

Free-form selection

Адаптивный ортографический Включить заполнение отверстий Включить фильтрацию шумов

Работа в программе Agisoft Metashape

Adaptive orthophoto Enable hole filling Enable ghosting filter

Карта цветов

Diffuse map

Макс. яркость

Max intensity

46

Текстурирование модели

Макс. яркость

Max intensity

Мин. яркость

Min intensity

Мозаика

Mosaic

Общий

Generic

Ортографический

Orthophoto

Отдельная камера

Single camera

Построить текстуру

Build texture

Размер и количество текстур

Texture size/count

Режим параметризации

Mapping mode

Режим смешивания

Blending mode

Текстурировать из

Texture from

Тип текстуры

Texture type

Усреднение

Average

Встроенная текстура

Embed texture

Двоичная кодировка

Binary encoding

Добавить комментарий

Include comment

Нормали вершин

Vertex normals

Сохранять альфа-канал

Write alpha channel

Цвета вершин

Vertex colors

Экспортировать текстуру

Export texture

Маркеры

Markers

Камеры

Cameras

47

Текстурирование модели

Экспорт результата

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / Ю. Б. Баранов, A. M. Берлянт, Е. Г. Капралов и др. М.: ГИС-Ассоциация, 1999. – 209 с. 2. ГОСТ Р 51833-2001 Фотограмметрия. Термины и определения. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200028874 3. Грушин С. П., Сосновский И. А. Фотограмметрия в археологии – методика и перспективы // Теория и практика археологических исследований. – 2018. – С. 99. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fotogrammetriyav-arheologii-metodika-i-perspektivy/viewer 4. Руководство пользователя Agisoft Metashape Professional Edition, версия 1.6 / AgiSoft LLC. – 2019. – URL: https://www.agisoft.com/pdf/ metashape-pro_1_6_ru.pdf 5. Abate D., Hermon S., Eliades I. Virtual and physical recomposition of fragmented ecclesiastical frescoes using a photogrammetric approach // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. XXIII ISPRS Congress, 12–19 July 2016, Prague, Czech Republic. Volume XLI-B5, 2016. DOI:10.5194/ISPRS-ARCHIVES-XLI-B5153-2016. С.153–160. 6. DHlab – URL: https://sketchfab.com/dhlab 7. EpHEMERA, 2020. – URL: http://ephemera.cyi.ac.cy/ 8. Sketchfab – URL: https://sketchfab.com/ 9. Ковалев А. А., Пиков Н. О., Мельников В. Л., Перцева М. А. Время разворачивать камни... // Виртуальная археология (с воздуха, на земле, под водой и в музее). СПб.: Изд-во Государственного Эрмитажа, 2018. С. 179–189. 10. Canon Digital Photo Professional – URL: https://www.canon.ru/support/consumer_products/software/digital-photo-professional.html?os=windows %2010%20(64-bit)&language= 48

11. Moraes C. Comparing 7 photogrammetry systems. Which is the best one? // ATOR, 7 December 2016. – URL: http://arc-team-open-research.blogspot.com/2016/12/comparing-7-photogrammetry-systems.html?m=1 12. «Основы законодательства Российской Федерации о культуре» (утв. ВС РФ 09.10.1992 N 3612-1) (ред. от 01.04.2020) – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_1870/ 13. Федеральный закон «О Музейном фонде Российской Федерации и музеях в Российской Федерации» от 26.05.1996 N 54-ФЗ (последняя редакция) – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_10496/

49

Учебное издание

ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОЙ ФОТОГРАММЕТРИИ ДЛЯ ОЦИФРОВКИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Учебно-методическое пособие

Авторы Денисова Анна Александровна Пиков Никита Олегович Гук Дарья Юрьевна

Компьютерная верстка И. В. Владимировой

Подписано в печать 25.01.2021. Печать плоская. Формат 60×84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 3,0. Тираж 100 экз. Заказ № 12808 Библиотечно-издательский комплекс Сибирского федерального университета 660041, Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел. (391) 206-26-16; http://bik.sfu-kras.ru, E-mail: [email protected]

Для заметок