استفاده از فتوگرامتری برای ایجاد مدل: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

من کی هستم؟

من ساموئل کانکلین هستم و دانشجوی سال دوم در E. L. دبیرستان مایرز. من در چند ماه گذشته با فتوگرامتری آزمایش کرده ام و امیدوارم در صورت انتخاب دوباره این محصول به شما کمک کنم. من علاقه دارم ببینم چگونه دیگران می توانند از این فناوری جدید و در حال پیشرفت استفاده کنند.

واقعیت مجازی و SteamVR چیست؟

واقعیت مجازی شکل جدیدی از بیان هنری و تجربه است. این هنوز مرز جدیدی از فناوری است زیرا شرکت ها و افراد بی شماری برای بهبود رسانه تلاش می کنند. اگر تا به حال VR را امتحان نکرده اید ، به شما یک ضرر بزرگ وارد می کند ، زیرا حس بینایی و صدا کاربر را کاملاً در بر می گیرد. یکی از بسترهای اصلی واقعیت مجازی ، SteamVR Valve است. SteamVR به کاربران این امکان را می دهد تا بدون هیچ هزینه ای محیط ها را به اشتراک بگذارند و قطعات را با یکدیگر تنظیم کنند. این منبع عمدتا منبع باز است و تعداد بیشماری هدست را به شما امکان می دهد. اینها شامل ، اما محدود به سری HTC Vive ، Oculus Rifts ، Oculus Quest ، Valve Index ، Windows Mixed Reality و غیره نیست. SteamVR پلتفرمی است که ما برای ایجاد محیط خود از آن استفاده می کنیم.

فتوگرامتری چیست و چگونه می توان از آن استفاده کرد؟

فتوگرامتری فرایند گرفتن عکس یا فیلم و تبدیل تصاویر به یک مدل سه بعدی است. معروف ترین نمونه استفاده از این فناوری Google Earth است. گوگل از تصاویر ماهواره ای و نماهای خیابان برای بازسازی مناظر و ساختمان ها استفاده می کند. با نگاهی به Google Earth ، واضح است که آنها تصاویر کمی برای کار داشتند ، بنابراین برخی از ساختمانها ظاهری ناهموار خواهند داشت. در صورت استفاده صحیح ، فتوگرامتری روشی بسیار قانع کننده برای ایجاد مدل های سه بعدی است. این پروژه از این فناوری برای حفظ آثار تاریخی استفاده می کند. فرسایش و قرار گرفتن در معرض عناصر به این معنی است که آثار تاریخی در نهایت خراب می شوند و مردم آنها را فراموش خواهند کرد. با استفاده از فتوگرامتری ، ما می توانیم همه چیز را به صورت دیجیتالی حفظ کنیم ، بنابراین نسل های آینده قادر خواهند بود این ساختارها را تجربه کرده و از آنها قدردانی کنند. این بدان معناست که افراد بیشتری در سراسر جهان می توانند فرهنگ های دیگر را بدون هزینه یا خطر سفر تجربه کنند.

به چه وسایلی نیاز دارم؟

برای این پروژه ، از Reality Capture ، SteamVR و Krita استفاده کردم. برنامه های Autodesk ، Agisoft و Zephyr وجود دارند که اگر از GPU Nvidia مورد نیاز برای اجرای آن استفاده نکنید ، می توانید به جای Reality Capture از آنها استفاده کنید. به جای Krita می توان از Photoshop یا سایر برنامه های ویرایش عکس استفاده کرد ، اما از آنجا که استفاده از آن رایگان و عمومی است ، من استفاده از آن را برای این پروژه انتخاب کردم. همچنین به یک هدست Desktop VR نیاز دارید که بتواند مستقیماً به رایانه شما متصل شود. در نهایت ، یک دوربین با کیفیت بالا مورد نیاز است. دوربین موبایل مناسب است ، اما من از نیکون D7000 استفاده کردم زیرا Reality Capture می تواند به طور خودکار دیافراگم دوربین را تشخیص دهد ، که منجر به مدل های با کیفیت بالاتر می شود.

مرحله 1: گرفتن عکس

این مهمترین بخش این پروژه است زیرا باید آن را در یک مرحله درست کنید. در غیر اینصورت باید به محل برگردید و همه چیز را دوباره بگیرید.

ابتدا باید مکان و ساختار مناسب را پیدا کنید. ساختار باید بزرگ و به راحتی قابل تشخیص باشد. این بدان معناست که نرم افزار فتوگرامتری قادر به تشخیص تفاوت بین ساختار و پس زمینه است.

به طور معمول ، گرفتن عکس در یک روز ابری بهترین راه است. این به این دلیل است که یک روز آفتابی این امکان را دارد که برخی از عکس ها را بیش از حد نشان دهد و برخی دیگر را کم نور نشان دهد. همچنین می تواند سایه های ناخواسته ایجاد کند. مدلی با سایه های کم یا بدون ایجاد نور در قسمت توسعه سطح را آسان تر می کند. علاوه بر این ، نرم افزار نیاز به تعادل رنگ دارد تا در هر عکس ثابت بماند ، زیرا از رنگ ها برای محاسبه اندازه شی استفاده می کند. با این حال ، گرفتن عکس در یک روز ابری ، کیفیت ساختار را بهبود می بخشد. ابرهای آسمان به عنوان یک پخش کننده طبیعی برای دوربین عمل خواهند کرد. این نور را به طور یکنواخت توزیع می کند و بدین معنی است که مدل در طول فرایند رندر دقیق می شود.

آخرین توصیه این است که تا آنجا که ممکن است عکس بگیرید. اکثر برنامه ها عکس هایی را که قرار است برای محصول نهایی استفاده کند انتخاب و انتخاب می کنند. با گرفتن عکس های بیشتر ، همه چیز دقیق تر خواهد شد و به برنامه کمی فضای تنفس می دهد. من برای هر مدل حدود 150-300 عکس داشتم.

مرحله 2: شروع به کار با نرم افزار Photogrammetry

اکنون ، ما قصد داریم عکس ها را به نرم افزار وارد کنیم. توجه داشته باشید که Reality Capture نیاز به کارت گرافیک Nvidia دارد. بدون آن نمی توانید از قسمت Align Images عبور کنید.

اگر پوشه ای با تمام تصاویری که می خواهید استفاده کنید دارید ، گزینه Folder را در گوشه بالا سمت چپ انتخاب کنید. این شما را به File Manager می برد و می توانید پوشه را انتخاب کنید. ورودی ها به شما امکان می دهد عکس های فردی را با مدیریت فایل انتخاب کنید.

در مرحله بعد ، ما مراحل ساخت مدل را شروع می کنیم. در بالای صفحه ، در زیر Workflow ، بخش Process وجود دارد. ما می خواهیم دکمه بزرگتر Start را فشار دهیم. با این کار تراز کردن تصاویر شروع می شود. عکس چهارم به طور خلاصه نشان می دهد که در طی این روند چه می گذرد. چشم چپ گوزن را تشخیص داده و فاصله را با عکسهای دیگر مقایسه می کند. مقایسه عکسهای مختلف را تا زمانی که تمام ترکیبات ممکن را طی نکرده است ، ادامه می دهد. اگر می توانید نقاط کوچکی شبیه به ساختار را مشاهده کنید ، این مرحله کامل می شود.

مرحله 3: محاسبه و ساده سازی

مرحله بعدی محاسبه مدل است. برای انجام این کار ، روی قسمت Calculate Model در قسمت Process کلیک می کنیم. این به طور مستقیم هر چیزی را که در عکس ها پیدا می کند به شکل سه بعدی ترجمه می کند. نتایج بسیار نزدیک به آنچه ما می خواهیم مدل باشد ، اما این نسخه از مدل سه مشکل دارد. اول ، سوراخ هایی در مدل وجود دارد که در ساختار واقعی وجود ندارد. ثانیاً ، سطح آن بسیار ناهموار است. از آنجا که برنامه در حال تقریب محاسبات خود است ، به اشتباه برخی از سطوح صاف را ناهموار می کند. سوم ، تعداد مثلث ها بسیار زیاد است. هر مدلی در Reality Capture با مثلث های کوچک ایجاد شده است. هر مثلث سطح کوچکی از مدل را نشان می دهد. ما برای بهینه سازی مدل تا حد امکان حداقل مثلث می خواهیم. اگر مثلث های زیادی وجود داشته باشد ، می تواند باعث مشکلات عملکردی شود.

این مسائل را می توان با ابزار Simplify حل کرد. همه مدلها پس از مرحله محاسبه مدل دارای 3 ، 000 ، 000 مثلث خواهند بود و ما می توانیم این عدد را بیشتر یا کمتر انتخاب کنیم. برای همه مدلهایی مانند مدلهای موجود در این پروژه ، تعداد مثلثها را به 1 ، 000 ، 000 کاهش دادم. نتیجه را می توان در تصویر دوم یافت ، جایی که تمام سطوح ناهموار صاف تر و سوراخهای کمتری وجود دارد. علاوه بر این ، با ارائه مثلث های کمتر ، هنگام ورود به واقعیت مجازی ، عملکرد بهتر خواهد بود.

مرحله 4: رنگ و بافت

در حال حاضر مدل برای رنگ آمیزی بیشتر به رنگ و بافت نیاز دارد. این دو بخش از نظر دستاورد مشابه هستند اما از نظر نحوه کار متفاوت هستند. با استفاده از Color ، که در قسمت Process یافت می شود ، برنامه در مدل رنگ آمیزی می شود. این ابزار تصاویری را که برای ایجاد مدل استفاده کرده است گرفته و تصاویر شما را در سطوح مختلف مدل شما می پیچد. از طرف دیگر ، بافت در قسمت های ساده شده مدل رنگ می شود. با نگاه کردن به تصویر اول ، به وضوح قابل مشاهده است که برنامه چگونه تصاویر را در اطراف مدل پیچیده است ، اما در تصویر دوم پس از فرآیند Texture ، کناره های تیز تصاویر هموار شده است.

مرحله 5: صادرات و SteamVR

در Reality Capture ، ما قصد داریم مدل ها را به SteamVR منتقل کنیم. در بالای صفحه ، در بخش Export ، Mesh را انتخاب کنید که در کنار قسمت Process قرار دارد. شما باید این پنجره بازشو را مشاهده کنید که به شما امکان می دهد تنظیمات و پارامترهای مدل را تغییر دهید. بهتر است همه تنظیمات را به طور پیش فرض تنظیم کنید ، به جز تغییر قالب بافت JPEG. اکنون برنامه یک فایل با فرمت OBJ ، که فایل مش است ، و یک JPEG ، که فایل بافت مدل است ، صادر می کند. برای اهداف مرجع ، JPEG باید شبیه تصویر دوم در این مرحله باشد.

اکنون ، ما باید مدلهای خود را به SteamVR وارد کنیم. ابتدا SteamVR را باز کنید ، سپس به قسمت Create/Modify Environment بروید که در زیر برگه Workshop قرار دارد. اکنون ابزارهای SteamVR Workshop باز می شود. گزینه Create Empty Addon را انتخاب کرده و بر روی Launch Tools کلیک کنید.

اکنون مرورگر دارایی با مواد و مدلهای مختلفی که قبلاً در آن گنجانده شده است ، باز می شود. در بالا سمت چپ ، نمادی با نماد Hammer وجود دارد. این ویرایشگر SteamVR Hammer است که به شما امکان ایجاد نقشه را می دهد. نقشه ها محیطی هستند که کاربر VR در طول گیم پلی در آن زندگی می کند.

مرحله 6: ایجاد نقشه SteamVR خود

با ویرایشگر Hammer باز شده در SteamVR ، اکنون می توانیم یک مکعب ایجاد کنیم. ما می خواهیم یک مکعب برای ایجاد محیط ایجاد کنیم. این برنامه به شما امکان می دهد اندازه مکعب را قبل از محکم شدن در محل خود تغییر دهید. در حال حاضر ، فقط سطوح خارجی مکعب قابل مشاهده است. با فشار دادن CTRL+F سطوح همه وارونه شده و مکعب را به یک اتاق تبدیل می کند. علاوه بر این ، شما باید یک شیء به نام info_player_start اضافه کنید ، که به Hammer می گوید در هنگام بارگیری برنامه کجا کاربر را تخلیه کند.

برای واقعی تر جلوه دادن اتاق ، باید بافت نیز اضافه کنیم. ما می توانیم برخی از تصاویر سفارشی را از طریق ویرایشگر مواد اضافه کنیم. این نماد دایره ای شکل در سمت راست دکمه Hammer در مرورگر دارایی است. با انتخاب ویرایشگر مواد ، وارد پنجره جدیدی می شوید که به شما امکان می دهد تصویری را که به بافت تبدیل شده است وارد کنید. می توانید از تصاویر شخصی خود استفاده کنید یا از وب سایت های بافت بافت مانند textures.com عکس بگیرید. برای انتخاب تصویری که می خواهید از آن استفاده کنید ، روی دکمه File در زیر Color Selection کلیک کنید. پس از انتخاب تصویر خود ، مطمئن شوید که آن را با فشار دادن نماد فلاپی دیسک در بالا سمت چپ پنجره ویرایشگر مواد ذخیره کرده اید. اکنون ، ویرایشگر مواد را ببندید و به مرورگر Asset بروید. در اینجا ، فایل بافتی را که می خواهید استفاده کنید جستجو کنید و سپس روی Hammer Editor کلیک کرده و آن را بکشید. در این پنجره ، می توانید بافت خود را به صورت های مختلف مکعب اعمال کنید.

ما همچنین باید نور را به اتاق اضافه کنیم. برای انجام این کار ، یک light_omni یا یک light_spot را روی نقشه خود قرار می دهیم که در بخش Entity در سمت چپ نمای نقشه یافت می شود. یک light_omni نوری را در همه جهات می تاباند در حالی که یک نقطه_نور نور را در یک جهت خاص می تاباند. برای این پروژه ، من حداقل از دو نقطه_نور برای هر جسم و یک نور_نیکی برای روشنایی اتاق استفاده کردم.

مرحله 7: اضافه کردن اشیاء ما به نقشه

اکنون زمان آن رسیده است که اجسام خود را به نقشه خود منتقل کنیم. در مرورگر دارایی ، در سمت راست نماد ویرایشگر مواد ، ویرایشگر مدل قرار دارد که شبیه یک نماد انسان نما است. پس از باز کردن ویرایشگر مدل ، گزینه مرور یا ایجاد VDML جدید را دریافت خواهید کرد ، که نسخه Hammer Editor یک فایل OBJ است. گزینه ایجاد VDML جدید را انتخاب کنید و از شما می خواهد یک پوشه بسازید. این پوشه فایل VDML را ذخیره می کند. مطمئن شوید که در پوشه Add On قرار دارد و ادامه را فشار دهید.

این شما را به صفحه ای با مدل خود می برد که دارای بافت سفید است. برای افزودن بافت برای این مدل ، Materials را از نوار ابزار سمت چپ انتخاب کنید. این شما را به Material Editor می برد و می توانید JPEG را از صادرات Reality Capture انتخاب کنید. با کلیک روی نماد فلاپی دیسک ، بافت و مدل را ذخیره کنید. بازگشت به Hammer Editor.

در Hammer ، می توانید مدل را از Asset Browser روی نقشه بکشید و رها کنید. مدل به احتمال زیاد کوچک خواهد بود و شما باید اندازه آن را تغییر دهید. با فشار دادن T روی صفحه کلید خود ، می توانید موقعیت آن را روی نقشه تغییر دهید. با فشار دادن E نسبت مدل تغییر می کند در حالی که R آن را می چرخاند.

مرحله 8: ساخت برچسب های شیء

برچسب های شی که در کنار هر نقطه عادی مشاهده می شود زمینه و سابقه ای را برای افزایش تجربه کاربر ارائه می دهد. برای برچسب های شیء خود ، من به سادگی از پلاک های اطلاعاتی در هر مکان عکس گرفتم تا اطلاعات مهمی را که بعداً می خواستم استفاده کنم ، به راحتی ثبت کنم. سپس از Krita ، یک برنامه نرم افزاری رایگان ویرایش عکس ، برای ایجاد برچسب های شی شامل تصاویر و متن اضافی استفاده کردم.

برای قسمت Miner Park و Anchor اتاق ، هیچ مشکلی در افزودن برچسب به عنوان بافت وجود نداشت. کافی است آنها را از طریق Material Editor به Asset Browser خود اضافه کنید و تصویر را به یک بلوک که می تواند در Hammer Editor ایجاد شود ، اضافه کنید. وقتی تخته هایی برای طرف دیگر اتاق ایجاد کردم ، مشکلات بوجود آمد. همه متن و تصاویر عقب بودند و هیچ راهی مشخص برای معکوس کردن بافت ها در ویرایشگر وجود نداشت. برای رفع این مشکل ، من به کریتا برگشتم و تخته های گوزن و خرس را برعکس کردم و خوشبختانه این مشکل را برطرف کرد.

علاوه بر این ، تصاویر متفاوتی از ویلکس بار را اضافه کردم ، زیرا می خواستم اتاقی را ایجاد کنم که حس و حال و هوای یک موزه بوتیک را داشته باشد.

مرحله 9: نتیجه گیری

در نتیجه ، هر دو واقعیت مجازی و فتوگرامتری این قدرت را دارند که صنایع بی شماری را توسعه دهند ، از جمله ورزش ، املاک و پزشکی قانونی. امروز ، من از فتوگرامتری برای حفظ برخی از بخشهای کوچک و در عین حال مهم از تاریخ محلی شهر خود استفاده کردم. VR و Photogrammetry هر دو هنوز فناوری های تجربی هستند که گاهی اوقات می توانند شما را به چالش بکشند. با وجود برخی کاستی ها ، میزان استفاده های نوآورانه برای هر دو فرایند هیجان انگیز و نامحدود است. من از شما برای خواندن این پروژه تشکر می کنم و امیدوارم این به شما انگیزه دهد تا چیز جدیدی را با واقعیت مجازی امتحان کنید.

لینک دانلود پروژه را می توانید در اینجا پیدا کنید.