Системы координат в фотограмметрии кратко

Обновлено: 02.07.2024

В фотограмметрии обычно используют следующие системы ко­ординат.

Для определения положения точки на снимке, как уже описы­валось в части II, применяют правую плоскую прямоугольную си-

стему координат снимка о'ху (рис. 12.1). Началом системы коорди­нат является точка о' — точка пересечения прямых, соединяющих координатные метки снимка 1—2 и 3—4, Ось х совпадает с прямой 1—2, а ее положительное направление — с направлением полета. Ось у перпендикулярна оси х и проходит через о'. Координаты то­чек (х, у), измеренные в системе координат снимка, называют плоскими координатами.

Для определения положения центра проекции S относительно снимка используют пространственную систему координат снимка o'xyz (рис. 12.2). В этом случае начало системы координат и оси х и у те же, что и в плоской системе координат снимка. Ось o'z пер­пендикулярна плоскости снимка и дополняет систему до правой.

Взаимное положение точек местности определяют в простран­ственной фотограмметрической системе координат. Это правая си­стема координат. Начало системы и направления координатных осей выбирают произвольно. Часто начало системы координат совмещают с центром проекции S— SXYZvuivi с какой-либо точ­кой местности М— MXYZ. Плоскость XYпринимают горизонталь­ной или параллельной плоскости снимка (рис. 12.3).

Положение точек местности определяют в левой геодезической системе прямоугольных координат Гаусса— О Г Х г Y r Z r . Начало геодезической системы координат О г находится в точке пересече­ния осевого меридиана данной зоны и экватора. Плоскость X r Y r — горизонтальная. Ось Y T направлена на восток, ось Х г — на север (рис. 12.4). Условная геодезическая система координат может иметь началом любую точку местности, а ее оси сонаправлены соответствующим осям системы координат Гаусса (рис. 12.5).

ЭЛЕМЕНТЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОДИНОЧНОГО СНИМКА

Различают элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка.

Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проекции S относительно снимка. Ими являются координаты точки S в пространственной системе координат снимка (рис. 12.6, а). Поскольку проекцией точки S на плоскости снимка является главная точка о, то их плановые координаты хи^в системе координат снимка совпадают, аппликатой точки S является расстояние So, т. е. фокусное расстояние АФА/ Таким образом, элементами внут­реннего ориентирования снимка являются координаты главной точки снимка хь, уо и фокусное расстояние АФА / Эти элементы почти всегда известны с высокой точностью и записаны в паспорте АФА. Например,/= 100,020 мм; xq = -0,012 мм; у₀ = +0,023 мм.

Элементы внутреннего ориентирования снимка формируют связку проектирующих лучей, существовавшую при съемке. Ее положение в пространстве определяют элементы внешнего ориен­тирования снимка. Их шесть. Это три линейных элемента — гео- координаты центра проекции S (X_s, Y_s, Z_s) и три угло­вых элемента наклона и поворота снимка (рис. 12.6, б):

а — продольный угол наклона снимка (угол между осью Z и про­екцией главного луча на плоскость XZ);

со — поперечный угол наклона снимка (угол между главным лучом и проекцией главного луча на плоскость XZ);

ае — угол поворота снимка (угол на снимке между осью у и следом сечения плоскости снимка с плос­костью, построенной на главном луче и оси Y).

В аналитической фотограммет­рии горизонтальным снимком на­зывают снимок, все три угла наклона и поворота которого равны нулю, т. е. а = со = ае = 0.

Следует заметить, что для всех снимков, полученных данным АФА, элементы внутреннего ориентирования можно считать по­стоянными известными величинами. Однако элементы внешнего ориентирования у каждого снимка свои и, как правило, неизвестны.

Задачу по определению геодезических координат точки мест­ности по измеренным координатам ее изображения на снимке на­зывают прямой фотограмметрической засечкой.

ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА

Цифровая модель рельефа (ЦМР) — это цифровое представле­ние земной поверхности как непрерывного явления, описываю­щее ее с определенной точностью. Под ЦМР понимают множе­ство точек с известными геодезическими координатами (X е , У, 2Т) и правило определения высоты Z? любой другой точки, не вхо­дящей в это множество. Точки с известными геодезическими ко­ординатами в данном случае принято называть высотными пике­тами. Правило определения высоты называют правилом интерпо­ляции высот, или аналитической моделью рельефа (AMP).

Методы построения цифровых моделей рельефа различаются по схемам расположения высотных пикетов и по способам интер­поляции высот в промежутках между ними.

По схемам расположения высотных пикетов ЦМР делят на ре­гулярные, полурегулярные и структурные.

В регулярных моделях высотные пикеты расположены в узлах се­ток квадратов, прямоугольников или равносторонних треугольни­ков (рис. 12.7). Недостатком этих моделей является то, что наибо­лее значимые точки рельефа, находящиеся на линиях тальвегов и водоразделов, перегибах скатов, могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР. В связи с этим важно выбрать оптимальный шаг сетки, так как с его увеличением возрастают по­грешности ЦМР, а с уменьшением — объем ЦМР, время и сред­ства на ее создание.

В полурегулярных моделях (рис. 12.8) высотные пикеты распола­гают на поперечниках к заданным линиям. Пикеты могут нахо­диться на поперечниках либо на одинаковых расстояниях дру друга, либо на перегибах скатов. Полурегулярные ЦМР в основ­ном используют при проекти­ровании трасс линейных соору­жений (дорог, линий электро­передач, нефте- и газопроводов и т. п.).

Рис. 12.8. Полурегулярная цифровая модель рельефа

Для наиболее правильного описания характера рельефа меньшим числом высотных пи-

кетов создают структурные ЦМР(рис. 12.9). В этих моделях поло­жение высотных пикетов определяется структурой рельефа —их выбирают в его характерных точках.

Координаты высотных пикетов, используемых для построения ЦМР,могут быть получены в результате полевых геодезических измерений, по топографическим картам, по результатам воздуш­ного и космического лазерного сканирования, путем стереофото-грамметрической обработки снимков.

Для определения отметок точек, находящихся между высотны­ми пикетами, применяют различные способы линейного и нели­нейного интерполирования.

При использовании регулярных ЦМРс малым шагом сетки от­метки промежуточных точек можно определить двойным линей­ным интерполированием (рис. 12.10).

Высота /-Й точки с плановыми координатами (Х„ Yj) может быть определена с использованием полинома первой, второй и реже третьей степени. Например,

В фотограмметрии обычно используют следующие системы ко­ординат.

Для определения положения точки на снимке, как уже описы­валось в части II, применяют правую плоскую прямоугольную си-

стему координат снимка о'ху (рис. 12.1). Началом системы коорди­нат является точка о' — точка пересечения прямых, соединяющих координатные метки снимка 1—2 и 3—4, Ось х совпадает с прямой 1—2, а ее положительное направление — с направлением полета. Ось у перпендикулярна оси х и проходит через о'. Координаты то­чек (х, у), измеренные в системе координат снимка, называют плоскими координатами.

Для определения положения центра проекции S относительно снимка используют пространственную систему координат снимка o'xyz (рис. 12.2). В этом случае начало системы координат и оси х и у те же, что и в плоской системе координат снимка. Ось o'z пер­пендикулярна плоскости снимка и дополняет систему до правой.

Взаимное положение точек местности определяют в простран­ственной фотограмметрической системе координат. Это правая си­стема координат. Начало системы и направления координатных осей выбирают произвольно. Часто начало системы координат совмещают с центром проекции S— SXYZvuivi с какой-либо точ­кой местности М— MXYZ. Плоскость XYпринимают горизонталь­ной или параллельной плоскости снимка (рис. 12.3).

Положение точек местности определяют в левой геодезической системе прямоугольных координат Гаусса— О Г Х г Y r Z r . Начало геодезической системы координат О г находится в точке пересече­ния осевого меридиана данной зоны и экватора. Плоскость X r Y r — горизонтальная. Ось Y T направлена на восток, ось Х г — на север (рис. 12.4). Условная геодезическая система координат может иметь началом любую точку местности, а ее оси сонаправлены соответствующим осям системы координат Гаусса (рис. 12.5).

ЭЛЕМЕНТЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОДИНОЧНОГО СНИМКА

Различают элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка.

Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проекции S относительно снимка. Ими являются координаты точки S в пространственной системе координат снимка (рис. 12.6, а). Поскольку проекцией точки S на плоскости снимка является главная точка о, то их плановые координаты хи^в системе координат снимка совпадают, аппликатой точки S является расстояние So, т. е. фокусное расстояние АФА/ Таким образом, элементами внут­реннего ориентирования снимка являются координаты главной точки снимка хь, уо и фокусное расстояние АФА / Эти элементы почти всегда известны с высокой точностью и записаны в паспорте АФА. Например,/= 100,020 мм; xq = -0,012 мм; у₀ = +0,023 мм.

Элементы внутреннего ориентирования снимка формируют связку проектирующих лучей, существовавшую при съемке. Ее положение в пространстве определяют элементы внешнего ориен­тирования снимка. Их шесть. Это три линейных элемента — гео- координаты центра проекции S (X_s, Y_s, Z_s) и три угло­вых элемента наклона и поворота снимка (рис. 12.6, б):

а — продольный угол наклона снимка (угол между осью Z и про­екцией главного луча на плоскость XZ);

со — поперечный угол наклона снимка (угол между главным лучом и проекцией главного луча на плоскость XZ);

ае — угол поворота снимка (угол на снимке между осью у и следом сечения плоскости снимка с плос­костью, построенной на главном луче и оси Y).

В аналитической фотограммет­рии горизонтальным снимком на­зывают снимок, все три угла наклона и поворота которого равны нулю, т. е. а = со = ае = 0.

Следует заметить, что для всех снимков, полученных данным АФА, элементы внутреннего ориентирования можно считать по­стоянными известными величинами. Однако элементы внешнего ориентирования у каждого снимка свои и, как правило, неизвестны.

Задачу по определению геодезических координат точки мест­ности по измеренным координатам ее изображения на снимке на­зывают прямой фотограмметрической засечкой.

ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА

Цифровая модель рельефа (ЦМР) — это цифровое представле­ние земной поверхности как непрерывного явления, описываю­щее ее с определенной точностью. Под ЦМР понимают множе­ство точек с известными геодезическими координатами (X е , У, 2Т) и правило определения высоты Z? любой другой точки, не вхо­дящей в это множество. Точки с известными геодезическими ко­ординатами в данном случае принято называть высотными пике­тами. Правило определения высоты называют правилом интерпо­ляции высот, или аналитической моделью рельефа (AMP).

Методы построения цифровых моделей рельефа различаются по схемам расположения высотных пикетов и по способам интер­поляции высот в промежутках между ними.

По схемам расположения высотных пикетов ЦМР делят на ре­гулярные, полурегулярные и структурные.

В регулярных моделях высотные пикеты расположены в узлах се­ток квадратов, прямоугольников или равносторонних треугольни­ков (рис. 12.7). Недостатком этих моделей является то, что наибо­лее значимые точки рельефа, находящиеся на линиях тальвегов и водоразделов, перегибах скатов, могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР. В связи с этим важно выбрать оптимальный шаг сетки, так как с его увеличением возрастают по­грешности ЦМР, а с уменьшением — объем ЦМР, время и сред­ства на ее создание.

В полурегулярных моделях (рис. 12.8) высотные пикеты распола­гают на поперечниках к заданным линиям. Пикеты могут нахо­диться на поперечниках либо на одинаковых расстояниях дру друга, либо на перегибах скатов. Полурегулярные ЦМР в основ­ном используют при проекти­ровании трасс линейных соору­жений (дорог, линий электро­передач, нефте- и газопроводов и т. п.).

Рис. 12.8. Полурегулярная цифровая модель рельефа

Для наиболее правильного описания характера рельефа меньшим числом высотных пи-

кетов создают структурные ЦМР(рис. 12.9). В этих моделях поло­жение высотных пикетов определяется структурой рельефа —их выбирают в его характерных точках.

Координаты высотных пикетов, используемых для построения ЦМР,могут быть получены в результате полевых геодезических измерений, по топографическим картам, по результатам воздуш­ного и космического лазерного сканирования, путем стереофото-грамметрической обработки снимков.

Для определения отметок точек, находящихся между высотны­ми пикетами, применяют различные способы линейного и нели­нейного интерполирования.

При использовании регулярных ЦМРс малым шагом сетки от­метки промежуточных точек можно определить двойным линей­ным интерполированием (рис. 12.10).

Высота /-Й точки с плановыми координатами (Х„ Yj) может быть определена с использованием полинома первой, второй и реже третьей степени. Например,

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Внутренние. К ним относится плоская прямоугольная система координат снимка (ОХY). Служит для определения положения точек на снимке.

Начало системы совмещено с точкой пересечения линий, соединяющих противоположные координатные метки, ось Х направлена вдоль базиса фотографирования. Y перпендикулярен Х. Эта сис-ма называется правой (переход от Х к Y против часовой стрелки). Желательно чтобы S (центр проекции/задняя узловая точка объектива), попадало в О (центр системы или главная точка картины). Смещение S учитывается и указывается в паспорте фотоаппарата (x_s;y_s).

Пространственная прямоугольная сис-ма координат. Используется для определения пространствен. координат точек и положения центра проекции S (ОХYZ).

Внешние. Пространственная фотограмметрическая сис-ма координат пары снимков или базисная система координат пары снимков. 2 снимка = стереопара. Используют для определения взаимного положения точек местности. Это правая система координат. Начало системы и направление координатных осей выбирается произвольно, часто начало координат совмещают с S.

Пространственная фотограмметрическая сис-ма координат маршрута или модель маршрута. То же что и пары снимков

Геодезическая система прямоугольных координат Гаусса.Для определения положения точек на местности. Начало системы координат в пересечении осевого меридиана данной зоны и экватора. Yг направлена на восток, Хг – на север. Есть условная геодезическая система прямоугольных координат, ее началом может быть любая точка местности, а оси направлены как в сис-ме Гаусса.

29. Плоская и пространственная системы координат снимка.См. вопрос 28

Применяемые в фотограмметрии координатные системы можно условно разделить на две группы, различающиеся областью примене­ния, выбором начала координат и направлениями координатных осей.

Координатные системы местностииспользуются для определе­ния пространственного положения точек местности. К таким системам относятся как левые геодезические (Гаусса, UTM, местная и др.), так и правые фотограмметрические.

Напомним, что в левой (французской) координатной системе по­следовательное преобразование осей X —>Y —>Z —>X выполняется путем вращения их по часовой стрелке; в правой (английской) системе тот же результат достигается при вращении против часовой стрелки.

Геоцентрическая система координат O'X'Y'Z' (рис. 3.1) используется при решении фотограмметрических задач на боль­шие расстояния, при выполнении космических исследований и т. п. Ее начало О' совпадает с центром земного эллипсоида, ось O'Z' на­правлена вдоль его оси вращения, плоскость O'X'Y' располагается в плоскости экватора, ось О'Х' установлена в плоскости начального меридиана. Положение точки земной поверхности А в этой системе определяется прямоугольными координатами X' = А"А', У = О'А", Z' = А А.

Рис. 3.1. Геоцентрическая Рис. 3.2. Геодезическая (а) и фотограм система координат метрическая (б) системы координат

Система координат Гаусса O_rX_rY_rZ_r (рис. 3.2) использу­ется для определения положения пунктов опорной геодезической сети и представления результатов фотограмметрической обработки материа­лов аэрофотосъемки. Ее начало О_г совмещено с точкой пересечения осевого меридиана зоны и экватора, ось О_гХ_г - с осевым меридианом, а ось O_rY_r направлена на восток. Положение точки местности А харак­теризуется координатами Х_г = A"A',Y_r = OpA", Z_v = A A.

Начало местной системы координат совмещается с произвольной точкой О_т, а оси О_тХ_т, O_mY_m и O_mZ_m параллельны соответствующим осям системы координат Гаусса. Положение точек в этой системе определяется пространственными координатами X_mt Y_m и Z_m.

Фотограмметрическая система координат OXYZ (рис. 3.2) выбирается так, чтобы зависимости между координатами соответственных точек снимка и местности имели наиболее простой вид. Ее начало совмещается с произвольной точкой (например, с точкой местности А или с центром проекции), а координатные оси направ­ляются так, чтобы система оставалась прямоугольной и правой. Чаще всего ось ОХ совмещают с направлением маршрута. Положение точек в фотограмметрической системе определяется координатами X, Y и Z.

Координатные системы аэроснимкапредназначены для опреде­ления положения точек аэроснимков, являются прямоугольными, пра­выми и делятся на внутренние и внешние. Внешние координатные системы являются пространственными, а их начало совмещено с цен­тром проектирования. Внутренние системы - плоские, с началом в точке пересечения линий, соединяющих координатные метки снимка.

Плоская прямоугольная координатная система оху явля­ется внутренней и используется для определения положения точек аэроснимка (рис. 3.3, а, б). Ее начало совмещено с точкой пересечения линий 1-2 и 3-4, соединяющих противоположные механические ко­ординатные метки, ось ох - с линией 1-2 (рис. 3.3, а) или параллельно ей (рис. 3.3, б), а ось оу устанавливают перпендикулярно оси х. По­ложение точки т аэроснимка определяется координатами х_т, у_т.

Иногда ось ох совмещают с главной вертикалью, а ось оу - с гори­зонталью, проходящей через главную точку снимка, точку нулевых искажений или точку надира. Начала координат в этих случаях со­вмещают с главной точкой, точкой нулевых искажений и точкой нади­ра соответственно.

обе Рис. 3.3. Внутренние координатные системы аэроснимка

Если главная точка аэроснимка не совпадает с точкой пересечения координатных меток (рис. 1.7), то координаты произвольной точки аэроснимка в системе оху (рис. 3.3, а, б):

X

Хо, Ут = У-Уо>

где х, у - измеренные координаты точки аэроснимка, a x_Q, y_Q - коор­динаты главной точки аэроснимка (§ 8).

Последние модели аэрокамер имеют в плоскости прикладной рам­ки оптические координатные метки (рис. 1.8, 3.4,) или сетку крестов, координаты которых, найденные при калибровке аэрокамеры, являют­ся носителями информации о координатной системе аэроснимка оху. Наличие точных координат таких меток (крестов) обеспечивает анали­тическое определение начала системы и положение ее координатных осей оху в порядке, указанном в главе 13; особенности использования системы координат цифрового снимка рассмотрены в главе 14.

Полярная система координат огер (рис. 3.3, в) является также внутренней, применяется при анализе изображения на аэроснимке и реализуется в конструкциях ряда фотограмметрических приборов. Ее начало совпадает с точкой пересечения линий, соединяющих противо­положные координатные метки, полярная ось - с главной вертикалью iv₀ а ее положительное направление размещено в правой части сним­ка. Полярный угол ф отсчитывается от положительного направления главной вертикали против часовой стрелки.

Промежуточная система координат Sxyz (рис. 3.5) является внешней и пространственной. Ее начало размещено в центре проекции S, ось Sz совмещена с продолжением главного оптического луча, а оси Sx и Sy параллельны соответствующим осям системы координат аэроснимка оху (рис. 3.3). В этой системе координатами точки аэро­снимка т являются величины х_т, у_т, иг_т = -f.

г	е	®\
г	ф
е	е	ф

А) б)

Рис. 3.4. Размещение четырех (а) и восьми (б) оптических координат­ных меток снимка

Рис. 3.5. Промежуточная система координат

К внешним относится также промежуточная система координат SXYZ (рис. 3.5), оси которой параллельны соответствующим осям фо­тограмметрической системы координат OXYZ (рис. 3.2, б).

В моих предыдущих статьях я всегда пропускал введение в фотограмметрию, потому что существует множество ознакомительных инструкций. Однако недавно я заметил, что большинство из них не рассматривает подробно, как нужно правильно снимать изображения. Поэтому я решил создать собственное руководство обо всём, что знаю в фотограмметрии.

Эта статья предназначена для следующих категорий пользователей:

• Тех, кто никогда не использовал фотограмметрию или 3D-сканирование.
• Тех, кто уже пользовался фотограмметрией, читал вводные инструкции и хочет улучшить качество сканирования.
• Тех, кто уже всё это знает, но хочет проверить, не пропустил ли чего-нибудь.

Выражаю особую благодарность Югославу Пендичу (Jugoslav Pendić) за редактирование и дополнение этой статьи. Ещё я благодарю команду, занимающуюся 3D-сканированием, за ликвидацию пробелов в моих знаниях.

Что такое фотограмметрия?

Если вы читаете эту статью, то, надеюсь, вы уже знаете, что такое фотограмметрия. Если вкратце, то это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов.

Хотя эта техника совсем не нова, она намного старее современного процесса, и она широко использовалась в картографии и геодезии. Она стала более популярной благодаря доступности из-за увеличения мощности компьютеров, что позволило ей распространиться в другие области, такие как видеоэффекты и разработка игр.

Если вы хотите быстро ознакомиться с началами фотограмметрии, рекомендую изучить следующие материалы:

, короткие видео Джеймса Кэнди (James Candy). , Бертран Бенуа (Bertrand Benoit). .

Программное обеспечение

Существует множество программ для фотограмметрии, которые можно использовать для обработки снятых изображений. Обычно все они дают достаточно хорошие результаты. Однако одни приложения могут иметь преимущества в некоторых областях. Но всё-таки стоит заметить, что хотя правила съёмки фотографий и одинаковы для всего ПО, существуют специфические для разных приложений рекомендации, потому что каждая программа обрабатывает данные по-своему. Эти рекомендации позволяют полностью использовать возможности ПО, и я советую потратить время на ознакомление с ними.

Например, из-за медленности вычислений в Agisoft вы можете стремиться записать в одно изображение как можно деталей. А Reality Capture стремится отфильтровывать эти фоновые детали, потому что они могут вносить шум. Однако Reality Capture быстрее, поэтому для неё можно просто сделать больше фотографий.

И ещё одно примечание: все описания основаны на моём личном опыте работы с этим ПО, который может отличаться от вашего. Рекомендую изучить эти варианты ПО (или другие) и самостоятельно сделать выбор.

Компьютер

Требования к компьютеру зависят от выбранного ПО, однако с помощью исследований и экспериментов я выяснил, что для большинства пакетов рекомендуемыми минимальными требованиями являются следующие:

Процессор: рекомендую core i7 с не менее чем 4 физическими ядрами. Xeon — это хорошо, но многие пакеты, например, Reality Capture предпочитают количеству ядер их скорость. Рекомендуется компьютер с одним процессором.

Оборудование

При работе с фотограмметрией обычно используются следующие инструменты:

• Объектив: используйте объектив с постоянным фокусным расстоянием, чем чётче, тем лучше. Если у камеры объектив с переменным фокусным расстоянием и вы хотите использовать его, то выберите верхний или нижний предел и сохраняйте его на протяжении всей съёмки.

ISO как можно ниже, предпочтительно не выше 400.

В качестве высокоточного устройства позиционирования используется мобильное устройство DGPS (differential GPS) или тахеометр. Это в основном относится к использованию дронов для разметки рельефа и в геодезии. Три точки — это самый минимум, возможно, вам понадобится больше. Они располагаются таким образом, чтобы точки равномерно распределялись по всей документируемой области, а несколько находилось в центре. Этого очень сложно добиться на месте съёмки, и обычно такой подход используется в проектах с большим финансированием. Определение масштаба здесь не является проблемой, но позиционирование при геодезических работах означает, что из окончательного результата получаются планы, анализы или средства контроля. Т.е. обычно они будут использоваться в рабочем пространстве GIS.

Инструкции

В этом разделе содержатся общие советы по правильной съёмке изображения и о том, на что стоит обратить внимание.

Во-первых, прочитайте великолепную статью Искусство фотограмметрии: как делать снимки, в ней очень хорошо всё объяснено.

Во-вторых, вот общие советы, полученные с форумов по Reality Capture, от 3D Scanning User Group и из личного опыта.

• Не меняйте точку обзора больше чем на 30 градусов.
• Начните со съёмки всего объекта, двигайтесь вокруг него, а затем фокусируйтесь на деталях. Приближайтесь не резко, а постепенно.
• Завершайте маршруты. При съёмке таких объектов как статуи, здания и подобных им нужно всегда двигаться вокург и заканчивать в том же месте, откуда начали.
• Не останавливайтесь на одном обходе, сделайте несколько с различной высоты.
• Поворачивайте камеру (горизонтальное и вертикальное перемещение обеспечивает лучшую калибровку).
• Доверяйте своим инстинктам, экспериментируйте и не бойтесь нарушать правила, если это нужно.

В-четвёртых, всегда следует с самого начала определяться с целевых разрешением. На самом деле, вам может понадобиться не такое большое разрешение, как вы думаете, что сэкономит время обработки. Разрешение зависит от параметров обработки, разрешения изображений и количества фотографий. Всё это можно и нужно иметь в виду. При сканировании камней для игры, чтобы получить модели высокого разрешения может хватить 20 снимков, в особенности если поверх отсканированной тестуры наложить процедурную текстуру с деталями. Если вы сканируете замок, вам тоже может не понадобиться большое разрешение. Просто отсканируйте замок в низком разрешении, выберите ключевые повторяющиеся элементы и отсканируйте их в высоком разрешении. Затем сгенерируйте остальное. Может возникнуть и противоположная ситуация: потребуется 500 снимков для сканирования одного камешка.

Чаще всего вам не понадобится режим Ultra High Settings в Agisoft или High settings в Reality Capture.

Практика

Теперь, когда вы кое-что знаете о фотограмметрии, вот несколько интересных примеров, которые стоит попробовать:

• Отсканируйте камень, это лёгкая мишень и хорошая задача для начала. Постарайтесь сделать как можно меньше снимков для реконструкции полной сетки, а потом начните добавлять изображения для увеличения разрешения деталей.
• Отсканируйте статую: статуя похожа на камень с интересными вогнутыми формами, которые немного повысят сложность работы.
• Отсканируйте ботинок. Не знаю, зачем все так делают. Возможно, это какой-то ритуал инициации, или что-то подобное.
• Отсканируйте узкий тоннель или лестничные проёмы. Сложность здесь в том, что у вас не будет достаточно пространства для перемещения и съёмки с разных углов. Хитрость в том, чтобы пересечь туннель, делая один снимок того, что перед вами при каждом шаге вперёд.
• Отсканируйте интерьер. У Valve есть интересный подход, который вы можете попробовать.
• Отсканируйте здание или даже замок, попробуйте сделать это с дроном и без него. Можно вскарабкаться на здание или воспользоваться длинным шестом с камерой. Подсказка.
• Отсканируйте отражающую поверхность. Изучите это видео студии ten24 по 3D-сканированию отражающих объектов с помощью фотограмметрии.
• Отсканируйте голову одной камерой. Это сложно, постарайтесь не двигаться, или попробуйте использовать поворотный стол.
• Отсканируйте насекомое. Есть хороший пример отсканированного 2cgvfx насекомого.
• Отсканируйте рельеф. Изучите ещё один подход Valve, но я крайне рекомендую исследовать подход с пролётом дрона по надиру.

Другие способы сканирования

Следует знать, что фотограмметрия — не решение всех задач. Существуют другие способы сканирования, в некоторых случаях срабатывающие лучше.

• Лидар — это геодезический способ измерения расстояния до цели подсветкой цели лазером. Лидар может быть быстрее в сборе 3D-данных, и он определённо эффективнее при сканировании растительности и полей, хотя этот способ и довольно дорогой. Лидар-сканнер тяжёлый, поэтому сложно будет прикрепить его к дрону, хотя некоторым компаниям удалось создать собственных дронов. Вот короткое видео, опубликованное Capturing Reality, в котором используется Reality Capture для комбинирования данных лазера с фотографиями для создания точной модели. Также в видео рассматриваются преимущества обоих способов.
• David Laserscanner — это гораздо более дешёвая самодельная альтернатива, в которой для измерения и сканирования объекта тоже используется лазер. Её можно применять для сканирования мелких и средних объектов (например, катеров). Стоит заметить, что владельцем этого ПО недавно стала HP.
• Сканер Artec — это ручной лазерный сканер, обеспечивающий хорошие результаты. Можно использовать для сканирования мелких предметов.
• Microsoft Kinect тоже можно использовать для сканирования объектов и людей, но у него довольно низкое разрешение.
• RTI — это вычислительный фотографический способ, снимающий форму поверхности объекта и позволяющий интерактивно изменять освещение объекта с любого направления. RTI также позволяет выполнять математическое усовершенствование формы поверхности объекта и цветовых атрибутов.

Заключение

Приступайте к работе, не сомневайтесь, постоянно практикуйтесь и пробуйте сканировать любым доступным оборудованием.

Если вы прочитали эту статью и все остальные, на которые я ссылался, и теперь не знаете, что ещё можно изучить, то прочитайте мою статью "Процесс создания готовых игровых текстур и ресурсов с помощью фотограмметрии". Также можно прочитать другие мои статьи на веб-сайте моей игры World Void на странице Devlog.

Если у вас есть вопросы, или вы считаете, что я что-то упустил, то свяжитесь со мной в Твиттере: @JosephRAzzam.

Основная задача фотограмметрии – определить координаты точек объекта по их изображениям на снимках. Для этого необходимо выполнить измерения на снимках и установить связь между системой координат в которой выполнялись измерения и системой координат используемой на местности.

Системы координат:

Система координат снимков задается координатными метками.

Oс – начало системы координат

Oc xy – плоскость снимка

a(x, y) - Координаты точки a в системе координат снимка

x_o, у_о – в системе координат снимка

f, y_o, x_o элементы внутреннего ориентирования снимка. Они определяют положение точки картографирования С относительно системы координат снимка и позволяют восстановить связку лучей существовавшую в момент съемки. Определяются заводом изготовителем и записываются в паспорт

Пространственная СК съемочной камеры

S, x,y,я - Пространственная система координат съемочной камеры. Начало которой находится в точке фотографирования S. Оси x, y направлены параллельно осям x, y снимка, а ось z направлена вдоль главного луча (перпендикулярно плоскости снимка)

Внешняя система координат – система в которой определяются координаты точек местности. Она мб задана условно, но чаще всего используется в геодезической СК.

О_г, x_(г), y_(г), z_(г) – Внешняя СК (геодезическая), которую фотограмметристы называют геодезической

Фотограмметрическая система координат

SXYZ – фотограмметрическая СК

Начало в точке S

α –– угол между осью Z и проекцией главного луча на плоскость xZ

ω – поперечный угол – угол между главным лучом и плоскостью xZ

ᴂ - угол разворота снимка – угол в плоскости снимка между осью y и следом плоскости проходящей через главный луч SО и ось Y

Положение системы Sxyz относительно системы SXYZ описывается матрицей поворота А; , гдеabc – направляющие косинусы.

В системе координат снимка a (x,y)

… элементы внешнего ориентирования снимка (ЭВО - 6 штук; 3 – угловые (α, ω, ᴂ), 3 - линейные)

Таким образом, с помощью элементов внутреннего, устанавливается связь между СК

Связь координат точки местности и координат точки на снимке

A (x, y) – координаты точки на снимке

A (X, Y, Z) – координаты точки на местности

–вектор определения положения точки S во внешней СК

–вектор определения положения точки А во внешней СК

–коллинеарные => имеет место условие коллинеарности

, где N – скалярная величина

Из условия коллинеарности следует, что координаты векторов пропорциональны поэтому:

Анализ полученных формул показывает что одиночному снимку нельзя определить пространственные координаты точки если не известна скалярная величина N или высоты точек местности Z.

Математическую модель описывающую поверхность называютцифровой моделью рельефа (ЦМР)

Таким образом по одному снимку можно определить координаты (x, y) точек местности, если известны точки внешнего и внутреннего ориентирования снимка и значения высот точек местности Z

Обратная связь координат точек снимка и местности

A (X*, Y*, Z*) – в СК съемочной камеры

Связь координат между точками координаты которых измерены на снимке и координатами точки объекта во внешней системе координат

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Читайте также:

  
• Национально религиозная политика в царстве польском кратко
  
• Приказ об объявлении благодарности учащимся школы
  
• Информационная безопасность в школе нормативные документы
  
• Сколько получает воспитатель в детском саду в омске
  
• Кодекс правил школы красногорская сош 1 брянская область