, студент
Кафедра «Автоматизированные системы обработки информации и управления»
Ижевский государственный технический университет
имени
СИНТЕЗ ТРЕХМЕРНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИНТЕРЬЕРОВ ПО ФОТОГРАФИЯМ
3D-моделирование представляет собой последовательный процесс разработки трехмерной модели объекта, который может быть как одушевленным – так и неодушевленным, как конкретным существующим предметом – так и новой разработкой. Подобные модели находят широкое применение в совершенно разных областях: мультипликация, анимация, медицина, приборостроение, визуализация помещений и архитектурные постройки, игры, фильмы и многие другие направления.
Основное преимущество 3D-моделирования, берущее верх над двухмерным, - это возможность создавать максимально точные модели объекта, появляется шанс тщательно проработать и рассмотреть все детали. Программы определенной направленности обеспечивают возможность интеграции с каким-либо другим профессиональным ПО, например, с приложениями, направленными на инженерные расчеты, программами для станков или бухгалтерского учета.
В первую очередь, конечно же, 3D-моделирование нашло свое активное применение в строительстве и дизайне. Это может быть как модель дома, частного или многоквартирного, офисного здания или же любого другого промышленного объекта.
То же касается и дизайна помещения – будь то дизайн жилой квартиры или торгового центра. В данной статье рассмотрим 3D-моделирование помещения более подробно.
Как правило, в разработке планов жилых квартир, внутреннем дизайне интерьера, размещении мебели и оборудования существует немалое количество различных чертежей, разверток и описаний. Все эти документы могут оказаться сложны и непонятны заказчику, для которого выполняются подобные реализации. Отказаться от всего этого помогает 3D-визуализация проекта.
Актуальность рассмотрения данной темы заключается в том, что именно 3D-моделирование содержит немало весомых «плюсов», которые явно ставят данный метод на несколько ступеней выше предшествующих [1]:
· Экономия времени и средств. Возможность в краткие сроки выполнить несколько образцов и при необходимости внести нужные поправки без затрат на то дополнительных средств. Создание же традиционных макетов отнимает гораздо больше времени, а внесение изменений – лишние траты.
· Широкий спектр возможностей. Визуализация позволяет создавать динамические интерактивные модели, которые могут быть изменены на любом этапе их создания, будь то цвет, форма, фактура или же внесение других корректив.
· Наглядность. Фотореалистичная визуализация дает возможность осмотреть разрабатываемое помещение со всех сторон, «пройтись» по каждому углу возделываемого объекта, будь то одна комната, квартира или даже целая архитектурная постройка.
Таким образом, можно сделать выводы о том, что именно этап 3d-визуализации является основным в разработке помещения или его дизайна, именно смоделированные объекты могут дать наиболее полную, развернутую картину того, что мы хотим получить в итоге.
Алгоритм построения трехмерных геометрических моделей по фотографиям
Существует два метода для получения объемных моделей объектов на основе фотографий, т. е. двумерных изображений. Способы отличает друг от друга получаемый результат, который, несомненно, будет лучше, если работать по алгоритму второго метода. Однако объединяет эти два способа основа – набор фотографий, количество которых зависит от желаемого результата, и процесс, разделенный на два этапа: фотосъемка объекта и генерация модели. Съемка объекта имеет так же свой свод правил, которых необходимо придерживаться для достижения качественных результатов: камера должна быть установлена и вращаться в центре снимаемого объекта, расстояние до объекта должно быть всегда строго равным, углы поворота должны сохраняться, снимаемый объект должен располагаться на однотонном фоне.
Первый способ дает возможность создавать так называемые псевдотрехмерные модели, такие объекты лишь создают иллюзию объемности, но в действительности не являются таковыми. Обычно данный способ реализуется программами-сшивателями следующим образом: фотографии одного объекта с разных сторон «сшиваются» в 360-градусную панораму. Данный метод применим при создании круговых обзоров, которых бывает достаточно, скажем, для web-страниц для придания интерактивности, так же для презентаций, энциклопедий и т. п. [2]
Второй же способ, более профессиональный, позволяет создавать настоящие трехмерные модели, с которыми можно продолжать активную работу в других программах 3D-моделирования. Рассмотрим данный способ подробнее, расписав алгоритм создания трехмерной модели:
1. Из выполненных фотографий в программе создаются прямоугольные текстуры плоскостей объекта, которые упрощают дальнейший анализ, далее строится трехмерная модель объекта.
1.1. С помощью особых встроенных алгоритмов программа преобразует двумерную информацию, содержащуюся в фотографиях, в точно рассчитанные трехмерные точки, линии и плоскости.
1.2. Генерация полигональной модели.
2. Определяется регулярная структура объекта (по его текстуре), которая используется так же и для клонирования трехмерных моделей регулярных элементов.
3. На текстурах объекта определяются посторонние объекты, и текстура под ними восстанавливается с учетом регулярной структуры объекта. [3]
Принципы работы некоторых программных пакетов для создания трехмерных объектов по фотографиям
Рассмотрим некоторые программные пакеты, позволяющие создавать трехмерные модели по фотографиям.
Пакет 3D Software Object Modeller (или 3DSOM Pro) — профессиональное решение для быстрого создания трехмерных моделей реальных объектов по фотографиям (рис.1). Чтобы получить модель, необходимо иметь около 20 фотографий объекта, которые загружаются в программу, автоматически маскирующую все изображения, отделяя объект от фона. Далее программа генерирует каркас модели, а с помощью специальных инструментов можно внести нужные коррективы. В результате 3D-модель экспортируется либо для дальнейшего трехмерного моделирования, либо Java Applet, если нужно предусмотреть использование в Интернете. [4]
Рисунок 1 – Пример работы программы Software Object Modeller
PhotoModeler — приложение, предназначенное для получения трехмерных моделей-эскизов на основе фотографий (рис. 2). Предоставлена возможность работы с разным количеством фотографий. Если есть необходимость, существует возможность создавать модель даже по единственной фотографии, но, конечно, с какой-либо потерей качества. Создание трехмерной модели выстраивается в несколько этапов: сканирование фотографий, определение параметров камеры, определяются размеры объекта, для которого создается 3D-модель и задается местоположение каждой из камер. Далее расставляются ключевые опорные точки, устанавливается тип связи между отдельными группами точек в виде линий или плоскостей. И на последнем этапе генерируется сама 3D-модель. [3]
Рисунок 2 – Пример работы программы PhotoModeler
RealViz ImageModeler —приложение, ориентированное преимущественно на 3D-дизайнеров для создания 3D-моделей по фотографиям (рис.3 ). После того как снимки импортированы в проект, и автоматической калибровки, определив параметры камеры, устанавливается система координат. Далее выставляются калибровочные маркеры и производится построение каркасной модели. Помимо основной функции распознавания снимков, в программе осуществляется текстурирование модели, то есть текстуры автоматически извлекаются из фотоснимков и полученные материалы присваиваются отдельным подобъектам. Полученная в результате 3D-модель может быть продолжить редактироваться в различных 3D-редакторах.[3]
Рисунок 3 – Пример работы программы RealViz ImageModeler
Таким образом, можно судить о том, что 3D-моделирование помещений по фотографии крайне упрощает работу разработчиков, дизайнеров и проектировщиков. Впоследствии разработанные проекты позволяют не допустить ошибок в строительстве зданий, возведении стен и обустройстве помещений.
Список литературы:
1. Веб-студия «Ай Кью». 3D-моделирование помещений. (http://www. iqdesign. ru/3D-modeling. php) Дата обращения 18.09.2014
2. 3Logic Inc. Объемные модели из фотографий – Светлана Шляхтина (http://compress. ru/article. aspx? id=16596) Дата обращения 18.09.2014
3. Библиотека диссертаций. Алгоритмы построения трехмерных моделей объектов с регулярной структурой по фотографиям при взаимодействии с пользователем для виртуальных сред – (http://www. /mat-obespechenie/algoritmy-postroenija-trehmernyh-modelej-obektov-s-reguljarnoj-strukturoj-po. html) Дата обращения 18.09.2014
4. DESIGN-WARES. RU. 3D Software Object Modeller Pro 2.1 (http://www. design-warez. ru/soft/foto/27426-3D_software_object_modeller_pro_2_1.html) Дата обращения 18.09.2014
