Перспективная съемка и 3D-моделирование

Когда вам необходимо создавать точную и реалистичную трехмерную модель с помощью данных, собранных беспилотником, на помощь приходит перспективная съемка. Она становится незаменимым инструментом для таких задач. Более того, такой подход выгодно отличается от широко распространенного метода съемки сверху вниз (надир), ведь перспективная съемка позволяет создавать изображения по разными (косыми) углами и в разных ракурсах. А это в свою очередь помогает более полно и детально создать реконструкцию зданий, ландшафтов и других важных объектов. В этой статье мы попробуем детальнее посмотреть на значение перспективной съемки для 3D-моделирования с помощью различных данных и показать интересные решения для оптимизации перспективного картирования.

Что такое перспективная съемка?

Перспективная съемка – это особый метод, когда съемку с воздуха выполняют под заданным заранее углом, обычно от 30 до 60 градусов от земли, как показано на фото ниже. Такой метод съемки, как показывает практика, помогает получить более подробную информацию об объекте, включая его стороны (например, стены здания).

Если сравнить с изображением ниже, где выполнялась съемка надир, то есть, как обычно, сверху вниз (под углом 90 градусов по отношению к поверхности земли), то недостатки метода надир становятся еще более очевидными.

Ни в коем случае нельзя говорить, что съемка надир мало полезна или вообще бесполезна. Напротив, она очень нужна для создания трехмерных реконструкций Метод съемки надир также представляет большую ценность, когда с помощью беспилотников создаются подробные ортофотопланы.

Зачем в 3D-моделировании нужна перспективная съемка

3D-модели — это ценные цифровые активы, с помощью которых можно получить поразительный по реалистичности и детализированности вид сооружений и ландшафтов. С помощью перспективной съёмки можно проводить точный анализ, повышать качество  планирования и принимать лучше обоснованные решения в таких отраслях, как строительство, городское планирование, недвижимость и вопросы управления окружающей средой.

Перспективная съемка критически важная в тех случаях, если нам нужно создать полноценную и детальную трехмерную модель. В этом случае мы получим следующие преимущества:

Перспективная съемка критически важная в тех случаях, если нам нужно создать полноценную и детальную трехмерную модель. В этом случае мы получим следующие преимущества:

• Изображения сторон, боковых поверхностей (стен здания) конкретной конструкции: Перспективная съемка захватывает детали, которые ускользают при съемке надир. Обзор под углом при перспективной съемке помогает учесть пропущенные при съемке надир детали, которые будут важны при реконструкции реалистичных моделей.
• Улучшается глубина восприятия и реалистичность: Перспективная съемка помогает программному обеспечению “видеть” глубину и форму объектов, чтобы в результате получилась реалистичная модель. Такие многоперспективные данные просто необходимы для реалистичного 3D-рендеринга, так как придают модели наиболее близкие к оригиналу пропорции и глубину. В итоге повышается точность модели.
• Получаем высококачественную текстуру поверхностей: Текстура обеспечивает моделям реалистичный вид и визуальную привлекательность. Перспективная съемка может обеспечить получение на изображениях текстуры стен, крыш и других поверхностей, чтобы получить при реконструкции качественное отображение различных материалов: камня, кирпича, стекла или растительности.
• Минимизируется количество “слепых зон” и теней: Применение съемки надир может в ряде случаев создать “слепые зоны”, то есть такие участки модели, о которых нет информации, так как такие зоны не видны при съемке сверху вниз. Перспективная съемка, при которой вид на модель может быть под разным углом, помогает минимизировать количество “слепых зон”, а то и вовсе их избежать, чтобы повысить видимость поверхностей, которые расположены вертикально к поверхности земли. В итоге мы получаем более полную модель.
• Повышается осведомленность о ситуации и окружающей среде (контекст): Перспективная съемка – это оптимальный инструмент для получения пространственного контекста, поэтому в результате заказчики такой съемки увидят не только отдельные структуры, но и окружающий их контекст (среду, ландшафт и др.). Если это используется в трехмерном моделировании, то тогда мы получаем опыт почти полного погружения в ситуацию, что очень ценно для планирования и принятия решений.

Таблица ниже представляет краткий обзор важнейших преимуществ применения данных перспективной съемки для создания полноценных и детализированных 3D-моделей.

Тем не менее, для получения всеобъемлющих данных лучше использовать оба способа съемки. Изображения в надире оптимально подходят для четких и точных углов сверху вниз, а изображения под углом для показа глубины, высоты и структуры, необходимых для реалистичного 3D-моделирования.

Перспективная съемка и съемка надир: примеры

Представленные ниже примеры данных – это результаты съемки с помощью камеры DJI Zenmuse P1, которую создавали специально для выполнения фотограмметрии. Приведенные примеры показывают различия между 3D-моделями, созданными в процессе перспективной съемки и без нее.

Например, обратите внимание на более высокий уровень детализации модели, созданной с помощью перспективной съемки (съемки под разными углами), а также на пример, где съемка выполнялась только с помощью метода надир. В примерах с перспективной съемкой удалось более четко и полно отобразить стену и дверь.

И если сравнить приведенные выше снимки, то на изображении, полученном в результате перспективной съемки, можно обратить внимание на более детальную текстуру кирпичей по сравнению со снимком по методу надир

Промышленное применение перспективной съемки с помощью беспилотников

3D-моделирование на основе перспективной съемки стало популярным методом для профессионалов во многих областях. Вот некоторые примеры:

• Строительство и архитектура: Подробные 3D-модели помогают в планировании проектов, анализе площадок и контроле хода строительства.
• Городское планирование и умные города: Модели высокого разрешения помогают градостроителям визуализировать планировку города, оценивать инфраструктуру и планировать будущее развитие.
• Охрана памятников истории и культуры: 3D-модели, созданные с помощью перспективных изображений, обеспечивают точное отображение объектов культурного наследия и зданий, чтобы сохранить памятники архитектуры.
• Маркетинг в области недвижимости: Реалистичные 3D-модели дают потенциальным покупателям захватывающее представление об объектах недвижимости, показывая им интересующие здания и прилегающие площадки с разных ракурсов.
• Чрезвычайные ситуации: При ликвидации последствий стихийных бедствий трехмерные модели, созданные с помощью перспективных снимков, позволяют спасателям оценивать ущерб и четко ориентироваться в пострадавших районах.

Лучшие беспилотники с камерами для картографирования

Хорошо, допустим, мы убедили вас в эффективности и большой пользе перспективной съемки для трехмерного моделирования. Но что у нас для этого есть из оборудования: беспилотников и камер? Давайте взглянем на пару примеров из линейки промышленных платформ DJI.

DJI Zenmuse P1

DJI Zenmuse P1 — это 45-мегапиксельная промышленная камера, которую можно использовать в качестве полезной нагрузки на беспилотных платформах DJI Matrice 350 RTK и DJI Matrice 300 RTK.

P1 оснащена функцией Smart Oblique Capture. Эта функция позволяет одной камере функционировать как все пять камер в системе наклонных камер (т. е. надир, а также передняя, ​​задняя, ​​левая и правая).

При создании области картографирования в приложении DJI Pilot (во время планирования миссии) функция Smart Oblique Capture автоматически делит целевую область съемки на различные секции. Секции в центре области съемки получают пять фотографий, по одной под каждым углом (надир, спереди, сзади, слева и справа), тогда как секции на периферии области съемки требуют меньше фотографий.

Благодаря функции Smart Oblique Capture данные о местоположении, скорости дрона и направлении подвеса встраиваются в метаданные каждой фотографии, чтобы компенсировать смещение положения и перспективы; аналогично математическим расчетам, используемым для объединения последовательных снимков в массиве наклонных камер.

Ниже представлена 3D-модель, созданная на основе данных, собранных камерой P1.

DJI Mavic 3 Enterprise

Легкий, компактный дрон DJI Mavic 3 Enterprise – это уникальное решение все в одном для проведения геодезических и других исследований промышленного характера. Эта модель будет оптимальной для тех, кто хочет начать подобные исследования, или для небольших компаний и организаций, которые не могут позволить себе более дорогие платформы. Дрон оборудован широкоугольной камерой с CMOS-матрицей 20 Мп размером 4/3, механическим затвором, а также 12-мегапиксельной телекамерой.

Подобно камере DJI Zenmuse P1 съемочная система Mavic 3 Enterprise получила функцию Smart Oblique Capture. Пример работы с данными, полученными Mavic 3 Enterprise, показан ниже.

Подведем итоги

Создание 3D-моделей позволило многим компаниям и организациям использовать их в качестве важнейшего цифрового актива. Такой подход сегодня наблюдается в самых разных отраслях, а дроны помогают сделать его еще более полезным, относительно недорогим и эффективным в сборе данных. Вот почему применение перспективной съемки (наряду с другими методами) становится необходимостью, если мы хотим получить надежные, точные и полноценные трехмерные модели интересующих нас объектов. Приведенные выше решения от DJI позволяют сравнительно быстро получать качественные данные перспективной съемки для 3D-реконструкции.