3D-сканеры в большинстве своем — достаточно дорогое оборудование, но зачастую при создании 3D-моделей существующих объектов для последующей 3D-печати можно обойтись фотограмметрией с использованием фотоаппаратов или даже смартфонов. Делимся примерами бесплатных фотограмметрических приложений.
Содержание:
Современные методы бесконтактного 3D-сканирования можно разделить на три типа — лазерной сканирование, сканирование методом структурированной светодиодной подсветки и фотограмметрию. Последний метод зачастую применяется в комбинации с первыми двумя. Помимо доступности оборудования — в большинство случаев достаточно цифрового фотоаппарата — фотограмметрия обладает и другими преимуществами, например возможностью быстрой оцифровки по-настоящему крупногабаритных объектов.
Фотограмметрические программы автоматически выявляют общие точки в нескольких изображениях и вычисляют расстояния между точками в трехмерном пространстве. В результате формируются облака точек, которые можно преобразовать в полигональные сетки (меши). Обычно качество получаемых 3D-моделей пропорционально количеству используемых фотографий. Некоторые продвинутые программы предлагают инструменты уплотнения облаков точек, повышающие качество мешей.
От объема исходных данных напрямую зависит и точность фотограмметрии. Два основных метода фотограмметрии — по последовательности изображений в движении и по маркерам. 3D-реконструкция по последовательности изображений в движении (Structure from Motion, SfM) опирается на сравнение особенностей геометрии объектов с разных ракурсов. При работе с отражающими и прозрачными поверхностями нередко применяются кодированные маркеры, повышающие точность процесса.
Основное назначение большинства фотограмметрических программ — создание высококачественных полигональных сеток или облаков точек, но некоторые программы также включают аналитические инструменты, позволяющие выполнять замеры, аннотировать карты и так далее. Такие решения пользуются популярностью среди инфраструктурных компаний, лесо- и сельскохозяйственных предприятий, в археологии и строительстве.
Основной компонент типичных фотограмметрических систем — фотоаппарат. Съемка может осуществляться как в ручном режиме, так и со штатива — для повышения устойчивости. Второй подход часто используется в картографировании улиц и оцифровке небольших объектов.
Аэрофотограмметрия предусматривает уже съемку с летательных аппаратов и позволяет получать трехмерные модели крупных объектов — больших участков местности, зданий, и так далее. При работе с масштабными объектами зачастую требуются сотни или даже тысячи фотографий.
Ниже приведем краткие описания нескольких бесплатных вариантов программного обеспечения для фотограмметрии.
1. Meshroom
Meshroom — опенсорсная программа с открытым исходным кодом на основе платформы AliceVision. Meshroom генерирует 3D-модели по изображениям объектов с разных ракурсов, вычисляя расстояния между точками и создавая полигональные сетки.
Рабочий процесс максимально прост и состоит из съемки пересекающихся участков объектов. Получаемые данные проходят конвейерную обработку по этапам, называемым узлами (nodes). В отдельных узлах можно регулировать соответствующие параметры. Например, в узле текстур можно настроить разрешение текстур в соответствии с текущей задачей, будь то оцифровка объекта для мобильного приложения или рендеринг в высоком разрешении для компьютерной игры.
Пользователи Autodesk Maya могут установить бесплатный плагин и использовать Meshroom непосредственно в 3D-редакторе. Помимо этого Meshroom предлагает удобный экспорт файлов в программы Blender и Unity.
Форматы файлов: PLY и OBJ. Meshroom совместима с операционными системами Windows и Linux, скачать можно с сайта AliceVision.
2. OpenMVG
OpenMVG — фотограмметрическая библиотека, популярная среди исследователей в области машинного зрения, особенно стереозрения, полагающаяся на реконструкцию по последовательности изображений в движении и предлагающая набор специализированных инструментов.
Для работы с этим программным обеспечением потребуются определенные навыки, однако проверенный функционал и обширная поддержка со стороны энтузиастов делают OpenMVG стоящим выбором для интеграции в фотограмметрические приложения.
Формат файлов: PLY. OpenMVG совместима с Windows, скачать можно с сайта GitHub.
3. VisualSFM
VisualSFM генерирует облака точек методом реконструкции по последовательности изображений в движении. Программа принимает команды через графический интерфейс и командную строку — на выбор пользователей. VisualSFM умеет отслеживать и совмещать особенности геометрии.
В основе этого программного обеспечения лежат наработки инженера-программиста компании Google Чханчхана Ву. Продвинутым пользователям доступны десятки настраиваемых параметров, однако простое построение облака точек требует всего четырех кликов мышки. Это программа предлагается бесплатно при условии личного, некоммерческого или образовательного использования.
Формат файлов: PLY. VisualSFM совместима с операционными системами Windows, macOS и Linux, скачать можно по этой ссылке.
4. MicMac
MicMac — фотограмметрическое программное обеспечение с открытым исходным кодом, разработанное двумя французскими учреждениями — Национальным географическим институтом и Национальной школой географических наук. Программа обладает широким функционалом и предназначена в основном для профессиональных пользователей, хотя подойдет любителям продвинутого уровня.
Программа MicMac зарекомендовала себя как универсальный инструмент, успешно применяемый для создания 3D-моделей в картографии, охране окружающей среды, лесном хозяйстве, проектах по сохранению культурного наследия и в частном секторе.
Это программа без труда справится с задачами любых масштабов — от больших участков местности до мелких объектов, будучи способной обрабатывать как изображения, полученные с близкого расстояния, так и результаты аэрофотосъемки. Некоторые из инструментов редактирования даже подходят для решения метрологических и геодезических задач. Освоится с программой помогут подробные учебные пособия, опубликованные на официальном сайте.
Форматы файлов: GEOTIFF, PLY, XML. Программа совместима с Windows, macOS, Ubuntu и Raspberry Pi, подробная информация доступна на сайте MicMac Wiki.
5. Regard3D
Еще одна программа, использующая метод реконструкции по последовательности изображений в движении, то есть сопоставления снимков с разных ракурсов. Функционал включает богатый выбор инструментов редактирования облаков точек с вершинами или текстурами перед генерацией полигональных сеток.
Освоение обильного набора настроек и параметров может занять довольно длительное время, но на сайте Regard3D доступен набор учебных материалов.
Форматы файлов: OBJ, PLY. Программа совместима с операционными системами Windows и macOS. Скачать и получить подробную информацию можно на официальном сайте Regard3D.
6. COLMAP
COLMAP — опенсорсное программное обеспечение, опубликованное на GitHub. Пользователям доступны графический интерфейс и командная строка, программа умеет реконструировать модели по снимком с одной камеры или стереофотографических систем.
Программа разработана в исследовательских целях и включает расширенный, но не обязательный функционал, помогающий повышать качество реконструкции. Например, можно указать тип камеры и настроить процессы распознавания.
COLMAP позволяет экспортировать полигональные сетки, однако в самой программе можно работать только с плотными облаками точек. Для обработки полигональных сеток придется пользоваться другим программным обеспечением, например MeshLab.
Форматы файлов: PLY, VRML. Программа совместима с операционными системами Windows, macOS и Linux, скачать можно с репозитория GitHub.
7. PhotoCatch
PhotoCatch — одно из первых приложений на основе Apple Object Capture API, доступное на мacOS Monterey и более поздних версиях. Простой, удобной процесс 3D-сканирования с использованием iPhone или iPad занимает всего несколько минут.
В то же время не стоит забывать о требованиях к аппаратному обеспечению при компиляции данных: здесь требуется Mac с процессором M1 или Intel Mac с 16 Гб оперативной памяти и графическим процессором AMD с как минимум 4 Гб видеопамяти. Как вариант, можно использовать мобильные устройства на iOS. Отзывы сообщества в подавляющем большинстве положительные, даже среди совершенно не знакомых с фотограмметрией пользователей.
Приложение можно скачать бесплатно, но одна модель будет стоить около двух долларов, в зависимости от количества загруженных изображений. Также доступны пакеты Essentials и Pro по цене около пяти и десяти долларов в месяц соответственно. PhotoCatch поддерживает экспорт в Sketchfab.
Формат файлов: USDZ. Программа совместима с операционными системами macOS 12 и iOS, скачать можно в App Store.
8. Kiri Engine
Один из немногих бесплатных сервисов, доступных пользователям телефонов на операционной системе Android, хотя приложение совместимо и с iOS. Можно обойтись вообще без телефона, если воспользоваться веб-интерфейсом и загружать изображения с цифрового фотоаппарата.
Приложение предлагается бесплатно, но для экспорта моделей необходимо использовать токены. Каждый токен дает доступ к неограниченному количеству загрузок одной 3D-модели. Пользователи получают по три токена в неделю. Дополнительное ограничение — семьдесят фотографий на одну модель. Премиальная версия без ограничений на количество моделей, с расширенными настройками и лимитом в двести фотографий на модель предлагается за десять долларов в месяц или пятьдесят в год.
Форматы файлов: OBJ, MTL, JPEG. Программа совместима с iOS и Android и доступна в App Store и Google Play, а также в виде браузерного приложения.
Адаптированный перевод статьи The Best Free Photogrammetry Software of 2023, опубликованной на сайте All3DP.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся
Вход через социальные сети