Фотограмметрия

Фотограмметрия – это наука, занимающаяся получением достоверных измерений из фотографических и цифровых снимков. Результатом процесса выполнения фотограмметрии часто являются ортоизображения, тематические карты, ГИС-слои или трехмерные (3D) модели реальных объектов или сцены.

Фотограмметрия — способ определения размеров, положения, рельефа и других внешних особенностей объекта по его фотоснимкам. Технология применяется для сбора информации о геометрии самых разных объектов — от спутниковой антенны до корпуса самолета. Изначально фотограмметрия применялась в составлении топографических карт.

1. Высокая точность измерений;
2. Высокая степень автоматизации процесса измерений и связанная с этим объективность их результатов;
3. Большая производительность (поскольку измеряются не сами объекты как таковые, а лишь их изображения);
4. Возможность дистанционных измерений в условиях, когда пребывание на объекте небезопасно для человека.

Фотограмметрия играет важную роль в процессе 3D-моделирования, позволяя создавать реалистичные трехмерные модели объектов и сцен на основе фотографий. Применение фотограмметрии при 3D-моделировании включает несколько шагов:

1. Фотографирование: Снимаются множество фотографий объекта или сцены с различных углов и позиций. Времени, необходимого для съемки, зависит от сложности объекта или сцены и точности, которую вы хотите достичь в итоговой модели.
2. Импорт и калибровка фотографий: Фотографии импортируются в специальное программное обеспечение для фотограмметрии, которое анализирует изображения и определяет их параметры, такие как фокусное расстояние, дисторсия и точки общего вида.
3. Сопоставление и трассировка точек: С помощью программы точки общего вида находятся на разных изображениях и соответствующие им точки на модели объекта или сцены. Этот процесс называется "сопоставлением точек" или "трассировкой точек".
4. Триангуляция и создание модели: На основе трассированных точек программа строит трехмерную модель объекта или сцены. Она соединяет точки трассировки, создавая триангулированную сетку, которая представляет поверхность объекта.
5. Текстурирование и финальная обработка: Полученная трехмерная модель может быть текстурирована, то есть на нее могут быть накладываны цветовая информация или текстуры, полученные из исходных фотографий. Затем модель может быть оптимизирована и подвергнута финальной обработке с использованием специальных программ для улучшения ее внешнего вида и готовности к использованию.

Использование фотограмметрии при 3D-моделировании позволяет создавать очень точные и реалистичные модели объектов и сцен на основе фотографий. Этот метод имеет широкий спектр применения в различных областях, таких как архитектура, игровая индустрия, кино, визуализация и другие. Он позволяет создавать модели с высокой степенью детализации и достаточно быстро и эффективно. Программы для фотограмметрии предлагают различные инструменты и функции, которые облегчают процесс создания 3D-моделей. Они позволяют взаимодействовать с большим количеством изображений, автоматически находить точки общего вида, проводить высокоточную трассировку точек и создавать детальные трехмерные модели.

Одним из преимуществ использования фотограмметрии является возможность создания моделей объектов, которые воспроизводят их реальную геометрию и внешний вид с высокой точностью. Это особенно полезно в архитектуре и проектировании, где требуется точная реплика объекта или сцены. Кроме того, фотограмметрия позволяет сохранить фотореалистичность моделей, так как они основаны на реальных изображениях.

В заключение, фотограмметрия является мощным инструментом при 3D-моделировании, который позволяет создавать высококачественные трехмерные модели на основе фотографий. С его помощью можно достичь реалистичности и детализации, сохраняя при этом простоту и эффективность процесса моделирования.

Фотограмметрия играет важную роль при создании компьютерных игр. С помощью специальных программ и технологий фотограмметрии, таких как компьютерное сканирование и лазерное сканирование, можно создавать высококачественные 3D-модели объектов и персонажей игры.

Программы фотограмметрии позволяют создавать точные цифровые копии реальных объектов, окружения и даже людей. С использованием компьютерной фотограмметрии можно сканировать реальные объекты и преобразовывать их в трехмерные модели, которые затем могут быть использованы в компьютерных играх.

В игровой индустрии фотограмметрия активно применяется для создания реалистичных окружений и персонажей. Сканирование реальных объектов и пространств позволяет воссоздать их в игровом мире с высокой степенью детализации и достоверности. Такие модели придают игре более реалистичный и убедительный внешний вид.

Применение фотограмметрии при создании компьютерных игр позволяет разработчикам создавать уникальные и интересные игровые миры, которые будут восхищать игроков своей качественной графикой и детализацией. Благодаря использованию фотограмметрии, игровые персонажи становятся более реалистичными и выразительными, а окружения — более привлекательными и увлекательными для исследования.

Таким образом, фотограмметрия находит широкое применение в компьютерных играх, позволяя создавать впечатляющие и захватывающие игровые миры, в которых игроки могут полностью погрузиться и наслаждаться игровым процессом.

Фотограмметрия (photogrammetry) является методом создания 3D-моделей на основе фотографий объектов или сцен. Она использует фокусное расстояние (фокусное) и лучи света, проходящие через фотокамеры, чтобы определить параметры исходного изображения. При помощи программного обеспечения, такого как Agisoft Metashape или Blender, фотограмметрия позволяет трансформировать фотографии в трехмерные модели.

В процессе фотограмметрии для создания точных моделей объектов используются приборы, такие как дроны (DJI) или аэрофотоснимки, которые называются stereo pairs. Фотограмметрия также требует правильного настройки внешних и внутренних параметров фотокамер, чтобы получить наиболее точные результаты.

Lidar (лазерное сканирование) часто применяется вместе с фотограмметрией для получения более точных данных о форме объектов и пространстве. Lidar определяет высоты и собирает данные о поверхности, которые затем могут быть использованы для текстурирования 3D-моделей.

Фотограмметрия также включает в себя процесс фототриангуляции, где сопоставление точек на изображениях осуществляется автоматически или вручную. Это позволяет определить взаимное положение трехмерных точек и создать сетку (mesh) модели.

Для точности и минимизации ошибок в фотограмметрии обычно используются аналитические формулы, известные как CMR (collinearity equations). Они учитывают перекрытие изображений, матрицы внутреннего и внешнего ориентирования фотокамер и другие параметры.

Обработка данных фотограмметрии происходит с использованием специализированного программного обеспечения, такого как Meshroom, Pix4D или другое software, которое позволяет создавать точные 3D-модели на компьютере.

В итоге, фотограмметрия включает в себя множество технических аспектов и методов, которые используются для создания высококачественных 3D-моделей объектов и сцен на компьютере.

Для географической привязки объектов, изображенных на них, необходимо знать элементы ориентирования снимков в пространстве. Задача определения элементов внешнего ориентирования (ЭВО) снимка является одной из основных задач фотограмметрии, и в специальной литературе известна как обратная засечка.

Стереофотограмметрическая съёмка — это способ съёмки земной поверхности или других объектов, основанный на измерениях стереопар фотоснимков этих объектов. Наиболее широко она распространена при топографии, аэрофототопографической и наземной фототопографической съёмке.

Ниже приведены примеры из ранее опубликованного описания услуги. Масштабы, разрешение, площади, системы координат и комплект материалов относятся к конкретным проектам и не являются общими условиями любого заказа.

Ортофотоплан Москвы 1:10 000

Поставка новой космической съёмки сверхвысокого разрешения и создание ортофотоплана на территорию Москвы масштаба 1:10 000.

По границе района заказывают новую космосъёмку, проверяют данные, строят цифровую ортомозаику, выполняют радиометрическую цветокоррекцию, цветобалансирование и приведение к натуральным тонам, разбивают на трапеции и составляют схему листов.

Результат проекта:

• цифровая ортомозаика в рамках «трапеций» в двух системах координат
• космические снимки в естественном цвете и в цвете синтеза с ближним инфракрасным каналом
• «загрубленные» орто-изображения с пространственным разрешением 3–5 м
• карта-схема расположения листов космических фото

Цветокоррекцию выполняют на каждом изображении отдельно; выпуск продукции — в заданном формате и системах координат заказчика.

Ортофотопланы трассы 1:10 000

Ортофотопланы по данным ДЗЗ на территорию трассы проектирования трубопровода из России в Китай масштаба 1:10 000.

Подбирают архивные снимки с КА с пространственным разрешением 0,5 м в надире: панхроматический канал и 4 мультиспектральных диапазона (RGB+NIR). Ортотрансформирование — в проекции UTM, WGS-84 с RPC-коэффициентами и общедоступной ЦМР SRTM-90. Методику утверждают у заказчика.

Результат проекта:

• необходимые данные ДЗЗ
• ортофотоплан с заданной точностью на территорию трубопровода единым массивом (без нарезки), 8 бит, RGB

Работы выполняют в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и утверждённой «Методики выполнения работ».

3D-модель Пальмиры

Виртуальная 3D-модель развалин древнего города Пальмира (Сирия) методами фотограмметрии.

Детальная аэрофотосъёмка территории города и некрополей с трёх высот: 320 м (7 см/пиксел), 200 м (4 см/пиксел) и 120 м (2,4 см/пиксел) — более 20 000 фото на площадь около 20 км². Дополнительно — наземная фотосъёмка трёх разрушенных объектов для моделей участков разрушения.

Результат проекта:

• цифровой ортофотоплан сверхвысокого разрешения всей территории
• детальная трёхмерная ландшафтно-архитектурная модель объекта ЮНЕСКО
• высокоточная модель рельефа и 3D-модели участков разрушения для реставраторов

Результаты загружают в ГИС вместе с планами раскопок, историческими и современными фотографиями, библиографией и описаниями реставрации.

ЦМР по стереосъёмке 1:5000

Цифровая модель рельефа по материалам стереосъёмки сверхвысокого разрешения, соответствующая точности масштаба 1:5000.

Стереофотограмметрическая обработка блока изображений сверхвысокого разрешения (съёмка с разрешением 0,3 м). Измерено 20 опорных точек; соединяющие точки — автоматически. ЦМР построена с шагом 3 м; сложные участки (развязки дорог) уточняют вручную через пикеты и TIN.

Результат проекта:

• ортофотоплан с автоматическим цветобалансом, нарезанный на прямоугольные листы 1×1 км
• цифровая модель рельефа с шагом 3 м на местности

В этом проекте для обеспечения требований к точности использовались опорные точки; одного разрешения снимков 0,3 м недостаточно для подтверждения точности результата.

ЦММ и топоплан 1:5000

Цифровая модель местности и цифровой топографический план масштаба 1:5000 по космическим стереоснимкам.

Подбор и заказ стереоснимков по ТЗ, фотограмметрическая обработка с опорными точками заказчика, стереовекторизация рельефа, ЦМР в виде TIN, ортофотоплан, камеральное дешифрирование и создание ЦТП. Для плановых работ на подводных переходах магистральных трубопроводов и кабельных линий связи.

Результат проекта:

• космические стереоснимки
• TIN-модель
• цифровой топографический план масштаба 1:5000 в условной системе координат в формате AutoCAD (*.dwg)

Полный цикл обработки выполняют с абрисами и каталогами опорных точек в условной системе координат и WGS.

Смежный пример: выделение айсбергов по радиолокационным данным

По радиолокационным данным из общедоступных источников выполнялись первичная обработка и обучение нейросети для обнаружения айсбергов. Результат — полигоны объектов и их пространственные характеристики. Это пример тематического анализа данных ДЗЗ, а не стандартный этап фотограмметрической обработки.