Реконструкция 3D-модели и создание карты нормалей

В настоящей инструкции описываются основные этапы построения полигональной 3D-модели объекта, инструменты редактирования результатов реконструкции и приемы оптимизации данных для удобного просмотра модели в сторонних приложениях. Перед началом работы рекомендуем детально продумать процесс съемки. Подробная информация об особенностях съемки приведена в разделе  Правила и советы для съёмки.

Наборы тестовых данных «Кукла» и «Памятник» доступны для скачивания.

Этапы обработки:

• Построение 3D-модел и ее текстуры
  • Добавить снимки
  • Выровнять снимки
  • Построить плотное облако 
  • Построение полигональной модели
  • Корректировка геометрии модели 
  • Построение текстуры
  • Создание текстуры полигональной модели
• Построение карты нормалей и создание текстуры
• Экспорт модели
• Построение тайловой модели (не обязательно)
• Экспорт тайловой модели
• Загрузка данных

Построение 3D-модели и ее текстуры #

Добавить снимки #

1. Выберите команду Добавить снимки… в меню Обработка.

2. В диалоговом окне Добавить снимки укажите путь к исходной папке и выберите файлы для обработки.

Рекомендуется закрыть маской все незначимые объекты на исходных снимках (фон, случайные объекты на переднем плане и т.д.). Дополнительная информация доступна в инструкциях Работа с масками, Автоматическое маскирование фона.

Выровнять снимки #

На этом этапе Metashape оценивает положение камеры для каждого снимка и строит разреженное облако точек.

1. Выберите команду Выровнять снимки… в меню Обработка. 

2. Установите следующие рекомендуемые значения для параметров в диалоговом окне Выровнять снимки и нажмите кнопку ОК, чтобы начать выравнивание.

Параметры: 

• Если в наборе большое количество изображений (более 100), рекомендуется включить опцию — Общая преселекция, чтобы сократить время обработки;
• В общем случае не рекомендуется использование параметров Локальный поиск соответствий и Адаптивное уточнение модели камеры;
• Рекомендованный диапазон Макс.количества точек — от 20 000 до 100 000;
• Рекомендованный диапазон Макс.количества проекций — от 2 000 до 40 000.

3. После завершения выравнивания снимков уточните положение и ориентацию области реконструкции, если это необходимо.

Metashape автоматически рассчитывает размеры, ориентацию и местоположение параллелепипеда, ограничивающего область реконструкции. Однако поскольку все дальнейшие преобразования касаются только данных внутри области построения, рекомендуется проверить правильность ее автоматического определения. Отредактировать область реконструкции можно с помощью инструментов Изменить размеры области, Переместить область и Повернуть область.

Построить плотное облако  #

Metashape строит карты глубины для каждого изображения на основании рассчитанных положений камеры, затем на основании карт глубины может быть построено плотное облако точек. 

1. Выберите команду Построить плотное облако… в меню Обработка. Установите следующие рекомендуемые значения для параметров в диалоговом окне Построить плотное облако и нажмите кнопку ОК.

Параметры:

• Для параметра Качество рекомендуется установить значение Среднее. При использовании более высоких значений параметра можно получить более подробные результаты, однако стоит помнить, что при этом увеличится время обработки, и потребуется больше вычислительных ресурсов.
• Если восстанавливаемый объект имеет сложную геометрию или плохо выраженную текстуру, то рекомендуется установить Мягкую фильтрацию карт глубины (чтобы предотвратить исключение важных деталей).

При необходимости можно удалить точки из плотного облака. Для этого последовательно применяются инструменты выделения области и инструменты Удалить выделение / Обрезать выделение, расположенные на основной панели инструментов и в меню Правка. 

Построение полигональной модели #

Полигональная модель может быть построена на основе данных плотного облака точек (после его создания) или на основе карт глубины. Второй способ поддерживает ускорение за счет ресурсов GPU и в большинстве случаев обеспечивает лучшие результаты для объектов с большим количеством мелких деталей (сравнение справедливо при одинаковом качестве карт глубины).

1. Выберите команду Построить модель в меню Обработка. Установите следующие рекомендуемые значения для параметров в диалоговом окне и нажмите кнопку ОК.

Параметры: 

• Если на предыдущем этапе карты глубины были построены и сохранены в проекте, рекомендуется активировать параметр Использовать текущие карты глубины.

Корректировка геометрии модели  #

1. Геометрия восстановленной модели может быть скорректирована, если это необходимо. В частности, могут быть удалены нежелательные полигоны.

• Выделите полигоны, подлежащие удалению, при помощи инструментов выделения, доступных на основной панели инструментов. Удерживание клавиши Ctrl при работе с инструментами выбора позволяет добавлять новые полигоны к уже выбранной области. Для удаления выделенных полигонов используйте кнопку Удалить выделение на основной панели инструментов или клавишу Del. Чтобы удалить все полигоны, кроме выделенных, используйте инструмент Правка > Инвертировать выделение. Использование кнопки Обрезать выделение, также позволяет удалить все полигоны за пределами выделенной области. 

2. Построение полигональной модели без интерполяции может вызвать появление небольших областей, не соединенных с основной моделью.

• Выберите команду Модель > Плавное выделение. При помощи слайдера установите желаемое значение для параметра Размер связных компонент или Размер полигона. Результаты выделения отобразятся цветом на полигональной модели. Удаление выделенных областей производится согласно принципам, описанным в предыдущем пункте.

3. Рекомендуется проверить топологию полигональной модели на регулярность. 

• Выберите команду Инструменты > Модель > Информация о модели. В открывшемся диалоговом окне отобразятся подробные сведения о геометрии модели. Для коррекции топологии полигональной модели нажмите кнопку Исправить. Если топология модели не нарушена, кнопка Исправить будет неактивна.

4. В случае если при построении полигональной модели был выбран метод без интерполяции, или перекрытие между исходными снимками было недостаточным, геометрия модели может содержать отверстия. Для создания дополнительных полигонов, обеспечивающих непрерывность геометрии модели, воспользуйтесь следующей процедурой.

• Выберите команду Инструменты > Модель > Заполнить отверстия. В диалоговом окне укажите размер наибольшего отверстия, подлежащего заполнению (в процентном отношении к размеру всей модели).

5. Чтобы задать правильную ориентацию модели в пространстве, используйте инструменты 

Повернуть объект /  Масштабировать объект / Переместить объект на основной панели инструментов. 

Построение текстуры #

В Metashape доступны несколько способов получения текстурированной модели:

• Простое построение текстурного атласа;
• Создание карты нормалей и применение текстуры высокополигональной модели к ее упрощенной копии;
• Построение тайловой модели (не требует отдельного построения текстурного атласа).

Создание текстуры полигональной модели #

1. В меню Обработка выберите команду Построить текстуру. Установите следующие рекомендуемые параметры в диалоговом окне и нажмите кнопку ОК.

Обратите внимание, что ряд программных продуктов для работы с 3D-моделями имеют ограничения на размер импортируемого текстурного атласа. Обычно данное ограничение не позволяет импортировать текстурные атласы размером более 8192 х 8192 пикселей. Если размер текстуры модели превышает это значение, рекомендуется разбить текстуру на насколько отдельных файлов при экспорте текстурного атласа.

Построение карты нормалей и создание текстуры #

Основным преимуществом использования карт нормалей является возможность получить модель с меньшим количеством полигонов, которая визуально будет похожа на модель с более подробной полигональной сеткой. Например, такая модель (с высокой степенью детализации, но с использованием значительно меньшего числа полигонов) может быть загружена на платформу Sketchfab, при этом время загрузки и отображения при просмотре модели в браузере уменьшится. 

Этапы обработки:

1. После построения модели с необходимым уровнем детализации, нужно создать её копию с меньшим количеством полигонов. Выберите команду Инструменты > Модель > Упростить модель и укажите требуемое (меньшее) количество полигонов (для онлайн просмотра рекомендуется сократить количество полигонов до 100 000 – 200 000 или меньше, если геометрия модели позволяет). В окне, открывшемся после нажатия ОК, отклоните замену модели по умолчанию — упрощенная модель сохранится в этом же блоке отдельно.

Для переключения между моделями, дважды щелкните по одной из них на панели Проект или используйте параметр Использовать по умолчанию в контекстном меню любой модели (неактивная модель прописана курсивом).

Модель с меньшим количеством полигонов будет более «грубая», что позволит сохранить ее в файл меньшего размера.

2. Активируйте упрощенную модель и выберите Обработка > Построить текстуру. Следует обязательно указать исходную модель(с большим количеством полигонов) в поле Исходные данные и задать значение параметра Тип текстуры – Карта нормалей. 

3. Чтобы просмотреть построенную карту нормалей, на основной панели инструментов выберите Просмотр модели > Карта нормалей.

4. Для того чтобы наложить текстуру высокополигональной модели на упрощенную модель, необходимо построить Карту цветов. В качестве значение параметра Исходные данные используйте высокополигональную 3D-модель. Также важно использовать Режим параметризации – Текущая параметризация.

При создании Карты цветов, в качестве альтернативы, можно использовать Снимки как Исходные данные, сохранив при этом Режим параметризации – Текущая параметризация.

Упрощенную модель (с созданной описанным образом текстурой) можно загрузить на Sketchfab, и удостовериться в приемлемом уровне детализации.

Экспорт модели #

1. Выберите команду Файл > Экспорт > Экспорт модели. В диалоговом окне Сохранить как задайте имя, требуемый формат файла и определите путь к папке, в которую будет сохранена модель. Нажмите кнопку Сохранить. В диалоговом окне Экспорт модели… выберите параметры для экспорта 3D-модели. Нажмите кнопку ОК.

Обратите внимание, что доступные параметры экспорта зависят от выбранного формата файла. В примере представлен формат *.3ds. Текстура будет экспортирована отдельно, в ту же папку, что и модель, и будет иметь аналогичное название

Построение тайловой модели (не обязательно) #

Тайловая модель представляет собой особый формат модели, который содержит пирамиду масштабов модели в виде небольших блоков для каждого уровня, когда как полигональная модель — это единый монолитный блок. Обычно этот формат выбирают для реконструкции крупных объектов, так как он позволяет визуализировать большие 3D модели с высоким разрешением и детализацией. Полигональную модель в этом случае бывает проблематично построить. Для небольших объектов также можно строить тайловую модель для получения высокой детализации. Построение тайловой модели можно начинать сразу после этапа выравнивания снимков, используя в качестве исходных данных карты глубины. Отдельно строить текстуру для тайловой модели не требуется.

1. В меню Обработка выберите Построить тайловую модель. В диалоговом окне Построить тайловую модель задайте следующие значения параметров и нажмите кнопку OK.

Параметры:

• В качестве Исходных данных выбрать Карты глубины (или Плотное облако, если оно было построено). 
• Стоит также обратить внимание на следующие параметры:
  Качество (для более детального построения можно выставить Высокое качество, но это увеличит время обработки)
  Размер блока (чем меньше размер блока (тайла), тем выше ожидаемая скорость визуализации модели) Количество полигонов (чем выше, тем подробнее будет восстановлена модель).

Экспорт тайловой модели #

1. Выберите команду Файл > Экспорт > Экспорт тайловой модели… или правой кнопкой мыши нажмите на тайловую модель в блоке на панели Проект и выберите в контекстном меню Экспорт тайловой модели…

2. В диалоговом окне Сохранить как задайте имя, требуемый формат файла и определите путь к папке, в которую будет сохранена модель. Нажмите кнопку Сохранить. В открывшемся далее диалоговом окне укажите желаемые параметры и нажмите ОК. 

Загрузка данных #

Metashape поддерживает прямую загрузку результатов обработки (разреженное и плотное облака точек, полигональная и тайловая модели и др.) на различные онлайн-платформы: 4DMapper, Melown Cloud, PointBox, Pointscene, Sketchfab, Sputnik. Чтобы опубликовать свои результаты в Интернете, используйте команду Файл > Загрузка данных.