Fotogrammetria 3D: trasformare delle fotografie in modelli 3D

La fotogrammetria 3D è il processo di riproduzione di un oggetto fisico per realizzare un modello 3D accurato. Può essere utilizzata per acquisire qualsiasi cosa, da persone e manufatti storici ad aerei, edifici e strutture ancora più grandi.

"È un ottimo modo per rendere un oggetto tangibile e coinvolgente, puoi guardarti intorno e vederne la trama", afferma John Maurice, European Product Marketing Manager di Canon Europe. "Puoi farlo anche con un modello CG, ma non è la stessa cosa perché non otterrai mai tutte le sfumature catturate dalla fotogrammetria".

Le applicazioni della fotogrammetria digitale e della modellazione 3D sono infinite; questa tecnica è impiegata in costruzioni, ingegneria, design, intrattenimento e assistenza sanitaria. "Creare un modello 3D di qualcuno può aiutare con la diagnosi e il monitoraggio della terapia", spiega John. "Se invece lavori nell'industria, poter realizzare un modello 3D riduce la costosa fase di creazione dei prototipi".

La fotogrammetria 3D è un settore molto specializzato e il processo è meticoloso. "È necessario scattare molte foto del soggetto, e in genere è necessario che le immagini si sovrappongano di due terzi per creare la mappa 3D", spiega John. "Per questo, se scatti con una sola fotocamera, devi spostarla leggermente ma in modo molto preciso per ottenere quella sovrapposizione".

La scelta di fotocamere economiche è una priorità quando te ne servono oltre centro per creare il tuo rig per la fotogrammetria 3D. "Le reflex digitali di livello base sono adatte a questo tipo di lavoro", afferma John. "E anche degli obiettivi economici. Gli obiettivi da 50 mm sono popolari, perché sono convenienti e di buona qualità".

"Parte del motivo per cui non siamo passati al full frame è che la profondità di campo è maggiore con tutte le fotocamere APS-C, e questo è fondamentale per l'elaborazione dei dati".

Nel suo rig per le riprese a figura intera, Sample & Hold utilizza un misto di obiettivi da 100 mm, 85 mm e 50 mm, come Canon EF 85mm f/1.8 USM e Canon EF 50mm f/1.8 STM. Le lunghezze focali più lunghe vengono utilizzate per individuare aree importanti come i piedi e le mani. Il rig per la testa utilizza una combinazione di obiettivi da 40 mm e 50 mm, come Canon EF 40mm f/2.8 STM.

"Useremo sempre gli obiettivi a focale fissa", sostiene Sam, "in parte perché non c'è da preoccuparsi che cambi la messa a fuoco, specialmente se spostiamo l'attrezzatura.

"Le fotocamere di livello base non sono progettate per fare quello per cui le stiamo utilizzando, quindi possono esserci delle differenze nei tempi dell'otturatore", continua. "Per ovviare a questo problema, usiamo il flash per controllare le varie esposizioni. Lavoriamo in una stanza buia e sulle nostre fotocamere impostiamo una velocità dell'otturatore di 1/3 o 1/5 di secondo; i flash si attivano tutti contemporaneamente per esporre le immagini. Controlliamo le fotocamere utilizzando il software Smart Shooter e sincronizziamo il tutto utilizzando Esper TriggerBoxes".

Esper fornisce soluzioni multi-camera e di scansione 3D a fornitori di servizi nei settori dei videogiochi e degli effetti visivi, nonché per la pubblicità, la ricerca accademica, le cabine per la fotografia bullet-time e altro ancora. L'amministratore dell'azienda Nick Foots afferma che la cosa più importante da considerare quando si configura un sistema di fotogrammetria 3D è l'output finale.

"È la prima domanda che faccio durante una consulenza: qual è il tuo uso finale? Con quale risoluzione e in quale formato? Poi partendo da lì puoi risalire al processo necessario", spiega Nick. "Quindi, se qualcosa verrà utilizzato solo per l'e-commerce sul web con una risoluzione non particolarmente alta, oserei dire che non ha senso utilizzare 60 fotocamere.

"Se hai intenzione di realizzare un videogioco 4K, potresti aver bisogno di più di 160 fotocamere, ma se hai intenzione di creare piccoli modelli 3D di persone utilizzando una stampante FDM, allora ti basteranno dalle 30 alle 50 fotocamere. Una stampante 3D non sarebbe comunque in grado di replicare la risoluzione che otterresti usandone di più.

"Se un oggetto è abbastanza piccolo e non si muove, probabilmente puoi farlo in modo abbastanza economico con tre o quattro fotocamere montate su un arco, un po' di controllo dell'illuminazione e una piattaforma girevole da muovere a mano", continua Nick. "Puoi anche eseguire scansioni fotogrammetriche perfette con una singola fotocamera, anche se dovrai considerare se questo metodo è adatto per ciò che vuoi fare e a come si inserirà nell'intero flusso di lavoro".

Sam di Sample & Hold raccomanda di iniziare con una singola fotocamera. "Chiunque può provare la fotogrammetria sul campo, utilizzando la luce del giorno e una sola fotocamera", afferma. "Con un soggetto che non cambia o non si sposta, come una casa, non è necessario utilizzare più fotocamere, basta utilizzare la stessa da più posizioni.

"Ci sono molti tutorial su YouTube che ti mostrano come farlo", conclude Sam. "In seguito puoi elaborare le immagini tramite un software come Meshroom, che è gratuito e open source, e produrre modelli 3D. Puoi creare cose davvero fantastiche in questo modo".