又涨姿势了~拍一堆照片,就可以重建高精度三维模型?他们是这样做的

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最近老潘和正度数据的王总聊天,说起他们作的东西。感觉蛮有意思的。说起来,其中的知识还是蛮多的。今天,整理出来跟大家分享下,也让大家涨涨知识。

这是广东古村落里的一条街道,经过正度数据前期现场采集和后期合成,还原整个街道的全貌。最关键的是,用照片构建三维场景的方式,可以实现超高精度,你看,在这条街道里,连墙壁上大字报的每一个字都看的清清楚楚,高清起来连制作人都觉得害怕。

看似普通的三维街道,其实隐藏了一个技能杀。那就是他包含了完整的光隧道。也就是说,除了采集这个街道的三维模型,还采集了这个环境的HDR光源,在结合影视和游戏做场景时,HDR环境光源可以打在另外加载的三维模型上。如果背景真实太easy,那让三维物体跟场景无缝融合,真的不要太完美了!

(可以从车身上看到周边环境光的反射)

其实三维场景重建技术,是在三维物体图像建模的方式上拓展出来的,总共分为两大步骤,先对物体进行360°全面拍摄,在进行后期合成。

针对物体的360°全面拍摄,通俗一点的说法,就是拿着相机从下而上或从上而下一圈一圈地“扫描”物体,确保物体所有可以拍到的地方都拍摄到。

左图为三维重建生成的模型,右图为物体的实拍照片。

如果你有一堆相机,那么你可以搭建一个扫描空间,将物体放在中间,一秒拍完,连围着拍的力气都省了。

图为使用了三维重建技术的某3A游戏大作的扫描间。

而针对场景的拍摄,比如一条街道或者一个大殿,那么用普通相机一张张拍显然是不现实的。那么可以选择全景照片,全景照片可以理解成一种的镜头畸变,很多三维重建的算法或者软件都会提供镜头校准,用全景照片生成模型的后期处理流程和普通照片的区别就是,全景照片需要多加一步:镜头校准。

一条完整街道的建模,图中一个蓝点即两张球幕全景图,高效也高质量。

全景球幕照片原始素材

场景的全景图采集完成之后,就进行后期合成,之前采集的原始图像,通过软件自动检测重叠部分,之后生成点云数据。点云顾名思义由很多单独的点组成,每个点拥有自己的位置信息和颜色信息,单独的点相互组合成被摄物体的形状,最后以点云为基础生成固体模型和贴图。

图为物体后期合成的过程,场景也是一样的做法。

刚刚有提到,这种三维场景重建,简单点来说就是通过照片构建三维模型的技术,它相对于传统的计算机建模,在复杂物体的建模方面更加高效、高质量和低门槛,当然,一定程度上也取决于照片质量和拍摄方法。

使用传统的计算机建模建立复杂的模型需要有大量的美学知识,软件使用基础之类的个人技术,即便技术高强,也往往会耗时巨大。而三维建模只要能熟练掌握整个制作流程,那任何人都可以制作出一定水准的东西来,这不仅能大大提升整体制作质量,还能节省大量的时间,对于要大量复杂模型的项目来说,三维重建是个不错的选择。

三维重建的特点是拥有对物体的高还原度,当然并不是说传统的电脑三维建模不能高度还原真实物体,但在“结构复杂的物体”这个前提下要产出同样质量的模型,三维重建技术耗时更少。

物体头部的细节还原,实际物体头部约3厘米左右。

左图为三维模型,右图为实拍照片

细节部位的高度还原

但这个技术并不是万能的,因为三维重建的特性,并不是所有物体都适合用这个技术来建模。从原理来解释的话,利用二维照片建立三维模型的算法一般会从相邻的照片里自动寻找互相匹配的部分,然后通过物体从不同角度观察的变形来计算物体本来的形状。

图中每一个蓝色长方形就代表一张照片及它的位置,

高重叠的拍摄保证了模型的正确生成。

所以复杂不规则的物体反而不会增加难度,但也正是因为这种特点:完全左右对称的物体、透明或半透明的物体和表面光滑反光太厉害的物体是不适合用三维重建技术来建模的。反之此类物体用传统的电脑三维建模方法效率会更高。三维重建和传统三维建模并不是互相冲突的技术,甚至是互补的关系。

目前三维重建技术在测绘、文物保护、考古、医学、游戏等领域都有出色的发挥,而针对场景的三维重建还原,以他高清和拥有光隧道的优势,可以快速复制在电影电视游戏的场景制作中,好快省的制作效果更是奠定了快速复制的基础。

怎么样?看完懂得不少东西吧。好了,今天的图文就到这里了。如果对这个想有更多了解,点击阅读原文了解更多内容。


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