Фотограмметрия и стереофотосъемка

Фотограмметрия

Методы фотограмметрии использовались в археологии еще в доцифровую эпоху. Тогда они в основном были связаны с анализом материалов аэрофотосъемки.

С развитием компьютерной техники методы фотограмметрии получили толчок к развитию. В результате появилась возможность делать автоматизированную обработку изображений. В настоящее время сочетание цифровой фотосъемки и специализированного программного обеспечения позволяет создавать детализированные 3D-модели как отдельных объектов – будь то остатки архитектурных сооружений, фрагменты керамики – так и целых участков местности.

3D-модель формируется в два этапа. Первый этап – это съемка. На данном этапе делается несколько серий снимков, которые как бы опоясывают объект и воспроизводят его поверхность со всех ракурсов. Каждый следующий кадр серии минимум на 30 % должен пересекаться с предыдущим, что позволит ПО объединить снимки.

Каждая точка объекта должна быть минимум на трех снимках. Чем больше таких точек будет найдено, тем более точной будет модель. Когда уже будет сделано достаточное количество снимков общего плана, позволяющих охватитб геометрию объекта, нужно крупным планом сфотографировать важные детали, чтобы они были правильно отображены на готовой 3D-модели.

Пример использование технологии фотограмметрии подробно описан в статье С. П. Грушина и И. А. Сосновского «Использование естественно-научных методов в археологических исследованиях». В ней рассказано о съемках керамического сосуда периода ранней бронзы. Данный артефакт был найден при раскопках памятника Телеутский Взвос-I.

Специалисты сделали четыре серии снимков, описывающих замкнутые окружности вокруг сосуда. Но при съемке в кадр не вошла донная часть сосуда, тогда было сделано еще три серии снимков. Затем с разных ракурсов было сделано еще несколько снимков, чтобы запечатлеть самые мелкие детали изделия – например, неровности, орнаментацию и т. д. В общей сложности было сделано 174 снимка.

Затем снимки импортировали в приложение Agiston PtotoScan. На каждый снимок перед тем как приступить к поиску общих точек накладывалась маска, отделяющая объект от общего фона.

С помощью маски точки, снятые на верхней и нижней части сосуда, как бы склеиваются.

Дальше идет процесс выравнивания камер, чтобы определить их в пространстве. Следующий этап – построение плотного облака точек, на основе которого потом строить модель. Заключительный этап – построение текстуры.

В результате исследователи получили модель сосуда, которую можно импортировать в 3ds или в fbx для последующего редактирования в трехмерных редакторах или САПР.

Стереофотосъемка

Стереография (или 3D-фотография) — это изображение, которое позволяет видеть снятый объект объемным. Данный эффект достигается разными методами. Но в основе всех их лежит один принцип — особенность присущего людям бинокулярного зрения.

Стереография позволяет видеть заснятую сцену объемной за счет бинокулярного зрения. Стереофотосъемка делается одновременно с двух и более ракурсов. В результате чего получается стереопара, части которой по отдельности рассматриваются глазами зрителя. Объем тоже может регистрироваться методами голографии, однако в основе нее лежат другие принципы.

Чтобы получить стереопару, нужно одни и те же объекты снять с двух разных точек. Снимки могут быть сделаны либо в два приема с помощью обычного фотоаппарата, который перемещают из одной точки в другую, либо с помощью двух спаренных фотоаппаратов или же специального стереофотоаппарата.

Есть и другой способ стереосъемки, когда используется специальная стереонасадка на объектив обычной фотокамеры. Данная насадка с помощью призм или зеркал строит изображение, которое состоит из двух снимков, полученных с разных ракурсов. В специализированных стереофотоаппаратах есть два и более объективов, снимающих один и тот же объект с разных точек.

У каждого их этих способов есть свои плюсы и минусы. Самой простой считается съемка обычным фотоаппаратом, который перемещается по горизонтали. Но данный способ не подходит для съемки объектов в движении, которые успевают переместиться в пространстве за время между двумя экспозициями.

По этой же причине два одинаковых фотоаппарата требуют точной синхронизации затворов. Более удобной является съемка специализированной стереокамерой, которая по факту объединяет в общем корпусе два фотоаппарата с раздельными затворами, но общим видоискателем и лентопротяжным трактом. У таких фотоаппаратов может быть более двух объективов, благодаря чему обеспечивается многоракурсная съемка, предназначенная для специальных технологий демонстрации, позволяющих как бы заглянуть за основной объект съемки.