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世界をスキャン!スマートフォンを用いたフォトグラメトリ

原文:https://www.allegorithmic.com/blog/go-scan-world-photogrammetry-smartphone

7月のSubstance Days基調講演の中で行われた発表に続き、Allegorithmicは、プリセットされたコンテンツ(テクスチャ、マテリアルなど)の制作と配信にその深く根を下ろすために、私たちの周りの資料をスキャンするフォトグラメトリの使用について収集した知識を共有したいと思います。

Allegorithmic Labsの一員として、私はクレイジーなアイデア、新しいギア、プロトタイプソフトウェアを試すために時間を費やしました。プロのデジタルオペレーター(こちら)としての私のバックグラウンドと組み合わせたとき、フォトグラメトリの魅力的な主題を見つけることができました。しかし、高価なカメラや光学機器を利用してデータを取得するプロセスはかなり文書化されていますが、シンプルなスマートフォンでこれを行うことはできませんでした。

私は主題を掘り下げて試してみることにしました。なぜなら、「それは上手くいく!」からです。このブログ記事の目標は、フォトグラメトリを使用した高品質のマテリアルスキャン用の低コストのDIYパイプラインをセットアップするために必要なものすべてを提供することです。

みればわかるように、魔法は含まれておらず、適切なツール(もちろんSubstance)だけです。だから私はみなさんが、それを求めて自分のスキャンした資料を作ることをお勧めします。 世界をスキャンしましょう!


SHOOTING

モバイルデバイスでキャプチャする場合は、圧縮されていない写真を保存し、手動で露出を調整できるフォトアプリを選択することが重要です。 我々のケースでは、Samsung Galaxy S6とFV-5カメラアプリを使用しました。

フォトグラメトリ撮影では、できるだけ鮮明な画像をノイズなしで撮影することが目標です。 スマートフォンのレンズの開口部はしばしばロックされているか、容易に調整できないため、私たちのニーズに合った露出設定を見つける必要があります。 露出は、ISOを可能な限り低く(100に近い)保ち、シャッタースピードをモーションブラーを避けるために十分に高くする必要があります。 また、画像間の色ずれを避けるため、マニュアルでホワイトバランスを設定する必要があります。

フォトグラメトリ撮影の光の質に関しては、曇った日など、照明が拡散するのを待つことが最善です。 また、Photoflex LiteDiscのようなディフューザーディスクを使用することもできます。拡散された光は、より良いカラーマップを生成するためにざらざらした影を最小限に抑えます。 私たちのケースでは、撮影には曇り空を利用しました。

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樹木の場合、幹の周りで一連の写真を撮る必要があります。 私たちは幹の周りを360度移動し、新しい写真を等間隔で撮影しました。アルゴリズムがより良い結果を提供するために、各写真間に十分なオーバーラップを忘れないようにしてください。集中的な撮影はバッテリーをすぐに消耗させる可能性があるので、バックアップ用に外付けバッテリーを用意してください。


PHOTOGRAMMETRY


オフィスに戻り、フォトグラメトリのための特定のソフトウェアを使用して作業を続けます。市場にはさまざまなソフトウェアがありますが、この例ではAgisoftのPhotoScan Standardを選択しました。データを再構築する典型的な過程は、画像のインポート、ポイントクラウドデータの操作、そして最後にメッシュ再構成です。 この例では、ツリーの1つの部分だけに注目します。 この過程の最後では、ハイポリメッシュ(約1500万ポリゴン)、8KフォーマットのColor Textureを入手できます。 ご覧のように、携帯電話を使用して撮影したデータは、フォトグラメトリに対し良好な結果を提供可能です。

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POST PROCESS


ハイポリメッシュは約1500万ポリゴンで、標準的なワークフローに合わせるために、ハイポリの詳細をローポリメッシュに転送する必要があります。 ここでは、Substance DesignerまたはSubstance Painterに統合されたBaker機能を使用できます。 また、お気に入りの3Dパッケージをローポリメッシュ作成過程に使用することもできます。
ここでは、ローポリメッシュとNormal / Color BakingにBlenderを使用しました。 Darrin Lileのチュートリアルをここで見つけることができます。

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Height(高さ)マップで作業したい場合は、Substance Designerを使用して、法線テクスチャを高さテクスチャに変換できます。 Substance Designerでは、法線テクスチャをNormal to Heightノードに接続して高さデータを生成するだけです。 最後にメニューバー>Tools/ Prefrences ... / General / Cooker / Cooking size limiteに行き、8192と入力し、Output Sizeを13に設定して8Kテクスチャを作成します。 これで、あなたはあなたのHeight(高さ)テクスチャを手にしました。

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さて、我々は任意の3Dアプリケーションで使用できるローポリメッシュを持っていますが、テクスチャに穴やアーチファクトがあります。この場合、Substance Painterを使用してこれらの問題を修正することが可能です。

Substance Painterは8Kマップをインポートおよびエクスポートできます。 8Kでカラーテクスチャをインポートし、4Kで作業し、8Kで結果をエクスポートすることができます。これは、Substance Painterがテクスチャをアップスケールしないためです。 Substance Painterは実際にはテクスチャを損失のないの8Kサイズに再計算します。

メッシュ、Color、Normal、およびHeightマップをインポートしたら、すべてのテクスチャを含むFillレイヤー(塗りつぶしレイヤー)を追加するだけです。 必要な追加チャンネルを追加し、解像度を4Kに設定することができます。

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次に、クローンツールを使用して問題を修正することができます。 新しいレイヤーで作業することで、ベースとなるフォトグラメトリからクローンデータを分離します。
すべてのチャンネルのブレンドモードをPassThroughに切り替えるのを忘れないでください。 PassThroughブレンディングモードを使用すると、Clone Layer以下のすべてのチャンネルがコピーされます。
他のツールと同じように、Substance PainterのブラシであるClone Toolは、一度に全チャンネル上で作業することができ、ColorとHeightおよび/またはNormalを同時に複製することができます。 時間を大幅に節約できます。

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Colorテクスチャで可能なかぎり照明を削除するには、Substance Designerで作成したフィルタを使用します。 このフィルタは作成途中です。将来のリリースで利用可能になります。

ここをクリックしてダウンロードしてください)

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このフィルターは、カラーリファレンスとアンビエントオクルージョン(ハイポリメッシュで計算された)に基づいてライティングを削除することができます。 最終的な結果は、より汎用性と中立性があり、さまざまな照明条件で使用できるカラーテクスチャです。

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FINISHING

さあ、問題がすべて修正されました。 私たちは、スキャンに手作業でまたはプロシージャルな詳細を追加することで、拡張されたマテリアルを作成することができます。
World Space Normal、Ambient Occlusion、Curvature、Position、Thicknessのような追加マップをすべてベイクすることから始めましょう。 Substance Painterは、この1500万ポリゴンメッシュを高速でベイクすることができます。

たとえば、木に苔を加えることができます。 Substance ShareでMooss Materialを見つけ、それをSubstance Painterにインポートしました。
このマテリアルを塗りつぶしレイヤーに追加し、Mossスマートマスクを使用するだけで、簡単に始めることができます。 マスクビルダパラメータとワールドスペースノーマルを使用すると、木の北側がそうであるように、より多くの苔を片側に簡単に配置することができます。 別のスマートマスクを追加し、最後に「Organic Spread」パーティクルブラシを使用して最終的なタッチを追加することで、更に詳細を追加できます。

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別の例として、木を燃やすことができます。
新しい塗りつぶしレイヤーにスモークマテリアルを追加し、マスクを追加して、「Burn」パーティクルブラシを使用します。 大きなブラシサイズを選択すると、素晴らしい結果が得られます。

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最後に、すべてのテクスチャとAdditional Mapを8Kで書き出して、お気に入りのレンダラでレンダリングできます。 この例で分かるように、Substance Painterからの8Kエクスポートは損失がなく、Photogrammetric SoftwareのColor Textureと同じ品質です。

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私たちは今、スキャンの時代に突入しました。誰でも自分でスキャンを作成してカスタマイズできるようになりました。だから私はあなた達全員に外に出て、あなたが気に入った素材の写真を撮るようにお誘いします。
今日、知識とツールは、量産対応テクスチャにスキャンを変える手助けをします。

今後数週間、このチュートリアルでは、このようなスキャンをシームレスなPBRマテリアルにSubstance PainterとSubstance Designerで変換する方法について説明します。
とにかく、どうぞ、あなたがフォトグラメトリを好きになることを願っています。このブログはAllegorithmicにとっての最初のちょっとした段階であり、すぐにもっとたくさんの情報を発表を共有するでしょう。乞うご期待:)

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