如何用照片建模？

01-14

照片建3D模型用什麼軟體？

Autodesk 123D Catch

不但建模，而且是在cloud建模，所以基本上有手機的計算能力就可以建。

還有Autodesk 123D這個系列就是專門幫你3D列印初級建模的：從建模到修改到優化到列印幾步到位。

很長的引子

猶記得生活大爆炸的第五季十一集的時候，Leonard的大塊頭高中同學說他有一個賺錢的想法：如果我們能夠發明把任何電影轉為3D電影的眼鏡，那該多好啊！

幾個宅男當場表示，鵝妹子嚶！但是如何實現呢？

大塊頭鄙視臉，如果我知道還用得著找你們嗎？

其實在現實生活中，還尚不存在這樣的技術，或許最為接近的技術就是微軟HoloLens裡面的Kinect紅外三維重構+深度學習（腦補）的方案。但是，我們在現實生活中卻有另外一種看上去非常鵝妹子嚶的技術，基於圖像序列的建模和繪製(Image-Based Modeling and Rendering, IBMR)，可以實現二維圖像向三維模型的轉化。

正經的分割線

隨著近些年來科學技術的迅速發展，數字相機和數字攝像機已作為普通電子商品走進了人們的生活。對於一般消費者而言，它們不過是簡單的娛樂工具而已。但在計算機視覺和信息處理領域，數字相機和數字攝像機以其廉價、方便、靈活的優點，已成為一種重要的信息獲取工具。利用數字相機和數字攝像機，可以方便快捷地獲取關於場景和目標的圖像或視頻影像。根據這些圖像或視頻影像所構成的影像序列，利用計算機視覺多視圖幾何的基本原理和方法，可以實現所攝場景和目標三維模型的自動重構，既可獲得具有影像真實（photo-realistic）的三維模型，也就是場景和目標的三維可視化，又可用於目標的三維量測，形成了基於影像序列的三維重構技術。

基於圖像序列的三維重建技術是近年來計算機視覺和計算機圖形學技術相結合而產生的一門新興技術，能夠簡單、快速地獲取場景的三維模型。第一個基於二維圖像的三維重構系統是由日本人 C.Tomasi 和 T.Kanade 等人於 1992 年建立的，該系統假定攝像機為正交投影模型，利用仿射變換的方法求解出了空間物體的三維結構和攝像機的運動參數，只要有足夠的圖像及圖像與空間的對應點，就可以通過因數分解的方法進行重建。但是這一系統必須約定攝像機模型為正交模型，必須在物體的景深遠大於其自身尺寸的情況下才能夠得出合理結果。隨後，Berkeley 大學的 Debevec 和 Malik 等人完成了著名的建築外觀重構系統 Fa?ade，這一系統能夠首先得出建築物粗略的幾何模型和攝像機姿態參數，接著利用將該模型反投影至圖像上與原圖進行比對的結果來減少投影誤差，從而逼近求解建築物的真實結構。比利時 K.U.Leuven 大學的 Pollefeys等人，利用攝像機在可變參數下的自標定技術，開發了一個物體表面三維自生成系統，這一系統僅要求操作者使用攝像機完成對待重構物體的一系列環繞拍攝，通過對這一系列拍攝所得的圖像進行密集的對應點匹配，即能夠自動地實現標定任務和多層次的重構，由於這一系統具有用戶友好、高度自動化和運行穩定等優點，在歐洲的考古、文物保護等領域都得到了廣泛的應用。

目前，基於圖像序列的三維模型構建方式主要是通過一些軟體，如 Autodesk Recap、123D Catch 等。用戶圍繞物體一周拍攝一組照片，所拍攝的照片之間要有重合，然後上傳到以上的軟體中，軟體即可根據用戶上傳的照片生成物體的三維模型。這種利用二維圖像生成具有真實感的物體三位表面模型，基於圖像的建模方法正逐漸代替傳統的基於幾何特徵的建模方法。其廣泛應用於三維景觀圖製作、環境模擬、工業測量、考古、文物保護、房地產管理、電子商務、影視特技、電子遊戲等民用領域以及目標偵測、戰場機器人視覺系統和打擊效果精確評估等軍事領域。

其中，主要的具體應用有照片旅遊業，通過場景圖像集合使遊客獲得身臨其境的真實感知；虛擬校園，基於三維全景虛擬現實技術(也稱實景虛擬),通過對校園內實體進行數學建模，並通過三維實景模擬的表現方式，使瀏覽者能身臨其境感受優美的校園風光、良好的教學環境和教學資源；還可以作為校園規劃的輔助工具，提高校園管理的現代化水平；同時促進遠程教學的發展，為數字校園的建設提供一個很好的平台；文物保護，如美國斯坦福大學利用激光測距儀對米開郎基羅雕像進行了數字化；加拿大開發了NRCs 3D Imaging 系統，收集文物、藝術畫廊的原始數據；我國敦煌研究院承擔的「瀕危珍貴文物信息的計算機存儲與再現系統」列入國家科委重大課題；浙江大學與敦煌研究院合作對敦煌洞窟壁畫進行了數字化；東北林業大學與北京朝日公司合作對首都博物館的部分珍貴文物進行了數字化工作等。

下圖是我們自己生成的小玩偶3D模型。

我們的嘗試：基於IBMR的傢具擺放設計

自從人類有了建築活動，室內就是人們生活的主要場所，並開始對室內環境有所要求。隨著社會的進步和發展，室內環境的要求也在不斷更新發展與不斷豐富多彩。室內設計的任務就是綜合運用設計手段，考慮周圍環境因素的作用，充分利用有利條件，積極發揮創作思想，創造一個既符合生產和生活物質功能要求，又符合人們生理心理要求的室內環境。隨著我們個人經歷與審美的變化，居住時間增加，可能對現有的居室環境設計與傢具擺放與裝飾布置等提出不同的要求或者希望對現在的傢具擺放做一些改變。基於以上用戶需求，我們嘗試將基於圖像序列的三維重構技術應用於室內傢具裝飾擺放設計中。

之前，人們進行室內家居設計都是採用圖紙的方式，費時費力。而且想要對傢具的擺放進行設計更是要花很長時間，需要畫很多幅圖來對比效果。限制了用戶對自己傢具擺放設計的慾望。隨著科技的進步，逐漸湧現出一些室內家居設計的軟體。現有的室內設計軟體都是面向群體的標準化設計流程，軟體中現有一些標準化的戶型與傢具，然後用戶在軟體中根據實際戶型簡單地畫出/或調出自家平面戶型圖後，直接使用軟體中的家居建材產品進行模擬裝修設計，然後轉換到三維空間立體環境。但是軟體中自帶的產品較少，很可能找不到家裡的某種傢具或裝飾品；此外，對於現有的自己裝飾過的傢具在軟體上也不能有所體現。這種標準化的設計很難展現出自己傢具的獨特風格，擺放布置的效果會受到很大的影響。而且這種二維空間的擺放設計也缺乏層次感與生動性，視覺效果上也會限制用戶的想像力。

我們應用基於圖像序列的三維重構技術來進行傢具擺放設計，是直接在三維空間內進行的。用戶對著現有的傢具進行環繞一周的拍照，然後將所拍攝的照片上傳到Autodesk Recap360 雲端進行建模得到該傢具或裝飾品的三維模型，下載該模型的.rcm 格式,並利用 Memento 軟體對該模型進行尺寸設定及簡單的裁剪和美化。對用戶所需要進行擺放設計的家居都進行這樣的操作，可以得到所有待擺放傢具的三維模型。然後利用 AutodeskRevit 軟體，先在 Revit 裡面繪製出戶型的三維圖，利用 Revit 中現有的建材可以很方便的繪製出來。將待擺放的傢具及裝飾品的三維模型都導入到 Revit繪製好的室內三維模型中，即可實現在三維空間中的傢具及裝飾品的擺放設計。

相比於現有的室內家居設計軟體，我們所提出的方法更加的面向對象，直接對實際形態、規格、顏色的傢具及裝飾品進行擺放，將每一個用戶傢具的個性化保留，便於用戶針對自家家居的個性化設計。而且用戶對傢具的擺放是直接在三維空間中進行的，更貼近於實際的傢具擺放過程，能帶給用戶不同於二維空間擺放設計的互動式感受。而且就效果上來說，減弱了普通軟體設計中使用標準化傢具模型設計與實際完工時效果的差別。應用新興的三維重構技術於家居設計中，是技術進步帶來的家居設計方法新的嘗試。也是三維重構技術在土木工程這方面中的新的應用方向。

下圖是一些成果，視頻貼不上來，有需要的同學私聊我要網址。

終於到了結語

這是我們的一個小項目。應用基於圖像序列的三維重構技術，實現在三維空間內對現有傢具進行擺放設計，打破了傳統二維空間設計的局限性和失真性，使傢具的擺放設計更加有針對性。利用Recap360雲端建模及Memento調整模型可以實現對現有傢具的三維還原，所構建出的模型在形狀顏色以及尺寸上都與已有的傢具更加貼近，在虛擬三維空間所構建出的房間戶型也是根據用戶實際房間尺寸設計出來的。這種方法更加的面向對象，直接對實際形態、規格、顏色的傢具進行擺放，將每一個用戶傢具的個性化保留，便於用戶針對自家家居的個性化設計。而且用戶對傢具的擺放是直接在三維空間中進行的，更貼近於實際的傢具擺放過程，能帶給用戶不同於二維空間擺放設計的互動式感受，使得設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾「虛擬」的房間，自由地在場景內拖動擺放自己選擇的模型並可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，直到滿意為止。用戶還可以對模型進行旋轉、縮放、上下位移等操作，從而方便用戶創造理想的家居場景，增強了適應性。此外，用戶的實際傢具模型為不同的用戶定製私人家居設計模式奠定基礎。

最後，歡迎大家關注我的公眾號「BIM紛多彩」

http://weixin.qq.com/r/pEQnP2PEWT4mrSdc9xG2 (二維碼自動識別)

致一科技照片三維建模建議一、選擇相機1、盡量選擇高解析度的單反相機，建議1000萬像素以上。2、避免使用廣角魚眼鏡頭，鏡頭焦距控制在20mm到80mm之間，最好是50mm焦距鏡頭。3、最好是選擇定焦鏡頭，如果使用變焦鏡頭，請將該鏡頭焦距設置成最大或最小值。二、相機設置1、將相機調整為最大解析度模式。2、Iso值應設置為最低，否則高iso會產生噪點。3、光圈值應該足夠高（光圈越小越好），以產生足夠的景深，背景不要太模糊。4、快門速度不應該過慢，否則輕微的動作會造成圖像模糊。5、最高精度合成時（如人像3D建模），建議使用無損壓縮，tiff格式的原始數據是最好的，（在拍攝時選擇RAW模式，然後使用photoshop等工具轉化為tiff格式）。三、場景要求1、避免選擇高反光、透明的物體，例如玻璃瓶，鏡面等。2、如果容易反光的物體，最好使用柔光燈或在陰天下拍攝，儘可能沒有亮點。3、避免選擇有兩面絕對對稱的物體（形狀和紋理都對稱），例如單色立方體或有對應面一樣紋理的立方體。4、避免有移動的物體在場景中，要保證被拍攝的背景環境是不變的。5、避免絕對平坦的物體，例如平口盤子等。6、避免絕對平坦的背景，有層次感會更好，背景顏色也不要選擇單色的背景，最好是雜亂無章的圖案。7、除了被合成的物體外，畫面前景中不要有沒用的物體。四、拍攝照片1、在拍攝時，要保證整個被拍攝的物體以及背景絕對不能移動或變動。2、不同規則的物體，在拍攝前要規劃好其擺放方式，一般來說，通過移動相機能夠方便的把物體各個角度細節都能夠拍攝清楚即可。3、測試版不提供物體底部的合成，因此在拍攝時，請規劃好如何擺放更為合適。4、在一定程度上，照片的數量會直接影響合成效果，但是過多的照片也沒有任何意義，根據物體複雜程度，我們一般建議30張到70張之間。5、相鄰照片之間的重疊率，最好控制在60%-80%之間，要保證被拍攝物體的同一個點，至少有3張相鄰照片被拍攝到。6、對於複雜物體，我們建議首先鏡頭和物體中心保持水平，圍繞物體拍攝一圈，然後再高於和低於水平30度分別再拍攝一圈，最後物體頂部需要加拍一些，以及複雜物體的局部細節需要補拍一些。（提示：如果物體的某個局部沒有被拍攝到，計算機是不會識別的）7、每張照片中，要保證被拍攝物體全部在畫面中，且被拍攝物體應該占畫面的絕大部分，畫面面積的80%左右，切記：是大部分畫面，不是100%！背景還是非常重要的。8、有些時候需要對物體的局部細節進行拍攝，此時可以不用全部拍攝到整個物體和背景，這樣也是可以的。9、在拍攝時，有些物體可以選擇相機中人像模式拍攝。10、良好的照明有助於結果的質量，尤其是凹陷、鏤空部分，要充分照明，避免出現黑黑的畫面，否則計算機不認為那是空的。五、照片處理拍攝後的照片要保留原始數據，不能做任何修改，例如變形、調整大小、旋轉等。

這個要看你是怎麼打算，如果想靠照片建模然後列印出來，那肯定不是最佳的方案，這個我們有測試，如果你只是想要做成VR的效果，讓別人看看，那可以考慮用照片建模軟體來實現，軟體也是非常的多，你可以參考下

像我們一般用VituoZo這款軟體，對連續拍攝的大型建築或地物進行三維建模。

一般是圖像導入之後，特徵點匹配一下就好了。

不過不知道對小型物體的效果怎麼樣。

Photoscan

我最近在研究照片建模，方向在於物體。如鞋子、服裝、傢具，家電等，如有相同方向的歡迎交流。

3DCloud -- 照片建模的開創者！公司自主研發的具有獨立知識產權的「照片建模技術」，只需要提供一組物體不同角度的照片，即可自動生成該物體的三維模型。

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