ARTIKEL

3D-Fotogrammetrie: Fotos in 3D-Modelle verwandeln

Entdecke, wie Canon EOS Kameras zur Erstellung von lebensechten 3D-Modellen für Videospiele, Filme, Fertigung und Kunst genutzt werden.
Ein Techniker auf einer Trittleiter, der eines der vielen Lichter und der Kameraanordnungen anpasst, die in einem Kreis um eine flache Scherenbühne angeordnet sind.

Das Unternehmen Sample & Hold für 3D-Scandienstleistungen beschäftigt sich mit 3D-Fotogrammertrie für die Kunst- und Kreativbranche. „Das ist alles von Produkten für die Werbung bis hin zu Menschen für Computerspiele und das Fernsehen oder Filme sowie Skulpturen für Skulpteure, die einen 3D-Scan von Modellen anfertigen möchten, und dann eine größere Version mit einem 3D-Drucker oder einer CNC-Maschine schaffen, bevor sie eine Tonschicht anbringen“, erklärt der Mitgründer von Sample & Hold Sam Jackson.

Bei der 3D-Fotogrammetrie handelt es sich um den Prozess, bei dem ein physisches Objekt reproduziert wird, um ein präzises 3D-Modell zu schaffen. Er kann alles festhalten – von Menschen und historischen Artefakten bis hin zu Flugzeugen, Gebäuden und sogar noch größeren Bauwerken.

„So wird ein Objekt konkret und immersiv, damit du es dir rund herum ansehen und dessen Struktur erkennen kannst“, sagt John Maurice, European Product Marketing Manager bei Canon Europe. „Das kannst du auch mit Computergrafiken machen, es ist jedoch nicht dasselbe, weil du niemals all die Nuancen erhältst, die du mit der Fotogrammmetrie festhältst.“

Die Anwendungsmöglichkeiten der digitalen Fotogrammmetrie und von 3D-Modellen sind unendlich. Die Technik wird als Lösung in den Bereichen Fertigung, Entwicklung, Design, Unterhaltung und Gesundheitswesen eingesetzt. „Ein 3D-Modell von jemandem zu erstellen, kann bei einer Diagnose ebenso wie bei der Überwachung der Behandlung helfen“, erklärt Maurice. „Wenn du in der Industrie arbeitest, wird durch das Erstellen eines 3D-Modells die teure Prototyperstellungsphase verkürzt.“
Eine allgemeine Ansicht vieler Lichter und Kameraanordnungen, die in einem Kreis um eine flache Scherenbühne angeordnet sind.

Für dieses Rig zur Ganzkörper-Fotogrammmetrie nutzt Sample & Hold 154 Kameras. „Das Schöne an dieser Arbeitsweise ist, dass du mit dem Blitz alles sofort festhalten kannst“, sagt Jackson. „So kannst du Menschen und andere animierte Motive festhalten, indem du dich während des Scanvorgangs bewegst.“

Ein Mann in einem T-Shirt und einer Hose, der mitten in einem Lichtkreis und der Kameraanordnungen auf einer Scherenbühne steht.

Eine Scherenbühne wird verwendet, um die Größe von Personen inmitten der Kameraanordnung für die Ganzkörper-Fotogrammmetrie anzupassen. „Wir haben eine Redundanz einkalkuliert“, sagt Jackson. „Es wurde so entwickelt, dass es in einer Höhe von circa zwei Metern scannt. Wenn jemand kleiner ist, heben wir ihn soweit an, bis sein Kopf sich im richtigen erfassten Bereich befindet. Die unteren Kameras werden nicht genutzt.“

Bei der 3D-Fotogrammetrie handelt es sich um einen sehr speziellen Bereich, und der Prozess ist äußerst genau. „Du musst ganz viele Fotos vom Motiv machen, und normalerweise müssen die Bilder zu zwei Dritteln übereinstimmen, um die 3D-Karte zu erstellen“, sagt Maurice. „Wenn du die Bilder also mit einer einzelnen Kamera machst, musst du diese ganz leicht aber exakt bewegen, um diese Übereinstimmung zu erhalten.“
Aus diesem Grund nutzten Unternehmen für 3D-Fotogrammetrie häufig Rigs mit mehreren Kameras. Die Kameras werden so positioniert, dass das Motiv in einem Zug aus allem Winkeln aufgenommen werden kann. Alle Bilder fließen dann in eine spezialisierte Software, welche die Übereinstimmungen vergleicht und die 3D-Geometrie ableitet.

Der führende Experte für 3D-Scans, Sample & Hold, nutzt zwei solche Rigs: einen zum Scannen des Körpers und den anderen zum Scannen des Kopfes. „Unser Körper-Rig umfasst 154 Kameras“, sagt Sam Jackson, einer der Gründer des Unternehmens. „Obwohl es sich um kein riesiges Rig handelt, ist es dennoch eine beträchtliche Anzahl an Kameras. Sie sind 360 ° rund um die Person herum positioniert, und lösen gleichzeitig aus. So erhalten wir eine Menge an Bilder dieses Moments, die wir dann durch die Reality Capture Software laufen lassen können. Diese entnimmt den Bildern all diese Informationen und findet all dieselben Punkte, die es in allen einzelnen Bildern finden kann, und schafft daraus im Wesentlichen ein 360 ° Modell.“
Besitzt du eine Canon Ausrüstung?

Besitzt du eine Canon Ausrüstung?

Registriere deine Ausrüstung, um Zugriff auf kostenlose Expertentipps, Gerätewartung, inspirierende Veranstaltungen und exklusive Sonderangebote mit Canon Professional Services zu erhalten.
Einige der Beleuchtungsanlagen und Kameraanordnungen in einem Studio-Setup für eine 3D-Fotogrammertrie.

„Wir bauen unsere eigenen Beleuchtungseinheiten, da es keine wirklichen handelsüblichen Versionen gibt“, sagt Nick Footer von Esper, die Multi-Kamera Ausrüstung und 3D-Scanausrüstung anbieten. „Es kann sich um polarisiertes oder nicht-polarisiertes Licht handeln, mit dem du verschiedene Details von der Oberfläche extrahieren kannst.“ Manchmal wird nicht nur Licht benötigt, fügt Sam Jackson von Sample & Hold hinzu, der Esper Ausrüstung für seine eigenen Anlagen verwendet (hier abgebildet). „Wenn das Motiv aus einer Bildebene oder Bildoberfläche mit einheitlicher Farbe besteht, funktioniert die Fotogrammmetrie nicht wirklich, ohne dass ein Muster darauf projiziert wird, das bei der Eingabe hilft“, erklärt er.

Ein Techniker passt eine der Canon Kameras in einer großen Kameraanordnung an.

Die Multi-Kamera-Anordnungen bei Sample & Hold ermöglichen es dem Unternehmen, Objekte festzuhalten, die so klein wie eine Münze und so groß wie ein drei Meter großes Feld sind.

Welche Kamera eignet sich am besten zum 3D-Fotogrammetrie-Scannen?

Wenn du nach Kameras für ein Rig für die 3D-Fotogrammetrie mit mehr als 100 Gehäusen suchst, ist es vorrangig, sich für preisgünstige Kameras zu entscheiden. „Einsteiger-DSLRs eignen sich gut für diese Art von Arbeit“, sagt Maurice. „Und kostengünstige Objektive ebenfalls. 50 mm Objektive sind beliebt, weil sie günstig und hochwertig sind.“
Einen der Vorteile, den du genießt, wenn du dich bei der 3D-Fotogrammetrie für Canon Kameras entscheidest, ist die umfangreiche zur Verfügung stehende Systemunterstützung. „Es gibt eine ganze Palette von Produkten zu unterschiedlichen Preisen“, sagt Maurice. „Wenn du Zubehör wie einen AC-Adapter benötigst, können wir dieses zu Verfügung stellen. Wir bieten außerdem das Canon SDK [Software Developer Kit] an, sodass Drittanbieter Zugriff auf die Hardware der Canon Kameras erhalten, und diese in einen speziellen Workflow integriert werden kann. Wenn du deine Kameras dann durch neuere Modelle ersetzt, muss deine SDK zur Unterstützung des neuen Produkts nur aktualisiert werden, damit dein Workflow nicht unterbrochen wird.“

Jackson erklärt, dass für die 3D-Fotogrammetrie keine umfangreichen Funktionen benötigt werden, über die nur professionelle Kameras verfügen. „Wir verwenden derzeit das Einsteigermodell Canon EOS 2000D und die Canon EOS M6 Mark II“, verrät er. „Die EOS 2000D verfügt über einen 24-MP-Sensor, ein toller und hoher Wert. Außerdem bietet sie ein gutes Preis-Leistungsverhältnis. Bei der EOS M6 Mark II ist das ähnlich, nur das diese über einen 32,5-MP-Sensor verfügt. Diese Kamera war für uns tatsächlich eine Art Experiment, da wir zuvor noch nie eine spiegellose Kamera verwendet hatten. Jetzt denken wir darüber nach, all unsere Rigs mit EOS M6 Mark II auszustatten, weil es exzellente Kameras sind.“
In einem Studio ist eine Canon EOS Kamera auf einem Stativ auf einen Glastisch gerichtet, auf dem sich ein einzelner roter Turnschuh befindet. Ein Mann betrachtet das Bild des Schuhs über die Software auf seinem Monitor.

EOS Digital SDK von Canon erklärt

Entdecken Sie, wie Sie die Möglichkeiten zur Fernaufnahme von EOS und PowerShot Kameras mit dem Software Development Kit von Canon freischalten können.
„Einer der Gründe, warum wir noch nicht auf Vollformat umgestiegen sind, ist, dass die Schärfentiefe bei allen APS-C Kameras größer ist, und das ist bei der Datenverarbeitung wirklich entscheidend.“
Eine Nahaufnahme einer Canon EOS 1300D Kamera auf einem Rig in einem 3D-Fotogrammetrie Studio.

Für die Multi-Kamera-Anordnungen von Sample & Hold werden nicht nur die Canon EOS 2000D und die EOS M6 Mark II Kameras benutzt, sondern es werden auch ältere Kameras von früheren Rigs (wie die Canon EOS 100D und die EOS 1300D) für das Erfassen des Hinterkopfs eines Motivs genutzt.

Ein Techniker sitzt an einem Laptop, während ein Mann im Hintergrund inmitten der 3D-Fotogrammetrie-Anordnung steht.

Mit dem SDK (Software Development Kit) von Canon können auswählte Canon Kameras aus der Ferne über Software von Drittanbietern gesteuert werden. Ein Open-Source-SDK zur Steuerung, das nicht von Canon stammt und auf Linux funktioniert, sei ebenfalls verfügbar, merkt Maurice an.

Bei dem Ganzkörper-Rig nutzt Sample & Hold eine Kombination aus 100 mm, 85 mm und 50 mm Objektiven, wie dem Canon EF 85mm f/1.8 USM und dem Canon EF 50mm f/1.8 STM. Dabei wird die größere Brennweite genutzt, um wichtige Bereiche wie Füße und Hände aufzugreifen. Das Kopf-Rig besteht aus einer Kombination aus 40 mm und 50 mm Objektiven, wie dem Canon EF 40mm f/2.8 STM.

„Wir verwenden stets Festbrennweiten“, sagt Jackson, „zum Teil, weil wir nicht befürchten müssen, dass sich etwas verschiebt, besonders dann, wenn wir das Rig bewegen.“

„Einsteigerkameras wurden nicht für das entwickelt, was wir mit ihnen machen, deshalb kann es zu Abweichungen beim Timing der Verschlusszeiten kommen“, fährt er fort. „Um dies zu umgehen, verwenden wir zur Steuerung der Belichtung Blitze. Wir arbeiten in einem dunklen Raum und nutzen bei unseren Kameras eine Verschlusszeit von 1/3 oder 1/5 Sek., die Blitze werden zur Belichtung des Bildes alle gleichzeitig ausgelöst. Wir steuern die Kamera mit einer Smart Shooter Software, und synchronisieren alles mithilfe von Esper TriggerBoxes.“
Ein Laptop mit einem 3D-Modell einer stehenden Figur auf dem Bildschirm, die von Repräsentationen von Kameras umgeben ist.

Die Bilder, die von allen Kameras der Anordnung aufgenommen wurden, werden in einer spezialisierten Software vereint, welche die Bilder sortiert und aus allen Daten ein 3D-Modell erstellt.

Die Verwendung mehrerer Kameras zur Erstellung eines Fotogrammmetrie-Scans

Esper stellt Multi-Kamera- und 3D-Scan-Lösungen für Anbieter in der Videospiel- und Visual Effects-Branche bereit, ebenso wie für Werbung, wissenschaftliche Forschung, Bullet-Time Fotoboxen und mehr. Der Leiter des Unternehmens, Nick Foots, sagt, dass es bei der Einrichtung eines 3D-Fotogrammetriesystems am wichtigsten sei, über das Endergebnis nachzudenken.

„Das ist das Erste, was ich jemanden während eines Beratungsgesprächs frage: Was ist die Endverwendung? Welche Auflösung und welches Format? Und dann kannst du basierend darauf alles durchgehen“, erklärt Foots. „Wenn etwas ausschließlich für E-Commerce im Internet in einer nicht besonders hohen Auflösung verwendet wird, dann ist es, wenn ich es so sagen darf, nicht notwendig, dass du 60 Kameras darauf richtest.“

„Wenn du ein 4K-Videospiel erstellst, kann es sein, dass du mehr als 160 Kameras benötigst. Kreierst du jedoch nur „Mini-Me“ 3D-Modelle von Menschen mit einem FDM-Drucker, benötigst du eigentlich nur 30 bis 50 Kameras. Es ist einfach unmöglich, dass ein 3D-Drucker diese Auflösung wiedergibt, wenn du mehr Kameras verwendest.“
Zwei Männer an einem Tisch, die einen Laptopbildschirm betrachten, auf dem 3D-Modelle von menschlichen Figuren zu sehen sind.

Jackson sagt, die größte Herausforderung bei der Fotogrammmetrie sei es, bestimmte Materialien festzuhalten. „Nehmen wir Turnschuhe als Beispiel. Modische Turnschuhe bestehen häufig aus verschiedenen Materialien, die schwarz oder glänzend oder transparent oder glitzernd sind, und alle diese Dinge sich problematisch für das Aufnahmeverfahren.“ Der menschliche Körper ist im Vergleich dazu relativ routinemäßig.

„Wenn ein Objekt klein genug ist und sich nicht bewegt, kannst du das Modell sehr kostengünstig mit drei oder vier Kameras auf einem Bogen, einer kontrollierten Beleuchtung und einer Drehplatte, die du mit der Hand bewegst, erstellen“, fährt Foots fort. „Du kannst auch mit einer einzelnen Kamera herausragende Fotogrammmetrie-Scans machen. Du musst dir jedoch Gedanken machen, ob das für deine Anwendungen skalierbar ist, und wie es in den gesamten Workflow passt.“

Sample & Hold empfiehlt den Beginn mit nur einer Kamera. „Jeder kann die Fotogrammmetrie im Freien bei Tageslicht und mit einer einzigen Kamera testen“, sagt er. „Bei einem Motiv, das sich nicht verändert und sich nicht bewegt, wie einem Haus, benötigst du nicht mehrere Kameras. Du benötigst nur eine Kamera aus mehreren Positionen.

„Auf YouTube findest du zahlreiche Tutorials, die dir zeigen, wie es geht“, sagt Jackson abschließend. „Und dann kannst du die Bilder etwas wie Meshroom, eine kostenlose, Open-Source-Software durchlaufen lassen, und 3D-Modelle erzeugen. So kannst du einige wirklich coole Dinge erstellen.“

Verfasst von Marcus Hawkins


Ähnliche Artikel

  • Ein Model mit Sonnenbrille und blauem Mantel wird in einer Fotomaschine von StyleShoots fotografiert.

    ARTIKEL

    Anforderungen der Modefotografie erfüllen

    Fachleute sprechen über die größten aktuellen Herausforderungen der Modeproduktfotografie und darüber, wie sie sich mithilfe von Technologie bewältigen lassen.

  • Capturing game-changing video at Rugby World Cup™

    ARTIKEL

    Spielentscheidende Videos beim Rugby World Cup™

    Mit den Highlights vom Rugby World Cup™ aus jedem Blickwinkel bringt das innovative Free Viewpoint Videosystem von Canon das Publikum noch näher an das Geschehen.

  • Eine kleine Tasse Espresso steht auf einem weißen Tisch, eingerahmt von einem weißen und einem schwarzen Stuhl.

    ARTIKEL

    Die beste Ausrüstung für Produktfotografie

    Ein unverzichtbarer Leitfaden zu den besten Canon EOS Kameras und Objektiven für Produktfotografie – egal, ob du Makro-, Lifestyle- oder Modeaufnahmen im großen Maßstab machst.

  • Ein Mann befestigt zwei Schaufensterpuppenbeine in einer StyleShoots Vertical.

    ARTIKEL

    Revolution der Modefotografie für den Einzelhandel

    Entdecke, wie „Fotomaschinen“ mit Canon Kameras Online-Fashionstores revolutionieren, indem sie ihnen ermöglichen, Tausende von Produkten pro Tag aufzunehmen.

  • Newsletter sichern

    Hier klicken, um inspirierende Geschichten und interessante Neuigkeiten von Canon Europe Pro zu erhalten.