Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

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Thomas_
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Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von Thomas_ » Sonntag 16. April 2017, 21:34

Zum Homepage-Beitrag:
http://www.steinkern.de/news-updates/12 ... orial.html

Hallo Jan,

vielen Dank für den tollen Beitrag.

Wer vielleicht vor der Technik zurück schreckt, der sollte sich zuerst unbedingt das Ergebnis mal ansehen: https://sketchfab.com/models/4b88646b54 ... 29aeb9a47b

Auf einem Tablet kann man das Fossil wirklich mit den Fingern drehen und an Details heranzoomen. Da wird aus einer komplexen Technik eine sehr praktische Technik, um Objekte plastisch zu erforschen.

Die sichtbaren Details sind wirklich erstaunlich. Toll gemacht!


Thomas
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Frank
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von Frank » Sonntag 16. April 2017, 21:50

nicht mehr weit bis zum Holodeck :bg:
"Hoffentlich unterläuft dem Irrtum ein Fehler. Dann kommt alles von selbst in Ordnung"

(Stanislav Jercy Lec: Das große Buch der unfrisierten Gedanken)

jeti
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von jeti » Montag 17. April 2017, 00:17

Hi Thomas, hi alle,

es freut mich, wenn das Ergebnis gefällt und ich hoffe es motiviert einige, es auch mal zu versuchen. Auch wenn ich mir große Mühe gegeben habe, alles möglichst genau zu erklären, lässt sich der ein oder andere Irrweg sicher nicht vermeiden (zumal es auch nicht den einen richtigen Weg gibt, der immer funktioniert), ganz wie bei physikalischen Präparationen. (Zum Glück kann man bei digitalen Fehlern nicht viel kaputt machen ;-) ).

Daher: Wer Hilfe oder Tipps benötigt oder Frgen hat, kann ja einfach hier schreiben. Ich versuche gerne weiter zu helfen.

Wer ein hübsches Modell gebastelt hat, kann Sönke oder mich kontaktieren, dann können wir es der 3D-Sammlung hinzufügen.

Viele Grüße und schöne Ostern
Jan

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Michel K
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von Michel K » Montag 17. April 2017, 10:13

Hallo Jan.

Was für ein lustiger Zufall. Vor ein paar Wochen hatte ich genau über dieses Thema nachgedacht und überlegt, wie cool es doch wäre "interaktive" 3D Bilder von Fossilien zu machen und für Steinkern zu verwenden.
Da die technische Umsetzung ja nicht ganz unkompliziert ist und andere Dinge Vorrang hatten, wurde das Thema erst mal aufgeschoben.
Nun kommt dein Beitrag für mich wie gerufen! :clap:

Die 3D Bilder sind gut. Etwas stört mich aber die Optik. Die Bilder wirken leicht "animiert" und verschwommen. Das liegt wohl an der Komprimierung?

Interessieren würde mich noch was zu tun ist, wenn ich den Boden des Stückes mit abbilden möchte, bzw. eine komplette rundum Ansicht machen möchte. Das vermisse ich leider in dem Beitrag.

Wie lange werden die Bilder auf der externen Seite gespeichert?

Ich möchte mich ganz herzlich bei dir für den Beitrag bedanken! Das Thema finde ich sehr spannend und ich möchte es unbedingt mal selbst ausprobieren.

Viele Grüße
Michel
Zuletzt geändert von Michel K am Montag 17. April 2017, 10:13, insgesamt 1-mal geändert.

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Thomas_
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von Thomas_ » Montag 17. April 2017, 11:15

Hallo Michel,

kann es sein, dass dein Rechner ein Problem mit dem Rendern der Animation hat? Bei mir sieht das jetzt nur minimal unscharf aus, eventuell ist unsere Erwartungshaltung einfach nur unterschiedlich, aber bei der Masse an feinen Details hat jede Technik ihre Grenzen bzw. der Aufwand für ein Stück wird einfach zu groß. Mach doch mal ein paar Screenshots von dem was du siehst. Auf dem PC mit AltGr+Druck-Taste und dann Einfügen aus Zwischenablage im Grafikprogramm.

Bei mir auf dem iPad sieht das so aus:
IMG_0147.PNG
IMG_0148.PNG
Auf dem PC mit 24-Zoll-Monitor sieht das beim Reinzoomen schon gewaltig aus. Auch für eine VR-Brille sicher eine tolle Anwendung, aber die Dinger sind momentan einfach noch zu teuer und nicht ausgereift.

Thomas
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GP
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von GP » Montag 17. April 2017, 12:53

Hallo zusammen,

toller Beitrag.

Ich überlege schon seit zwei Jahren mir einen 3D-Scanner für genau sowas zu zulegen. :wink:

Aber vielleicht versuche ich es mal mit dem Programm, wenn ich mal wieder etwas Zeit habe. :|

Freu mich schon auf weitere Beiträge dieser art.

Grüße
GP

jeti
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von jeti » Montag 17. April 2017, 13:43

Hi alle,

@Michel: Eine Methode zur Kompletterfassung ist im Heft-Artikel beschrieben. Plane aber auch ein weiteres Tutorial. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten. Kurz gesagt: Man muss das Fossil in eine (oder mehr) weitere Lage(n) bringen, die auch die fehlenden Stellen erfassen. Damit man solche unterschiedlichen Lagen kombinieren kann (auch dafür gibt es unterschiedliche Wege) muss man ein paar Dinge beachten (Details dann im Tutorial) . Der konzeptionell einfachste---aber abeitsaufwendigste---Weg wäre, bei halbwegs gleichmäßiger Beleuchtung alle erdenklichen Ansichten (mir genügend Überlappungen) zu erfassen und dem Hintergrund überall heraus zu markieren .... (auch dazu gibt es verschiedene Tricks ...)

Wegen der Schärfe und Künstlichkeit:

Die Schärfe hängt von vielen Faktoren ab. Nicht zuletzt mit welcher Auflösung die Texturen gespeichert werden. Aber es ist natürlich wie bei einem 2D Foto: Die Auflösung ist endlich und auch wenn das virtuelle Modell suggeriert man könne immer näher hineinzoomen, irgendwann schaut man halt auf die einzelnen (dann weichgezeichneten) Pixel der Textur. Was hier möglicherweise interessant ist: die für den Hoploscaphites (und viele andere Modelle) verwendete Methode zur Textur-Erzeugung bildet einen Mittelwert aus den entsprechenden Punkten der unterschiedlichen Originalaufnahmen. Das führt immer zu einem leicht verwaschenen Ergebnis, ist aber die einfachste Methode automatisch eine gleichmäßige Textur ohne sichtbare Farb und Helligkeitsübergänge zu erzeugen. Manuell kann man schärfere Texturen erzeugen (aber nicht so einfach. .. Tutorial folgt ...)

Auch das künstliche Aussehen hängt von vielen Faktoren. Insbesondere aber auch: Das menschliche Auge sieht nur in einem kleinen Bereich wirklich scharf (und farbig :-) ). Um eine Stufe dieser Größe also als ganzes scharf zu sehen, müsste man sie mit ausgestreckten Arm halten. Die Projektion auf dem Bildschirm ermöglicht dies aber auch wenn dieser viel näher ist (man denke auch nur an das 3D Kino, wo der Regisseur bestimmt, was gerade fokussiert wird... äußerst künstlich!). Da spielen sicher noch weitere ähnliche Effekte herein, die auf Inkonsistenzen zwischen den optischen Geometrien bei Aufnahme, Wiedergabe, und menschlicher Wahrnehmung basieren.

Bzgl. VR-Brille: eine billige Lösung (natürlich mit Abstrichen) ist Handy + Google Cardboard, was vom Sketchfab Viewer unterstützt wird.

Die Modelle bei Sketchfab bleiben dauerhaft gespeichert. Wir heben natürlich aber auch die original Daten auf, falls die mal Pleite gehen oder so ;-).

Man kam die Modelle auch herunter laden und mit MeshLab oder Blender betrachten oder bearbeiten ...

Viele Grüße
Jan

cyp
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von cyp » Montag 17. April 2017, 16:40

Ohne mich damit auseinander gesetzt zu haben...
Das sieht deshalb animiert aus, weil es eben ein computeranimiertes Modell ist. Ein Modell basierend auf Fotos. Je mehr Knotenpunkte das Modell besitzt, d.h. je feiner das Mesh, desto näher ist es an der Realität bzw. dem Foto. Es bleibt aber immer nur eine Annäherung an die Realität. Ein ideales Modell - nur in der Theorie - würde eine unendlich lange Rechenzeit erfordern.
Ihr dürft mich gerne korrigieren, falls ich falsch liege. ;)

jeti
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von jeti » Dienstag 18. April 2017, 00:13

Nicht unbedingt falsch, aber auch nicht unbedigt richtig ;-)
Natürlich spielt die Auflösung des Meshs eine Rolle. Die ist hier aber verhältnismäßig hoch und der Flaschenhals ist eher die Textur (aus Gründen wie oben beschrieben) und die Parameter der Darstellung. Wenn also eine "natürlichere" Optik gewünscht wird ("animiert" passt eignetlich nicht, da sich ja erst mal nichts bewegt ...) wäre ein guter Ansatzpunkt, die Texturen zu optimieren und die Darstellung bei der Wiedergabe (i.e., wie das Modell beleuchtet wird und ob z. B: so etwas wie Tiefenschärfe berücksichtig wird. Auch die Brennweite der virtuellen Kamera ist ein Punkt ...).

Ob eine natürlichere Wiedergabe wünschenswert ist, ist noch eine andere Frage. "Unnatürliche" Blickwinkel einnehmen zu können, usw., kann ja durchaus ein Vorteil sein.

Viele Grüße
Jan

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Michel K
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von Michel K » Donnerstag 20. April 2017, 12:25

Hi Thomas.

Hier ein paar Bilder vom Smartphone und dem PC. Das Fossil stört mich weniger. Die Matrix sieht nur leider recht künstlich aus. Das dürfte an den Kanten liegen, die ziemlich scharf abgeschnitten wurden und den feinen Details, die beim umwandeln der Einzelbilder wohl verloren gegenangen sind. So sieht z.B. der kleinere Ammonit aus als würde er nicht auf der Matrik aufsitzen, sondern mit ihr "verwachsen" sein. Der Übergang von Fossil zu Matrix ist sehr weich gezeichnet.
Unbenannt.jpg
PC 1
Unbenannt.jpg (50.22 KiB) 1356 mal betrachtet
Unbenannt.png
PC 2
Unbenannt.png (667.82 KiB) 1356 mal betrachtet
Kopie von Screenshot_20170420-113556.png
Smartphone 1
Kopie von Screenshot_20170420-113617.png
Smartphone 2
Kopie von Screenshot_20170420-113540.png
Smartphone 3
Für die Betrachtung der Modelle empfehle ich den Vollbildmodus. Das sieht um einiges besser aus als im normalen Modus.

@ Jan: Danke für die Tipps zu Kompletterfassung. Das Steinkern-Heft ist bestellt. :wink:
Ich freue mich sehr auf die weiteren geplanten Tutorials!
Ich möchte nicht den Eindruck erwecken, ich sei mit den Ergebnissen unzufrieden und will hier nur meckern. :bg:
Ich habe vielleicht, wie Thomas schon sagte, eine andere Erwartungshaltung. Das könnte daran liegen, dass ich mich bissher recht viel mit Fotografie und dem Thema beschäftigt habe, möglichst viel auf einem Bild scharf abzubilden und so nah wie möglich an das Original heran zu kommen.

Trotzdem bin ich von den Ergebnissen begeistert und freue mich eine Methode kennen zu lernen, bei der das Fossil aus allen Blickwinkeln betrachtet werden kann. Das ist ein riesiger Vorteil gegenüber 2D-Bildern!
Bei Zeiten werde ich mich mit der Methode näher auseinander setzen und selbst versuchen, ein paar Modelle zu erstellen.
Von daher danke ich dir für die Arbeit, die du dir mit deinem Beitrag gemacht hast, um uns das Thema näher zu bringen.

Viele Grüße
Michel

jeti
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von jeti » Samstag 22. April 2017, 14:36

Hi Michel,
Michel K hat geschrieben:
Donnerstag 20. April 2017, 12:25

Ich möchte nicht den Eindruck erwecken, ich sei mit den Ergebnissen unzufrieden und will hier nur meckern. :bg:
Ich habe vielleicht, wie Thomas schon sagte, eine andere Erwartungshaltung. Das könnte daran liegen, dass ich mich bissher recht viel mit Fotografie und dem Thema beschäftigt habe, möglichst viel auf einem Bild scharf abzubilden und so nah wie möglich an das Original heran zu kommen.
Kein Problem, die kritische Auseinandersetzung mit dem Thema ist ja auch genau das Ziel des Beitrags. Danke auch für die Bilder von verschiedenen Geräten und die Spezifizierung dessen, was du mir verwaschen meinst. Dazu vielleicht noch angemerkt: Da für das Tutorial der einfachste Ablauf mit nur einer Bildserie beschrieben ist, enthält dieses Modell auch weniger Perspektiven, als viele andere. Eine Stelle des Modells wird dadurch texturiert, dass die Ansichten möglichst senkrecht auf den Teil des Meshs projiziert werden. Wenn allerdings keine Ansicht vorhanden ist, die möglichst parallel zur Zielfläche des Meshs liegt, dann entstehen solche Artefakte wie bei dem kleineren Ammoniten. Kann man sich so vorstellen, als ob man ein "Foto aus Gummi" hat, das man über die Form zieht. Dort wo das Bild in der selben Ebene liegt wie ein Teil des Objektes, erhält man eine recht scharfe Abbildung. Wo es sich aber um Kanten zieht, wird das Bild gesteckt. Im vorliegenden Beispiel können also weitere Nahaufnahmen der Kanten der kleinen Ammos helfen.

Ich experimentiere z.Z. übrigens damit, die einzelnen Ansichten aus gestackten Fokusserien zusammenzusetzen. Nicht unbedingt, um für große Fossilien das letzte bisschen Abbildungsschärfe heraus zu kitzeln (was natürlich auch interessant wäre), sondern um USB-Mikroskop-Aufnahmen sehr kleiner Objekte überhaupt in ein 3D-Modell zu überführen (so ein Modell besteht dann aus ca. 5000 Einzelbildern) Erste Modelle gehen in Kürze online!

Viele Grüße
Jan

jeti
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von jeti » Mittwoch 26. April 2017, 00:01

Kleiner Nachtrag:

zwei der Winzlinge (~5mm) sind jetzt online:

https://skfb.ly/67spM
https://skfb.ly/67HDE

In Sachen Texturschärfe vielleicht nicht unbedigt gute Beispiele, man beachte jeoch die geringe Größe ...

Falls jemand interessante Kleinfossilien (gerne 1-2 mm) hat und mir die für weitere Tests verkaufen oder ausleihen (kann man ja ganz gut per Brief hin und her schicken ...) würde, bitte PM.

Viele Grüße
Jan

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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von Thomas_ » Mittwoch 26. April 2017, 06:27

Hallo Jan,

die sind auch Klasse, wie du schon sagtest: die Winzdinger bringen Tiefenschärfe und Kameraauflösung an ihre Grenzen. Aber trotzdem ist das mit Abstand die beste Methode ein solches Winzteil aus der Ferne virtuell zu betrachten. Auf meinem iPad stürzt der Vollbildmodus ständig ab, Apple ist leider auch nicht mehr das, was es vor Jahren mal war.

Um die Oberflächenstruktur zu studieren, kann man übrigens von Textur auf Wireframe umschalten. Unten bei Wireframe auf den zweiten Kasten von links clicken. Man kann übrigens auch in das Fossil hinein fliegen. Natürlich sieht man nicht den inneren Aufbau ( das wäre Megacool, bräuchte aber ein Röntgengerät für die Fotos :wink: ) Aber aus Negativ wird Positiv. Könnte man beim Studium von Fossilien brauchen, die nur als Hohlform bzw. Abdruck erhalten sind.
IMG_0153.PNG
Thomas
:Goni:

LITHOPS
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von LITHOPS » Donnerstag 27. April 2017, 09:45

Hallo Jan,

toll finde ich auch, dass sich die Reflektionen des wohl pyritisch erhaltenen Sonniniden bei Änderung des Blickwinkel ebenfalls ändern.

Herzliche Grüße, Jürgen

jeti
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Re: Vom Stein zum 3D-Modell: Photogrammetrie

Beitrag von jeti » Freitag 28. April 2017, 00:43

@Thomas: Eine Frage an der Stelle bleibt noch, welche Variationen auf der Oberfläche die Wirklichkeit abbilden und was davon als "Rauschen" betrachtet werden muss. Bei diesen kleinen Objekten, gerade auch bei leicht spiegelnder Oberfläche ist das Mesh sicher stark verrauscht. Eine Idee ist, das gleiche Objekt aus unabhängigen Bildserie vielfach zu rekonstruieren uns dann die Varianz der Oberflächen zu berechnen (quasi eine Art Bootstrapping) um einen Eindruck bezüglich der Genauigkeit zu bekommen.

@Jürgen: Freut mich, dass es dir auffällt. Für den kleinen Ammo habe ich mal die Materialeigenschaften so eingestellt, dass sie in etwa dem Original entsprechen. Tatsächlich möchte ich das Modell aber noch mal überarbeiten, da dieses Material auch auf die verbleibenden Sedimentanhaftungen angewandt wird, was ein bisschen seltsam wirkt.

Ihr seht, es gibt noch viele Baustellen ...

VG Jan

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