Sommario
  1. Tipi di Fotogrammetria
    1. Microfotogrammetria
    2. Close Range Photogrammetry
    3. Fotogrammetria UAV
  2. Applicazioni della fotogrammetria
  3. Tecniche, Algoritmi e tipi di file
  4. Test
    1. Drone Deploy
    2. Colmap + OpenMVS
  5. Video Approfondimenti

Fotogrammetria

Basta uno smartphone per creare modelli 3D

Le tecniche di Fotogrammetria ci permettono di misurare le cose tramite le fotografie.

Una fotografia è la proiezione in 2D di una realtà 4D.

Tramite immagini stereoscopiche è possibile ricavare modelli 3D.

Tipi di Fotogrammetria

Microfotogrammetria

Necessita di microscopi e si occupa delle cose piccolissime.

Questo è un esempio proposto dal software di fotogrammetria commerciale:

Close Range Photogrammetry

Detta anche Fotogrammetria Architettonica o degli Oggetti Vicini.

Basta un semplice cellulare (meglio una fotocamera con un ottica fissa di 50mm).

Questo è un esempio che ho realizzato con un semplice cellulare (Redmi 9 Pro):

Fotogrammetria UAV

Utilizza droni e macchine volanti per riprese aeree e su larga scala.

Piú sotto trovi un esempio che ho realizzato con un Mavic 2 Pro.

Applicazioni della fotogrammetria

  • Mappatura e Cartografia
  • Pianificazione Urbanistica
  • Pianificazione dei Trasporti
  • Analisi dell'Inquinamento
  • Gestione Costiera
  • Gestione Forestale
  • Gestione dei Rischi Idrogeologici
  • Gestione delle Infratrutture e delle Risorse Energetiche
  • Esplorazione di Cave e Miniere
  • Esplorazione Archaeologica

Tecniche, Algoritmi e tipi di file

Le tecniche più usate sono:

  • SfM: Structure from Motion
  • MVS: MultiView Stereo

L'occhio, come la fotocamera, riduce la realtà quadrimensionale su una retina bidimensionale.

Il senso di profondità (il 3D), non ci è dato solo dalla stereo visione dei due occhi ma dalla triangolazione di questa col movimento dello spazio nel tempo.

Questa tecnica in Computer Vision prende il nome di Structure from Motion (SfM) e consente di orientare spazialmente un gruppo di foto evidenziando cosí la forma 3D del soggetto ripreso in quella che viene chiamata sparse reconstruction. Questa ricostruzione viene ulteriormente rifinita tramite la tecnica MultiView Stereo che imitando la stereovisione bioculare, produce la dense reconstruction che è appunto una forma meno sparsa e più densa.

Queste sono alcune cose che si possono produrre con queste tecniche:

  • Nuvole di punti
  • Modelli 3D
  • DEM / DTM / DSM (modelli di superficie)
  • Ortofoto (immagini aeree geospaziali)
  • Elementi planimetrici (confini stradali, planimetrie degli edifici, etc)
  • Mappe Topografiche / Terrestri / Politiche
  • Analisi Volumetriche

Per ulteriori approfondimenti rimando al tutorial di Colmap e a gli algoritmi usati dal software 3DFlow

Test

Ho usato sia un drone (Mavic Pro 2) che un cellulare (Redmi 9 Pro) ed ho provato ad elaborare i modelli 3D sia usando librerie Open Source che software commerciali.

Questi sono i risultati dei test (con l'elaborazione di Drone Deploy):

test Smartphone

  • foto: 104 (0.5 GB)
  • vertici: 125.616
  • facce: 249.840

test Drone

  • foto: 221 (3.5 GB)
  • vertici: 239.087
  • facce: 477.086

Drone Deploy

Drone Deploy nasce per fotogrammetria aerea ma funziona per qualsiasi tipo di fotogrammetria, basta dargli in pasto le foto e lui fa il resto.

Schermata Upload delle foto della Facciata

Questa qui sopra è la schermata di upload delle immagini su Drone Deploy. I puntini blu sono la posizione geospaziale di ogni singola foto (nota che ancora non ho caricato le foto!).

C'ho messo piú tempo a fare upload che DroneDeploy ad elaborare. Nonostante questi algoritmi siano molto esigenti in termini di CPU, una volta caricate le foto i modelli erano disponibili in meno di un paio d'ore.

Colmap + OpenMVS

Seguendo invece l'articolo Free Photogrammetry on Mac OS: From Photos to 3D Models sono riuscito ad ottenere un buon modello 3D dalle 221 foto del drone.

Ci sono volute 6 ore di elaborazione da parte del mio MacBook Pro del 2013. Forse pago l'assenza di CUDA core della scheda video, quindi rimando ulteriori tests a quando avró rimesso in piedi la vecchia workstation per i rendering oppure installato OpenDroneMap su un Cluster Kubernetes.

Video Approfondimenti

I primi 5 secondi di questo video mostrano due interessantissime applicazioni della fotogammetria: Animazioni 3D e Stampa 3D.

Il software usato é MeshRoom, un altro interessantissimo software OpenSource che è affamato di CUDA cores.

Qui trovate tecniche per rifinire le foto aquisite tramite drone ed elaborate da Agisoft Metashape:

  • retopology in ZBrush
  • UVmapping in RizomUV
  • texture in Substance Painter

La tecnica del "Void" per fotogrammetrie di oggetti in HD a tutto tondo!

Fotogrammetria per Archeologi.