POSTOPKI PRENOSA STATIČNIH 2D SCEN V 3D MODELE · POSTOPKI PRENOSA STATI ČNIH 2D SCEN V 3D MODELE Klju čne besede: geometrijsko modeliranje, modeliranje na podlagi slik, fotogrametrija,

Smetanova ulica 17

2000 Maribor, Slovenija

Mateja Krajnc

POSTOPKI PRENOSA

STATIČNIH 2D SCEN V 3D MODELE

Magistrsko delo

Maribor, marec 2015

i

POSTOPKI PRENOSA

STATIČNIH 2D SCEN V 3D MODELE

Magistrsko delo

Študentka: Mateja Krajnc

Študijski program 2. stopnje

Študijski program: Medijske komunikacije

Mentor: doc. dr. David Podgorelec

Somentor: dr. Gregor Klajnšek

ii

iii

ZAHVALA

Zahvaljujem se tako mentorju, kot tudi

somentorju za vso pomoč in dobronamerne

nasvete pri pisanju magistrskega dela.

Posebej iz srca se zahvaljujem svojima

staršema in bratu, ki so me v času študija

podpirali in mi vseskozi stali ob strani.

Posebno pa se zahvaljujem tudi tebi, ki si me

spodbujal, ko sem to najbolj potrebovala.

Iskrena hvala vsem.

iv

POSTOPKI PRENOSA STATIČNIH 2D SCEN V 3D MODELE

Ključne besede: geometrijsko modeliranje, modeliranje na podlagi slik,

fotogrametrija, Insight3D, Cinema 4D

UDK: 004.925.8(043.2)

Povzetek:

V magistrskem delu smo se posvetili procesom, ki omogočajo prenos dvodimenzionalnih

scen v tridimenzionalne modele. Najprej smo se seznanili s teoretičnimi izhodišči.

Seznanili smo se z osnovami geometrijskega modeliranja ter s principi in klasifikacijo

metod modeliranja na podlagi slik. V empiričnem delu smo s pomočjo polavtomatskega

fotogrametričnega programa Insight3D in programa za ročno modeliranje in teksturiranje

Cinema 4D poskušali na podlagi izbranih lastnih fotografij arhitekturnega objekta narediti

tridimenzionalni računalniški model. Bolj dovršene rezultate smo dosegli pri uporabi

programa Cinema 4D.

v

PROCEDURES FOR TRANSFORMING STATIC 2D SCENES INTO

3D MODELS

Keywords: geometric modeling, image based modeling, photogrammetry, Insight3D,

Cinema 4D

UDK: 004.925.8(043.2)

Abstract:

In this thesis, we put our focus on the processes, which enable the transfer of two-

dimensional scenes into three-dimensional models. We first note the theoretical

assumptions. We analysed the basics of geometric modeling and the principles and

classification of modeling methods based on images. In the empirical part we used a

semiautomatic photogrammetric program Insight3D and a program for hand modeling and

texturing Cinema 4D. With both we tried to make a three-dimensional computer model

based on the selected photos. More sophisticated results were achieved when using

Cinema 4D.

vi

KAZALO

1 UVOD ........................................................................................................................................ 1

2 GEOMETRIJSKO MODELIRANJE....................................................................................... 3

2.1 Predstavitvene metode geometrijskih objektov .................................................................... 4 2.1.1 Mnogokotniki ................................................................................................................................... 5 2.1.2 NURBS .............................................................................................................................................. 6 2.1.3 Opisne krogle ................................................................................................................................... 7

2.2 Operacije nad geometrijskimi objekti .................................................................................... 9 2.2.1 Geometrijske transformacije ............................................................................................................ 9 2.2.2 Boolove operacije ........................................................................................................................... 10

2.3 Barve in teksture .................................................................................................................. 11

3 PRENOS 2D STATIČNIH SCEN V 3D MODELE ........................................................... 15

3.1 Pregled metod 3D modeliranja na podlagi slik .................................................................... 19

3.2 Programska oprema za 3D modeliranje na podlagi slik ....................................................... 21

4 FOTOGRAMETRIČNO MODELIRANJE V PROGRAMU INSIGHT3D ..................... 24

4.1 Izbor fotografij ...................................................................................................................... 25

4.2 Prenos fotografij v 3D model ............................................................................................... 27

4.3 Prednosti uporabe programa Insight3D ............................................................................... 38

4.4 Slabosti uporabe programa Insight3D ................................................................................. 38

5 MODELIRANJE IN TEKSTURIRANJE V PROGRAMU CINEMA 4D ........................ 40

5.1 Izdelava 3D modela .............................................................................................................. 41

5.2 Prednosti uporabe programa Cinema 4D ............................................................................ 53

5.3 Slabosti uporabe programa Cinema 4D ............................................................................... 55

6 ANALIZA REZULTATOV EMPIRIČNEGA DELA RAZISKAVE.................................. 56

6.1 Primerjava uporabe programov Insight3D in Cinema 4D .................................................... 56

6.2 Analiza veljavnosti hipotez ................................................................................................... 57

6.3 Možne razširitve in izboljšave raziskave ............................................................................... 59

7 SKLEP .................................................................................................................................... 60

VIRI .................................................................................................................................................... I

vii

KAZALO SLIK

SLIKA 1: POTEK IZDELAVE SLIKE V 3D RAČUNALNIŠKI GRAFIKI (VIR: LASTEN) ........................................................................ 4

SLIKA 2: KROGLI, PREDSTAVLJENI Z MANJ IN VEČ MNOGOKOTNIKI (VIR: LASTEN) .................................................................. 6

SLIKA 3: NURBS IN BÉZIERJEVA KRIVULJA (VIR: LASTEN) ................................................................................................ 7

SLIKA 4: ŽIČNI MODEL IN PREDSTAVITEV S PLOSKVAMI NURBS (VIR: LASTEN) .................................................................... 7

SLIKA 5: INTERAKCIJA DVEH POZITIVNIH OPISNIH KROGEL [8] ........................................................................................... 8

SLIKA 6: INTERAKCIJE NEGATIVNE IN POZITIVNE OPISNE KROGLE [8] .................................................................................. 8

SLIKA 7: BOOLOVE OPERACIJE UNIJE, PRESEKA IN RAZLIKE DVEH MNOŽIC (VIR: LASTEN)....................................................... 11

SLIKA 8: BARVNI MODEL RGB (VIR: LASTEN).............................................................................................................. 12

SLIKA 9: ADITIVNO MEŠANJE BARV [2] ...................................................................................................................... 12

SLIKA 10: 3D MODEL, NASTAL NA PODLAGI SKICE [21] ................................................................................................ 16

SLIKA 11: IZBRANA VILA (VIR: LASTEN) ...................................................................................................................... 26

SLIKA 12: IZBRANA SERIJA FOTOGRAFIJ (VIR: LASTEN) .................................................................................................. 26

SLIKA 13: ZAČETNI ZASLON PROGRAMA INSIGHT3D (VIR: LASTEN) ................................................................................. 27

SLIKA 14: OSNOVNI POGLED NALOŽENE FOTOGRAFIJE (VIR: LASTEN) ............................................................................... 28

SLIKA 15: UJEMAJOČE SE TOČKE NA FOTOGRAFIJAH (VIR: LASTEN) .................................................................................. 29

SLIKA 16: PRIKAZ POZICIJ KAMER (VIR: LASTEN) .......................................................................................................... 30

SLIKA 17: OBLAK TOČK (VIR: LASTEN) ....................................................................................................................... 31

SLIKA 18: POGLED IZ NAČINA POSNETKA S PRIKAZOM UJEMAJOČIH SE TOČK (VIR: LASTEN)................................................... 31

SLIKA 19: PRIKAZ POVEČAVE SLIKE S POMOČJO ORODJA ZA USTVARJANJE TOČK (VIR: LASTEN) .............................................. 32

SLIKA 20: PRIKAZ OZNAČEVANJA TOČK IN NA FOTOGRAFIJO ŽE VSTAVLJENE TOČKE (VIR: LASTEN) .......................................... 34

SLIKA 21: OZNAČEVANJE TOČK IN PRIKAZ UJEMANJA S PREJŠNJIMI FOTOGRAFIJAMI (VIR: LASTEN) ......................................... 35

SLIKA 22: TVORBA MNOGOKOTNIKOV (VIR: LASTEN) ................................................................................................... 36

SLIKA 23: MNOGOKOTNIKI UMEŠČENI V PROSTOR (VIR: LASTEN) ................................................................................... 36

SLIKA 24: OBARVANA OGLIŠČA NASTALEGA MODELA (VIR: LASTEN) ................................................................................ 37

SLIKA 25: POGLED NA KONČNO SCENO (VIR: LASTEN) .................................................................................................. 37

SLIKA 26: OSNOVNO OKNO PROGRAMA CINEMA 4D (VIR: LASTEN) ................................................................................ 42

SLIKA 27: FOTOGRAFIJE ZA POMOČ PRI MODELIRANJU (VIR: LASTEN) .............................................................................. 42

SLIKA 28: NAŠ ZAČETNI OBJEKT, KOCKA (VIR: LASTEN) ................................................................................................. 43

SLIKA 29: PRIKAZ UPORABE ORODJA ZA IZRIVANJE (VIR: LASTEN) .................................................................................... 44

SLIKA 30: PRIKAZ UPORABE ORODJA ZA GLADKE OBLIKE IN POŠEVNE PREMIKE (VIR: LASTEN) ................................................ 45

SLIKA 31: IZDELANA STREHA NAŠE VILE (VIR: LASTEN) .................................................................................................. 45

SLIKA 32: POGLED NA NAŠO VILO IZ VSEH STRANI (VIR: LASTEN) ..................................................................................... 46

SLIKA 33: TRANSFORMACIJA KRIVULJE V ROTACIJSKI OBJEKT (VIR: LASTEN) ....................................................................... 47

SLIKA 34: KREIRANJE MNOGOKOTNIKA (VIR: LASTEN) .................................................................................................. 48

SLIKA 35: DODAJANJE OKEN IN PRVA UPORABA TEKSTUR (VIR: LASTEN) ........................................................................... 48

viii

SLIKA 36: DOKONČAN OSNOVNI MODEL VILE (VIR: LASTEN) .......................................................................................... 49

SLIKA 37: DOLOČANJE LASTNOSTI TEKSTURAM (VIR: LASTEN) ........................................................................................ 50

SLIKA 38: MODEL VILE Z DODANIMI TEKSTURAMI (VIR: LASTEN) ..................................................................................... 51

SLIKA 39: PRIKAZ KONČNEGA MODELA (VIR: LASTEN) .................................................................................................. 52

SLIKA 40: ALTERNATIVNA SCENA (VIR: LASTEN) .......................................................................................................... 53

ix

UPORABLJENE KRATICE

2D dvodimenzionalno

3D tridimenzionalno

CMY barvni model, katerega osnovne barve so sinja (ang. cyan, C), škrlatna (ang.

magenta, M) in rumena (ang. yellow, Y)

GIF rastrski slikovni format (ang. graphics interchange format)

GUI grafični uporabniški vmesnik (ang. graphic user interface)

HSR algoritem za odstranjevanje zakritih ploskev (ang. hidden surface removal)

IBM modeliranje na podlagi slik (ang. image-based modeling)

IBR upodabljanje na podlagi slik (ang. image-based rendering)

IFL seznam datotek slik (zaporedja)

JPEG Združenje strokovnjakov za fotografijo (ang. joint photographic experts group)

JPG rastrski slikovni format (tudi JPEG), razvit s strani združenja JPEG

NURBS matematično definirane krivulje, sestavljene iz krajših odsekov (zlepkov),

definiranih s kontrolnimi točkami (ang. non-uniform rational basis spline)

RGB barvni model, katerega osnovne barve so rdeča (ang. red, R), zelena (ang.

green, G) in modra (ang. blue, B)

SBIM modelirni vmesniki, ki temeljijo na skicah (ang. sketch-based interfaces for

modeling)

SBM modeliranje na podlagi skic (ang. sketch based modeling)

TXT tekstovna računalniška datoteka (ang. textfile)

VRML jezik za modeliranje navidezne resničnosti (ang. virtual reality modelling

language)

Postopki prenosa statičnih 2D scen v 3D modele

1

1 UVOD

Živimo v moderni družbi, ki je vse bolj in bolj tehnološko razvita. Stvari, ki so se nam še

pred nekaj leti zdele popolnoma nemogoče in neizvedljive, so že danes postale resnične

ter za nas popolnoma samoumevne. Z razvojem tehnologije so se spremenila tudi naša

pričakovanja ne samo do medijev, ki nam posredujejo sporočila, ampak tudi do načinov,

kako so nam ta sporočila posredovana. Z razvojem tehnologij, s pomočjo katerih lahko

izdelujemo tridimenzionalne (v nadaljevanju 3D) modele, in pa z njihovo pomočjo

nastalimi modeli, smo ugotovili, da takšna predstavitev postaja vse bolj dobrodošla, saj

lahko na ta način bolje predstavimo tako prostore kot tudi njihove posamezne elemente.

Zaradi vse večjega zanimanja za razvoj 3D tehnologij in uporabnosti tako nastalih

modelov smo se odločili, da se bomo pri izdelavi magistrskega dela osredotočili na

postopke, s katerimi lahko dvodimenzionalne (v nadaljevanju 2D) statične scene

prenesemo v 3D modele.

Računalniške 3D modele lahko tvorimo na podlagi lastnih zamisli, lahko pa si pomagamo

tudi s skicami ali fotografijami. Za učinkovito delo v praksi je pomembno, da poznamo

različne postopke za izdelavo 3D modelov na osnovi 2D scen. Najprej bomo uporabili

program Insight3D, ki opravlja polavtomatsko rekonstrukcijo neke scene. Program na

podlagi več fotografij scene določi 3D pozicije točk, prepoznanih na več slikah, nato pa s

pomočjo teh 3D točk naredi 3D model. Drugi način, ki smo se ga lotili, je ročno

modeliranje in teksturiranje. Tukaj smo uporabili program Cinema 4D. V tem primeru nam

izbrane fotografije služijo zgolj kot vodilo pri določitvi osnovne oblike modela ter dodajanju

tekstur in detajlov našemu končnemu modelu.

Namen magistrskega dela je ugotoviti, kateri izmed omenjenih načinov prenosa 2D

statičnih scen v 3D modele daje boljše končne rezultate, kateri izmed njiju je enostavnejši

za vsakdanjo uporabo ter kakšne so prednosti in pomanjkljivosti posamezne metode. Naš

namen bo ugotoviti tudi, kako na prenose fotografij v 3D modele vpliva to, ali imamo na

voljo le eno fotografijo ali pa več fotografij scene. Da bi lahko prišli do želenih ugotovitev,

se bomo morali najprej seznaniti z osnovnimi teoretičnimi izhodišči geometrijskega

modeliranja, teksturiranja in vsake posamezne metode za prenos 2D statičnih scen v 3D

modele, prav tako pa tudi z obema uporabljenima programoma. Šele ko bomo seznanjeni


2

s teoretičnim ozadjem, bomo lahko učinkovito uporabili omenjeni metodi in ju tudi kritično

ocenili, kar predstavlja glavni cilj našega magistrskega dela.

Pri izdelavi magistrskega dela smo si zastavili tudi nekaj hipotez, ki jih bomo s pomočjo

empiričnega dela poskušali potrditi ali ovreči. Prva hipoteza se nanaša na trditev, ali se

postopek prenosa iz 2D statičnih scen v 3D modele da v celoti avtomatizirati. Glede na

pretekle izkušnje s tega področja, smo mnenja, da temu ni tako. Naslednja hipoteza

zagovarja dejstvo, da kljub obstoju veliko različnih postopkov prenosa 2D statičnih scen v

3D modele ne moremo izbrati postopka, za katerega bi lahko objektivno rekli, da je

najboljši. Predpostavljamo torej, da je izbira ustreznega postopka odvisna od več

faktorjev, marsikdaj pa je primerno uporabiti tudi kombinacijo različnih postopkov. Na

koncu predpostavljamo, da je rezultat prenosa 2D statične scene v 3D model boljši, kadar

imamo na voljo več konceptualnih slik ali fotografij, ki prikazujejo 2D sceno iz različnih

gledišč in zornih kotov, kot pa če imamo le eno sliko ali fotografijo. To je torej naša tretja

in hkrati tudi zadnja hipoteza.

V uvodnem poglavju smo se tako seznanili s splošnim področjem magistrskega dela, z

njegovimi nameni in cilji ter s hipotezami, ki jih bomo poskušali potrditi ali ovreči. V

nadaljevanju bomo prešli k teoretičnemu delu. Najprej se bomo podrobneje seznanili z

geometrijskim modeliranjem. Posvetili se bomo različnim metodam predstavitve 3D

objektov, predvsem mnogokotnikom in ploskvam NURBS. Prav tako bomo nekaj

pozornosti namenili geometrijskim transformacijam in Boolovim operacijam. Glede na to,

da si modelirane objekte lažje vizualiziramo z barvami in teksturami, bomo eno izmed

podpoglavij namenili tudi temu. Sledilo bo osrednje teoretično poglavje o prenosu 2D

statičnih scen v 3D modele. Obstoječe metode bomo klasificirali v več razredov, seznanili

pa se bomo tudi z najznačilnejšimi programi za modeliranje na podlagi slik. Sledi empirični

del. Tukaj bomo eno poglavje namenili programu Insight3D kot predstavniku

avtomatiziranih postopkov modeliranja na podlagi slik, še eno poglavje pa ročnemu

modeliranju in teksturiranju s pomočjo programa Cinema 4D. Po analizi rezultatov in

potrditvi ali zavrnitvi posameznih hipotez bo sledilo zaključno poglavje, v katerem bomo

podali svoje glavne ugotovitve ter naredili refleksijo našega dela.


3

2 GEOMETRIJSKO MODELIRANJE

V empiričnem delu magistrskega dela se bomo ukvarjali s prenosom 2D statičnih scen v

3D modele. Glede na to, da bomo za to uporabljali tudi program Cinema 4D, s pomočjo

katerega lahko sami ustvarjamo 3D modele, se moramo seznaniti tudi s tem, kaj je

geometrijsko modeliranje.

Po Grabantovem slovarčku osnovnih pojmov grafike [10] je modeliranje ustvarjanje

modelov oziroma proces manipulacije in združevanja preprostih oblik, tako v bolj

enostavne kot tudi v bolj kompleksne predstavitve, s pomočjo katerih lahko prikazujemo

realne ali nerealne in celo izmišljene stvari. Žalik [22] podobno definira geometrijsko

modeliranje kot razvoj tehnik in postopkov, s katerimi lahko čim bolj verno opišemo realni

(obstoječ ali še neobstoječ) geometrijski objekt s pomočjo računalnika.

Z modeliranjem je tesno povezana računalniška grafika, ki pomeni vizualizacijo

predstavljenih geometrijskih objektov in njihovo interaktivno spreminjanje [22]. Kadar

poskušamo upodobiti sliko s pomočjo 3D grafike, za to potrebujemo minimalno

konfiguracijo scene, ki je nujni pogoj za upodobitev slike. Sestavljena je iz objektov, ki jih

ta scena vsebuje, svetlobnega vira in kamere oziroma gledišča. Objekti predstavljajo

centralno pozornost slike, dobimo jih lahko z modeliranjem ali parametrično z enačbami.

Modeliranje da objektom samo osnovno obliko, poleg forme pa jim moramo iz razloga, da

bi bili kar se da realistični, določiti še ostale lastnosti, kot so materiali ter po potrebi tudi

teksture. Poleg objektov moramo, kot omenjeno, sceni dodati tudi svetlobne vire, saj bi v

nasprotnem primeru v našem navideznem prostoru vladala tema. Z lučjo v sceni

definiramo intenziteto, barvo ter tip svetlobe, ki bo našo sceno osvetljevala. Definirati

moramo tudi gledišče, kar storimo s pomočjo postavitve virtualnih kamer. Parametri

kamer, ki so nam pri tem na voljo, so analogni kameram iz fizičnega sveta, uporabimo pa

lahko tudi nastavitve, ki se ujemajo s karakteristikami človeških oči [8].

Potek izdelave scene se torej prične z modeliranjem objekta, ki predstavlja proces, s

katerim vsakemu modelu damo neko obliko ali formo. Sledi definiranje materialov, in sicer

definiranje njihove barve, odbojnosti, prozornosti ter tudi drugih podobnih karakteristik.

Namesto materialov lahko objektom dodamo tudi teksture. Proces teksturiranja se nanaša


4

na neenakomerno postavitev materialnih lastnosti. Ko smo zadovoljni s tem, kakšen je

naš objekt na pogled, sledi postavitev scene. V slednjo postavimo predhodno zmodelirane

objekte, luči in kamere. Po tem sledi le še upodabljanje. Potek izdelave scene in

povezave med posameznimi fazami so nazorno prikazane na spodnji sliki (slika 1). Vse

opisane faze niso definitivne, tudi ko objektu že definiramo material, lahko še vedno

popravimo njegovo formo ali pa se vseeno odločimo za uporabo tekstur namesto barve.

Posamezno fazo lahko po potrebi torej tudi preskočimo ali se k njej vrnemo naknadno [8].

Slika 1: Potek izdelave slike v 3D računalniški grafiki (vir: lasten)

2.1 Predstavitvene metode geometrijskih objektov

Obstaja veliko različnih načinov, kako opisati geometrijske objekte v računalniku. Po

prvotnih dvoumnih predstavitvah, kot je na primer žični model, so povsem prevladale

nedvoumne predstavitvene metode, ki med drugim vključujejo najpopularnejše tehnike

modeliranja s temeljnimi gradniki (ang. constructive solid geometry), z voksli (ang. voxels;

volumetric representation) in z ovojnico (ang. boundary representation; B-rep). Prva

opisuje telo kot zbirko enostavnih objektov, npr. krogel, valjev, kvadrov in stožcev,

obdelanih z geometrijskimi transformacijami in povezanih v celoto s pomočjo Boolovih

operacij. Pri vokslih gre za 3D-rastrsko razdelitev prostora v enakomerno 3D mrežo,

medtem ko ovojnica predstavlja mejne ploskve telesa [22]. Za nas bo pomembna prav

predstavitev z ovojnico, zato se bomo v ločenih podpoglavjih dotaknili mnogokotniške

predstavitve, ploskev NURBS in opisnih ploskev. Posebno področje geometrijskega

modeliranja predstavljajo tako imenovani sistemi delcev (ang. particle systems) ali

proceduralni modeli, ki modelirajo pojave z amorfno strukturo (oblaki, ogenj) ali z veliko

množičnostjo ponavljajočih se objektov (lasje, trava). Način modeliranja je navadno


5

povezan s tem, s kakšnim namenom bomo uporabljali narejene objekte, prav tako pa tudi

z načinom delovanja različnih programov, saj nekateri med njimi prepoznajo le določene

načine modeliranja, prav tako pa je tudi izvedljivost posameznih algoritmov pogojena z

vhodno predstavitvijo objektov.

2.1.1 Mnogokotniki

Mnogokotnik ali poligon (ang. polygon) v ravnini je definiran kot končna množica daljic ali

robov (ang. edges), tako da si vsako krajišče teh daljic delita natanko dva roba, nobena

prava podmnožica te množice robov pa ne izpolnjuje tega pogoja. Krajišča robov

imenujemo oglišča (angl. vertices). Mnogokotnik je enostaven, če si nobena dva roba ne

delita nobene točke, razen seveda sosednjih robov, ki si delijo oglišča. Enostaven

mnogokotnik nima sekajočih robov in deli ravnino v dve domeni: zunanjost in notranjost

mnogokotnika. Sam mnogokotnik sestoji iz notranjosti in iz meje (robov in oglišč).

Enostaven mnogokotnik je konveksen, če je njegova notranjost konveksna množica točk

[20]. Obstajajo tudi drugi tipi mnogokotnikov, konkavni, zvezdasti, z luknjami, a za

predstavitev ploskev so najpogosteje uporabljeni enostavni konveksni mnogokotniki, ki

imajo tri stranice – trikotniki (angl. triangles) ali štiri stranice – štirikotniki (ang. quads),

pogosto trapezi. Mejne ploskve 3D objekta so v mnogokotniški predstavitvi predstavljene

kot unija takšnih enostavnih konveksnih mnogokotnikov. Podatek o tem, iz koliko

mnogokotnikov je objekt sestavljen, nam definira tudi njegovo ločljivost. To je lepo

prikazano na spodnji sliki (slika 2). Iz nje je razvidno, da objekt, ki je sestavljen iz manj

mnogokotnikov deluje bolj grobo, ter obratno. Kadar modeliramo v praksi, moramo vedno

imeti v mislih, kakšno bo razmerje med številom mnogokotnikov na objektu in namenom

tega objekta. To je pomembno tudi iz razloga, ker se s številom mnogokotnikov

povečujeta tudi čas upodabljanja in poraba računalniškega pomnilnika. V primeru, da

izdelujemo ilustracijo za tisk, lahko uporabimo kompleksnejše objekte, saj bo končni

izdelek ena slika, kjer čas upodobitve ni tako pomemben. Drugače je, kadar imamo

opravka s 3D aplikacijami, ki se morajo izvajati v realnem času. V takšnem primeru je

hitrost upodobitve določena na največ 1/25 sekunde, kar pomeni, da moramo število

mnogokotnikov primerno zmanjšati, da bo čas upodobitve optimalen [8].


6

Slika 2: Krogli, predstavljeni z manj in več mnogokotniki (vir: lasten)

2.1.2 NURBS

Neuniformni racionalni B-zlepki ali NURBS (ang. non-uniform rational basis spline) so

matematično definirane krivulje, opisane z množico kontrolnih točk in z racionalnimi

polinomskimi funkcijami, ki vzpostavljajo relacijo med kontrolnimi točkami in samo krivuljo.

Kontrolne točke so postavljene izven same krivulje, kar je značilno za aproksimacijske

krivulje. Odsek krivulje, ki ga opisuje določeno število kontrolnih točk, imenujemo zlepek,

daljše krivulje pa dobimo z lepljenjem več zlepkov, pri čemer lahko, odvisno od namena,

prilagajamo tudi red zveznosti v stičnih točkah. V računalniški grafiki se uporabljajo tudi

drugi tipi krivulj, predvsem B-zlepki in Bézierjeve krivulje. Slednje so vizualno nekoliko

manj skladne in imajo tudi slabšo izrazno moč, je pa z njimi lažje manipulirati, saj imajo

lastnost, da krivulja poteka skozi prvo in zadnjo kontrolno točko vsakega zlepka, kjer je

tudi tangenta na kontrolno lomljenko (zaporedje daljic med zaporednimi kontrolnimi

točkami (slika 3) [9].

Z uvedbo še drugega parametra v parametrični opis krivulje zlepkov dobimo predstavitev

parametrične ploskve. 2D razširitev posameznega zlepka imenujemo krpa (ang. patch).

Najbolj osnovno obliko ploskev NURBS lahko dobimo tako, da naredimo neko osnovno

telo, kot je na primer krogla, ter ga nato interaktivno spreminjamo. Pri tem lahko

manipuliramo s kontrolnimi točkami ali pa kar s površino samo. Premik kontrolne točke ali

skupine kontrolnih točk vpliva na ploskev in obratno. Samo ploskev lahko spreminjamo

tako, da ji dodajamo krivulje in le-te naknadno prestavljamo [4].


7

Slika 3: NURBS in Bézierjeva krivulja (vir: lasten)

Slika 4 prikazuje dvoumno predstavitev z žičnim modelom ter predstavitev meje telesa,

modelirane s ploskvami NURBS. Glede kvalitete izrisa so takšni modeli imuni na

približevanje, kar pomeni, da se čas izračunov niti v takšnem primeru ne poveča [8].

Slika 4: Žični model in predstavitev s ploskvami NURBS (vir: lasten)

2.1.3 Opisne krogle

Opisne krogle (ang. metaballs) so najenostavnejši primer proceduralnih objektov. Z njimi

lahko realistično predstavimo organske forme ali pa tudi tekočine. Primerne so tako za

modeliranje kot tudi (ali pa še zlasti) za animiranje. V osnovni izvedbi so definirane s

pozicijo lokalnega koordinatnega izhodišča (težišča), s poljem gostote ter s pragom


8

vidnosti, ki ob koncentričnem spreminjanju gostote okoli težišča predstavlja polmer krogle.

Poleg tega jim je potrebno določiti tudi medsebojno interakcijo. Kadar imamo dve pozitivni

opisni krogli, govorimo o pojavu, ko se z bližanjem ena drugi pričneta povezovati v obliko

imenovano »blob«. To se dogaja tako dolgo, dokler se težišči obeh ne združita in na ta

način generirata nov, večji objekt (slika 5). Operacija spominja na Boolovo unijo, vendar

pa se gostote iz posameznih težišč seštevajo, kar zgladi prehode med zlitimi opisnimi

kroglami. V primeru, kadar se medsebojno približujeta pozitivna in negativna opisna

krogla, negativna vdira na površino pozitivne krogle (slika 6) [8]. Rezultat je podoben

Boolovi razliki. Nadaljnjo posplošitev predstavlja nekoncentrična porazdelitev gostote okoli

težišča, s čimer pridelamo različne posplošene (metakrogelne) gradnike.

Slika 5: Interakcija dveh pozitivnih opisnih krogel [8]

Slika 6: Interakcije negativne in pozitivne opisne krogle [8]


9

2.2 Operacije nad geometrijskimi objekti

Modelirne operacije nad geometrijskimi objekti nam dovoljujejo različne posege na

objekte. Ti objekti so lahko enostavni ali sestavljeni, lahko so točke, krivulje, ploskve ali

telesa. Geometrijski modelirnik tipično tvori nov objekt, ki ga uporabnik izbere v meniju ali

orodjarni, centriran v koordinatno izhodišče, poravnan s koordinatnimi osmi in privzete

velikosti. Pri umestitvi objektov v sceno potrebuje uporabnik možnost premikanja, sukanja

in spreminjanja velikosti geometrijskih modelov. Navedene funkcionalnosti predstavljajo

osnovne geometrijske transformacije, s katerimi se bomo podrobneje seznanili v

naslednjem podpoglavju. Za tem se bomo seznanili tudi z Boolovimi operacijami, ki

omogočajo povezovanje enostavnejših komponent v sestavljene objekte.

2.2.1 Geometrijske transformacije

Najbolj osnovne geometrijske transformacije, ki jih lahko uporabljamo na objektih ali

njihovih komponentah, so sprememba položaja, velikosti ter orientacije ali nagiba.

Izvajamo jih lahko na celotnem objektu ali pa le na njegovih posameznih gradnikih, kot so

na primer mnogokotniki, robovi ali oglišča. V tem poglavju se bomo sicer omejili zgolj na

mnogokotniške modele, vendar pa lahko z geometrijskimi transformacijami premeščamo

in preoblikujemo tudi krpe NURBS, opisne krogle in gradnike vseh drugih predstavitev

geometrijskih objektov, premikamo in vrtimo pa lahko tudi virtualne kamere in luči [9].

Kadar govorimo o spremembi položaja (ang. move) celotnega objekta, gre za spremembo

položaja izhodišča lokalnega koordinatnega sistema, pri čemer se ohranjajo orientacija,

nagib in dimenzije objekta. Govorimo o vzporednem premiku (vzdolž ene, dveh ali vseh

treh koordinatnih osi) ali translaciji (ang. translation), saj se vse točke objekta premaknejo

vzporedno druga z drugo. Če pa s translacijo premikamo samo posamezne predhodno

izbrane gradnike objekta, se le-ti prav tako vzporedno premaknejo, medtem ko ostali

gradniki večinoma mirujejo. Pri tem se ohranja topologija objekta, saj se premaknjeni

gradniki nikoli ne ločijo od preostanka objekta. Se pa v takšnem primeru lokalno spremeni

oblika objekta, čemur rečemo deformacija. Točke na robovih med premaknjenimi in

stacionarnimi oglišči se pri tem interpolirajo [9].


10

Spreminjamo lahko tudi velikost objekta, kar imenujemo povečava ali skaliranje (angl.

scaling). Poznamo dva načina. Objektu lahko spreminjamo velikost vzdolž vseh treh osi

hkrati (ang. resize), čemur rečemo homogeno skaliranje. V tem primeru se proporci

objekta ne spremenijo, kljub temu da ima objekt drugačno velikost kot pred skaliranjem.

Objektom pa lahko spreminjamo velikost tudi v različnih razmerjih vzdolž posameznih

koordinatnih osi (ang. stretch), kar imenujemo nehomogeno skaliranje. Kadar gre za

takšno spremembo, se spremenijo tudi proporci objekta. Velikost lahko spreminjamo tudi

vsakemu posameznemu mnogokotniku ali celo robu, velikosti brez dimenzijskega oglišča

pa seveda ne moremo spreminjati [9].

Poleg tega, da objektom lahko spreminjamo položaj, ter velikost, pa jih lahko tudi vrtimo

(ang. rotate), čemur rečemo rotacija. Vsak objekt lahko rotiramo za poljuben kot zasuka,

in sicer okoli katere koli koordinatne osi. Glede na vlogo posamezne osi v sceni se rotacija

nanaša na spreminjanje orientacije, nagiba in naklona objekta [9].

2.2.2 Boolove operacije

Kadar govorimo o Boolovih operacijah, moramo omeniti, da te predstavljajo le del mnogo

bolj obsežne Boolove algebre, ki predstavlja temelj digitalne logike. Pri modeliranju nas

najbolj zanimajo množice ter njihove medsebojne relacije. Kadar govorimo o modeliranju,

imamo opravka s tremi osnovnimi operatorji, in sicer z unijo (A ∪ B), presekom (A ∩ B) in

RAZLIKO (A – B), ki po vrsti ustrezajo logičnim operatorjem ALI (A OR B), IN (A AND B)

ter NE (NOT B oziroma v bistvu A AND NOT B), kar nazorno prikazuje tudi slika 7.

Boolove operacije predstavljajo skupaj z geometrijskimi transformacijami edini način

modeliranja v klasični tehniki s temeljnimi gradniki, običajno pa so implementirane tudi za

druge predstavitvene metode, predvsem za predstavitev z mejo. Vendar pa je ta naloga

že pri enostavnih mnogokotnikih vse prej kot enostavna, saj Boolove operacije za razliko

od geometrijskih transformacij mnogokotniških modelov spreminjajo tudi topologijo telesa

[8].


11

Slika 7: Boolove operacije unije, preseka in razlike dveh množic (vir: lasten)

2.3 Barve in teksture

Zamislimo si, kako nerealen na pogled bi bil še tako dovršeno modeliran objekt ali celotna

scena, če ne bi bila opremljena z barvami in teksturami. Takšnih objektov in scen ne bi

mogli uspešno uporabljati za animacijo, saj bi bili dolgočasni in nič kaj domišljijski. Prav

zato se moramo v našem magistrskem delu nekoliko posvetiti tudi barvam in predvsem

teksturam.

Barva je subjektivni občutek, ki nastane zaradi izpostavljenosti fotoreceptorjev na mrežnici

očesa elektromagnetnim valovanjem iz vidnega dela spektra, ki obsega valovne dolžine

približno med 380 in 760 nanometri. Pri zaznavi določenega barvnega odtenka lahko

sodeluje neomejeno mnogo valovanj različnih jakosti in polarizacij, kar je v računalniški

strojni opremi praktično nemogoče implementirati, prav tako pa nemogoče opisati v

digitalnih datotečnih formatih. Zato se v računalniški grafiki uporabljajo različni barvni

modeli, ki bolj ali manj uspešno povzemajo različne teorije barv. Izbor modela je v veliki

meri odvisen od tega, na katerih izhodnih enotah bomo svoje izdelke predstavili. Na tem

mestu se bomo osredotočili le na model RGB, ki ga uporablja večina računalniških

prikazovalnikov, digitalnih fotoaparatov in optičnih skenerjev. V modelu RGB se namesto

neskončno mnogo vzorcev (valovnih dolžin) iz optičnega dela spektra uporabljajo tri

utežena lokalna povprečja oziroma tri osnovne ali primarne barve, ki jih ne moremo dobiti

z mešanjem drugih barv, rdeča (R), zelena (G) in modra (B). Celotni barvni obseg modela

RGB predstavljajo ob osnovnih še barve, ki nastanejo z aditivnim mešanjem primarnih

barv. Vsaki primarni barvi lahko pri tem mešanju variiramo intenzivnost, kar se odraža na

tvorbi različnih barvnih odtenkov. V najpogostejši 24-bitni grafiki uporabljamo po 8 bitov za


12

vsako primarno barvo, torej lahko s pripadajočim modelom RGB teoretično predstavimo

224 ≈ 16,7 milijonov različnih barvnih odtenkov. Barvni model RGB lahko predstavimo kot

kocko, ki je definirana v prvem oktantu kartezičnega koordinatnega sistema, tako kot to

prikazuje slika 8 [9].

Slika 8: Barvni model RGB (vir: lasten)

Pri mešanju barv izhajamo iz odsotnosti svetlobe ali, drugače povedano, iz črne barve. Iz

primarnih barv mešamo sekundarne barve, med katere sodijo sinja (cianova, cian, ang.

cyan, C = B + G), škrlatna (ang. magenta, M = R + B) in rumena (ang. yellow, Y = R + G).

Kadar imamo idealne aditivne primarne barve, se njihove spektralne vrednosti seštevajo v

popolnoma belo svetlobo [8]. Mešanje primarnih barv v sekundarne nazorno prikazuje

slika 9.

Slika 9: Aditivno mešanje barv [2]


13

Kljub temu, da je barvni model RGB najpogosteje uporabljen, najbolj razširjen, pa ima tudi

nekatere slabosti in omejitve pri izboru in določanju barv. Barvni model RGB je

percepcijsko nelinearen, kar pomeni, da enake razdalje med barvami ne ustrezajo enakim

barvnim razlikam, ki jih zazna človeški vidni sistem. Iz tega razloga z njim težko

upravljamo vizualne barvne razlike na prikazovalnikih. Ker ima takšen tip barvnega

modela manjši barvni obseg od našega vidnega sistema, določenih barv na

prikazovalniku ne moremo prikazati. Za razliko od našega vidnega sistema model tudi ne

nudi neposredne povezave s tremi fizikalnimi barvnimi dimenzijami, ki jih predstavljajo

svetlost barve, barvni ton ter nasičenost, kar povzroči težave pri določanju številčnih

vrednosti RGB, tako za posebne barvne kot tudi svetlobne učinke, kot so na primer rahli

prehodi senc in odsevi svetlobe [8].

Iz vidika našega magistrskega dela je poznavanje barv in barvnih modelov pomembno

predvsem pri tehniki 3D modeliranja na podlagi skic (ang. sketch based modelling), s

katero poskrbimo samo za geometrijo in topologijo ustvarjenega 3D modela, ne pa tudi za

materialne lastnosti. Če nimamo na voljo primernih slik posameznih ploskev, lahko za

izboljšanje vizualizacije tudi preprosto pobarvamo posamezne ploskve, lahko pa

uporabimo tudi kakšno proceduralno teksturo, ki na ploskvi ustvari določen barvni ali

reliefni vzorec ali šum. Pri 3D modeliranju na podlagi fotografij (ang. image based

modelling) pa je namesto barvanja objektov vsekakor bolj smiselno razmisliti o pridobitvi

tekstur posameznih ploskev iz uporabljenih fotografij.

Teksturiranje je proces, s pomočjo katerega ustvarjamo površine in barvne atribute

nekega modela, iz razloga da bi le-tega naredili kar najbolj realističnega in podobnega

realnemu objektu, ki ga želimo prikazati. Pri tem ni dovolj, da objektu dodamo le teksturo,

razmišljati moramo tudi o tem, s kakšnim modelom želimo prikazati objekt in kakšne bi

bile lastnosti objekta, ki ga model prikazuje v realnosti. Izdelani objekti iz tega razloga ne

smejo biti popolni, kar nam omogoča večina programov, ampak morajo imeti tudi napake,

biti morajo realni [4]. Poleg tega, da teksture dodajo modelu realnost, jim lahko

spreminjamo tudi ostale nastavitve. Določimo jim lahko orientiranost ali nagib, velikost,

intenziteto in način mešanja z ostalimi teksturami ter način ponavljanja, kadar je tekstura

manjša od površine, ki jo bo zasedla.


14

Teksture lahko dodajamo objektu na več načinov, predvsem ločimo projiciranje in lepljenje

(ali mapiranje) tekstur. Običajno izhajamo iz pravokotne teksture, ki jo torej ali projiciramo

ali mapiramo na izbrano ploskev ali telo. Najpogostejše projicirane teksture so ravninska,

sferična, cilindrična, stožčasta in kubična, ki jih izbiramo glede na približno ukrivljenost

ploskve, na katero želimo postaviti teksturo. Kadar pa ploskev ni blizu nobeni izmed

navedenih oblik, tvegamo, da projiciranje teksture ne bo doseglo vseh njenih točk, zato v

takšnih primerih rajši izberemo tako imenovano UV mapiranja parametričnih tekstur, ki za

točke 3D ploskve, na katero lepimo teksturo, določi barvo s pomočjo matematične

preslikave vrednosti iz 2D matrike teksture. Takšna matrika je lahko fotografija,

računalniško ustvarjena slika, v primeru animacije tudi video, lahko pa uporabimo tudi

tako imenovane proceduralne teksture, kjer matematično opišemo tvorbo vzorca, ki

obarva piksle 2D matrike [15].


15

3 PRENOS 2D STATIČNIH SCEN V 3D MODELE

3D modeliranje je celosten proces, ki se prične s pridobivanjem podatkov in konča z

nastankom 3D virtualnega modela, ki je interaktiven na računalniku [12]. V zadnjem času

se zaradi potenciala ustvarjanja realističnih podob vse več pozornosti na področju

računalniške grafike namenja tehnikam modeliranja (ang. modeling) in upodabljanja (ang.

rendering) osnovnih gradnikov na podlagi fotografij. Ena izmed njihovih prednosti je

nedvomno zmožnost, da zajamejo efekte iz resničnega sveta, ki jih je vseeno težje

prikazati. Takšne tehnike vsaj nekoliko pripomorejo k ublažitvi dveh perečih problemov s

področja računalniške grafike. Prvi izmed njiju je potreba po enostavnejših tehnikah

modeliranja, ki so primerne tudi za predstavitev kompleksnejših scen. Tega se izognemo

z zamenjavo nekaterih geometrijskih modelov s pomočjo delov, ki so v sceni zastopani

zgolj s slikovnimi elementi. Drugi problem, ki se pojavlja, je potreba po vse hitrejšemu

upodabljanju, kar lahko odpravimo s pomočjo ponovnega vzorčenja že vnaprej osenčenih

slik [11].

Pri izdelavi 3D modelov si lahko pomagamo s prenosom 2D statičnih scen v 3D modele.

Kot statične scene nam lahko služijo fotografije ali skice. Definicija fotografije v

dobesednem pomenu bi pomenila risati na svetlobo. Fotografija je tehnika, s pomočjo

katere trajno zapišemo mirujoče ali gibajoče se predmete na različne načine. Vsaka

fotografija poudarja ali se osredotoči na nek določen predmet, ki ga želimo zajeti v sliko

[7]. Prenos scen v modele je lažje izpeljati na podlagi fotografij, nekoliko težje iz skic, v

primeru da imamo opravka z nejasnimi skicami, ki ne vsebujejo dovolj detajlov za izdelavo

končnega modela. To imenujemo modeliranje na podlagi skic (ang. sketch based

modeling, SBM). Takšno modeliranje predstavlja trenutni trend, postaja vse bolj dostopno

ter vključuje tudi bolj naravne vmesnike. Iz tega razloga so se razvili tudi modelirni

vmesniki, ki temeljijo na skicah (ang. sketch-based interfaces for modeling, SBIM). Cilj

metode je, da omogoči uporabo skic in grobo narisanih risb pri procesu modeliranja, vse

od grobega začetka izdelave modela do končnih detajlov. Mapiranje 2D skice v 3D model

je zahtevna in precej težavna naloga, ki je lahko tudi precej dvoumna. Na podlagi tega,

kako modelirni vmesniki, ki temeljijo na skicah, le-te dojemajo, je nastala kategorizacija, ki

zajema tri metode. Mednje sodijo ustvarjanje 3D modela, dodajanje detajlov obstoječemu

modelu in manipuliranje z modelom. Za izdelavo takšnega modela na podlagi skice, kot


16

ga prikazuje slika 10, potrebujemo ne le kompleksno programsko opremo, ampak tudi

nekoga, ki bo razumel, kaj skica prikazuje ter jo znal uspešno prenesti v 3D model [21].

Slika 10: 3D model, nastal na podlagi skice [21]

Ne glede na to, ali do končnega modela pridemo na podlagi fotografij ali skic, lahko vsako

uporabljeno 3D metodo klasificiramo. Najbolj splošna klasifikacija upošteva razmerja med

objekti in rekonstrukcijskimi tehnikami. Deli jih na stične metode (ang. contact methods)

ter nestične metode (ang. non-contact methods). Med stične metode sodijo na primer

uporaba koordinatnih merilnih naprav, škarij, ravnil, med nestične na primer rentgensko

snemanje (X-ray), fotogrametrija, lasersko skeniranje. Za generiranje 3D modelov se

večinoma uporabljajo nestični sistemi, ki temeljijo na valovni dolžini svetlobe in uporabljajo

aktivne (ang. active) ali pasivne senzorje (ang. passive sensors) [12]. Aktivni senzorji pri

samem procesu zaznavanja za delovanje ne potrebujejo zunanjih virov energije, ampak

uporabljajo izključno lastni vir, medtem ko pasivni senzorji ne morejo delovati brez

zunanjega vira. Med tehnologijami, ki temeljijo na delovanju pasivnih senzorjev, lahko

omenimo večino fotografskih tehnologij. Pri aktivnih senzorjih pa lahko kot primer

navedemo tehnologije, s pomočjo katerih delujejo elektronski mikroskopi in radarji [16].

Glede na aktivne in pasivne senzorje lahko trenutno v grobem ločimo štiri razrede metod

za modeliranje objektov in scen. Metode so poimenovane na podlagi slik, ki jih

uporabljamo za pomoč pri modeliranju. Metode iz prvega razreda niso prave metode

modeliranja, saj zgolj upodabljajo obstoječe slike iz spremenjenih zornih kotov virtualne

kamere. Govorimo o upodabljanju na podlagi slik (ang. image-based rendering, IBR). Za

posamezne objekte pod določenimi premiki kamer in izpolnjenimi pogoji v sceni pomenijo

metode kar dobre tehnike za generacijo virtualnih pogledov. Takšna metoda omogoča nov

pogled na 3D okolje direktno iz vnesenih podob. Zanaša se na direktno poznavanje pozicij

kamer ali na izvajanje samodejnega prilagajanja, ki v primeru, da na voljo nimamo

geometrijskih podatkov, potrebuje večje število bližnjih si podob za uspeh. Na končni


17

rezultat vplivajo tudi diskontinuitete, še predvsem če so te večje in del geometrijsko

kompleksnega okolja. Zmožnost, da se lahko prosto pomikamo po sceni in da vidimo

objekte iz katere koli pozicije, je lahko omejena s tem, katero izmed metod uporabljamo.

Iz tega razloga je dotična metoda navadno uporabljena za aplikacije, ki potrebujejo

omejeno vizualizacijo [12].

Naslednja skupina metod tvori 3D modele na podlagi slik (ang. image-based modeling,

IBM). To je široko uporabljen pristop za izdelavo geometrijskih površin arhitekturnih

objektov ali za natančno modeliranje terena in mest. V večini primerov so najboljši in

najbolj natančni rezultati tisti, ki so doseženi z interaktivnim pristopom. Metode tega

načina, med njimi tudi fotogrametrija, uporabljajo mere, pridobljene iz 2D slik, s pomočjo

katerih pridobijo informacije za izdelavo 3D objektov. Podatke pridobijo s pomočjo

matematičnih metod ali pa s pomočjo metod, ki omogočajo izdelavo podob na podlagi

senčenja, tekstur, zrcaljenja in obrisov. Pasivne metode na podlagi fotografij pridobivajo

podatke za ustvarjanje razmerij na 3D modelih s pomočjo različnih pogledov iz vseh treh

koordinatnih smeri. Te metode uporabljajo projekcijsko geometrijo ali perspektivni pogled

kamer. Poleg tega, da so zelo prenosljive, je njihova prednost tudi, da uporabljeni senzorji

navadno ne predstavljajo prevelikih stroškov, saj gre bolj ali manj za običajno fotografijo

[12].

Naslednjo skupino tvorijo metode modeliranja na podlagi merjenja razdalj (ang. range-

based modeling, RBM). Takšna metoda direktno v realnem okolju zajame 3D

geometrijske podatke o objektih. Temelji na precej dragih aktivnih senzorjih, omogoča pa

lahko precej podrobno in natančno upodobitev večine prikazanih oblik. Uporabljeni

senzorji se zanašajo na umetno osvetlitev. Ne glede na vse, metoda ne zagotavlja nujno

najboljših rezultatov. Najbolj idealni pogoji za to, da pridobimo slike, niso nujno tudi

najboljši pogoji za upodabljanje. Tovrstne metode praviloma zajemajo oblake točk, ki jih je

treba pred vizualizacijo še pretvoriti v ploskovne modele ali pa uporabiti točkovno

upodabljanje (ang. point based rendering, PBR), ki se sicer obnese pri pogledih od daleč,

ni pa tako prikladno za približevanja, saj so med točkami moteče vrzeli. Sami oblaki točk

so nestrukturirani, nimajo topologije, kar lahko pri določenih objektih predstavlja težave

tako pri tvorjenju ploskovnih modelov kot pri določanju normal za PBR [12].

Težava pri metodah RBM je tudi, da aktivni senzorji merijo intenzitete lastnega

oddajanega valovanja, ki niso v direktni povezavi z barvitostjo realnega sveta. Pri


18

vizualizaciji se največkrat uporabljajo kar sivinske slike, bolj ali manj posrečeno

sestavljene barvne palete ali pa povsem domišljijsko barvanje posameznih nivojev

intenzitete. Zadnja skupina metod poskuša metode RBM obogatiti s slikovno informacijo,

ki jo nudijo pristopi iz prve (IBR) in druge skupine (IBM), temelječi na pasivnih senzorjih. S

projiciranjem fotografij na točkovne modele RBM ali na iz njih pridobljene ploskve lahko

močno povečamo realističnost upodobljenih scen. Prav tako lahko sočasna raba metod

RBM in IBM doprinese h kvaliteti končnega modela. Kot ključne točke pri fotogrametriji

lahko na primer uporabimo izbrane točke iz oblaka točka RBM. Prav fotogrametrija in

lasersko merjenje sta bila združena posebej z namenom, za obdelavo kompleksnih in

večjih arhitekturnih objektov. Nobena posamezna tehnika na tem področju se ni izkazala

za dovolj učinkovito, da bi nam kot končen izdelek ponudila dovolj detajlni model.

Navadno so osnovne oblike, kot na primer ravninske površine, določene s pomočjo metod

upodabljanja in modeliranja na podlagi slik, medtem ko so ostale podrobnosti določene s

pomočjo modeliranja na podlagi merjenja razdalj [12].

Glede na vse predhodno opisane metode lahko torej s precejšnjo gotovostjo trdimo, da

trenutno ne obstaja izključno ena tehnika modeliranja, ki bi lahko zadovoljila vse naše

potrebe. Med te sodijo predvsem natančnost, prenosljivost, popolna avtomatičnost,

fotorealističnost ter razmeroma nizki stroški [12]. Sklope kombinacij vseh opisanih metod

in tehnik modeliranja lahko uporabljamo na najrazličnejših aplikativnih področjih. Med

njimi moramo nedvomno omeniti medicino, kjer si lahko z njihovo pomočjo pomagamo pri

diagnosticiranju in tudi pri načrtovanju kirurških operacij. Na primer s pomočjo magnetne

resonance lahko rekonstruiramo posneti organ ter naredimo njegov 3D model, s katerim

lahko interaktivno upravljamo. Tvorimo in doživljamo lahko tudi navidezno resničnost, v

kateri lahko na primer bodoči kirurgi operirajo navidezne bolnike. Osrednji namen

navidezne resničnosti je namreč, da udeleženca postavi v navidezno okolje, ki je

posnetek obstoječega ali neobstoječega okolja. Omeniti velja tudi kartografijo, pri kateri

nam omenjene metode omogočajo enostavno reproduciranje katerih koli kart, tako v

različnih merilih kot tudi z drugimi skupinami podatkov. Z omenjenimi metodami si lahko

pomagamo tudi pri računalniško podprtem učenju, saj si lahko nekatere stvari veliko

hitreje zapomnimo, če so nam tematike grafično prikazane. Vse bolj pa je razširjeno tudi

področje računalniške umetnosti, na katerem lahko s pomočjo tehnik modeliranja tvorimo

slike z najrazličnejšo vsebino, ki pri občudovalcih umetnosti vzbudijo najrazličnejše

občutke [9].


19

3.1 Pregled metod 3D modeliranja na podlagi slik

Metode modeliranja na podlagi slik, torej tiste iz drugega razreda po klasifikaciji v

prejšnjem poglavju, lahko nadalje uvrstimo v tri razrede. Prva skupina metod temelji na

pristopih, ki poskušajo samodejno pridobiti modele 3D scene iz nepreverjenih slik. Na

področju avtomatizacije procesov za pridobivanje slik ter njihove kalibracije in orientacije

je bilo precej truda vloženega v to, da bi lahko določili 3D koordinate neke scene in jo nato

zmodelirali. Kljub temu metoda še vedno ni vsakokrat uspešna ali potrjena v praktičnih

primerih. Popolnoma avtomatiziran postopek, ki se na tem področju omenja v

računalništvu, se prične z zaporedjem ozko razmaknjenih slik, posnetih s pomočjo

neumerjene kamere. Sistem nato samodejno pridobi podatke o točkah, kot so na primer

vogali, nato pa jim zaporedno poišče ujemajoče se točke tudi na sosednjih slikah. Določi

tudi parametre kamer. Ključ do uspeha tega postopka je, da se slike ne smejo preveč

razlikovati. Prvi dve sliki sta navadno uporabljeni za inicializacijo zaporedja. Ta se opravlja

na osnovah projekcijske geometrije, običajno pa v nadaljevanju sledi prilagajanje. Po tem

se izvede samodejno preverjanje mer, na podlagi katerega program najprej določi

parametre kamer. Sledi samodejno ustvarjanje modela 3D površine. V primeru, da imamo

opravka s kompleksnimi objekti, je potrebno izvesti dodatne postopke za preverjanje

ujemanja. Na ta način pridobimo podatke o gostoti globinskih kart in posledično tudi

celoten 3D model. Avtomatske metode modeliranja temeljijo na značilnostih, ki jih lahko

izvlečemo iz scene in se samodejno prilagodijo. Iz tega razloga se kot problematične

lahko izkažejo spremembe osvetlitve, kvaliteta slik, omejene lokacije za zajemanje slik ter

gladke površine brez prepoznavnih vzorcev. Izvedba avtomatskega procesa zahteva

uporabo visoko strukturiranih slik z dobrimi teksturami, visoko stopnjo okvirjev in uporabo

gibajočih se kamer, pri čemer se lahko pojavi problem neenakomerne osvetlitve.

Primerljive rezultate lahko dobimo tudi z uporabo množice stacionarnih fotoaparatov, ki jih

lahko sprožimo praktično v istem trenutku. Pri tem so lahko osvetlitveni pogoji enaki za

vse kamere. V primeru, da tega ne upoštevamo, dobljeni rezultati ne bodo zanesljivo

uporabni. Stopnja avtomatizacije postopka je povezana s kakovostjo in natančnostjo 3D

modela, ki ga imamo namen izdelati. Tudi najbolj dovršene metode tako dopuščajo okoli 5

% napak, kar v nekaterih primerih omejuje uporabo določenih programov in aplikacij.

Pogosto je potrebno nekatere popravke vnesti tudi naknadno, kar pomeni, da je

interakcija še vedno potrebna. Iz tega sledi, da so tudi popolnoma avtomatski procesi na

splošno ne povsem idealni in omejeni na iskanje korespondence med točkami ter

postavitve kamer. Ravno iz tega razloga so z avtomatskimi postopki narejeni modeli


20

uporabljeni bolj za namene grobe ponazoritve, medtem ko je za visoko natančnost in

fotorealizem interakcija še vseeno obvezna [12].

Naslednji razred predstavljajo pristopi, ki opravljajo polavtomatsko 3D rekonstrukcijo scen

iz usmerjenih slik. Ti pristopi interaktivno ali avtomatsko orientirajo in kalibrirajo slike, nato

pa izvedejo polavtomatsko modeliranje, ki se zanaša na človeški subjekt. Ti pristopi so

veliko pogostejši, zlasti pri modeliranju kompleksnih geometrijskih objektov. Interaktivno

delo je sestavljeno iz definicije topologije, kateri sledi urejanje in poobdelava 3D podatkov.

Končni model, ki temelji izključno na izmerjenih točkah, je običajno sestavljen iz omejenih

nepravilnih površin, ki se prekrivajo in potrebujejo nekaj sprememb. Stopnja

avtomatizacije modeliranja se poveča, ko uvedemo nekatere predpostavke o predmetu,

kot so na primer pravokotnost ali vzporednost površin. Na tem področju so bili razviti tudi

hibridni sistemi, enostavni za uporabo, ki omogočajo ustvarjanje 3D modelov arhitekturnih

značilnosti iz majhnega števila fotografij. Postopek poteka tako, da se osnovna

geometrijska oblika strukture najprej ročno modelira z uporabo poliedrskih modelov

elementa. V tej interaktivni stopnji je predpostavljeno, da sta dejanska velikost elementov

in pozicija kamere določeni na podlagi znanih parametrov notranje kamere. Naslednji

korak je avtomatski postopek ujemanja. Ta doda geometrijske detajle, ki so omejeni z

znanim osnovnim modelom. Pristop se je izkazal za učinkovitega pri ustvarjanju

geometrijsko natančnih in realističnih 3D modelov. Njegova slaba stran je le velika stopnja

interakcije. Pristop je skozi leta postajal vse bolj dovršen. Razvil se je v polavtomatsko

tehniko za arhitekturno modeliranje, pri kateri se kamere kalibrirajo s pomočjo znanih oblik

stavb, ki jih modeliramo. Modeli so ustvarjeni na hierarhičen način, tako da so strukture

razdeljene na osnovne oblike, na teksture in bolj podrobno geometrijo, kot so na primer

okna. Takšno podrobno modeliranje je interaktiven postopek, ki od uporabnika zahteva,

da zagotovi informacije, kot so na primer širina, višina in polmer. Po tem, ko imamo te

podatke podane, je dokončna oblika izračunana samodejno [12].

Tretji razred metod IBM predstavljajo pristopi, ki opravljajo popolnoma avtomatizirano 3D

rekonstrukcijo scen iz usmerjenih slik. Pri tem se usmerjenost in kalibriranje izvedeta

ločeno, interaktivno ali samodejno. Rekonstrukcija 3D objekta je potem v popolnosti

avtomatizirana. Večina pristopov izkoristi močne geometrijske omejitve, kot sta na primer

pravokotnost in vertikalnost, ki sta navadno prisotni v arhitekturi. Tehniko lahko uporabimo

tudi na eni sami sliki. Potem njeno projekcijo prenesemo na drugo sliko, da bi jo preverili

[12].


21

Modeliranje s pomočjo programa Insight3D bi težko uvrstili v katerokoli od omenjenih treh

kategorij, saj gre v bistvu za polavtomatsko rekonstrukcijo iz neusmerjenih slik. Program

sam orientira slike in pozicionira kamere, prav tako tudi samodejno predlaga točke, ki so

skupne več slikam, uporabnik pa lahko interaktivno briše ali premika posamezne izmed

teh točk, prav tako pa tudi ročno določi končne mnogokotnike ploskovnega modela.

Poleg navedenih treh kategorij (če na podlagi lastnih izkušenj s programom Insight3D

dopolnimo klasifikacijo) moramo omeniti tudi možnost, da fotografije uporabimo le kot

predloge, katerih opazovanje in preučevanje potem uporabimo za ročno tvorbo

geometrijskih modelov. V empiričnem delu bomo uporabili tudi takšen pristop, in sicer s

programom Cinema 4D.

Ne glede na uporabljen pristop, pa je modeliranje na podlagi slik velikokrat le prvi korak v

procesu ustvarjanja novih pogledov na predhodno posnete scene, torej v postopku

upodabljanja na podlagi slik. Sledi teksturiranje, kjer je vsekakor smiselno uporabiti

teksture, pridobljene iz vhodnih fotografij našega modeliranja. Takšne teksture se lahko

na ročno, avtomatsko ali polavtomatsko ustvarjene modele ali projicirajo ali mapirajo

(lepijo). Insight3D se poslužuje te možnosti, medtem ko pri uporabi Cinema 4D lahko

uporabimo tudi barve in teksture iz drugih virov. Samo smo pri teksturiranju iz fotografij, ki

so nam bile na voljo, izrezali želene dele in jih v program naložili kot teksture. Sama

geometrija, algoritem, dobre in slabe strani projiciranja, mapiranja in transformacije tekstur

iz fotografij so druga zgodba, ki presega okvirje tega magistrskega dela.

3.2 Programska oprema za 3D modeliranje na podlagi slik

Pri prenosu 2D statičnih scen v 3D modele si lahko pomagamo z različno programsko

opremo. V razredu avtomatskih ali polavtomatskih fotogrametričnih programov moramo

najprej omeniti polavtomatski program Insight3D, ki smo ga uporabljali tudi sami.

Omenjen program je preko spleta prosto dostopen. Z njegovo pomočjo lahko na podlagi

fotografij neke scene izdelamo 3D model. Deluje tako, da v njega naložimo izbrane

fotografije, program pa nato preračuna pozicije posameznih točk in jih uvrsti v prostor. Ima

kar precejšnjo stopnjo avtomatizacije, kar pomeni, da večino dela opravi sam namesto

nas [13]. Med drugimi določa tudi položaje kamer oziroma orientacijo posameznih slik. V

kategorijo avtomatskih programov sodi tudi program PhotoModeler, katerega programska

oprema izvleče 3D meritve in modele iz fotografij, ki jih posnamemo z navadnim


22

fotoaparatom. V bistvu program predstavlja za uporabnike stroškovno zelo učinkovit

način, s pomočjo katerega lahko opravimo natančno 3D skeniranje in merjenje [18].

Podobno programsko opremo predstavlja tudi program Autodesk Recap, katerega nove

tehnologije omogočajo neposreden zajem prostorskih podatkov o fizičnem svetu. Iz tega

razloga omogočajo izboljšanje delovnih tokov po vsej industriji, ki načrtuje proizvodnjo ali

upravljanje fizičnih izdelkov ali raznih projektov, od stavb pa vse do avtocest in video iger

[3]. Avtomatski program za prenos 2D scen v 3D modele predstavlja tudi program

snovalcev Acute3D, Smart3DCapture®, ki uporabnikom ponuja plačljivo programsko

rešitev. Ta omogoča izdelavo 3D modelov visoke ločljivosti iz fotografij, brez posredovanja

človeka. Program deluje tako, da analizira serijo fotografij statičnega predmeta iz več

zornih kotov. Program samodejno zazna posamezne slikovne elemente, ki ustrezajo

istemu fizičnemu mestu. Na ta način ustvari precej natančne 3D oblike [1]. Omeniti velja

tudi program Photometrixa, Australis, ki je namenjen opravljanju visoko avtomatiziranih

3D koordinatnih meritev in fotogrametrične kalibracije kamer iz več-postajnih digitalnih

omrežij. Program podpira samodejno merjenje točk ciljnih objektov kot tudi proizvodnjo 3D

oblakov točk želenih objektov. Program naj bi bil idealen tako za uporabo v industriji kot

tudi za poučevanje fotogrametričnih načel in praks, kar predstavlja cenjeno orodje tako na

področju raziskav kot tudi praktičnega usposabljanja [17].

Tudi na področju ročnega modeliranja in teksturiranja obstaja kar precej programov, ki so

na voljo uporabnikom. Kot prvega moramo seveda omeniti Maxonov program Cinema 4D,

ki smo ga uporabljali tudi sami. Program, ki je primeren tako za bolj profesionalne kot tudi

za bolj ljubiteljske uporabnike, omogoča, da z njegovo pomočjo ter z orodji, ki jih imamo

na voljo, modeliramo 3D objekte, tem dodajamo videz različnih materialov in tekstur, jih

animiramo, prav tako pa nastavljamo tudi osvetlitev in kamere ter modele upodobimo [14].

Eden pogosteje uporabljenih brezplačnih programov je tudi Blender. Uporabnikom

omogoča modeliranje, dodajanje animacij, izdelovanje raznih simulacij, prav tako pa tudi

urejanje in montiranje video vsebin ter celo ustvarjanje interaktivnih video iger. Prednost

programa je tudi, da enako dobro deluje na vseh operacijskih sistemih [5]. Med programi,

ki omogočajo ročno 3D modeliranje, moramo omeniti tudi Autodeskova programa Maya®

in 3ds Max, ki poleg modeliranja omogočata tudi animacijo, simulacijo, upodabljanje in

komponiranje. Programska oprema torej ponuja celovito ponudbo ustvarjalnih platform [2].

Tudi program Curvy 3D je enostaven program za modeliranje, ki uporabnikom omogoča,

da svoje ideje spremenijo v modele tudi kadar se ti lotevajo modeliranja na podlagi skic.

Program omogoča skiciranje, barvanje ter obrisovanje. Primeren je tudi za upodabljanje


23

narave [6]. Omeniti pa je velja tudi program ZBrush, ki vsebuje kar nekaj izključno svojih

funkcij, ki jih je mogoče uporabljati skozi celotni ustvarjalni proces, od začetnega

oblikovanja modela pa vse do dodajanja umetniških detajlov na samem koncu [19].


24

4 FOTOGRAMETRIČNO MODELIRANJE V PROGRAMU

INSIGHT3D

Insight3D je računalniški program, s pomočjo katerega lahko iz fotografij naredimo 3D

modele. Program je zasnovan tako, da je primeren tudi za uporabnike, ki nimajo nobenih

izkušenj s prenosom fotografij v 3D modele. Delo z njim naj bi bilo skrajno preprosto, ker

ima kar precejšnjo stopnjo avtomatizacije, kar pomeni, da večino dela opravi sam

namesto nas. Vse, kar moramo storiti, je, da več fotografij realne scene, kot je na primer

zgradba, naložimo v program, nato pa ta izračuna 3D pozicije posameznih točk in jih

umesti v prostor. Samodejno izračuna tudi najoptimalnejše pozicije virtualnih kamer in jih

prav tako postavi v prostor. S pomočjo ostalih orodij za modeliranje, ki jih program

vsebuje, lahko ob koncu ustvarimo tudi druge mnogokotniške in teksturirane modele ter jih

dodamo v sceno. Prednost uporabe programa Insight3D je tudi v tem, da sta tako sam

program kot tudi navodila za njegovo uporabo prosto dostopni na spletu, in sicer na

spletni strani http://insight3d.sourceforge.net/ [13]. Obstaja različica tako za operacijski

sistem Windows, kot tudi za operacijski sistem Linux. Program bomo uporabljali na

operacijskem sistemu Windows.

Da bi lahko prenesli 2D statične fotografije v 3D modele, moramo posneti serijo fotografij,

ki obsegajo celotno sceno, ki jo želimo rekonstruirati v 3D model. V primeru, da imamo na

voljo le eno fotografijo, programa ne moremo uporabiti za prenos te v 3D model.

Priporočljivo je, da posnamemo več fotografij iz različnih zornih kotov ter iz različnih

gledišč. Pri fotografiranju pa ni nujno, da smo pozorni na svojo pozicijo, niti ni potrebno,

da opravljamo kakršne koli meritve, saj bo vse to namesto nas avtomatsko opravil

program. Kljub temu pa se moramo držati nekaj osnovnih pravil:

� Fotografije morajo biti jasne in ne zamegljene.

� Vrstni red fotografij določi uporabnik sam, glede na to, kako jih v program naloži.

Slediti si morajo v nekem smiselnem zaporedju, na primer od ene strani nekega

objekta do druge strani.

� Fotografije, ki si sledijo morajo dobro prekrivati druga drugo. Priporočljivo je, da

imajo fotografije med seboj poleg osrednjega objekta še več skupnih objektov.


25

� Fotografije morajo imeti omejene razlike v medsebojnih kotih. Priporočljivo je, da

so razlike v kotih med fotografijami z velikim deležem prekrivanja, nekje med 15 in

25 kotnih stopinj.

� Fotografije naj bodo čim bolj polne edinstvenih detajlov in tekstur. Starejše

zgradbe in skulpture so za obdelavo v programu lažje kot na primer enostavne

prazne stene.

� Izogibati se moramo fotografijam, ki prikazujejo ravninske prizore.

� Upoštevati moramo pravilo treh. Vsak del scene, ki jo prikazuje fotografija in ga

želimo prikazati v svojem 3D modelu, mora biti viden in označen na vsaj treh

različnih fotografijah [13].

4.1 Izbor fotografij

Odločili smo se, da bomo svoje delo omejili na hiše, in sicer smo uporabili fotografije vile,

ki se nahaja pod Kalvarijo v Mariboru (slika 11). Pri izboru fotografij smo za upodobitev

izbrali samo eno steno vile. Za to poenostavitev smo se odločili zato, da smo lažje

prikazali dobljene rezultate. Ko smo program preizkušali z uporabo več fotografij in s tem

tudi več sten, naši končni rezultati niso bili uporabni. Prišlo je namreč do povezovanja točk

na različnih ploskvah. Iz tega razloga smo postopek večkrat ponovili, nazadnje pa smo

prikazali postopek, s pomočjo katerega so bili rezultati najboljši. Čeprav je možno tako z

Insight3D kot tudi s Cinemo 4D, ki smo jo preizkusili v 5. poglavju, uspešno modelirati in

upodabljati tudi druge objekte, kot so na primer ljudje, živali in rastline, pa naj bi bil

predvsem Insight3D najprimernejši prav za izdelavo modelov stavb, zaradi česar bomo

uporabljena programa najlažje primerjali med seboj.

Izbrana vila predstavlja precej raznoliko zgradbo, za katero smo menili, da bo

predstavljala izziv ne le za prenos s pomočjo programa Insight3D, ampak tudi za

modeliranje s pomočjo programa Cinema 4D. Ima več edinstvenih detajlov kot tudi

tekstur, zaradi česar naj bi bila glede na postavljena pravila lažja za obdelavo v izbranem

programu. Vedno, kadar se odločamo za uporabo fotografij, je priporočljivo, da uporabimo

lastne fotografije, prav tako pa je priporočljivo, da predhodno poizvemo, ali glede uporabe

takšnih fotografij obstajajo kakršne koli omejitve. Ravno iz tega razloga smo se, predno

smo fotografije posneli in jih kasneje tudi uporabili v magistrskem delu, pri pristojnih

organih pozanimali ali tudi v tem primeru obstajajo kakršne koli omejitve. Izvedeli smo, da

za uporabo takšnih fotografij ni omejitev, vse dokler te ne prikazujejo podatkov, kot so


26

hišne številke in registrske številke avtomobilov, ali ne prikazujejo obrazov oseb. V kolikor

bi na fotografijah bile vidne osebe, bi za uporabo posnetkov potrebovali njihovo privolitev.

Slika 11: Izbrana vila (vir: lasten)

Slika 12 prikazuje celotno serijo fotografij, ki smo jih uporabili v praksi. Da bi pri

fotografiranju dobili kar se da uporabne fotografije, smo se držali nekaterih koristnih

smernic. Fotografirali smo ob sončnem vremenu, tako da so naše fotografije jasne in ne

zamegljene. Pazili smo tudi na to, da imajo vse izbrane fotografije skupne elemente

oziroma objekte, ki jih bo lahko zaznal tudi program, zaradi česar bo lahko izračunal

pozicije posameznih točk.

Slika 12: Izbrana serija fotografij (vir: lasten)


27

4.2 Prenos fotografij v 3D model

Ko zaženemo program Insight3D, se pred nami pojavi začetno okno, ki ga prikazuje slika

13. Na vrhu se prikaže glavni meni (ang. Main menu), ki poleg običajnih postavk, kot so

File (datoteka), Edit (urejanje) in View (pogled), vsebuje tudi elemente Matching

(primerjava), Calibration (preverjanje mer), Modeling (modeliranje) in Image (podoba). V

nadaljevanju bomo skozi praktični del omenili in po potrebi razložili tudi tiste elemente

pripadajočih podmenijev, ki jih bomo uporabili in za katere se nam bo razlaga zdela

potrebna. Poleg glavnega menija program ob strani prikazuje tudi nekaj stranskih menijev

(ang. Sidepanel), ki se jim bomo prav tako bolj posvetili med samim delom.

Slika 13: Začetni zaslon programa Insight3D (vir: lasten)

Poleg glavnega okna ves čas uporabe programa vidimo tudi okno, v katerem se beležijo

vse naše akcije. Prav tako se nam ob izvajanju kakršnih koli procesov odpre tudi okno, ki

nam kaže napredek dogodkov. V času, ko je vidno to okno, ni možno interaktivno delo s

programom.

Naše delo se nadaljuje tako, da v program naložimo izbrane fotografije. To storimo tako,

da v podmeniju File (datoteka) izberemo možnost Add image (dodaj sliko). Dodane

fotografije so v programu vidne v celoti, tako kot to prikazuje slika 14. Fotografije lahko v

program naložimo v dveh formatih, in sicer v .jpg ali v .gif. Nalagamo lahko posamezne


28

fotografije ali pa tudi celo serijo fotografij. V primeru, da se odločimo za slednjo možnost,

moramo imena fotografij zapisati v tekstovno datoteko (ang. text file), ki mora v ta namen

vsebovati končnico .txt ali .ifl. Po tem, ko v program dodamo vse želene fotografije, se

nam kot prva prikaže tista, ki smo jo dodali kot zadnjo. Vse fotografije si lahko ogledamo s

pomočjo funkcije, ki omogoča ogled predhodne (ang. Previous) ali naslednje (ang. Next)

fotografije. Sedaj lahko končno pričnemo s postopkom prenosa iz fotografij v 3D sceno.

Slika 14: Osnovni pogled naložene fotografije (vir: lasten)

Dotični program določi tako pozicije točk, ki omejujejo objekte na sliki, kot tudi pozicije

kamer. Najprej moramo ugotoviti ujemanje med naloženimi fotografijami. To storimo s

pomočjo funkcije, ki išče ujemanje (ang. Matching) in jo najdemo v sklopu glavnega

menija. Da bi dobili kar se da veliko število ujemajočih se točk, je priporočljivo, da se

držimo predhodno omenjenih pravil, s pomočjo katerih lahko posnamemo dobre

fotografije. Ta proces poišče ujemajoče se točke in jih označi na vseh fotografijah. Slika

15 prikazuje eno od fotografij z označenimi točkami, ki jih program najde in so skupne

različnim fotografijam. Te točke so določene s strani programa. Ko iščemo ujemanje med

sosednjimi slikami, program pregleduje slike v vrstnem redu, kot so naložene.


29

Slika 15: Ujemajoče se točke na fotografijah (vir: lasten)

Potem, ko je program na naših fotografijah poiskal ujemajoče se točke, bomo pozicije

določili tudi kameram. Tega se bomo lotili tako, da v glavnem meniju, natančneje v

podmeniju preverjanja mer (ang. Calibration) izberemo možnost za avtomatsko

preverjanje mer (ang. Automatic calibration). Pri tem se naše okno vidno ne spremeni.

Da bi videli rezultate svojega dosedanjega dela, moramo iz osnovnega pogleda, ki je

uporabljen na slikah 14 in 15, preklopiti v 3D pogled. To storimo tako, da v glavnem

meniju programa izberemo možnost urejanja, nato pa znotraj le-te izberemo možnost za

izbor načina (ang. Mode) ter opcijo preglednega načina (ang. Overview mode). Ta način,

kot je prikazano tudi na sliki 16, ponudi pregled 3D prostora skupaj s postavljenimi

kamerami, ki so ponazorjene s piramidami. Kamera, ki prikazuje naloženo fotografijo, ki jo

lahko vidimo v trenutnem normalnem pogledu, je označena z rdečo barvo. V dotičnem

načinu vidimo 3D prostor kot rotirajočo se kocko, v kateri se nahajajo kamere in pa tudi

točke, ki so bile prepoznane na največ slikah, v kolikor se odločimo, da želimo imeti

prikazane tudi slednje. Točke lahko naredimo vidne ali nevidne s pomočjo funkcije, ki jo

najdemo v podmeniju pogled (ang. Show/Hide automatic points). Da bi se vrnili v prejšnji

pogled, v glavnem meniju ponovno izberemo možnosti urejanje ter način, nato pa

izberemo kot način posnetek (ang. Shot mode).


30

Slika 16: Prikaz pozicij kamer (vir: lasten)

V nadaljevanju bomo preverili, ali so izračunane pozicije kamer vsaj do neke mere

pravilne. To bomo storili s pomočjo metode, ki ustvari tako imenovani oblak točk (ang.

point cloud). Ta je lahko podoben objektu, ki ga prikazujejo naložene fotografije, če so

kamere pravilno postavljene. Omenjeni oblak točk naredimo tako, da v glavnem meniju

modeliranje izberemo možnost triangulacije vseh oglišč oziroma točk (ang. Triangulate all

vertices). Da bi videli, kako je na pogled videti naš oblak točk, moramo tako kot za

preverjanje kamer biti v preglednem načinu, kar prikazuje tudi slika 17. Prikazane

dobljene točke so na pogled lahko videti tudi kot po nekem prostoru naključno

porazdeljene točke. V tem primeru izračunane pozicije kamer niso pravilne. To pomeni, da

za prenos najverjetneje nismo uporabili najboljših fotografij. V kolikor kamere avtomatsko

niso dobro postavljene imamo dve možnosti. Oblak točk lahko najprej poskušamo narediti

na nekoliko drugačen način, s triangulacijo le za točke, ki jim zaupamo (ang. Triangulate,

only trusted). Z uporabo te funkcije program še enkrat izvede triangulacijo oglišč, vendar v

tem primeru ne vseh, ampak samo tistih, ki jih lahko najde na več slikah. Ko se postopek

izvede do konca, še enkrat na enak način kot prej preverimo, kako je na pogled videti naš

oblak točk. Če ta tudi v tem primeru ni niti malo podoben našemu objektu, je najboljše, da

se odločimo za drugo možnost, ki je, da postopek od začetka in vse do tega koraka

ponovimo z drugimi fotografijami. Če se vseeno odločimo za nadaljevanje, bomo zelo

težko prišli do zadovoljivega končnega modela.


31

Slika 17: Oblak točk (vir: lasten)

Trenutne avtomatsko najdene točke in kamere v navadnem pogledu, ki prikazuje

naloženo fotografijo, so videti tako, kot jih prikazuje slika 18. Točke, ki so na tej sliki

označene z zeleno barvo, so skupne več slikam. Točke, ki so črne, so vidne izključno na

tej, eni fotografiji. Pri nadaljnjem delu bomo črne točke zanemarili.

Slika 18: Pogled iz načina posnetka s prikazom ujemajočih se točk (vir: lasten)


32

Sedaj se lahko lotimo tudi samega modeliranja. Pri uporabi programa Insight3D

modeliranje poteka tako, da na fotografijah označimo ključne točke, iz katerih bomo v

nadaljevanju tvorili mnogokotnike. Ker je program že predhodno poiskal in označil večje

število točk, le-te ponovno skrijemo.

Za označevanje ključnih točk ali oglišč (ang. vertices, edn. vertex) moramo uporabiti

orodje za ustvarjanje točk (ang. Points creator). Orodje najdemo v sklopu stranskega

menija. S pomočjo navigacije za izmenjavo slik se postavimo na prvo naloženo fotografijo,

nato pa s pomočjo dotičnega orodja označimo vse želene točke na naši prvi fotografiji.

Slednje so na fotografiji označene s križci. Kot prikazuje slika 19, vedno, kadar imamo

vklopljeno orodje za ustvarjanje točk in se pomikamo z miško preko naše slike, del te

vidimo povečan, kar nam občutno olajša delo. Zaradi tega smo lahko pri našem

označevanju veliko bolj natančni. V primeru, da želimo fotografijo še dodatno povečati,

lahko to storimo s pomočjo koleščka miške.

Slika 19: Prikaz povečave slike s pomočjo orodja za ustvarjanje točk (vir: lasten)

Lahko se nam pripeti, da s postavitvijo katere izmed točk nismo povsem zadovoljni.

Takšno točko izberemo s klikom na levi gumb miške in jo prestavimo na želeno pozicijo.

Če je katera izmed točk odvečna, nanjo kliknemo z miško, tako da se obarva rdeče, nato

pa v glavnem meniju pod postavko urejanje izberemo možnost brisanja izbrane točke

(ang. Erase selected points).


33

Po tem, ko dodamo točke na naši prvi fotografiji in smo z njihovo postavitvijo zadovoljni,

moramo enak postopek ponoviti tudi na naslednji fotografiji. Biti moramo pozorni na to, da

označimo enake točke oziroma vsaj točke, ki so zelo blizu tistim, ki smo jih označili na prvi

fotografiji. Da bi postopek lažje izpeljali, nam program tudi v tem primeru poveča del

fotografije, skozi katerega gremo z miško. Poleg tega povečanega dela lahko v tem

koraku vidimo še en okvirček, kot je prikazano na sliki 20. Ta zgornji okvirček prikazuje

oglišče oziroma točko, ki smo jo označili na prejšnji fotografiji. Točka, ki nam je vidna

tukaj, mora biti enaka točki, ki jo želimo označiti na tej fotografiji. V primeru, da zgornji

okvirček prikazuje katero drugo točko, jo lahko enostavno na trenutni izbrani fotografiji

označimo najprej, ali pa si pomagamo s tipkama na tipkovnici »Page up« ali »Page

down«. Ti imata namreč funkcijo, da prilagajata del fotografije, ki ga trenutno vidimo v

zgornjem povečanem okencu. Tako lahko na obeh fotografijah brez večjih težav določimo

enake točke. Po tem, ko so le-te označene, njihovo pravilnost oziroma ujemanje

preverimo tako, da nad vsemi točkami poskušamo izvesti triangulacijo. V glavnem meniju

modeliranje enostavno izberemo možnost triangulacije uporabniških oglišč (ang.

Triangulate user vertices). Točke, ki so postavljene pravilno, torej na obeh fotografijah

enako, bodo v tem koraku v svoji okolici ali idealno v svoji sredini imele zeleno točko. Bolj

ko je sredina križca, ki ponazarja neko točko na fotografiji, približana zeleni točki, bolj se

točki na eni in drugi fotografiji ujemata. Kadar točke na obeh fotografijah niso popolnoma

enko postavljene, jih lahko s pomočjo že opisanih postopkov še vedno premikamo in tako

spreminjamo njihovo pozicijo. Kljub temu moramo biti pozorni na to, da s tem bistveno ne

vplivamo na nastanek končnega modela. Priporočljivo je, da svoj napredek pri postavitvi

točk ves čas spremljamo tudi v preglednem načinu. Točke, ki nimajo v svojem središču ali

vsaj okolici zelenih točk, pri kasnejšem delu na našem končnem modelu ne bodo vidne,

saj niso prikazane oziroma označene na več fotografijah, ki smo jih pri svojem delu

uporabili.


34

Slika 20: Prikaz označevanja točk in na fotografijo že vstavljene točke (vir: lasten)

Da bi naš končni rezultati bil čim boljši, moramo vse izbrane točke označiti na vsaj treh

fotografijah. Označevanje točk na tretji fotografiji poteka enako, kot je potekalo na prejšnji,

le da v tem primeru pri označevanju, tako kot prikazuje slika 21, poleg povečanega dela

fotografije vidimo še dva okvirčka, ki prikazujeta predhodno označene točke. Ko imamo

tudi na tej zadnji fotografiji označene vse točke, izvedemo triangulacijo. Točkam, ki

morebiti ne bi bile pravilno postavljene, lahko enako kot prej, spremenimo njihovo pozicijo

ali jih enostavno izbrišemo. S tem, ko imamo na vsaj treh fotografijah izbrane in označene

točke, ter izvedeno triangulacijo, lahko svoj napredek najprej preverimo v preglednem

načinu. V primeru, da smo z dobljenim rezultatom zadovoljni, lahko z gotovostjo trdimo,

da je najtežji del naše naloge že za nami.


35

Slika 21: Označevanje točk in prikaz ujemanja s prejšnjimi fotografijami (vir: lasten)

Po tem, ko na vsaj treh fotografijah označimo točke in izvedemo triangulacijo, lahko

pričnemo z izdelavo poligonov oz. mnogokotnikov. Slednje se lotimo tako, da v stranskem

meniju izberemo možnost ustvarjanja mnogokotnikov (ang. Polygons creator). Z miško

izberemo in označimo točke, ki sodijo skupaj in bodo skupaj tvorile površino

mnogokotnika. Pri označevanju točk moramo biti nekoliko pozorni tudi na to, v kakšnem

vrstnem redu jih izbiramo. V primeru, da se nam zdi, da katera izmed točk ni dobro

postavljena oziroma označena na fotografiji, ki jo obdelujemo, lahko v stranskem meniju

enostavno preklopimo nazaj na način za dodajanje točk. Točko lahko kljub temu, da je

nad njo že bila izvedena triangulacija, po predhodno opisanem postopku, postavimo na

pravilno mesto ali jo izbrišemo in se ponovno vrnemo k ustvarjanju mnogokotnikov. Ko

označujemo točke z orodjem za ustvarjanje mnogokotnikov, se med njimi, tako kot

prikazuje slika 22, ustvarjajo robovi. Priporočljivo je, da se, tako kot povezovanja točk, tudi

kreiranja mnogokotnikov lotimo sistematično, da ne bi katerega izmed njih, ki ga moramo

narediti, spregledali. Tisti, ki jih ravnokar kreiramo, so obarvani z roza barvo. Že narejeni

so na sliki prikazani v beli barvi. Ko mnogokotnik potrdimo s tipko »Enter« na tipkovnici,

se nam na izbrani fotografiji obarva belo.


36

Slika 22: Tvorba mnogokotnikov (vir: lasten)

Ko zaključimo tvorbo mnogokotnikov, lahko v primeru, da izberemo pregledni način,

vidimo vse izmed njih že umeščene v prostor (slika 23).

Slika 23: Mnogokotniki umeščeni v prostor (vir: lasten)


37

Da bi naš model bil kar se da resničen, mu lahko nastavimo tako imenovana barvna

oglišča (slika 24). V sklopu glavnega menija izberemo podmeni podoba, nato pa znotraj

tega možnost obarvanja oglišč (ang. Colorize vertices).

Slika 24: Obarvana oglišča nastalega modela (vir: lasten)

Še večjo realnost pa bodo našemu modelu dodale teksture. V istem meniju, kjer smo prej

izbrali možnost obarvanja oglišč, sedaj izberemo možnost generiranja tekstur (ang.

Generate textures). Rezultat prikazuje slika 25. Teksture so samodejno pridobljene iz

fotografije, ki ustreza pogledu aktivne kamere.

Slika 25: Pogled na končno sceno (vir: lasten)


38

Kljub temu, da smo skozi svoje delo namenili veliko pozornosti tako izboru samih fotografij

kot tudi označevanju točk ter triangulaciji le-teh, lahko na sliki 25 vidimo, da naš rezultat

mogoče ni čisto takšen, kot smo si ga predstavljali oziroma ga želeli doseči.

4.3 Prednosti uporabe programa Insight3D

Nedvomna prednost dotičnega programa, Insight3D, je zagotovo dejstvo, da je

uporabnikom prosto dostopen preko spleta. Poleg programa so uporabniku na voljo tudi

navodila za uporabo. Z malo vztrajnosti in truda je tako program primeren za vsakogar, ki

bi ga morebiti imel namen uporabljati. Njegova prednost je tudi to, da je za uporabo dokaj

enostaven, kljub temu, pa moramo biti pri interpretaciji navodil in sami uporabi programa

precej pozorni, saj lahko v nasprotnem primeru hitro pride do kakšne napake, ki ključno

vpliva na končni rezultat. Ko pri uporabi enkrat pridemo tako daleč, da s pomočjo točk

naredimo mnogokotnike in nato slednje v preglednem načinu že vidimo kot 3D model, je

naše delo že skoraj končano. Program namreč potem našemu modelu z enim samim

klikom doda teksture, ki jih na nastali model dobesedno kar preslika. V tem koraku tako

prihranimo ves čas, ki smo ga morebiti izgubili v prejšnjih fazah dela.

4.4 Slabosti uporabe programa Insight3D

Kljub navedenim prednostim pa ima Insight3D kar nekaj slabosti. Tako kot prednosti smo

tudi slabosti skozi delo ugotovili sami. Uporabnik, ki se z delom v takšnem ali temu

podobnem programu seznanja prvič, lahko na manjše probleme oziroma nevšečnosti

naleti že na samem začetku. Fotografije, ki jih želimo v programu uporabljati, lahko v le-

tega nalagamo eno po eno ali pa kot serijo, vendar moramo v tem drugem primeru imena

fotografij vnesti in shraniti v tekstovno datoteko. Nekdo, ki mogoče ni preveč vešč pri

uporabi računalnikov in ne ve, kako se to stori, mora tako zamudno nalagati posamezne

fotografije.

Izredno pozorni moramo biti tudi pri shranjevanju naših datotek. V primeru, da jih na

računalniku ne shranimo v isto mapo, kot smo predhodno shranili sam program, se nam

datoteke ne shranijo ali pa se shranijo prazni dokumenti. Spremembe se ne shranijo niti v

oknu, ki prikazuje vse, kar smo naredili do danega trenutka. Tudi v primeru, ko naše delo

uspešno shranimo, je okno ob odprtju našega projekta prazno. Vse to se izkaže za


39

neugodno predvsem iz razloga, ker tako ob ponovnem odprtju našega projekta ne

moremo preveriti, kaj vse smo že naredili.

Pri delu s programom pa moramo biti tudi zelo pozorni in iznajdljivi, saj nekateri postopki v

navodilih niso opisani v celoti, tako da jih moramo bolj ali manj raziskati sami med

uporabo. Iz razloga, ker dotični program po svojem nastanku ni dobil kakšne novejše

različice, je izredno težko oziroma bolj ali manj nemogoče najti tudi kakšna koli druga

navodila za njegovo uporabo. Tako mora na primer uporabnik sam ugotoviti, kako je

potrebno označevati točke na drugi in tretji naloženi fotografiji, saj je v nasprotnem

primeru končni rezultat nekaj dokaj neprepoznavnega in ni niti približno podobno temu,

kar smo si zamislili ali želeli doseči. Končni rezultat je že tako sam po sebi nekoliko

drugačen od pričakovanega, vsaj v našem primeru.

Ko smo se zadeve lotili, smo iz statičnih fotografij želeli prenesti v 3D model celotno

zgradbo, v našem primeru izbrano vilo. Glede na to, da je slednja bila kar precej

razgibana, zaradi česar naj bi naše delo bilo lažje, temu ni bilo tako. Pri prenosu celotne

vile in uporabe večjega števila fotografij, naši rezultati prenosa niso bili uspešni, saj je bilo

kljub trudu in pozornosti iz končnega rezultata premalo razvidno, kar želimo prikazati in

kaj sploh naj bi naš končni model predstavljal. Ravno iz tega razloga smo se na koncu

odločili, da bomo prenos prikazali na podlagi treh fotografij, tako kot smo tudi storili.

Kot precejšnjo pomanjkljivost programa moramo omeniti tudi dejstvo, da modelom, ki so

bili z njim narejeni, ne moremo sami dodajati barv ali tekstur. Teksture, ki smo jih naložili v

program, le-ta samodejno preslika iz fotografij. V primeru, da bi lahko sami dodajali vsaj

barve, če že ne tekstur, bi delo s programom takoj prešlo na neko novo raven, ki bi nam

kot uporabnikom dopuščala neko dodatno mero kreativnosti, za katero se v tem primeru

žal moramo znajti in jo končnemu izdelku mogoče dodati s pomočjo kakšne druge

programske opreme. S pomočjo dotičnega programa je narejene modele mogoče izvoziti

kot datoteke s končnico .vrml. To pomeni, da lahko na ta način dobljene modele

prikazujemo na spletnih straneh, s pomočjo programiranja pa jim lahko določimo tudi

kakšne nove lastnosti.


40

5 MODELIRANJE IN TEKSTURIRANJE V PROGRAMU

CINEMA 4D

Cinema 4D je računalniški program podjetja Maxon Computer GmbH. Primeren je tako za

bolj profesionalne kot tudi za bolj ljubiteljske uporabnike. Ponuja orodja, s katerimi lahko

modeliramo 3D objekte, tem dodajamo videz različnih materialov in tekstur, jih animiramo,

prav tako pa nastavljamo tudi osvetlitev in virtualne kamere, ki modele upodobijo.

Končnemu izdelku lahko dodajamo tudi razne efekte, kot sta na primer megla ali dež [14].

Pri modeliranju nam program Cinema 4D omogoča tako uvažanje kot tudi izvažanje

datotek različnih formatov. Orodja za modeliranje nam omogočajo delo s parametričnimi

krpami ali mnogokotniškimi liki, enostavno in hitro spreminjanje želenih objektov v kateri

koli fazi dela. Poleg enostavnega modeliranja pa so nam omogočene tudi standardne in

napredne opcije za to, da ustvarimo popolno površino svojih modelov. Materiali, ki so nam

na voljo, imajo kar 14 različnih parametrov, s katerimi lahko le-te prilagodimo glede na

svoje specifične želje in potrebe. Za teksture lahko uporabimo fotografije in celo filme ali

tudi napredne učinke senčenja, kot sta na primer podpovršinsko sipanje ter črna svetloba.

Pri nanašanju tekstur na modele imamo na voljo tudi visoko kakovostne slikarske tehnike,

kar še dodatno zvišuje dosežene standarde končnih izdelkov. Na področju animacije nam

program ponuja najrazličnejša orodja, s pomočjo katerih lahko ustvarimo prvovrstne

animacije. S pomočjo posebnih orodij lahko animiramo tudi like, telesom lahko dodajamo

dinamiko, simuliramo lahko tkanine, se poslužujemo sistemov delcev, lahko pa dosežemo

tudi naravno gibanje, kot je na primer gibanje las ali travnih bilk v vetru. Program nam

ponuja tudi različne možnosti osvetlitve ter upodabljanja končnih rezultatov. Na voljo

imamo več različnih vrst svetil in senc, ki lahko vsako sceno ter s tem tudi animacijo

naredijo še bolj realistično. Za doseganje optimalne realnosti program ponuja tudi

napredna svetlobna orodja, kot so na primer luči, ki omogočajo realistično razporeditev

svetlobe po prostoru, globalno osvetlitev za indirektno svetlobo, simulacijo dnevne

svetlobe neba, ki poskrbi za realnost zunanjih scen, in še bi lahko naštevali. Na področju

upodabljanja pa so nam prav tako na voljo različne tehnike, ki nam v najkrajšem možnem

času, ki je odvisen tudi od tega, kako zmogljiv je naš računalnik, omogočajo visoko

kvalitetne rezultate upodobitve naših končnih izdelkov [14].


41

5.1 Izdelava 3D modela

Cinema 4D zaenkrat ne ponuja fotogrametričnih zmožnosti, zato bo potrebno prenos 2D

slik v 3D sceno opraviti povsem ročno. V omenjenem programu imamo glede objektov, ki

jih bomo postavili v sceno, dve možnosti. Objekte lahko naredimo sami ali pa uporabimo

takšne, ki jih je naredil nekdo drug in so dostopni na spletu. V naši sceni bodo izključno

objekti, ki jih bomo naredili sami. Ustvariti bomo poskušali enako sceno, kot smo jo

predhodno že tvorili s pomočjo programa Insight3D. Lotili se bomo torej modeliranja

izbrane vile, ki je prikazana na eni izmed predhodnih slik (slika 11).

Ko zaženemo program Cinema 4D, se prikaže njegovo začetno okno. Le-to privzeto

ponuja perspektiven pogled na našo nastajajočo sceno (slika 26), uporabnik pa lahko

preklaplja tudi v druge poglede, ki jih lahko uporablja tudi več hkrati. Na vrhu okna se

nahaja glavni meni, ki vsebuje razne podmenije, kot so datoteka (ang. File), urejanje (ang.

Edit), ustvari (ang. Create) in tudi razne druge. Pod glavnim menijem najdemo tudi

bližnjice do najpogosteje uporabljenih orodij, ki nam na primer omogočajo, da

razveljavimo zadnji narejeni korak ali pa se na njega ponovno vrnemo. Tukaj najdemo tudi

ikono, na katero kliknemo, v kolikor želimo, da naš kurzor miške nima več funkcije

predhodno izbranega orodja. Zelo pomembna so tudi orodja za izvedbo geometrijskih

transformacij rotacije, skaliranja in translacije nad izbranimi objekti. Tudi na levi strani

glavnega okna najdemo uporabna orodja, ki se nanašajo na mnogokotniške objekte in

vključujejo označevanje lic, oglišč ali robov nekega objekta. Na spodnjem delu glavnega

okna bodo kasneje skozi naše delo prikazane izbrane barve oziroma teksture. V tem delu

so tudi časovna os in kontrolni gumbi animacije. Na desni strani začetnega okna bo

prikazan seznam naših elementov skupaj z njihovimi lastnostmi. V tem delu lahko

določimo tudi, ali naj bo objekt viden ali neviden v upodobljeni sceni. Vsa ostala orodja in

funkcije bomo spoznavali sproti po potrebi.


42

Slika 26: Osnovno okno programa Cinema 4D (vir: lasten)

Pri modeliranju kakršnih koli objektov je priporočljivo, da izhajamo iz neke osnovne oblike,

ki jo potem skozi vrsto postopkov spremenimo v želeni model. Pri modeliranju naše vile

bomo izhajali iz kocke. Če si vilo in njeno okolico nekoliko podrobneje ogledamo na seriji

uporabljenih fotografij (slika 27), lahko ugotovimo, da je po vsaki osi razdeljena na tri dele

in da ima poleg treh nadstropij še streho. Poleg osnovnih oblik in ploskev vsebuje tudi

ukrivljene oblike, ki so del okrasja zgradbe ter del njene okolice.

Slika 27: Fotografije za pomoč pri modeliranju (vir: lasten)

Našega dela smo se torej lotili tako, da smo najprej naredili samo zgradbo, torej vilo od tal

do strehe. Vse ostale detajle, kot so okna, vrata in na primer ograja na balkonu, smo

dodali kasneje. Po tem, ko je bil naš model dokončan smo mu dodelili še teksture ter ga

uvrstili v prostor, ki smo ga prav tako izdelali sami.


43

Pričeli smo torej s tvorbo in postavitvijo kocke v prostor. V sklopu glavnega menija smo

izbrali možnost dodajanja kockastega objekta (ang. Add cube object). Glede na

prepoznano obliko vile smo kocko vzdolž vseh treh osi razdelili na tri segmente (slika 28).

Kocka je v tej fazi že navzoča v seznamu elementov, kjer ji lahko tudi spremenimo ime, da

se kasneje lažje znajdemo pri izbiranju v večji množici tvorjenih elementov.

Slika 28: Naš začetni objekt, kocka (vir: lasten)

Na fotografijah opazimo, da je naša izbrana vila precej razgibana. Ustrezne spremembe

modela lažje realiziramo, če ga pretvorimo iz parametrične predstavitve v mnogokotniško,

kar dosežemo s preprostim klikom na ustrezni gumb levo zgoraj v oknu (ang. Converting

a parametric object into a polygonal object). S tem dosežemo, da lahko v nadaljevanju

uporabljamo tudi orodja za označevanje posameznih točk, robov ali lic.

Naša vila nima oblike kocke, zato le-to spremenimo v kvader. Pomagamo si z orodjem za

označevanje mnogokotnikov (ang. Polygon model). Označimo vse mnogokotnike, ki jih

želimo premakniti, torej celotno stranico kocke. Označeni mnogokotniki so v glavnem

oknu obarvani z oranžno barvo, neizbrani mnogokotniki pa so modre barve. Pri

označevanju več mnogokotnikov hkrati in pri razveljavitvi morebitne napačne označitve si

pomagamo s tipkama »Shift« in »Ctrl« na tipkovnici. Kocko raztegnemo v kvader tako, da

izberemo orodje za premikanje (ang. Move tool) ter z enostavnim premikom miške

premaknemo izbrano stranico objekta (slika 29).


44

Na podoben način, kot smo deformirali kocko v kvader, smo objektu dodali tudi nekoliko

izbočene dele. Najprej smo označili želene mnogokotnike, nato pa smo uporabili orodje za

izrivanje (ang. Extrude). Slednjega najdemo v sklopu glavnega menija, in sicer v

podmeniju mreža (ang. Mesh) med orodji za izdelavo (ang. Create tools). To orodje

omogoča, da premaknemo izbrane mnogokotnike, pri čemer se med njih in njihove

sosede dodajo novi mnogokotniki. Tudi ta sprememba je vidna na sliki 29.

Slika 29: Prikaz uporabe orodja za izrivanje (vir: lasten)

Pri prilagajanju modela naši vili smo uporabili še številna druga orodja, na primer orodje

za gladek premik (ang. Smooth shift), ki ga prav tako najdemo v meniju orodij za izdelavo.

Omogoča nam, da izbrane mnogokotnike, ki se nahajajo na primer vsak na svoji stranici

modela, premaknemo, pri čemer vrzeli zapolnijo novi mnogokotniki (slika 30). Zelo

uporabno je tudi orodje za izdelavo poševnih oblik (ang. Bevel), ki ga srečamo prav tako v

sklopu menija orodij za izdelavo. S tem orodjem smo ustvarili vrh stolpa, ki je prav tako

viden na sliki 30, kasneje pa smo si z njim pomagali tudi pri izdelovanju okenskih okvirjev

in polic.

Modelirana vila ima tudi dokaj edinstveno obliko strehe (slika 31), zato smo kar nekaj časa

posvetili tudi njeni izdelavi. Poleg že opisanih orodij smo tukaj tudi dodajali in premikali

oglišča mnogokotnikov. Pri dodajanju smo uporabili orodje za dodajanje oglišč (ang.


45

Create point) iz podmenija orodij za izdelavo, pri premikanju pa orodje za spreminjanje

pozicij oglišč (ang. Use point mode). Premikali smo tudi robove (ang. Use edge mode).

Obe orodji za premikanje najdemo v sklopu menija na levi strani glavnega okna programa.

S temi operacijami smo ustrezno prilagodili velikost in naklon strehe.

Slika 30: Prikaz uporabe orodja za gladke oblike in poševne premike (vir: lasten)

Slika 31: Izdelana streha naše vile (vir: lasten)


46

Kljub vsem opisanim orodjem pa nismo vztrajali s preoblikovanjem ene same kocke,

ampak smo del strehe dodali v obliki novega objekta. Tudi tokrat smo izhajali iz kocke, ki

smo jo ustrezno preoblikovali s pomočjo orodij za izrivanje in izdelavo poševnih oblik, nato

pa smo objekt postavili na želeno mesto. Za kar se da natančno pozicioniranje smo

uporabili več pogledov kamere (slika 32).

Slika 32: Pogled na našo vilo iz vseh strani (vir: lasten)

Glede na to, da je streha del vile in da želimo pri nadaljnjem delu oba objekta spreminjati

hkrati, ju lahko združimo tako, da streho v našem seznamu elementov enostavno

postavimo za podobjekt vile. Vedno kadar bomo torej v našem seznamu elementov kot

izbrani objekt označili vilo, bomo lahko s pomočjo ustreznih orodij spreminjali tako vilo kot

tudi streho. Če bomo na seznamu označili samo streho, bomo spreminjali samo slednjo,

vila kot takšna bo ostala nespremenjena. Objekta lahko kadarkoli tudi razdružimo.

Poleg vseh že opisanih orodij smo pri izdelavi našega končnega izdelka uporabili tudi

orodje za risanje prostoročnih krivulj (ang. Draw a freehand spline), ki ga najdemo med

bližnjicami. S pomočjo krivulj smo namreč izdelali vrh našega stolpa, prav tako pa tudi

okrasje nad nekaterimi okni, kot vidimo na sliki končnega objekta (slika 38). Znotraj

podmenija lahko izbiramo med različnimi vrstami krivulj, sami pa smo se odločili za

uporabo lomljenk (ang. Linear). V pogledu od spredaj smo s pomočjo izbranega orodja

naredili obris, ki bo postal okras na vrhu našega stolpa. Začetno točko krivulje smo


47

postavili na ordinatno os, končno točko krivulje pa v koordinatno izhodišče. Ko smo bili z

izdelano krivuljo popolnoma zadovoljni, smo z njeno pomočjo ustvarili rotacijsko ploskev

NURBS. Različne ploskve NURBS (ang. Add hyperNURBS object) najdemo med

bližnjicami orodij na vrhu okna, sami pa smo na krivulji uporabili funkcijo struženja (ang.

Lathe NURBS). V ta namen smo v seznamu elementov postavili krivuljo za podelement

navedene funkcije. Takoj ko to storimo, ustvarimo objekt, ki ga prikazuje slika 33.

Slika 33: Transformacija krivulje v rotacijski objekt (vir: lasten)

Rotacijski objekt, ki smo ga izdelali po pravkar opisanem postopku, smo nekoliko

spremenjen uporabili tudi kot okras nad nekaterimi okni (slika 39). V ta namen smo najprej

ustvarili kopijo elementa. Novonastali objekt smo pomanjšali in ga iz krožne pretvorili v

polkrožno obliko. V ta namen smo označili odvečne mnogokotnike in jih enostavno

izbrisali s pomočjo tipke »Delete« na tipkovnici. Dobljenemu objektu smo dodali še zadnjo

stranico, kot je razvidno s slike 34. V podmeniju orodij za izdelavo smo izbrali orodje za

kreiranje mnogokotnikov (ang. Create polygon), nato pa v pravilnem vrstnem redu označili

vsa oglišča bodočega mnogokotnika. Pomembno je, da kot zadnjo točko še enkrat

označimo tisto, ki smo jo označili kot prvo.


48

Slika 34: Kreiranje mnogokotnika (vir: lasten)

Sledilo je dodajanje podrobnosti, kot so na primer vrata in okna. Pri izdelavi le-teh smo

ponovno izhajali iz kocke in si pomagali s praktično vsemi orodji, ki smo jih spoznali do

tega trenutka, da smo naredili dodatke, kot so na primer okenske police, robovi in rolete.

Na novo smo uporabili le orodje za izrivanje navznoter (ang. Extrude inner). Da bi

novonastale objekte lažje razločili od naše trenutne scene, smo si v tem koraku nekoliko

pomagali tudi z dodajanjem barv, kar je razvidno s slike 35.

Slika 35: Dodajanje oken in prva uporaba tekstur (vir: lasten)


49

Modelirana vila ima, kot smo lahko opazili na sliki 27, kar precej oken, ki so si vsa bolj ali

manj podobna, zato smo si pri njihovi izdelavi seveda pomagali s kopiranjem. Ponovno

smo si pomagali tudi z možnostjo uporabe različnih pogledov, da smo okna in vrata kar se

da natančno pozicionirali.

Poleg vrat v pritličju smo na enak način, kot smo za naš model vile naredili okna, izdelali

tudi vrata na balkonu. Balkon smo naredili povsem enostavno, in sicer kot pravokotnik z

ograjo. Slednja je narejena tako, da smo dodali razvrščene objekte (ang. Add array

object), osnovne oblike valja (ang. Cylinder) ter uporabili funkcijo razvrščanja (ang. Array).

Slika 36 prikazuje naš dokončani model brez uporabe kakršnih koli barv ali tekstur. Vse

izdelane objekte smo zaradi boljše organizacije in lažje nadaljnje uporabe v seznamu

elementov poimenovali in jih razvrstili po nekem, vsaj nam smiselnem ključu. Tako se

bomo med njimi lažje znašli še v nadaljevanju, ko bomo dodajali barve in teksture.

Slika 36: Dokončan osnovni model vile (vir: lasten)

Vse teksture bodo vidne v spodnjem delu glavnega okna, kjer jih bomo enostavno dodajali

z dvoklikom miške. Ob dvokliku se prikaže siva kroglica, klik nanjo pa odpre okno (slika

37), v katerem lahko za teksturo določimo katero koli želeno barvo ali pa izberemo sliko

nekega materiala. V primeru izbire barve se lahko odločamo tudi med različnimi barvnimi

modeli. V primeru, da se odločimo, da bomo našemu modelu dodali teksturo materiala,


50

lahko le-to najdemo na spletu ali pa v ta namen posnamemo svoje fotografije. Ne glede

na to, ali se odločimo, da bo tekstura barva ali material, ji lahko opredelimo tudi razne

lastnosti, kot so na primer svetilnost (ang. Luminance), svetlost (ang. Brightness),

razpršitev (ang. Diffusion), odboj (ang. Reflection) in sijaj (ang. Glow).

Slika 37: Določanje lastnosti teksturam (vir: lasten)

Ko definiramo teksturo in ji določimo vse želene lastnosti, lahko začnemo z njeno

uporabo. Pri tem označujemo ploskve ter nanje z miško enostavno nanašamo želene

teksture. Slika 38 prikazuje naš model, ki smo mu dodali tako teksture materialov kot tudi

barv. Teksture materialov smo pridobili tako, da smo jih enostavno izrezali iz fotografij, na

katerih so bile vidne, nato pa jih naložili med teksture. Poleg tekstur smo okoli vile naredili

tudi ograjo ter sami vili dodali še nekaj stenskega okrasja.


51

Slika 38: Model vile z dodanimi teksturami (vir: lasten)

Zadnji korak je umestitev modela v neko okolje. Tudi slednje je lahko popolnoma realno

ali pa je v celoti domišljijsko. Popolnoma enostavno okolico lahko dobimo z orodjem za

izdelavo tal (ang. Floor) in neba (ang. Sky), ki ga najdemo v podmeniju okolje (ang.

Environment), v sklopu menija ustvari (ang. Create). Okolico, na primer travo, lahko

naredimo tudi s pomočjo funkcije, s pomočjo katere lahko dodajamo tudi lase (ang.

Simulate hair object), a smo se odločili drugače. Za tla smo uporabili kar osnovno obliko

kocke, ki smo jo priredili v nam primerno pravokotno obliko, nato pa smo slednji s

pomočjo orodja magnet (ang. Magnet), ki ga najdemo v sklopu orodij za preoblikovanje

(ang. Transform tools) v podmeniju mreža nekoliko spremenili obliko. Tako smo naredili

tla, ki niso popolnoma ravna. Nebo smo naši sceni dodali po zgoraj opisanem postopku

ter mu dodali le teksturo. Poleg okolja lahko naši sceni, kot že omenjeno, dodamo tudi

objekte, ki jih lahko najdemo na spletu, ter slednjo naredimo še bolj realno. Sami se za to

možnost nismo odločili. Kako je videti naš končni izdelek, je prikazano na sliki 39. Tukaj je

s pomočjo programa izveden tudi postopek upodabljanja (ang. rendering).


52

Slika 39: Prikaz končnega modela (vir: lasten)

Za model seveda ni nujno, da prikazuje samo realne objekte, ampak lahko pustimo prosto

pot svoji domišljiji. Naši končni sceni lahko tako dodamo na primer drevesa in rastline, ki

jih v realnosti ne bi našli. V takšnem primeru je edina omejitev naša iznajdljivost in

zmožnost ustvarjanja nečesa, kar je nastalo kot ideja v naših mislih. Da bi pokazali vsaj

nekaj možnosti, smo naši sceni dodali samo nekaj objektov in naši vili samo nekoliko

spremenili teksture. Končen rezultat, ki je v tem primeru prikazan na sliki 40, je kar precej

drugačen od prvotnega. Pri izdelavi objektov, ki smo jih dodali v to našo alternativno

sceno, smo uporabili tako različne tipe objektov kot tudi različne modelirne operacije.


53

Slika 40: Alternativna scena (vir: lasten)

Kljub temu, da smo se z računalniškim programom Cinema 4D soočali že skozi študij,

smo tudi v tej fazi naleteli na kar nekaj novosti, prav tako pa smo ugotovili tudi, da je

program z vsako novo različico še bolj izpopolnjen. Program je poleg tega tudi

uporabnikom vse bolj prijazen.

5.2 Prednosti uporabe programa Cinema 4D

Cinema 4D je program, ki je med uporabniki zelo razširjen, primeren pa je tako za

profesionalne kot tudi bolj amaterske uporabnike, kar je nedvomno ena njegovih največjih

prednosti. Temu je tako, ker ga uporablja velika množica ljudi, zaradi česar skoraj ni

težave, na katero bi lahko naleteli pri njegovi uporabi in je ne bi mogli rešiti povsem

preprosto, že samo s pomočjo dostopa do svetovnega spleta. Tukaj so na voljo tako video

obrazložitve posameznih orodij, kot tudi različnih funkcij, ki jih program ponuja. Poleg tega

lahko z malo truda na raznih forumih najdemo tudi odgovore na najpreprostejša

vprašanja, ki bi jih mogoče imeli v zvezi z uporabo dotičnega programa.

Kot njegovo prednost moramo omeniti tudi vsa različna orodja in funkcije, ki nam jih

program ponuja. Ne glede na to, iz katerega razloga se lotimo izdelave nekega modela,


54

smo lahko prepričani, da bomo s pomočjo programa dosegli najboljše možne rezultate.

Poleg tega, da lahko izdelujemo najrazličnejše objekte, lahko slednjim dodajamo tudi

teksture, tem pa določimo lastnosti, s pomočjo katerih so na pogled videti še boljše. Iz

tega razloga so naši modeli lahko popolnoma realni ali pa povsem domišljijski. Program

nam omogoča tudi možnost, da združujemo tako modele kot tudi celo različne scene. Pri

tem lahko uporabljamo objekte, ki smo jih naredili sami, ter objekte, ki jih lahko najdemo

na svetovnem spletu. Ne glede na to, iz koliko objektov je neka naša scena sestavljena,

lahko prav vsakega izmed njih brez večjih težav podvojimo, ga sceni dodamo ali iz nje

odstranimo. Vse objekte, ki so del nekega modela, lahko enostavno tudi združimo, tako

da pri vseh nadaljnjih spremembah spreminjamo model kot celoto ali pa spreminjamo

samo njegove dele, torej objekte, iz katerih je sestavljen.

Dotični program omogoča tudi povsem enostavno shranjevanje našega dela, pri čemer

lahko datoteke shranjujemo kamorkoli na naš računalnik. Če se spomnimo, do datotek, ki

jih pri uporabi programa Insight3D nismo shranili v enaki mapi, kot je bil shranjen

program, nismo mogli več dostopati. Prednost pri shranjevanju je tudi ta, da se naše delo,

v kolikor se zgodi, da se nam program med delom, iz katerega koli razloga ustavi oziroma

zapre, vseeno samodejno shrani.

Ko smo z izdelano sceno zadovoljni, ji lahko na enostaven način dodamo tudi luči in

kamere. Glede na to, da v resničnem življenju najdemo različne vire svetlobe, nam tudi

program ponuja različne tipe luči.

S tem, ko naredimo nek model oziroma sceno, ter ji dodamo luči in kamere, pa ni nujno,

da se naše delo konča. Program nam omogoča tudi, da narejeni sceni dodamo posebne

učinke, kot sta na primer megla ali dež. Uporaba posebnih učinkov je smiselna predvsem

v primeru, ko se odločimo, da se naše delo ne bo končalo s tem, ko smo do konca izdelali

sceno. Slednjo lahko namreč tudi animiramo. Velika prednost programa je torej tudi to, da

nam ne omogoča le izdelave modelov ter postavitve same scene, ampak tudi njeno

animacijo.

Kljub temu, da sami s pomočjo programa svojih modelov nismo izvažali v različnih

formatih, moramo to vseeno omeniti kot eno izmed njegovih prednosti. Na ta način je

našim izdelkom s pomočjo programiranja možno dodajati nove lastnosti. Tako jih lahko

prikažemo tudi na spletu ter jih celo naredimo interaktivne.


55

5.3 Slabosti uporabe programa Cinema 4D

Tako kot vsak program pa ima tudi Cinema 4D nekaj slabosti. Največja slabost programa

po naši oceni je ta, da lahko, v kolikor nimamo dobre predstave o velikosti objektov,

slednje kaj hitro naredimo v prevelikih razsežnostih, zaradi česar so lahko naše končne

datoteke precej velike.

Kljub temu, da smo kot prednost programa omenili shranjevanje naših datotek, pa

moramo v tem trenutku omeniti slabosti, na katere naletimo pri shranjevanju tekstur. V

primeru, da datoteko, ki vsebuje naš model, prestavimo, se samodejno ne prenesejo tudi

teksture, ki jih moramo prestavljati ločeno.

Kljub temu, da sami pri izdelavi magistrskega dela na naslednji problem nismo naleteli, ga

moramo vseeno omeniti. To je čas, ki ga program porabi v primeru, da se odločimo, da

bomo neko večjo in bolj zahtevno sceno prikazali v okolju, jo torej renderirali. Za to je

potreben dobro zmogljiv računalnik ter tudi kar precej časa. Še več časa je potrebno, če

se odločimo, da bomo izdelali neko bolj kompleksno animacijo.


56

6 ANALIZA REZULTATOV EMPIRIČNEGA DELA

RAZISKAVE

V empiričnem delu nismo le poskušali izvesti prenosa 2D statičnih scen v 3D modele,

ampak smo s pomočjo vseh uporabljenih procesov želeli tudi ugotoviti, kako se bosta pri

prenosu odrezala oba izbrana programa, Insight3D ter Cinema 4D.

6.1 Primerjava uporabe programov Insight3D in Cinema 4D

Za uporabo obeh programov, Insight3D in Cinema 4D, smo se odločili iz popolnoma

različnih razlogov. V primeru programa Insight3D je bilo odločilno, da naj bi uporabnikom

ponujal enostavno, skoraj popolnoma avtomatizirano uporabo ter hitro pridobivanje

želenih končnih rezultatov. Za drugi program, Cinema 4D, pa smo se odločili zaradi naših

predhodnih izkušenj s samim programom, ter iz razloga, ker je z njim možno tvoriti dobre

3D modele.

Z uporabo obeh programov naj bi prišli do primerljivih končnih rezultatov. Bistvena razlika

med obema postopkoma naj bi bila predvsem ta, da gre pri uporabi programa Insight3D

za skoraj popolnoma avtomatiziran postopek, pri uporabi programa Cinema 4D pa naj bi

vse postopke od samega modeliranja do teksturiranja izvedli sami. Pri uporabi programa

Insight3D smo hitro lahko ugotovili, da postopek ni avtomatiziran. Kljub temu, da sam

izvede triangulacijo na predhodno naloženih fotografijah in da smo do končnih rezultatov

poskušali priti na kar nekaj načinov, pri tem nismo bili pretirano uspešni. Glavne točke na

fotografijah smo morali vseeno označiti sami. V obeh primerih je torej potrebno vključiti

kar precejšnjo mero lastnega dela. Pri programu Cinema 4D so bili končni rezultati veliko

bolj dovršeni in primerljivi z objektom, ki smo ga modelirali.

Skozi uporabo obeh programov smo ugotovili, da imamo pri uporabi Cinema 4D veliko

bolj proste roke tako na področju modeliranja kot tudi pri teksturiranju. Končni model je

tako lahko v našem primeru enak oziroma do velike mere podoben objektu, ki ga

upodabljamo, že z nekaj kliki pa ga lahko popolnoma spremenimo. Imamo možnost, da

mu dodamo povsem drugačno okolje ali teksture, v našo sceno pa lahko dodamo tudi


57

razne druge objekte. Pri uporabi Insight3D te možnosti žal nimamo. Model izdelamo na

podlagi predhodno določenih točk, ko pa je ta končan, mu sam program na površine

prenese teksture, ki so preslikane iz naloženih fotografij. Da bi si lažje predstavljali razliko

med našimi končnimi rezultati, si lahko še enkrat ogledamo predhodno prikazani sliki 25 in

39.

Insight3D naj bi predstavljal program, ki je zaradi svoje enostavnosti primeren za vse

uporabnike, naj gre za bolj profesionalne ali začetniške. Skozi svoje delo smo ugotovili, da

temu ni ravno tako. Delo s programom je kar precej oteženo, saj v samem programu

dodatnih razlag njegovih funkcij ne najdemo, navodila, ki so uporabniku dostopna, pa so

se izkazala za kar precej skopa in nejasna. Težko si pomagamo tudi s spletom, saj tudi

tam ne najdemo dodatnih navodil, razen če se kar precej poglobimo v razprave na raznih

forumih, kjer uporabniki komentirajo uporabnost programa. Za precej drugačno se je

izkazalo delo s programom Cinema 4D. Delo z njim nam ni predstavljalo nekih večjih

težav. V kolikor smo vseeno naleteli na kakšne težave, na primer pri uporabi orodij, ki jih

program ponuja, smo si lahko pomagali z njihovim opisom v samem programu. Do rešitve

smo lahko kaj hitro prišli tudi z uporabo svetovnega spleta. Tukaj pa smo lahko našli tudi

številne napotke in navodila, kako lahko na primer uporabimo neko orodje ali funkcijo ter

kako lahko kakšno določeno stvar naredimo.

Skozi naše delo smo ugotovili, da je kljub vsemu za nas primernejši program Cinema 4D.

Z njegovo pomočjo, ne le da nam je uspelo narediti zadovoljiv končni izdelek, ampak nam

ponuja še mnogo več možnosti pri delu kot Insight3D. V Cinemi 4D lahko po tem, ko

naredimo nek končni izdelek, slednjega še spreminjamo in mu razne objekte dodajamo,

prav tako pa lahko uporabljamo tudi različne teksture, s pomočjo katerih je naš končni

rezultat lahko vedno znova drugačen od prejšnjega.

6.2 Analiza veljavnosti hipotez

Prva hipoteza se je nanašala na vprašanje, ali se da postopek prenosa 2D statičnih scen

v 3D modele v popolnosti avtomatizirati. Sami smo bili mnenja, da temu ni tako, kar smo

skozi naše delo tudi potrdili. Program Insight3D naj bi predstavljal avtomatiziran program,

vendar smo ugotovili, da to povsem ne drži. Pričakovali smo, da bomo v program le

naložili fotografije, vse ostalo pa bo namesto nas opravil program. Kljub temu, da je sam

poiskal ujemajoče se točke na naloženih fotografijah, na podlagi slednjih ni bilo mogoče


58

narediti končnega modela. Samodejno ni zaznal niti robov med posameznimi površinami,

zaradi česar smo se odločili, da bomo za testni primer izbrali ne preveč zahteven model

zgradbe, v našem primeru vile. Tako vse robove na naši zgradbi kot tudi objekte, kot so

okna, smo morali na fotografiji označiti sami, nato pa na podlagi tako označenih točk sami

tvoriti mnogokotnike. Ugotovili in dokazali smo torej, da prenos v dotičnem programu niti

približno ni avtomatiziran in na podlagi te ugotovitve potrdili našo prvo zastavljeno

hipotezo.

Naša naslednja hipoteza je predpostavljala, da je izbira ustreznega postopka za prenos

2D statičnih scen v 3D modele odvisna od več faktorjev, marsikdaj pa je primerno

uporabiti tudi kombinacijo različnih postopkov. Pri izdelavi empiričnega dela smo spoznali

delo dveh programov, Insight3D in Cinema 4D. Za oba smo ugotovili, da imata precej

prednosti in tudi slabosti. V primeru, da bi združili prednosti obeh metod, bi dobili novo

metodo, s pomočjo katere bi lahko dosegali vrhunske rezultate na področju prenosa 2D

statičnih scen v 3D modele. Iz programa Insight3D bi v tem primeru nedvomno v novo

metodo prenesli možnost nalaganja fotografij, nato pa na slednjih označujemo glavne

točke. Na ta način bi lahko brez večjega truda dosegli, da ima naš model sorazmerne

medsebojne velikosti. Tako bi si prihranili kar precej dela, ki nam ga povzroča določanje

velikosti naših objektov. Iz programa Cinema 4D bi nedvomno obdržali vsa orodja in

funkcije, ki nam jih program ponuja, prav tako pa bi vključili tudi možnost dodajanja tekstur

objektom. Pri programu je koristno tudi dejstvo, da lahko našemu končnemu izdelku

dodajamo različne efekte ter tudi animacije. Program Cinema 4D lahko že tako, samega

po sebi razumemo kot kombinacijo programov, ki nam omogoča ne le modeliranje, ampak

tudi postavitev scen in animacijo ter upodabljanje le-teh. Skozi te ugotovitve smo tako

potrdili tudi našo drugo hipotezo, ki zagovarja dejstvo, da kljub obstoju veliko različnih

postopkov za prenos 2D statičnih scen v 3D modele, ne moremo objektivno izbrati

postopka, ki bi za to bil najprimernejši.

Med našo izdelavo empiričnega dela pa smo potrdili tudi zadnjo napovedano hipotezo, ki

je predpostavljala, da je rezultat prenosa 2D statičnih scen v 3D modele boljši, kadar

imamo na voljo več konceptualnih fotografij, ki prikazujejo 2D sceno iz različnih gledišč in

zornih kotov. Pri prenosu s pomočjo programa Insight3D smo prenos poskušali narediti

večkrat, z različnim številom naloženih fotografij. Skozi delo smo ugotovili, da je v našem

primeru optimalno število naloženih fotografij tri. V primeru, ko smo uporabili več fotografij

in je program izvajal triangulacijo točk, je bilo najdenih preveč točk. Zaradi tega je


59

povezovanje točk v mnogokotnike bilo precej oteženo. Točke niso bile povezane, tako kot

bi morale biti, saj so se povezovale med seboj tudi iz različnih fotografij. V primeru manj

fotografij pa do končnega rezultata nismo prišli, saj program ni mogel izvesti triangulacije.

Pri uporabi programa Cinema 4D se je vsaka fotografija, ki smo jo imeli, izkazala za še

kako koristno. Na vsaki izmed fotografij je bil viden kakšen izmed detajlov, ki na prejšnji ali

naslednji fotografiji ni bil viden. Zaradi uporabe več fotografij smo tako naš model lahko

veliko bolj približali resničnemu objektu, kot bi to lahko storili v primeru, da bi imeli na

primer samo eno fotografijo.

6.3 Možne razširitve in izboljšave raziskave

V okviru teoretičnega dela bi raziskavo lahko dodatno razširili in tudi poglobili, v kolikor bi

na primer dodali še matematično ozadje, na podlagi katerega deluje avtomatski program

Insight3D. Vključili bi lahko tudi zgodovinske preglede posameznih področij, zaradi česar

bi jih mogoče lahko še boljše razumeli.

Ko smo se lotevali našega empiričnega dela, smo se odločili, da se bomo osredotočili na

dva računalniška programa. Glede na to, da je v primeru programa Insight3D šlo za

program iz avtomatskega razreda, pri programu Cinema 4D pa za program iz razreda

ročnega modeliranja in teksturiranja, je rezultate na nek način vseeno težje primerjati. Da

bi se temu izognili in dodatno izboljšali našo raziskavo, bi morali v njej uporabiti več

različnih programov ali pa se odločiti za primerjavo dveh ali treh metod, ki sodijo v isti

razred.

Pri lotevanju samega prenosa 2D statičnih scen v 3D modele, smo se odločili, da bomo za

prenos uporabili sliko vile. Kljub temu, da je bila vila, ki smo jo poskušali prenesti, na

pogled precej enostavna, bi se mogoče za lažjo primerjavo morali odločiti za prenos

drugačnega objekta. Mogoče bi bilo celo dobro, da bi najprej prenesli več različnih

objektov, manjšo hišo in šele po vsem tem vilo. Tako bi lahko mogoče celo prišli do

kakšne ugotovitve, kje pri uporabi programa Insight3D se izgubimo in ne dobimo več

natančnih in želenih rezultatov.


60

7 SKLEP

V magistrskem delu smo se ukvarjali s prenosom 2D statičnih scen v 3D modele s

pomočjo programov Insight3D in Cinema 4D. Da bi boljše razumeli, kako bo potekal sam

prenos in kaj bomo počeli v empiričnem delu, smo se najprej seznanili z nekaterimi

teoretičnimi izhodišči. Kljub temu, da smo za izdelavo teoretičnega dela pregledali kar

nekaj literature, smo ob koncu dela ugotovili, da bi svojo raziskavo lahko še dodatno

poglobili. Nekaterim opisanim postopkom bi tako lahko dodali še matematična ozadja,

prav tako pa bi jih lahko predstavili tudi s pomočjo zgodovinskih pregledov. Ugotovili smo,

da se na področju modeliranja nenehno pojavljajo novosti, s pomočjo katerih bi lahko

naše končne rezultate ne le neprestano dopolnjevali, ampak tudi izboljševali.

Teoretičnemu delu je sledil empirični del, v katerem smo se lotili dejanskega prenosa iz

2D v 3D okolje s predhodno omenjenima programoma. Za prenos smo si izbrali vilo, ki se

nahaja pod Kalvarijo v Mariboru. S tem izborom smo se pri svojem delu zavestno omejili

samo na prenos stavb, za kar smo se odločili predvsem iz praktičnega razloga. Stavbe

predstavljajo svojevrsten izziv za prenos, prav tako pa hkrati predstavljajo tudi nešteto

možnosti za izdelavo 3D modelov. Poleg tega, da smo v empiričnem delu prišli do

izdelave naših končnih 3D modelov, smo prišli tudi do ugotovitev, ki so potrdile naše

hipoteze. Skozi delo smo ugotovili, da je včasih veliko boljše, če se dela lotimo sami, kot

je bilo to v primeru uporabe programa Cinema 4D, kot pa da bi delo namesto nas opravil

program, kot je bilo to pri uporabi Insight3D. S tem, ko smo svoj 3D model izdelovali

ročno, smo prišli do veliko bolj dovršenih rezultatov. Izkazalo se je, da imamo v primeru

uporabe programa, kjer moramo več dela opraviti sami, na voljo več različnih orodij. S

pomočjo teh smo na enostaven in hiter način lahko naredili kar dva različna končna

modela, že samo s tem, da smo enemu izmed njiju nekoliko spremenili teksture in v

njegovo končno sceno postavili nekaj dodatnih objektov. Kljub temu, da smo prišli pri

izdelavi empiričnega dela do zadovoljivih rezultatov, bi ti lahko bili še boljši. Odločili bi se

lahko za uporabo več različnih programov in tako med njimi lažje primerjali dobljene

rezultate, prav tako bi se lahko odločili za izdelavo več različnih modelov, ki bi predstavljali

za izdelavo različne težavnostne stopnje. Tudi v tem primeru bi mogoče lahko lažje

predstavili prednosti in pomanjkljivosti posameznega programa. Ne glede na naše končne

rezultate, bi ti lahko bili vedno boljši.


61

3D tehnologije z vsakim dnem postajajo vse večji del našega življenja. Nekaj, kar se nam

je včasih zdelo neresnično, si postopoma utira pot v naš vsakdan. Kljub temu, da se vsak

izmed nas ne ukvarja s 3D tehnologijami, je mogoče vseeno priporočljivo, da se z njimi

seznanimo vsaj do neke mere. Glede na njihov razvoj je le še vprašanje časa, kdaj bo

prav vsak izmed nas doma imel vsaj en televizijski sprejemnik, ki omogoča ogled 3D

vsebin. Skozi naše magistrsko delo smo tako na podlagi teoretičnih izhodišč in

praktičnega prikaza poskušali na enostaven in čim bolj razumljiv način pokazati, kako

poteka prenos 2D statičnih scen v 3D modele. Poskušali smo dokazati, da gre vsaj v

praktičnem delu za postopke, ki se jih lahko loti vsak izmed nas, ki ima dostop do

računalnika ter potrebne programske opreme, ne glede na to, kakšno je njegovo

predznanje.

VIRI

[1] Acute3D, 2015. Dostopno na http://www.acute3d.com/smart3dcapture/, zadnji obisk

v marcu 2015.

[2] Autodesk, 2015. Dostopno na http://www.autodesk.com/products/maya/overview,

zadnji obisk v marcu 2015.

[3] Autodesk Recap, 2015. Dostopno na https://recap.autodesk.com/, zadnji obisk v

marcu 2015.

[4] Beane, A. 3D Animation: Essentials, Indianapolis: John Wiley & Sons, Inc., 2012.

[5] Blender, 2015. Dostopno na http://www.blender.org/, zadnji obisk v marcu 2015.

[6] Curvy 3D, 2015. Dostopno na http://www.curvy3d.com/3d-modelling-program.html,


[7] Digitalna fotografija, 2015. Dostopno na

https://digitalnafotografija.wordpress.com/2011/01/19/kaj-je-fotografija/, zadnji obisk

v marcu 2015.

[8] Erzetič, B., Gabrijelčič, H. 3D od točke do upodobitve, 2. izdaja, Ljubljana: Založba

Pasadena, d. o. o., 2009.

[9] Guid, N. Računalniška grafika [učbenik], Maribor: Fakulteta za elektrotehniko,

računalništvo in informatiko, 2001.

[10] Grabant, N. Angleško-slovenski slovarček osnovnih pojmov 2D in 3D- grafike in

animacije, 2011. Dostopno na:

http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/Strukturni_skladi

/Gradiva/MUNUS2/MUNUS2_138RacunalniskoOblikovanje_Slovarcek.pdf, zadnji

obisk v marcu 2015.

[11] Image-Based Modeling and Rendering Techniques: A Survey, 2015. Dostopno na

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:g4IZ_N7tZI0J:www.inf.ufr

gs.br/~oliveira/pubs_files/RITA_IBMR.pdf+&cd=1&hl=sl&ct=clnk&gl=si, zadnji obisk

v marcu 2015.

[12] Image-based 3D modelling: a review, 2015. Dostopno na

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:JtZsmPl_kFQJ:www.rese

archgate.net/profile/Fabio_Remondino/publication/227786426_Imagebased_3D_Mo

delling_A_Review/links/00b7d52c6d1dba9507000000.pdf+&cd=1&hl=sl&ct=clnk&gl

=si, zadnji obisk v marcu 2015.

[13] Insight3D- quick tutorial, 2014. Dostopno na http://insight3d.sourceforge.net/, zadnji

obisk v marcu 2015.

[14] Maxon: 3D for the real world, 2014. Dostopno na http://www.maxon.net/, zadnji

obisk v marcu 2015.

[15] O’Rourke, M, Principles of Three-Dimensional Computer Animation (Third Edition),

W. W. Norton & Company, 2003.

[16] Osnovne značilnosti senzorjev in aktuatorjev, 2014. Dostopno na http://lms.fe.uni-

lj.si/amon/literatura/SA/1OsnZnac.pdf, zadnji obisk v marcu 2015.

[17] Photometrix, 2015. Dostopno na http://www.photometrix.com.au/australis/, zadnji

obisk v marcu 2015.

[18] PhotoModeler, 2015. Dostopno na http://www.photomodeler.com/index.html, zadnji

obisk v marcu 2015.

[19] Pixologic, 2015. Dostopno na http://pixologic.com/zbrush/features/ZBrush4R7/,


[20] Preparata, F. P., Shamos, M. I. Computational Geometry – An Introduction, 2nd

Edition, Springer-Verlag New York, Inc., 1988.

[21] Sketch-based modeling: A survay, 2015. Dostopno na

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0097849308001295, zadnji obisk v

marcu 2015.

[22] Žalik, B. Geometrijsko modeliranje [učbenik], Maribor: Fakulteta za elektrotehniko,

računalništvo in informatiko, 1999.

Documents

POSTOPKI PRENOSA STATIČNIH 2D SCEN V 3D MODELE · POSTOPKI PRENOSA STATI ČNIH 2D SCEN V 3D MODELE Klju čne besede: geometrijsko modeliranje, modeliranje na podlagi slik, fotogrametrija,