Fotogrametria podwodna, czyli tworzenie modeli 3D podwodnych znalezisk

Czym jest fotogrametria i jak powstają modele 3D podwodnych obiektów. Czyli nowy sposób na rejestrowanie podwodnego świata, nie tylko dla adeptów podwodnej archeologii. Mariusz Milka opowiada o przygodzie z fotogrametrią oraz podpowiada jak zrobić pierwsze kroki w stronę poznania tej formy graficznej.

Co to jest fotogrametria

Tak w dużym uproszczeniu, fotogrametria to technika wykorzystująca fotografię do skanowania obiektów w 3d i tworzenia ich fotorealistycznych modeli.

Jak to się robi i jak to działa

Do skanowania używa się aparatów fotograficznych. Wykonuje się serie kilkudziesięciu, kilkuset a czasem nawet kilku tysięcy zdjęć, które później przetwarza się za pomocą specjalnego oprogramowania.

Czyli taki proces składa się generalnie dwóch części. Pierwsza to fotografowanie i tu przydają się wszelkie umiejętności fotograficzne. Druga, to przetwarzanie fotografii na komputerze, do czego przydatne jest rozumienie grafiki komputerowej oraz generalnie technologii.

Duża część procesu jest zautomatyzowana, jednak to nie jest tak, że komputer zrobi wszystko za nas. Aby uzyskać dobre rezultaty, trzeba wykonać odpowiednie zdjęcia, aby komputer mógł z nich odczytać odpowiednio dużo danych do stworzenia modelu 3d. Trzeba też na różnych etapach tego przetwarzania odpowiednio pomóc komputerowi, aby wiedział, na czym tak naprawdę nam zależy, a co ma odrzucić.

Co można z tym zrobić

Fotogrametria podwodna jest coraz częściej wykorzystywana do celów naukowych. Używają jej między innymi podwodni archeolodzy oraz oceanografowie. Archeolodzy potrzebują jej do obrazowania znalezisk i ich kontekst. Często jest tak, że z powodu słabej widoczności nurek nie może zobaczyć całości stanowiska archeologicznego czy też dużego obiektu.

Pod wodą są też problemy z dokładnymi pomiarami, a wszystko ograniczone jest czasem nurkowania. Dlatego często bardzo dobrą opcją jest wykonanie fotogrametrycznego modelu. Można wtedy zobaczyć wszystko i to z odpowiednią ilością szczegółów. A na dodatek taki skan udostępnić wszystkim nienurkującym specjalistom z danego obszaru archeologii, aby zasięgnąć również ich opinii na temat znaleziska.

Dobrym przykładem może być mój skan pozostałości antycznego rzymskiego wraku, spoczywającego od ponad 2 tysięcy lat na głębokości ponad 40m w okolicach wyspy Śćedro w Chorwacji. Link do interaktywnego modelu 3d.

Oceanografowie używają fotogrametrii między innymi do obrazowania raf koralowych. Na podstawie modelu mogą dokładnie przyjrzeć się gatunkom koralowców oraz ocenić stan rafy. Mogą też przez regularne skanowanie danego obszaru rafy ocenić jak zmienia się ona z czasem.

Również największe światowe muzea w ostatnich latach zajęły się fotogrametrią i udostępniają swoje zbiory w sieci lub aplikacjach wirtualnej lub poszerzonej rzeczywistości. Dzięki temu każdy może mieć dostęp do naszego wspólnego światowego dziedzictwa bez konieczności podróżowania.

Poza tym w świecie nurkowym, coraz więcej prywatnych ekspedycji poszukujących zaginionych wraków potrzebuje kogoś od fotogrametrii. Bo jeśli już coś zajdą, to chcą pokazać to światu.

Wreszcie, niektóre centra nurkowe inwestują w skany wraków, na które zabierają swoich klientów. Po pierwsze mogą na podstawie tych skanów stworzyć bardzo dokładne mapy i poprawić bezpieczeństwo nurkowań, a po drugie ładnymi modelami wraków mogą zainteresować w sieci potencjalnych klientów.

Tu dobrym przykładem może być mój skan popularnego wśród polskich nurków wraku okrętu P31 na Malcie.

Jak się tego nauczyć

Kiedy ja zainteresowałem się fotogrametrią jakieś 6 lat temu, nie było wielu możliwości, a przede wszystkim łatwo dostępnych kursów. Czytałem, więc w sieci o dostępnym oprogramowaniu, jego wadach, zaletach, instalowałem różne wersje próbne i eksperymentowałem. Wszystko szło mozolnie, bo oprogramowanie nie było wtedy w stanie wykorzystać wszystkich zasobów domowych komputerów.

Zdecydowałem się w końcu na zakup oprogramowania Agisoft Metashape (dawniej Photoscan) i dzień po dniu, tydzień po tygodniu rozwijałem moje projekty metodą prób i błędów. W końcu doszedłem do takiego poziomu, że moje skany mają zastosowanie zarówno komercyjne, jak i naukowe.

Z wykształcenia jestem specjalistą z zakresu edukacji dorosłych oraz nauczycielem. Uczenie innych to moja pasja. Jestem również instruktorem nurkowania, bo nurkowanie to moja druga pasja 🙂

Dlatego gdy zorientowałem się, że tak naprawdę nie ma dobrego i ogólnodostępnego kursu fotogrametrii podwodnej, sam postanowiłem taki stworzyć. A globalna pandemia sprawiła, że dość szybko opracowałem jego wersję on-line, w której każdy może wziąć udział bez wyjścia z domu.

Cena takiego kursu to 1155 zł lub 250 EUR. Czyli nie odbiega od ceny innych specjalistycznych kursów nurkowych. Przy czym aby w nim uczestniczyć, nie trzeba być nurkiem. Dowiedz się więcej lub zapisz się na kurs.

Kurs odbywa się w formie kilku spotkań ze mną 1:1, podczas których razem ćwiczymy na gotowych zestawach fotografii, oraz omawiamy niezbędną teorię. Dodatkowo, studenci w czasie wolnym eksperymentują z własnymi modelami i te eksperymenty później też omawiamy starając się polepszyć ich rezultaty.

Wszystko po to, aby uczestnicy kursu posiedli wszystkie umiejętności potrzebne do rozpoczęcia przygody z fotogrametrią i byli w stanie samodzielnie tworzyć modele 3d z fotografii.

6 lat w rozwoju technologii i oprogramowania to dużo. Dlatego dziś te same projekty, na tym samym komputerze przetwarzam ponad 20 razy szybciej niż dawniej! Dlaczego to takie ważne? Bo choć cały proces wciąż trochę trwa, to teraz to, co przed laty przetwarzałem przez 3 tygodnie, robię w jeden dzień!

Dzięki rozwojowi technologii dziś każdy, kto posiada w miarę dobrego laptopa, może zająć się fotogrametrią. Wystarczy jedynie, że nauczy się podstaw. Nie trzeba też mieć super aparatu. Ja od lat używam głównie starej kamery GoPro 4 i czasem aparatu kompaktowego Olympus TG-5. To nie aparat jest ważny. Ważne jest zrozumienie jak działa fotogrametria i jak pomóc komputerowi osiągnąć rezultat, który nas zadowala.

Trochę więcej o fotogrametrii i moich podwodnych projektach można posłuchać w podcaście DAN sprzed kilku miesięcy. Podcast wymaga krótkiej rejestracji.
https://register.gotowebinar.com/register/305088495312053515

Mariusz Milka