Taisinpa luvata Mobilistin toimittajaillassa hernekeittoa nauttiessa kertoa valokuvien avulla mallintamisesta yhtenä vaihtoehtona 3D-skannaukselle. Nyt siihen tarjoutui hyvä mahdollisuus Antonin pihaprojektin suunnittelun myötä.

Fotogrametria liittyy maanmittausoppiin, ja tunnetuin sovellus lienee ilmakuvaus. Kohteena olevasta alueesta otetaan riittävästi ilmakuvia, jotta jokainen maastonkohta on löydettävissä vähintään kahdelta eri kuvalta. Kun kuvien suhteet toisiinsa ja maastoon on selvitetty, voidaan kohteen sijainti määrittää kuvista kolmiulotteisesti (lähde: Wikipedia). Tekniikka on ollut tiedossa 1930-luvulta asti, ja sitä sovellettiin mm. V-aseiden laukaisualustojen paikallistamiseen toisessa maailmansodassa.

Nykyään tietokoneiden laskentateho, digikuvaus ja sopivat ohjelmat mahdollistavat fotogrammetrian tehokkaan hyödyntämisen 3D-mallintamisessa. 3D-skannaukseen nähden suurin puute on mittatiedon puuttuminen ja rajallisesta kuvien määrästä sekä tekniikasta johtuva epätarkkuus. Tekniikka on omimmillaan, kun halutaan tehdä visuaalisesti oikean näköinen malli. Harrastajan kannalta voisi olla mielenkiintoista saada tarvittava malli esim. 3D-tulostukseen tehtyä kännykän kameran kuvien avulla.

Hyvä, näin ruvetaanpa hommiin! Eli tehtävämme on 3D-mallintaa autoharrastajan pihapiiri, jotta voidaan suunnitella tarvittavia aitoja ja katoksia laanille, grillipaikkaa unohtamatta. Tätä varten otetaan esille DJI Mini 4 Pro -drone, joka on ohjelmoitavissa kiertämään tiettyä rataa ottaen samalla kuvia. Drone kiertää tonttia ja rakennuksia kuvaten noin 20 minuuttia.

Tämän jälkeen puretaan laitteesta valokuvat, ja ne ladataan Artec Studio 19 -ohjelmaan, jolla lasketaan kuvien perusteella 3D-malli. Mallin muodostamiseen menee n. 30 minuuttia. Tämän jälkeen 3D-skannaamme talon oven Artec 3D Leo -skannerilla, jotta voimme yhdistää sen valokuvien avulla tehtyyn malliin ja näin saada skaalattua mittakaavan koko mallille. Tämän jälkeen meillä on pihasta ja rakennuksista 3D-malli, jonka voimme siirtää SolidWorks-ohjelmaan aitojen, autokatoksen ja grillipaikan suunnittelua varten. Samalla pohjalle teimme myös VR- (Virtual Reality) -mallin tontista, jossa voi liikkua ja tutkia asioita virtuaalisesti.

Toisena testinä teimme auton vesipumpun eri tekniikoilla, joista kuva ohessa. Ensimmäinen malli on tehty fotogrammetrialla ottamalla kännykällä kuvat ja muodostamalla malli Artec Studio 19ä. Seuraava malli tehtiin Artec 3D Leo -skannerilla, ja viimeinen malli tehtiin Space Spider -tarkkuusskannerilla. Fotogrammetriamallia emme skaalanneet tässä kohtaa. Tästä on helppo päätellä tarkkuustaso, joka on helposti saavutettavissa eri tekniikoilla ja laitteilla tällaisessa pienehkössä osassa.

Testin perusteella tekniikka vaikuttaa varsin lupaavalta. Seuraavat asiat on syytä kuitenkin ottaa huomioon.

Kuvia tarvitaan paljon, ja jokaisessa kuvassa pitää olla osa toisesta kuvasta, jotta saadaan mahdollisimman hyvä malli. Tarvitaan myös jokin hieman tarkemmin kuvattu tai skannattu kohta, jonka tarkka mitta tiedetään, jotta malliin saadaan mittatieto. Vaihtoehtona voidaan käyttää mittasauvoja (vrt. kuva, lähde: Artec Studio 19 -dokumentaatio). Käsittelyohjelmia on varmasti hyvinkin paljon. Nyt kokeiltu Artec Studio 19 on ammattitason ohjelma, joka toimi erittäin luotettavasti.

Tämä voisi olla realistinen tekniikka harrastajalle pienellä budjetilla, esim. tehdä auton 3D-malli, josta voisi jalostaa 3D-tulostettavan pienoismallin, jota minulta kysyi Citroën-harrastaja. Tai vaikkapa meidän autoarkeologi Kaitsulle tapa tallentaa Kanadassa oleva auton aihio. Tarvitaan vain matkaliput, kamera, määrämitaisia sauvoja ja systemaattinen kohteen kuvaaminen. Myös laadukkaita videoita voidaan hyödyntää kuvien kera.

Mesen skannaus valokuvien avulla

Jatkona edelliseen valokuvien avulla 3D-mallin tekemisen tarinaan seuraa nyt kokonaisen auton 3D-mallin tekeminen samalla fotogrammetriatekniikalla. Tarkoituksemme on tuon mallin pohjalta tulostaa autosta pienoismalli ja samalla tallentaa auto digitaaliseen muotoon.

Kohteeksi valikoituu MB 190 SE, aikanaan niin suosittu YK-auto. Kyseinen yksilö on hienosti säilynyt alkuperäisenä jopa maalipintaa myöten. Valmisteluina autoa ei välttämättä kannata liikaa pestä ja kiillotella. Valokuvaaminen suoritetaan ulkona kännykän hyvälaatuisella kameralla. Kuvia otetaan n. 150 kappaletta. Kuvasta näkyy, kuinka otokset on tehty. Keskeistä on, että jokaisessa kuvassa näkyy osa edellisestä kuvasta. Auton kylkiin teipataan mittaristikot, joilla kuvaan saadaan mittakaava.

Kun kuvaus on saatu tehtyä, ladataan kuvat Artec Studio 19 -ohjelmaan, jossa 3D-mallin muodostus tapahtuu keinoälyn avustamana. Käytännössä tässä on kaksi eri algoritmia käytettävissä.

Ensimmäisenä vaiheena ohjelma sijoittaa valokuvat 3D-avaruuteen, josta syntyy karkea Photo Scan -objekti. Kuvasta näkyy hyvin, kuinka tämä on muodostettu kuvien paikkatiedon avulla. Seuraavaksi ohjelma alkaa keinoälyä hyödyntäen luoda kolmioverkkoa karkean mallin päälle. Kun tämä on saatu aikaiseksi, ohjelma sijoittaa valokuvien perusteella tekstuurit kolmioverkkamallin päälle. Näin voidaan luoda tarkkoja 3D-malleja erilaisiin käyttötarkoituksiin ilman 3D-skanneria.

Oheisessa kuvassa nähdään teksturoitu 3D-malli, joka on myöskin täysin kelvollinen 3D-tulostukseen. Ohjelmilla, jotka meillä on käytössä, tämä ei olisi ollut mahdollista vielä vuosi sitten. Näin se tekniikka kehittyy.

Projektimme etenee siis 3D-tulostusvaiheeseen. Prosessissa syntynyt 3D-malli tallennetaan STL-formaattiin ja ladataan Ultimaker Cura -tulostusohjelmaan. Täällä määritämme tulostusmateriaaliksi PLA-muovin ja tukimateriaaliksi saman materiaalin. Ohjelma laskee tämän jälkeen tulostusradat ja tarvittavan tuennan. Oheisesta kuvasta ilmenee, miltä malli tulee näyttämään tulostuksen jälkeen. Tulostimena käytämme Ultimaker S7 -tulostinta. Samankaltaisia tulostimia on kirjastoissa yleisessä käytössä.

Tulostuksen valmistuttua vuorossa on tukimateriaalin irrotus. Kuvista ilmenevät vaiheet, joissa tämän teimme. Kuvassa näkyvä pieni irto-osa on irrotettava vetokoukku. Näinkin tarkka yksityiskohta on mahdollista tulostaa onnistuneesti.

Lopputuloksena saatava pienoismalli on tarkassa mittakaavassa ja halutun kokoinen. Viimeistelynä tulostuksen jälkeen voisi olla mahdollisesti hionta, maalaus tms. sen mukaan, millainen lopullisesta mallista halutaan.

Tässä tuntuisi nyt olevan tarjolla hyvä tekniikka myös harrastajalle 3D-mallinnuksen suorittamiseen valokuvien avulla. Toki tarvitaan ohjelma ja osaamista. Artec Studio 19 hintaluokka on 1 200 e / 12 kk. Toki tämä on jonkinmoinen summa, mutta huomattavasti vähemmän kuin 40 000 euron skanneri. Kehityksen suunta tuntuu lupaavalta harrastajan vinkkelistä.