Dalam buku komik antik tahun 1964, "mesin pengolah" membuat patung tiga dimensi teman Superman hanya dengan menggunakan foto mereka sebagai masukan. Visi ini kini telah menjadi kenyataan sehari-hari dalam serangkaian algoritma yang dikenal sebagai fotogrametri. 

Dari sekumpulan foto yang tumpang tindih, data titik cloud diturunkan dan diproses menjadi objek tiga dimensi yang sepenuhnya bertekstur tanpa memerlukan alur kerja yang rumit atau program pelatihan khusus. Janji teknologi: model cetak 3D siap pakai dengan beberapa jepretan kamera dan klik mouse. Sesederhana kedengarannya, tetap ada sedikit seni dan sains untuk alur kerja fotogrametri. 

Panduan ini akan membawa pembaca melalui langkah-langkah dasar dari alur kerja fotogrametri dan menawarkan beberapa alternatif untuk dipertimbangkan dalam hal peralatan perangkat lunak fotogrametri.

Apa itu Fotogrametri?

Fotogrametri secara harfiah berarti tindakan memperoleh pengukuran yang tepat dari foto. Ini melibatkan pengambilan satu set foto yang tumpang tindih dari suatu objek, bangunan, orang, atau lingkungan, dan mengubahnya menjadi model 3D menggunakan sejumlah algoritma komputer.

Aplikasi

Fotogrametri Fotogrametri digunakan dalam berbagai bidang aplikasi:

• Arsitek menggunakan fotogrametri untuk perencanaan lokasi, pemantauan konstruksi, dan rendering visualisasi.

• Seniman dapat mendokumentasikan atau mengubah karya seni, patung, atau alam yang ada menjadi sesuatu yang baru.

• arkeolog secara virtual dapat memetakan dan menjelajahi wilayah daratan dan lautan dunia yang belum ditemukan.

• Desainer dan insinyur yang perlu merekayasa balik objek yang ada atau menyesuaikan bagian baru ke dalamnya.

• Kontrol kualitas dalam proses manufaktur secara signifikan dibantu oleh penggunaan fotogrametri.

• Pengembang game dapat menghemat waktu merancang alat peraga dan lingkungan dengan menggunakan fotogrametri yang dikombinasikan dengan alur kerja pemodelan 3D semi-otomatis.

• Ahli paleontologi dapat menangkap fosil dan lapisan tulang dan menentukan pendekatan terbaik untuk penggalian, pelapisan, dan pelestarian serta mendokumentasikan dan membagikan temuan mereka. Peta 3D terperinci dari sebuah situs dapat lebih mudah mengungkapkan lokasi fosil.

• Untuk kartografer, ahli geologi, surveyor, dan pembuat peta topografi, fotogrametri secara radikal mempercepat proses pembuatan peta.

• Peneliti forensik dapat menangkap TKP dalam tiga dimensi untuk mendapatkan lebih banyak wawasan tentang isu-isu seperti jalur penerbangan peluru, kecelakaan mobil, dan garis pandang saksi, atau untuk menciptakan lingkungan pelatihan virtual.

• Terapis dan profesional medis lainnya dapat memindai bagian tubuh pasien untuk aplikasi yang disesuaikan dengan kebutuhan seperti prostetik dan ortotik, sepatu, dan alat bantu dengar.

• Di bidang warisan budaya, potongan dan monumen sekarang dapat dilestarikan selamanya dan hampir direkonstruksi dan direnovasi.

• Kurator museum dapat membuat koleksi virtual untuk menarik minat masyarakat.

• Ahli meteorologi menggunakan fotogrametri untuk menentukan kecepatan tornado.

• Fotografer sekarang memiliki dimensi ekstra untuk dikerjakan.

• Perusahaan yang ingin menawarkan layanan untuk model cetak 3D dari harta benda paling berharga, hewan peliharaan, atau anggota keluarga.

Bagaimana Fotogrametri Bekerja

Langkah 1: Ambil Gambar

Ambil serangkaian foto yang tumpang tindih dari objek yang dipilih. Kamera smartphone 8 megapiksel sudah akan memberikan hasil yang dapat diterima untuk aplikasi tanpa persyaratan akurasi tinggi, tetapi kami merekomendasikan kamera tipe DSLR 18 MP (dan lebih tinggi) untuk hasil terbaik. Kamera sudut lebar adalah yang terbaik karena menghadirkan distorsi lensa paling sedikit. Lensa mata ikan tidak akan berfungsi, misalnya, kecuali bekerja dengan perangkat lunak yang dapat mengimbanginya dengan cerdas. 

Yang terbaik adalah mengambil foto secara berurutan dalam lingkaran di sekitar objek. Mulailah dengan lingkaran pada sudut rendah, lalu lakukan satu lagi pada sudut yang lebih tinggi untuk menangkap permukaan paling atas. Bertujuan untuk setidaknya 50% tumpang tindih antara setiap gambar; 60-80% sangat ideal. Terakhir, pastikan untuk mengambil beberapa foto tambahan dari area yang menyimpan detail penting.

Karena kami tidak menggunakan drone kami untuk fotogrametri, kami mungkin juga merekayasa baliknya. Ambil foto dalam dua pita dengan ketinggian sekitar 10 (biru) dan 45 (oranye), termasuk beberapa close-up (abu-abu).

Perhatikan panduan tambahan berikut ini:               

• Pastikan objek memiliki permukaan matte. Objek transparan tidak akan terkonversi dengan baik. Permukaan reflektif dapat diubah menjadi matte menggunakan semprotan pemindaian 3D atau semprotan sampo kering.

• Beberapa aplikasi perangkat lunak tidak memproses permukaan tanpa fitur dengan baik. Semir sepatu, kapur yang dapat disemprotkan, selotip pelukis, dan cat semprot efek batu semuanya meningkatkan kemampuan pemindaian permukaan.

• Latar belakang foto harus memiliki kontras warna dengan objek. Latar belakang kunci kroma berfungsi dengan baik, seperti halnya koran selama tidak menunjukkan warna yang sama seperti yang ada pada objek.

• Pencahayaan harus konsisten sepanjang pemotretan dan optimal pada hari berawan.

• 40-50 foto biasanya cukup untuk satu objek. Semakin banyak foto, semakin baik, asalkan tidak pernah diambil dari posisi yang sama.

• Subjek harus menempati sebagian besar ruang gambar.

• Jangan pernah memindahkan objek selama pemotretan.

• Gunakan depth-of-field (DOF) sesedikit mungkin dan fokuskan kamera tepat ke objek untuk setiap gambar.

• Gunakan tripod untuk mengurangi keburaman serta untuk lingkungan dengan pencahayaan rendah yang membutuhkan waktu pencahayaan tinggi.

• Meskipun semakin cepat, algoritme perangkat lunak fotogrametri dapat memakan waktu berjam-jam atau bahkan berhari-hari untuk menghasilkan hasil yang akurat tergantung pada ukuran kumpulan data. Direkomendasikan adalah komputer dengan RAM 16 Gb dan GPU berkemampuan Nvidia CUDA.

Langkah 2: Unggah

Buka perangkat lunak fotogrametri pilihan Anda dan impor foto langsung ke perpustakaan proyek. Ini biasanya masalah drag-and-drop sederhana. Untuk beberapa program, penting untuk memeriksa kompatibilitas kamera. Mereka mungkin memeriksanya dengan database internal sehingga program dapat mengoptimalkan hasilnya berdasarkan aspek seperti panjang fokus, titik utama, dan format sensor gambar. Ini menghasilkan sejumlah parameter distorsi yang dikenal sebagai penyesuaian bundel.

Langkah 3: Membuat Model 3D Dari Gambar di Perangkat Lunak Fotogrametri

Sebagian besar bagian komputasi fotogrametri dilakukan secara otomatis di latar belakang oleh perangkat lunak fotogrametri, tetapi fitur lanjutan dapat membantu meningkatkan hasil.

Langkah 4: Pasca-Pemrosesan

Sementara bagian komputasi fotogrametri adalah proses yang terlibat, sebenarnya ini adalah bagian termudah bagi pengguna, yang seringkali hanya perlu menyeret gambar mereka dan menekan beberapa tombol. Pekerjaan sebenarnya dimulai ketika model 3D telah dibuat. Dalam kasus apa pun fotogrametri tidak menghasilkan model jaring kedap air yang siap dicetak 3D. Biasanya ada artefak mengambang, kebisingan latar belakang, lubang, dan penyimpangan untuk dibersihkan. Objek juga perlu diorientasikan ulang dan diskalakan ulang, yang dilakukan secara sewenang-wenang oleh perangkat lunak fotogrametri.

Beberapa paket perangkat lunak memiliki alat pasca-pengeditan bawaan, jika tidak, alur kerja yang baik adalah melakukan konversi file yang diperlukan di Meshlab dan pembersihan mesh, perbaikan, perbaikan, dan pengerjaan ulang di MeshMixer. Semua program ini gratis untuk penggunaan komersial. 

Perangkat Lunak Fotogrametri 

Dalam beberapa tahun terakhir, perangkat lunak fotogrametri telah hadir yang mudah digunakan, hemat biaya, dan menghasilkan model yang benar-benar menyerupai aslinya. Pengembang membuat iterasi cepat untuk menambahkan fitur yang diperlukan untuk mengoptimalkan proses meshing dan memperbaiki kesalahan. 

Ketika fotografi dilakukan dengan baik, beberapa alat gratis akan cukup untuk memenuhi kebutuhan proyek fotogrametri dasar. Lalu ada alat tingkat konsumen berdasarkan pembelian satu kali untuk lisensi abadi yang menawarkan fitur yang lebih canggih dan kualitas yang agak lebih andal. Alat profesional dihargai secara eksponensial lebih tinggi tetapi sebagai imbalannya menawarkan hasil yang sempurna dan fitur-fitur canggih seperti pengenalan fitur dan rekonstruksi model yang digerakkan oleh AI, kompatibilitas pemindaian laser, fotogrametri berbasis video, ukuran kumpulan data tak terbatas, tangkapan berbasis penanda, dan/atau alat untuk mengaktifkan fotogrametri udara berbasis drone.

Autodesk ReCap

Autodesk adalah yang paling canggih di kelasnya, dan awalnya berasal dari aplikasi yang mereka peroleh di awal tahun 2000-an yang disebut RealViz Image Modeler. Mereka mengubahnya menjadi Project Photofly gratis, yang kemudian menjadi 123D Catch berbasis cloud. Setelah beberapa tahun, Autodesk memutuskan untuk memonetisasi perangkat lunak mereka dalam bentuk Autodesk Remake, yang diganti namanya dan dimonetisasi ulang dengan peluncuran ReCap terbaru. 

RealityCapture

RealityCapture adalah solusi hebat yang memberikan hasil pemindaian yang sangat akurat. Yang paling membedakannya dari yang lain adalah kecepatan pemrosesannya yang lincah. Ketika solusi lain gagal atau membuat pengguna memiliki waktu tunggu yang lama, RealityCapture secara konsisten memberikan hasil secepat kilat, bahkan dengan kumpulan data yang sangat besar. Ini juga lebih ringan dalam menggunakan sumber daya RAM daripada perangkat lunak lain.

Agisoft Metashape

Agisoft adalah perusahaan Rusia dan sementara di permukaan perangkat lunak mereka terlihat di bawah standar dengan desain antarmuka pengguna bergaya Windows, hasilnya sangat andal dan sebanding dengan yang dihasilkan oleh Autodesk ReCap.

AliceVision Meshroom 

Meshroom adalah solusi foto-ke-3d  dan gratis yang mengandalkan kerangka kerja visi komputer canggih yang disebut AliceVision. Antarmuka nodular agak tidak jelas dan membutuhkan waktu untuk dikuasai. Setelah pengguna mempelajari parameter mana yang harus diubah dalam submenu dan cara merutekan ulang node tertentu, relatif mudah untuk menghasilkan mesh dengan kualitas yang semakin disempurnakan. 

3DF Zephyr

Zephyr oleh 3Dflow adalah studio pengeditan terkenal dengan perangkat profesional dan antarmuka pengguna. Bagi mereka yang memulai dengan fotogrametri, ia menawarkan wizard yang memandu pengguna melalui proses sesuai dengan tingkat keahlian dan jenis proyek fotogrametri mereka (jarak dekat, perkotaan, tubuh manusia, atau udara). Versi gratis bekerja dengan maksimal 50 foto yang merupakan jumlah yang dapat diterima untuk fotogrametri objek tunggal. Versi Lite yang terjangkau memotret angka itu hingga 500, sedangkan versi lengkapnya menawarkan ukuran set foto yang tidak terbatas.

Colmap

Colmap adalah solusi fotogrametri gratis yang awalnya dikembangkan untuk tujuan penelitian. Menggabungkan GUI dengan operasi baris perintah, sebagian besar ditujukan untuk pengguna profesional. Untuk pengguna pemula, teknisnya mungkin tampak menakutkan, namun mode Rekonstruksi Otomatis ada untuk membantu. Colmap cocok untuk proyek jarak dekat dan skala besar, dan akan memerlukan perangkat lunak eksternal untuk operasi perbaikan mesh. Ini hanya untuk Windows dan akan membutuhkan kartu grafis NVIDIA. Keuntungannya adalah Colmap menawarkan banyak opsi lanjutan untuk menghasilkan jerat berkualitas tinggi.

Regard3D

Regard3D adalah program kecil gratis yang membawa pengguna melalui serangkaian panel antarmuka pengguna bergaya Windows yang memandu mereka melalui jalur fotogrametri. Beberapa pengaturan tersedia di setiap langkah, yang dijelaskan lebih lanjut di situs web Regard3D.Perangkat lunak ini mengekspor point cloud dalam format PLY atau mesh segitiga dalam format OBJ.

VisualSFM

VisualSFM adalah solusi fotogrametri yang gratis untuk tujuan nirlaba, dan ditulis oleh seorang insinyur Google. Algoritme densifikasi yang mengubah kecocokan fitur menjadi awan titik mirip dengan yang digunakan oleh Regard3D. Antarmuka pengguna dioperasikan baik melalui antarmuka baris perintah atau tombol berbasis ikon yang memerlukan pengetahuan sebelumnya. Perhatikan bahwa output VisualSFM adalah cloud titik dalam format PLY yang membutuhkan konversi lebih lanjut menjadi mesh oleh alat eksternal seperti Meshlab.

iWitness

iWitness adalah rangkaian fotogrametri profesional yang dikembangkan oleh perusahaan Australia, Photometrix. Karena dapat menggabungkan Ground Control Points (GCPs), misalnya berasal dari data GPS, sangat cocok untuk aplikasi skala besar dalam arsitektur, survei, rekonstruksi kecelakaan, dan investigasi forensik. Algoritmenya sangat tepat dan dapat menghasilkan awan titik tiga dimensi yang dipetakan ke fotoset dengan presisi piksel tunggal. iWitness juga berguna untuk fotogrametri jarak dekat 

Photomodeler

Photomodeler adalah paket perangkat lunak kelas atas yang menawarkan berbagai alat. Ini sangat cocok untuk integrasi CAD dan menyertakan plugin Rhinoceros. Ada alat untuk digitalisasi pola menuju CNC atau manufaktur barang lunak untuk mode, layar kapal, atau pelapis, untuk menyebutkan beberapa aplikasi. Beberapa alat pemodelan manual dapat langsung menghasilkan permukaan mesh untuk mencocokkan geometri seperti kerucut, silinder, fitur persegi panjang, dan permukaan loft. Proses pembuatan titik cloud otomatis didasarkan pada algoritme MVS yang menghasilkan hasil bertekstur akurat yang dapat diekspor ke berbagai format file.

Qlone

Mengingat bahwa platform fotogrametri seluler masih dalam masa pertumbuhan, Qlone melakukan fotogrametri dengan bagus. Pengguna dapat melihat hasil yang dihasilkan dalam beberapa menit, yang selanjutnya dapat diekspor untuk dilihat di Sketchfab, disematkan ke dalam aplikasi AR, atau diubah menjadi model cetak 3D dan langsung dikirimkan ke penyedia layanan pencetakan 3D online. Ada versi gratis yang menghasilkan model resolusi rendah. Versi premium dan pembelian dalam aplikasi menambahkan pemindaian resolusi tinggi dan ekspor tak terbatas ke OBJ, STL, X3D, dan PLY, serta tampilan AR.

Kesimpulan

Fotogrametri adalah alternatif yang layak untuk pemindaian 3D yang hanya memerlukan kamera digital atau ponsel cerdas dan paket perangkat lunak. Ini secara radikal menurunkan hambatan masuk bagi mereka yang ingin membuat model 3D digital terperinci dan membuatnya kembali menggunakan printer 3D.