Návody

Skenování 3D modelů kamenných památek

3D model umí zachytit tvar, otlučené hrany i vyryté nápisy památky mnohem věrněji než fotografie. V tomto návodu si projdeme nejsnadnější cestu, jak takový model vytvořit chytrým telefonem, publikovat ho na Sketchfabu a připojit k bodu v naší mapě. Návod je psaný pro běžné uživatele/badatele – nepotřebujeme k němu žádné předchozí zkušenosti s 3D grafikou.

Není jen jedna „správná" cesta. 3D dokumentaci lze dělat celou řadou postupů a přístrojů – od profesionálních ručních skenerů, dronů a zrcadlovek s foto­grammetrickým softwarem (RealityCapture, Metashape, Meshroom, 3DF Zephyr…) až po specializované laserové skenery. Níže popsané mobilní aplikace jsme vybrali proto, že jsou zdarma, zvládne je každý a stačí k nim telefon, který máme v kapse. Berme je jako nejsnadnější způsob, jak začít – nikoli jako jediný možný. Do platformy Kamenne-krize.cz můžeme nahrát model připravený jakýmkoli způsobem (jakýmkoli přístrojem i softwarem), pokud výsledek dostaneme do podporovaného formátu nebo na Sketchfab.

LiDAR vs. fotogrammetrie – dva způsoby, jak vznikne 3D model

Existují dva základní principy, jak z reálného objektu vznikne 3D model. Rozdíl je dobré chápat, protože ovlivňuje kvalitu výsledku, potřebné vybavení i spotřebu mobilních dat.

Fotogrammetrie (z fotografií)

Model se vypočítá z desítek až stovek fotografií objektu pořízených ze všech stran. Software najde společné body na překrývajících se snímcích a z nich zrekonstruuje tvar i barvu povrchu.

  • Výhody: velmi vysoký detail a věrné barvy/textury – skvěle zachytí zvětralý kámen, rytiny a nápisy. Funguje na libovolném telefonu (nepotřebuje speciální senzor).
  • Nevýhody: je citlivá na světlo (nejlépe rovnoměrné, zataženo bez ostrých stínů), vyžaduje pečlivé nafocení a delší výpočet. Špatně si poradí s lesklým, mokrým, průhledným nebo jednolitým povrchem bez struktury.

LiDAR (laserové měření hloubky)

LiDAR je senzor, který krátkými laserovými pulzy přímo měří vzdálenost k povrchu a rovnou skládá prostorový tvar. Mají ho jen některá zařízení – např. iPhone Pro a iPad Pro. Běžné (ne­Pro) iPhony a většina Androidů LiDAR nemají.

  • Výhody: velmi rychlé, funguje i za horšího světla, dobře zvládne celkový tvar i větší objekty. Skenování vidíme vznikat v reálném čase.
  • Nevýhody: jemný detail (drobné rytiny, ostré hrany) bývá méně detailní než u kvalitní fotogrammetrie a vyžaduje podporované zařízení.
Důležitý praktický rozdíl – mobilní data:
  • LiDAR (Scaniverse) se zpracuje přímo v telefonu. Ke vzniku modelu nepotřebujeme internet ani data – vše se spočítá na místě, klidně v lese bez signálu. Data spotřebujeme až při samotném nahrání hotového (a obvykle nevelkého) modelu.
  • Fotogrammetrie s cloudovým zpracováním (RealityScan) posílá všechny fotky na server. To může spotřebovat hodně mobilních dat (klidně stovky MB na jeden model). Jsme-li v terénu na mobilním připojení, vyplatí se zpracování odložit na Wi-Fi.

Doporučení pro kamenné kříže: chceme-li zachytit co nejvíc detailu (nápisy, letopočty, reliéfy), sáhneme po fotogrammetrii. Máme-li zařízení s LiDARem a jde nám hlavně o rychlost, celkový tvar a nezávislost na datovém připojení, je LiDAR pohodlnější volba.

Dvě aplikace, se kterými snadno začneme

Vybrali jsme dvě bezplatné aplikace, které pokrývají oba principy a umí hotový model rovnou publikovat na Sketchfab. Podrobných videonávodů na obě najdeme na internetu velké množství – zde uvádíme jen to podstatné pro naši práci.

Obrázek ikony Scaniverse (Niantic)

  • Zdarma, pro iOS i Android.
  • Umí LiDAR (na podporovaných zařízeních) i foto­grammetrický režim, takže funguje i na telefonech bez LiDARu. 
  • Zpracování probíhá přímo v telefonu – model vznikne i bez připojení k internetu.
  • Exportuje do běžných 3D formátů a umí publikovat přímo na Sketchfab.

 

Obrázek ikony RealityScan (Epic Games) 

  • Zdarma, pro iOS i Android.
  • Čistá fotogrammetrie – model tvoříme fotografováním objektu, aplikace nás přitom naviguje, odkud ještě chybí snímky (červené body = doplnit, zelené = dost).
  • Zpracování běží v cloudu – počítá se tedy s odesláním fotek pomocí internetového připojení.
  • Přímý upload na Sketchfab je i zde součástí aplikace.

 

V praxi má smysl aplikaci Scaniverse používat pouze na zařízení s LiDARem. LiDAR má každý iPhone Pro/Pro Max od modelu 12 (2020) výš a každý iPad Pro od roku 2020.

Jak dobře naskenovat kříž nebo křížový kámen v terénu (platí pro obě aplikace)

  1. Světlo: ideální je zataženo nebo měkký stín – rovnoměrné světlo bez ostrých stínů a odlesků. Vyhneme se přímému ostrému slunci.
  2. Suchý a čistý povrch: mokrý a lesklý kámen se snímá špatně. Odstraníme spadané listí a vysokou trávu kolem paty kříže.
  3. Objekt obcházíme dokola a snímáme cca ve třech výškových úrovních – zdola nahoru, z úrovně očí a shora dolů. Nezapomeneme na horní plochu, boky, případně spodní plochy výčnělků (ramen kříže)
  4. Dostatečný překryv: sousední snímky (nebo pohyb kamery u LiDARu) by se měly z velké části překrývat. Postupujeme pomalu a plynule. Je dobré využít automatické AR navigace kterou mají vestavěnou obě uvedené aplikace.
  5. Nic se nesmí hýbat – počkáme, až přejdou lidé, a snímáme ve chvíli bez větru v okolní vegetaci.
  6. Kontext a měřítko: můžeme přiložit měřítko (svinovací metr) mimo vlastní kříž, pomůže to při pozdějším ověření rozměrů.

Publikace na Sketchfab

Sketchfab je nejrozšířenější platforma pro sdílení 3D modelů a slouží nám jako mezikrok mezi skenovací aplikací a naším systémem.

  1. Založíme si zdarma účet na sketchfab.com.
  2. V aplikaci (Scaniverse i RealityScan) zvolíme publikaci / export na Sketchfab a přihlásíme se svým účtem.
  3. Vyplníme název, popis a licenci. U kamenných křížů doporučujeme uvést lokalitu a případně evidenční číslo/kód.
  4. Model může na Sketchfabu klidně zůstat jako soukromý i bez povoleného veřejného stahování („Downloadable"). Ten přepínač řídí jen stahování pro ostatní návštěvníky Sketchfabu – vlastní modely přes propojený účet importujeme tak jako tak, embedem i stažením do naší aplikace.

Připojení modelu do systému Kamenné kříže

Jakmile je model na Sketchfabu, přeneseme ho k bodu na mapě v několika kliknutích:

  1. Ve svém profilu → Propojené účty jednorázově propojíme Sketchfab účet.
  2. Otevřeme detail bodu zájmu (POI) a přejdeme na záložku Média.
  3. Zvolíme „3D model (import z Sketchfab)" a najdeme svůj model.
  4. Vybereme jednu z variant:
    • Vytvořit EMBED – model zůstane na Sketchfabu a u bodu se zobrazí jeho prohlížeč (nejrychlejší).
    • Stáhnout GLTF model – model se uloží přímo k nám a přestane být závislý na platformě Sketchfab.
Máme data z jiného zdroje? Pokud jsme model vytvořili jiným postupem (profesionální skener, desktopová fotogrammetrie apod.), nemusíme přes Sketchfab vůbec chodit – k bodu lze přímo nahrát soubor GLB nebo ZIP s GLTF modelem. Systém tedy přijme data připravená libovolným způsobem