فتوگرامتری چیست؟ نگاهی به مبانی عملی آن و مقایسه آن با اسکن سه بعدی

اگر به دنبال آشنایی با روش یا علم فتوگرامتری (Photogrammetry یا تصویرسنجی) باشید با تاریخچه‌ی مفصلی از آن روبه‌رو خواهید شد. در ویکی‌پدیای انگلیسی فتوگرامتری اینطور تعریف شده:

فتوگرامتری علم و تکنولوژی دستیابی به اطلاعاتی در مورد اشیاء فیزیکی و یا محیطی است که با ضبط، اندازه‌گیری و تفسیر تصاویر گرافیکی و یا الکترومغناطیسی به دست می‌آید.

همچنین در ویکی‌پدیا آمده است که فتوگرافی در اواسط قرن ۱۹ و تقریبا همزمان با عکاسی پا به عرصه گذاشت و مورد استفاده قرار گرفت.

ولی این چیزی نیست که من بخواهم در این نوشته به آن بپردازم! در این نوشته قصد دارم تا به طور کاربردی به مبانی فتوگرامتری در کاربردهای روزمره، صنعتی، هنری و پزشکی بپردازم. مخاطب این نوشته افرادی هستند که اطلاعات کمی در این مورد دارند و قصد دارند تا فتوگرامتری را به عنوان یک جایگزین برای روش‌های اسکن سه‌بعدی (3D Scanning Methods) در نظر بگیرند.

مقایسه اسکن سه‌بعدی و فتوگرامتری

به طور کلی مدل‌های سه‌بعدی کامپیوتری به دو روش به دست می‌آیند: طراحی در نرم‌افزارهای CAD و استخراج از مدل فیزیکی.

تکنولوژی Photogrammetry به دسته‌ی دوم از روش‌های استخراج مدل سه‌بعدی تعلق دارد؛ بعنی استخراج از مدل فیزیکی!

استخراج از مدل سه‌بعدی کامپیوتری از مدل سه‌بعدی هم خود به دو روش انجام می‌شود: فتوگرامتری و اسکن سه‌بعدی. در مورد اسکن سه‌بعدی به طور کامل در نوشته‌ی «اسکنر سه‌بعدی چیست؟ از کاربردهای آن چه می‌دانید؟» صحبت کردیم. اگر با اسکن سه‌بعدی آشنایی ندارید، حتما این نوشته را بخوانید.

و اما فتوگرامتری و مقایسه‌ی آن با اسکن سه‌بعدی

همانطور که اشاره شد فتوگرامتری یک روش برای استخراج مدل سه‌بعدی کامپیوتری از یک شئ فیزیکی است. برخلاف اسکنرهای سه‌بعدی که از نور و جمع‌آوری اطلاعات در یک مرحله استفاده می‌کنند، فتوگرامتری از دو مرحله برای استخراج مدل سه‌بعدی کامپیوتری استفاده می‌کند:

مرحله‌ی اول عکاسی از سوژه و مرحله‌ی دوم تبدیل آن تصاویر در نرم‌افزارهای اختصاصی به مدل سه‌بعدی.

پس در فتوگرامتری به سه ابزار نیاز دارید: دوربین عکاسی (سخت‌افزار)، کامپیوتر! (سخت‌افزار) و نرم‌افزار تخصصی فتوگرامتری (نرم‌افزار!)

روش کار به این صورت است که باید از سوژه (شئ) از زوایای مختلف عکاسی شود به طوری هر عکس با عکس قبل خود یک بخش مشترک داشته باشد.

توجه داشته باشید که برای تکمیل فتوگرامتری شاید نیاز باشد تا بیش از ۱۰۰ عکس از یک سوژه بگیرید. به همین دلیل اگر قصد دارید تا تنها از یک دوربین برای این کار استفاده کنید، باید از خیر دقت بالا بگذرید. به همین دلیل است که در اسکنرهای سه‌بعدی بدن از چندین دوربین عکاسی برای عکس‌برداری همزمان از سوژه استفاده می‌کنند تا به حداکثر دقت ممکن دست پیدا کنند.

خروجی فتوگرامتری چیست؟

در انتهای استخراج مدل سه‌بعدی کامپیوتری از یک شئ فیزیکی، همانند اسکن سه‌بعدی شما یک ابر نقاط (Point Cloud) را به دست خواهید آورد که در صورت تمایل و نیاز می‌توانید آن را به مش تبدیل کنید.

مزایای فتوگرامتری در مقایسه با اسکن سه‌بعدی

مزیت اول فتوگرامتری نسبت به اسکن سه‌بعدی این است که در این روش رنگ‌های سوژه به خوبی مدل‌سازی می‌شوند. هرچند که بسیاری از اسکنرهای سه‌بعدی همچون Shining Einscan Pro 2X Plus توانایی اسکن سه‌بعدی رنگی را هم دارند، ولی اگر از دوربین‌های همزمان و نرم‌افزارهای قدرتمند برای فتوگرامتری استفاده کنید، کیفیت رنگ‌ها واقعی‌تر خواهند بود.

تجهیزات سخت‌افزاری مورد نیاز برای فتوگرامتری ارزان‌تر و در دسترس‌تر است. البته این برای حالتی است که شما قصد داشته باشید تنها از یک دوربین عکاسی استفاده کنید و تا حدی از خیر دقت بالا گذشته باشید. همچنین به‌روزرسانی تجهیزات فتوگرامتری برخلاف اسکن سه‌بعدی اغلب نرم‌افزاری است و نیاز به هزینه‌ی اضافه‌ی چندانی ندارید.

معایب فتوگرامتری در مقایسه با اسکن سه‌بعدی

در صورتی که سوژه دارای سطوح صاف، بدون بافت (Texture) و نرم (Smooth) و تک رنگ زیادی باشد، کار با روش فتوگرامتری نسبت به استفاده از اسکنرهای سه‌بعدی سخت‌تر می‌شود. دلیل این موضوع این است که نرم‌افزاری که در روش فتوگرامتری استفاده می‌شود، نقاطی را بر روی قطعه به عنوان مرجع (Reference Points) در نظر می‌گیرد و اگر تفاوت نقاط سطح قطعه نسبت به همسایگی‌هایشان کم باشد، نرم‌افزار برای تشخیص فاصله‌ی نقاط دچار سردرگمی می‌شود.

بر خلاف اغلب اسکنرهای سه‌بعدی که هنگام استفاده از آن‌ها می‌توان به طور همزمان (Real-Time) ساخته شدن مدل سه‌بعدی کامپیوتری را دید، در فتوگرامتری خبری از این قابلیت نیست. شما باید عکاسی از سوژه را به طور کامل و درست به پایان برسانید. سپس عکس‌ها را به نرم‌افزار فتوگرامتری اضافه کنید و در نهایت مدل سه‌بعدی را تحویل بگیرید. اگر در فرآیند عکاسی دچار اشتباهی شوید، تنها در پایان کار متوجه خواهید شد و باید کل مراحل را از ابتدا تکرار کنید. خصوصا اگر قصد داشته باشید تنها با یک دوربین عکاسی کنید، این چالش بسیار خسته‌کننده خواهد شد.

نتیجه گیری

اینکه بخواهید از اسکنر سه‌بعدی استفاده کنید یا فتوگرامتری، بسیار به عوامل مختلفی بستگی دارد و نمی‌شود یک نسخه‌ی ثابت را برای همه‌ی افراد و کاربردها پیچید. ولی اگر نیاز به مشاوره دارید، می توانید در انتهای همین نوشته سوالتان را بپرسید.