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Russian摄影测量研究方向 —— 之二 前期拍摄篇（新手及兴趣爱好者）
（此文章内容会不定时修正）20220410
我简单“汪”几句
上一篇文章我简介了一下摄影测量，那么根据工作流程，这一篇就是分享如何拍摄能够用于摄影测量的照片。欢迎各方面的技术大佬人才指出修正或补充我分享过程中的任何一点错误，友好交流的知识共享有利于共同进步。
摄影测量工作流程的第一步
总体工作流程：
前期拍摄 ⇒ 软件内对齐照片 ⇒ 生成和处理点云 ⇒ 生成和处理模型网格 ⇒ 生成模型纹理 ⇒ 导出完整模型 ⇒后期处理模型及贴图
精简流程：前期拍摄 ⇒ 上传平台自动处理 ⇒ 导出完整模型 ⇒后期处理模型及贴图
几点注意事项
博物馆、国家保护历史景点等地请遵照规定禁止拍摄，不管是出于禁止使用闪光灯还是出于对文物的安全、衍生品传播等保护和管理，请大家遵守当地规定，做守法爱国的好公民。
首先来了解最重要的 “ 重叠度 ” ，摄影测量要求 每相邻两张照片 的 画面内容重叠度 不得低于60%，以确保在重建软件中能正确匹配和对齐，进而正确地重建三维（多数资料中表明：左右关系的相邻照片重叠度要≥60%，上下关系的相邻照片重叠度要≥20%～40%，我个人为了防止照片匹配对齐不上，习惯用更高的重叠度，所以都按照≥60%来进行拍摄）。
注意：摄影测量拍摄照片时并不要求物体要整体都在照片内，在保证重叠度足够的前提下，拍摄物体的部分、特写也是可以的，这样还有利于重建更清晰精细的细节。
另外，一旦开始拍摄，请勿更换相机镜头或拍摄设备，防止因为不同镜头的畸变导致处理时照片无法匹配对齐，虽然可以后期修复畸变，但能省事就省事（对专业相机有经验者随意）。
第二，了解等待摄影测量的被摄物体的材质也很重要：以下几种类型的物品 摄影测量重建三维的 成功率较低 (在未采取特殊方式处理表面的情况下）：
Ⓐ 透明和半透明 的玻璃制品、塑料制品；（相机会拍摄到透明物体背后的东西，会提供不利于重建的错误照片信息）
Ⓑ 光滑、反光严重 的金属制品、不锈钢制品；（反光会干扰遮挡每张照片中的信息，进而影响重叠度、物品的亮度饱和度以及真实纹理，导致模型泛白、破损等）
Ⓒ 大范围颜色或纹理过于单纯的表面，如一些瓷制品；（无特征的表面无法提供给重建算法足够的特征用于识别物体的空间三维关系，不利于照片对齐和重建）
Ⓓ 太细小、太薄的物品（与整张照片对比），比如细铁丝、纸飞机；（部分角度上重叠度不够或无法通过常规拍摄方式增加重叠度，且算法会将因为薄而过于接近的两面连在一起导致破洞）
Ⓔ 半固态、可活动、动态 的物品，比如 难以塑型的史莱姆、会受微风吹动的树叶、会受重力摆动的挂饰等等（因为一旦开始拍摄物品，被摄物品就不能再有形变，否则轻则重建出重影、怪异的形状，重则照片匹配对齐失败，无法重建）；
Ⓕ 不配合、不接受美食贿赂 的动物 （除非已经是标本或···睡着了或者失去意识），重建成功率低的原因参考上一条。
注意：我没有发布任何支持、教唆伤害动物的言论，我支持人与自然万物平等。
解决办法：
Ⓐ、Ⓑ、Ⓒ种类型都可以通过将表面材质改变为 不透光、低反光的漫反射材质 来进行解决，例如：使用哑光的喷漆，分多次不同颜色进行喷涂，喷涂的效果以厚度均匀、颜色混杂平均最佳（使用扫描专用喷漆的话，会在一段时间后自然挥发消失无残留）；或使用小贴纸、记号笔均匀做上小标记，物品的结构转折处可适当密集地做标记；
类型Ⓓ可通过使用微距镜头、缩小相机与被摄物体间的物距、适量增加照片拍摄密度、以相对位置关系布置较大的参考物或标记点等摄影方式解决；
类型Ⓔ 可通过布置托架、夹具，布置无风场景、磁铁吸引、原力操控等，自行根据实际情况调整解决；
类型Ⓕ 宠物动物不配合、不受贿或者受贿了也不配合那就放弃吧，没办法，请大家爱护动物，拍摄照片和视频或许会比重建成三维更显得有生命力。
类型Ⓔ、Ⓕ 还有一种解决办法，就是使用笼状的相机阵列（或者柱状、球状），进行瞬间的照片捕捉，但是需要N台相机，成本极高；网上总有视频把 “ 子弹时间 ” 的拍摄方法错误地科普成摄影测量的重建三维，虽然两者在相机机位布置上有所相似，但是 “ 子弹时间 ” 并不需要做空间三维运算，它生成的只是按照高速摄像机序列顺滑切入的视频，无法做到像重建三维的模型那样360度自由旋转跳跃放大；而且，目前关于动态三维影像的摄影测量/激光测量技术还达不到能完美重现现实世界的效果，在模型精度等问题上还有漫漫长路。
最简单的开始～～十张照片轻松搞定——精简流程
仅需一部手机——真的是有手就行，云端地球App 内置相机，打开后点击拍摄就能自动帮你拍摄被摄物体，自动化的算法可以在保证重叠度的前提下自动拍摄，你只要控制手机的机位，尽可能将被摄物体的所有角度拍摄进去即可。浮雕类的物体通常偏向一整块平面，因此只需机位面向浮雕，做平移方向的拍摄和略微倾斜一定角度的平移拍摄即可达到很好的重建效果。
拍摄完成后，在线平台就会进行后台处理，一步到位，耐心等待重建结果即可。
Playlist
云端地球网页端查看的 浮雕重建效果
相机平行于浮雕平面时，拍摄出的正面的纹理效果最好；相机略微倾斜时，可以拍摄出能够更好地提供给重建算法关于浮雕的立体结构以及侧面纹理的照片。没有被拍到的细节部分通常会被重建算法自动重建成破损或扭曲粘连的模型和拉伸感的纹理，所以拍摄时要注意尽量不要有明显的遗漏角度。
较大、无法移位的物体拍摄 —— 自由机位、环绕机位
石雕、木雕根雕、沙雕、自然景观等——体型较大，不方便位移的物体，就可以对其进行环绕拍摄，注意确保重叠度≥60%即可，可根据物体的结构转折适当增加拍摄的密度。
常用的环绕机位是将物体置于照片画面中心，使用半俯视、平视、半仰视 这三个视角各以物体为圆心环绕拍摄一圈,如果物体过高，可以根据情况增加几圈高到低的环绕拍摄，确保重叠度同时将物体各角度都有拍摄即可。
值得注意的是：因为摄影测量是根据照片内容来进行重建，所以照片拍不到的地方是无法进行重建的，比如树桩的底部、石像石雕等物体的底部，由于和地面紧贴且自身太重无法搬起来拍摄底部，所以重建出来的模型底部是空的（如图）。但是如果能将物体吊起或夹持支撑浮空，能拍摄到底部，这样就也能重建360度无死角的物体模型了。
该树状共计拍摄140张照片用于重建，我使用的是Agisoft metashape 软件（已购买许可证）来进行重建三维，下一篇分享会讲软件内的操作，大家可以先使用 云端地球 平台进行线上的尝试，支持照片上传。
该树桩的照片数据集免费供下载（图片和重建后的模型贴图等衍生品仅限交流学习）：https://andykk.com/5314.html
可移动、小型物体、360度无死角重建 拍摄方法
—— 固定机位+转盘
手办、玩具、摆件、瓜果蔬菜等——体型较小，可以随便轻松拿捏调整摆放姿态的物体，就可以使用固定机位+转盘（再布置一个和转盘颜色一样的纯色背景最好）的拍摄方法：被摄物体放在转盘中心（没转盘可使用餐盘、硬纸等便于旋转的东西代替），将相机机位固定在平视偏俯视的角度上不动，在确保重叠度的前提下，被摄物体每旋转一点角度，相机就拍摄一次，当被摄物体转完一圈，再调整它的摆放姿势来拍摄其他拍不到的部分。
如果是电动转盘，就可以固定机位录制视频再抽帧的方式，省时又省力，只是需要注意相机的快门速度不能过慢，过慢的话抽出的帧图片会有明显残影（可以自行测试最合适的快门速度，和个人的转盘转速也有关系，通常25帧的视频建议1/200的快门）。抽帧软件我使用的是下图这款，能够自定义抽帧的时间间隔，电动转盘30秒转完一圈的话每秒抽 1～2 帧即可满足重叠度，下载地址
这个拍摄方法能够很方便的拍摄到物体的各个角度部分，可以重建出360度无死角的三维模型。
我超爱学习的～来点小料
国外Artec扫描仪公司整理的专用喷雾参考合集：https://artecgroup.zendesk.com/hc/en-us/articles/205338441-Scanning-sprays
注解、引用
➀ ：关于相机阵列的例图来源于：リアルアバター社が東京大学VR教育研究センターに全身360度撮影システムキット納品
➁：关于专用喷雾的例图来源于：https://artecgroup.zendesk.com/hc/en-us/articles/205338441-Scanning-sprays
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