扁平物体摄影测量重建方案 – 以南瓜籽为例

摄影测量三维重建类目 2年前 (2022) Andykk

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扁平物体如何拍摄并重建全流程——以南瓜籽为例

当遇到例如 植物种子、昆虫/生物卵（卵荚）、食品、雕塑、文物等 需要进行摄影测量重建三维模型，以作为商业模型、科研考古等用途时，扁平的物体通常不能很好的对齐两面，往往会造成只对齐重建了一半或两面位置不正确等问题。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。

本文以南瓜籽为例分享一种处理方案，可供参考。

南瓜籽的最终三维模型成品（可操控浏览全角度）
模型展示窗口技术由 Get3d.cn 提供

大家可以先看看我这次拍摄的数据集，压缩包文件下载地址放在 我专门用于分享数据集的文章 中，点击文本即可直达，可以直接下载我的文件来重建测试。

其实都能看出来我把南瓜籽插在了方形底座的针上，采用固定机位的拍摄方法，简简单单的没什么好讲，就说说原理吧。特征和重叠度都是重建时照片正确匹配对齐的要素，如果只拍摄南瓜籽本身，首先扁平的南瓜籽无法垂直立正，使用底座来帮助固定位置也是为了便于拍摄；另外在拍摄南瓜籽侧面时由于侧面过于狭窄，不能提供 足够多的参考特征 用来给重建算法计算 物体两面的空间三维关系，所以我选用了在平常情况下非常容易重建的物体来作为底座和 相对位置参考对象，比如这块 斑驳的污渍、碎屑、裂纹可作为特征 ，整体结构较厚较立体 的橡皮。

橡皮底座可以为南瓜籽提供相对位置参考，确保它们两者间的相对位置关系不变，将它们视为一个整体，那么只要橡皮底座能正确的匹配对齐，南瓜籽也能随之正确匹配对齐。拍摄过程中相对位置一旦发生了变化，比如南瓜籽在针尖上旋转了一点角度，都会造成不正确的匹配对齐。

如果在照片中将底座部分后期处理裁掉（也可以理解为一开始就不使用本文的方法，只用常规的环绕或固定机位进行拍摄），再去进行算法匹配对齐的话，就会发现对齐不正确了（对比上文中正确对齐的两圈照片机位）：

匹配对齐成功后的流程

接下来的流程就不怎么需要详细讲解了，不解的可以看我新手向的第三篇文章软件操作。对齐后就是生成密集点云 —— 选出并删除不需要的密集点云（底座和针）—— 生成网格 —— 生成纹理。

由于我这次使用的是针来固定物体，删除针的点云后可以发现南瓜籽扎针的部位有些缺少纹理贴图，所以我在导出模型和贴图之后，再次导入到三维软件Blender中进行纹理绘制，手动绘制补全了缺失部分的贴图，不得不说Blender的这个功能非常的好用。

左边为未处理的南瓜籽扎针部位，右边为手动纹理绘制之后的效果

补充

后来发现RC官方也有发布一份类似的数据集，是一个姜饼人饼干，和我的数据集相同点在于都是使用针状物来固定被摄物体，不同点在于我的数据集是固定机位使用转盘拍摄，RC 的姜饼人数据集是自由机位拍摄。原理都一样，都是主体之外的物体为主体提供对齐参考，相对位置不变，感兴趣的可以也下载下来研究研究：https://www.capturingreality.com/free-datasets

关于扁平物体的拍摄重建方法并非只有这一种，可以根据本文所讲的原理进行举一反三和扩展，比如不同于扎针的“非破坏性”的固定方式：夹具夹持、制作开槽的底座、磁吸磁悬浮等等；提供相对位置参考的物体也不止可以是底座，也可以是台钳、机械臂、夹子、粘土等等，甚至是一张纸，需要有足够丰富、明显的特征；参考物体也可以不止是一个，可以是多个，可以在拍摄的过程中进行增减。我今后还会出一篇案例文章来讲解在拍摄过程中可以如何使用参考物体来辅助重建。