Valokuvista 3D-malli Photosynthillä
Jani Järvinen
Valokuvista 3D-malli Photosynthillä
Valokuvat esittävät kohdettaan, mutta esimerkiksi maisemakuvissa tunnelma on väkisinkin todellisuutta latteampi. Syvyysvaikutelma ja kolmiulotteisuus ovat vaikeita saavuttaa. Microsoftin Photosynth-ohjelmalla kuvista voidaan kuitenkin automaattisesti luoda interaktiivinen 3D-malli.
Kun vaikkapa lomamatkalla törmää näyttävään paikkaan, digikameralla on helppo napsia kohteesta kymmeniä tai jopa satoja kuvia. Jälkeenpäin kuvien katsominen lämmittää kyllä mieltä, mutta kokonaiskäsitystä voi olla vaikea saada. Toisaalta kuvien katselukokemuskaan ei välttämättä ole erityisen interaktiivinen.
Eräs ratkaisu on muodostaa kuvista kokonaisuus, joka sallii virtuaalisessa tilassa liikkumisen. Tällainen ajatus oli Washingtonin yliopiston tutkijoilla, kun he kehittivät Photo tourism -sovellustaan. Ajatuksena oli muodostaa tavallisista digikuvista automaattisesti kolmiulotteinen malli käyttäen apuna kuvissa esiintyviä yhtäläisyyksiä.
Microsoftin tutkimusyksikkö oli mukana projektissa. Valmistajan aiemmin hankkimaan Seagradon-nimiseen tekniikkaan yhdistämisen tuloksena syntyi Photosynth-sovellus. Kyseessä on Windowsissa toimiva ilmaissovellus sekä tätä tukeva web-sivusto.
Kuvien geometria esiin
Photosynthin käyttö perustuu sopivien digikuvien syöttämiseen ohjelmalle. Ohjelma analysoi automaattisesti kuvat etsien niistä yhtäläisyyksiä. Tarkoituksena on, että ohjelma tunnistaa eri aikoina, eri kameroilla ja eri kuvakulmista otetut kuvat ilman tarkasti studio-oloissa kontrolloituja kuvakulmia.
Jotta kuvien sovittaminen yhteen kolmiulotteiseksi malliksi onnistuisi, kuvissa esiintyvien toistuvien kohtien pohjalta lasketaan katselupisteitä (viewpoint), jotka voisivat olla kolmiulotteisessa maailmassa mahdollisia kuvauspaikkoja. Mitä enemmän kuvainformaatiota samasta kohteesta on käytettävissä, sitä tarkemmiksi arviot muuttuvat.
Toisaalta 3D-mallin muodostumisen kannalta on olennaista, että kuvissa on riittävästi informaatiota. Näin mallia voidaan käännellä halutulla tavalla, ja toisaalta siinä voidaan liikkua kaikilla kolmella akselilla: vasen–oikea, ylös–alas ja eteen–taakse. Kuvakulmien valinta perustuu pisteytykseen, jolla kuvista pyritään valitsemaan ne, jotka tuottavat parhaan katselukokemuksen. Jos kuvia on vähän, ei valintaa voida tehdä, eikä mallista tule täydellistä.
Photosynthin käyttämä algoritmi julkistettiin Siggraph 2008 -konferenssissa nimellä ”Finding Paths through the World’s Photos”. Algoritmin alkuperäinen tarkoitus on muodostaa malleja internetin kuvapalveluissa olevista tietyn kohteen kuvista, mutta se sopii myös itse otettuihin kuviin.
Omista kuvista malli
Vaikka mallin luomiseen tarvittavat algoritmit ovat mutkikkaita, Photosynth-ohjelman käyttö on onneksi yksinkertaista. Ohjelman asennus on suoraviivainen toimenpide, ja aina käynnistyksen yhteydessä ohjelma pyytää kirjautumaan sisään Live-tunnuksin. Tunnukset tarvitaan, sillä kaikki ohjelmalla tehdyt mallit tulevat kaikkien nähtäville www.photosynth.net-osoitteeseen.
Sisään kirjautumisen jälkeen voidaan aloittaa uuden mallin luonti Start a new synth -painikkeella tai raahaamalla kuvia suoraan ikkunaan esimerkiksi Windowsin Resurssienhallinnasta. Tämän jälkeen ruudulle aukeaa ikkuna, jossa valitaan malliin kuuluvat kuvat. Kuvat voidaan valita joko Add Photos -painikkeella tai raahaamalla lisää kuvia uuteen ikkunaan.
Synth-painike aktivoituu, kun ikkunaan on lisätty vähintään kolme kuvaa ja mallille on annettu nimi. Nimen lisäksi mallille voi syöttää halutun määrän avainsanoja (tags), jolloin se on helpompi löytää palvelun web-sivuilta.
Kuvien lisääminen ei vielä kerro, onnistuuko mallin muodostaminen annetuista kuvista. Tämä selviää vasta Synth-painikkeen painamisen jälkeen, jolloin ohjelma lähtee analysoimaan kuvia, laskemaan mallia ja siirtämään kuvia web-palveluun.
Kuvien analysointi vaatii tehokkaan koneen. Toisaalta isojen kuvien siirtäminen vie sekin oman aikansa. Koneen suorittimen tehosta ja ytimien lukumäärästä riippuu, kauanko analysointivaihe kestää. Aivan silmänräpäyksessä työ ei kuitenkaan valmistu, sillä kourallinenkin kuvia vie käsittelyaikaa helposti useita minuutteja.
Lopulta käsittely on kuitenkin tehty, ja Photosynth ilmoittaa, miten hyvin mallin luonti kuvien perusteella onnistui. Käytetty termi on ”synthy”, ja mitä korkeampi prosenttiluku, sitä parempi lopputulos. ”100 % synthy” on siis tavoitetila.
Katselusivusto webissä
Jokainen Photosynthillä tehty malli siirtyy automaattisesti kaikkien nähtäville www.photosynth.net-sivustolle. Sivustolla on Explore-osio, josta malleja voi hakea nimen tai avainsanojen perusteella. Myös suosituimpien mallien selailu on mahdollista.
Omien mallien poistaminen onnistuu palveluun kirjautumisen jälkeen. Malleja katsellaan selainlaajennuksen avulla, joka asentuu samalla kuin Photosynth-ohjelmakin.
Laajennus toimii ainakin Internet Explorer- ja Firefox-selaimissa. Ongelmana on kuitenkin selainlaajennusten epäluotettava toiminta, sillä uusinkaan versio ei suostu toimimaan kaikissa koneissa. Ongelman voi kuitenkin usein kiertää kokeilemalla toista selainta. Kulloinkin asennetun laajennuksen versionumero näkyy sivun otsikossa.
Web-sivulla mallin käsittelyyn ovat käytettävissä suunnanvaihtopainikkeet sekä lähennys ja loitonnus. Helpointa mallin käsittely on hiirellä, mutta myös näppäimistökomennot löytyvät. Pitämällä Ctrl-näppäintä pohjassa nähdään mallin pistepilvi (point cloud), joka koostettiin mallin luontivaiheessa.
Photosynth on tekniikka, jolla on hauska piristää digikuvia. Mallit on mahdollista upottaa myös omille sivuille, jolloin ainakin teoriassa myös käyttö muuhun kuin vain ajanvietteeseen on mahdollista.
Photosynth-kuvausvinkkejä
Jotta kolmiulotteisten mallien luonti sujuisi, kannattaa kohteita kuvatessa noudattaa muutamaa perussääntöä. Tärkein sääntö on, että jokaisen kohteen osan tulisi näkyä vähintään kolmessa erillisessä kuvassa. Kuvia ei myöskään kannata erityisesti käsitellä tai rajata, mutta kirkkautta ja kontrastia voi toki säätää.
Kun kohteena on maisema, kannattaa ensin aloittaa kuvaamalla panoraama yhdestä kohdasta ja vasta sitten liikkua kohteessa tai sen ympärillä. Muista, että voit myös siirtyä lähemmäksi ja kauemmaksi kohteesta – näin saat mukaan enemmän yksityiskohtia.
Jos kohteena on jokin esine, paras tulos saadaan silloin, kun kamera liikkuu esineen ympäri. Jos vain esine liikkuu tai pyörii, paikallaan pysyvä tausta voi sekoittaa mallinnuksen. Kokonaisesta 360 asteen ympyrästä on hyvä ottaa vähintään 24 kuvaa. Tällöin kamera liikkuu kerrallaan 15 astetta.
Lisätietoja verkossa:
Photosynth-palvelu ja ohjelman lataus: http://photosynth.net
Photo Tourism -tutkimus: http://phototour.cs.washington.edu
