Von der Punktwolke zum 3D-Druck
Objektrekonstruktion mit RGB und Tiefenkamera, Mesh-Processing und Druckvorbereitung

Structure from Motion

Structure from Motion SFM ist ein Begriff aus dem Bereich Computer Vision und bezeichnet einen automatischen Prozess, der die räumliche Struktur von Objekten aufgrund korrespondierender Merkmale in Bildern erkennt. In der Photogrammetrie wird die Vorgehensweise als Mehrbild-Photogrammetrie benannt. Grundlage des Verfahrens ist BUNDLER, eine an der Universität Washington zur Rekonstruktion ungeordneter Bildsequenzen mit beliebig beteiligten Kamerasystemen entwickelte Software. Eingangsdaten für Bundler sind digitale Bilder, Bildmerkmale und Bildzuordnungen. Rekonstruiert wird die Kamera- und Szenengeometrie. Bundler ist Open-Source-Software für Linux und Windows.

Prozesskette von Bundler

BUNDLER baut zunächst eine Bildliste mit Näherungswerten der Kameradaten aus den EXIF-Informationen auf. Im nächsten Schritt werden Merkmale in den Bildern ermittelt, häufig findet der SIFT-Detector Anwendung. Der Algorithmus (scale invariant keypoint detector) wurde 1999 von Loewe an der University British Columbia entwickelt. Das Matchen der so gefundenen Merkmalspunkte kann mit dem RANSAC-Algorithmus erfolgen. Kameraparameter, Photopositionen und Objektpunkte werden nach der Methode der kleinsten Quadrate im Ausgleichungsprozess bestimmt. Ein Ergebnis am Beispiel der Konak-Moschee in Izmir ist oben links im Bild zu zu sehen.

BUNDLER hat mit Patch-based Multi-view Stereo PMVS und CMVS Clustering-views for Multi-View Stereo Software von Yasutaka Furukawa, Univ. Washington, zwei wesentliche Erweiterungen erfahren. CMVS ist ein Preprocessor für PMVS zur Kachelung großer Bilddaten und PMVS verdichtet die Punktwolke, wie in der unteren Abbildung am Beispiel des Rathauses zu erkennen ist.

 

Punktwolke berechnet mit BUNDLER (links), verdichtet mit PMVS (rechts)

Es existieren unterschiedliche Distributionen von SFM-Software. Sehr komfortabel ist VSFM Visual Structure from Motion von Cangchang WU, Univ.Washington, Download von http://homes.cs.washington.edu/~ccwu/vsfm/index.html

Neben den Desktoplösungen wird für das SFM-Verfahren auch Webservice angeboten. Nach Hochladen der Bilder erhält man das 3D-Objekt als Mesh zurück. Bekannte Lösungen sind: