Konstruktivní fotogrammetrie

Jednou ze zajímavých a nejčastějších příkladů lineární perspektivy je fotografický snímek. Proces fotografování lze zjednodušeně chápat jako středové promítání, výslednou fotografii jako středový průmět. Jelikož fotografování splňuje speciální vlastnosti (například je omezena velikost zorného pole), je toto středové promítání právě lineární perspektivou.

Nauka umožňující z jednoho nebo několika fotografických snímků určitého objektu zjistit jeho tvar, rozměr, velikost nebo polohu v prostoru se nazývá fotogrammetrie. V našem případě se budeme zabývat speciálně konstruktivní fotogrammetrií, která spočívá v nalezení tzv. prvků vnitřní orientace geometrickými metodami za účelem rekonstrukce tvarů objektu nebo vkreslení nového navrhovaného objektu do daného fotografického snímku. K tomu se využívá metod deskriptivní geometrie, právě vlastností středového promítání a speciálně lineární perspektivy.

V následujícím oddíle si ukážeme rekonstrukci fotografického snímku právě metodami deskriptivní geometrie. Rekonstrukcí snímku máme na mysli zjištění pravoúhlých průmětů rekonstruovaného objektu, tj. půdorysu, nárysu, případně bokorysu. Z těchto pravoúhlých průmětů je potom možné zpětně zjistit tvar, rozměr, velikost nebo polohu objektu v prostoru. Tento postup není v deskriptivní geometrii ničím novým, jedná se o známou a zavedenou techniku. My však doplníme výslednou rekonstrukci ještě o nový prvek a to o 3D vizualizaci zrekonstruovaného objektu. Využijeme k tomu 3D modelovací software Rhinoceros a ze zjištěných údajů vymodelujeme trojrozměrný objekt, který odpovídá objektu na fotografickém snímku. Kromě toho si ukážeme, jakým způsobem spolu souvisí obraz na fotografickém snímku s vymodelovaným objektem v prostoru. Následující popis lze také chápat jako návod pro rekonstrukci fotografických snímků.

Zabývat se budeme dvěma typy fotografických snímků a to vodorovným a šikmým snímkem. Toto rozdělení se provádí na základě směru optické osy při fotografování. U vodorovného snímku je tato osa vodorovná, u šikmého snímku je skloněná. U šikmého snímku rozlišujeme případy sklonu optické osy směrem dolů, tak získáváme nadhled (ptačí perspektivu), a směrem nahoru, kdy je výsledkem podhled (žabí perspektiva). Prvky vnitřní orientace snímku jsou hlavní bod, distance a horizont.

Začněme rekonstrukcí vodorovného fotografického snímku a vše si ukažme na konkrétním příkladě.


Rekonstrukce vodorovného snímku

Zadání:
Je dán vodorovný snímek budovy. Proveďte rekonstrukci snímku, tj. určete prvky vnitřní orientace, znáte-li skutečný tvar a velikost půdorysu objektu. Dále určete základní rovinu a sestrojte otočení půdorys budovy.

Řešení:
Na dalším obrázku můžeme vidět nalezení prvků vnitřní orientace. Rekonstrukci provádíme v 3D modelovacím softwaru Rhinoceros. Zatím pracujeme pouze v rovině fotografického snímku. Ten si umístíme do libovolné souřadnicové roviny (pro snadnější konstrukce), zde do půdorysny.


V tomto případě rekonstruujeme objekt s obdélníkovým půdorysem. Neznáme skutečné rozměry objektu, pouze poměr délek stran obdélníku, který tvoří půdorys (v obrázku je znázorněn pomocný obdélník právě s tímto poměrem délek stran). V první fázi rekonstrukce dohledáme horizont. Zde jsme určili horizont pomocí úběžníků U a V (případně W), což jsou body, ve kterých se protínají průměty vzájemně rovnoběžných přímek ve vodorovných rovinách. Přímky, na kterých v obrázku leží hrany rekonstruovaného objektu, určujeme pouze přibližně obkreslením siluety objektu.

Při hledání prvků vnitřní orientace budeme tedy využívat známých úhlů v půdoryse objektu (zde je to jednak pravý úhel, který svírají strany obdélníka a úhel, který svírá strana a jedna z úhlopříček obdélníka). Využíváme znalosti velikosti úhlů ve vodorovné rovině. Otáčíme tuto rovinu do průmetny a tím nacházíme dolní distančík, tj. otočený střed promítání. Při vrcholu v dolním distančníku jsou rovněž modře vyznačeny úhly, které jsme k rekonstrukci využili. Na horizontu jsme dále určili hlavní bod jako patu kolmice z dolního distančníku.

Základnici umisťujeme libovolně, neboť neznáme skutečné rozměry rekonstruovaného objektu. Pro zjednodušení konstrukce umisťujeme základnici do některého z bodů objektu. Dále sestrojíme otočený půdorys (v obrázku zelenou čerchvanou čarou).


Prvky vnitřní orientace

Díky určení prvků vnitřní orientace můžeme s výkresem pracovat jako s průmětem v linerání perspektivě. Na dalších dvou obrázcích můžeme vidět vkreslení nového objektu - jednak obrázek s pomocnými konstrukcemi a výslednou vizualizaci.

Vkreslení nového objektu Výsledná vizualizace

Doplňme dále výslednou rekonstrukci ještě o nový prvek a to o 3D vizualizaci zrekonstruovaného objektu. Ze zjištěných údajů vymodelujeme trojrozměrný objekt, který odpovídá objektu na fotografickém snímku. V prostoru také určíme polohu středu promítání. Jelikož neznáme skutečné rozměry rekonstruovaného objektu, z nekonečně mnoha stejnolehlých objektů v prostoru vybereme jeden, který středově promítáme do roviny fotografie. Tuto situaci můžeme vidět na dalším obrázku. Jednak jsme v prostoru vymodelovali zjednodušený model rekonstruovaného objektu, a jednak model nově vkreslovaného objektu.


Prostorová situace s modelem nově vkreslovaného objektu

Doporučuji prozkoumat veškeré konstrukce přímo v 3D modelovacím softwaru Rhinoceros - vodorovný snímek. Do stejného adresáře je nutné uložit také fotografii.


Petra Surynková  2007  +++  www.surynkova.info  +++  petra.surynkova@seznam.cz  +++  Aktualizováno: 26.10.2014