La parte più importante del processo di creazione di un 3DGS è la cattura delle immagini. Un buon splat non dipende dalla potenza del proprio PC ma nasce da una buona cattura.

La prima distinzione da fare è se usare delle foto o dei video. Tralascio i sistemi costosi come gli scannner 3D perché i miei corsi sono destinati a chi vuole creare delle scene con gli strumenti più semplici che si possono avere a disposizione. Sul mercato ci sno sistemi che hanno un costo di migliaia di Euro che permettono di fare lavori ottimi ma sono tendenzialmente chiusi e se conoscete un po’ il mio blog saprete che la mia filosofia è legata molto all’open-source.

Si può iniziare con creare il materiale di partenza basato sulle foto, perché danno un controllo maggiore su ogni scatto. La tecnica è identica alla fotogrammetria. Non c’è un numero preciso in quanto dipende dal soggetto che dovete riprendere.

Il video è più veloce da girare, ma rischia di introdurre sfocature da movimento; se lo usi, sarà poi il software a estrarre un fotogramma ogni mezzo secondo circa.

Per quanto riguarda il video dedicherò particolare attenzione alla cattura con il video 360 e relativa estrazione.

Piccola premessa sulle ottiche e le loro caratteristiche. Per la fotogrammetria e il gaussian splatting si usano solamente delle ottiche grandangolari che però creano delle deformazioni ai lati. La stessa cosa succede con le ottiche del video a 360°.

Iniziamo con la creazione di un 3DGS con gli scatti fotografici.

Ci sono tre principi fondamentali che devi rispettare sempre. Il primo è la sovrapposizione, in inglese overlap: ogni foto deve condividere circa il settanta per cento del contenuto con quella precedente. Quindi muoviti a piccoli passi, mai a salti. Il secondo principio è la copertura completa: gira attorno al soggetto da almeno tre altezze diverse — in basso, all’altezza degli occhi e dall’alto. Immagina di voler “incartare” l’oggetto con un guscio fatto di punti di ripresa. Il terzo principio è la costanza: mantieni la stessa messa a fuoco e la stessa luce. La luce migliore è quella diffusa, come in una giornata nuvolosa o in un interno ben illuminato, perché non crea ombre dure. In pratica eliminate gli automatismi.

Vediamo invece cosa evitare assolutamente. Evita le superfici troppo riflettenti e gli specchi puri, perché il software fatica a interpretarli. Evita gli oggetti in movimento nella scena, come persone che passano o foglie mosse dal vento. Evita i cambi di luce durante la ripresa. Evita le foto mosse o troppo scure. E, soprattutto, evita di riprendere solo da un lato: se non giri attorno, il retro risulterà un buco vuoto nella ricostruzione.

Se dobbiamo riprendere all’esterno la luce ideale è quella delle giornate con cielo coperto così da avere le ombre il più morbide senza grossi chiaroscuri. Questo per evitare di avere le ombre troppo “dure”.

In base alla tipologia di oggetto che si deve fotografare si procede in varie modalità.

Passiamo alle impostazioni della fotocamera o del telefono. Usa una risoluzione alta ma non esagerata: dodici-ventiquattro megapixel per foto vanno benissimo. Se puoi, blocca l’esposizione con l’AE-Lock e la messa a fuoco con l’AF-Lock sul soggetto, così non cambiano da uno scatto all’altro. Tieni l’ISO basso e un tempo di scatto abbastanza veloce da evitare il mosso. E disattiva l’HDR troppo aggressivo, i filtri e gli abbellimenti automatici, perché alterano i colori in modo incoerente.

Ora uno schema pratico. Se stai riprendendo un oggetto singolo, come una statua o un prodotto, posizionalo in una zona ben illuminata, con uno sfondo non troppo uniforme, perché aiuta il software a orientarsi. Poi fai tre giri completi: il primo dall’alto, inquadrando leggermente verso il basso, circa quaranta foto; il secondo ad altezza occhi, altre quaranta; il terzo dal basso, inquadrando verso l’alto, altre quaranta. Infine aggiungi una ventina di foto ravvicinate sulle parti più complesse.

Se invece stai riprendendo un ambiente o una stanza, cammina lungo il perimetro tenendo le pareti più o meno al settanta per cento dell’inquadratura. Poi fai un secondo giro concentrandoti sugli angoli, sul soffitto e sul pavimento. E aggiungi qualche ripresa ravvicinata degli oggetti più importanti.

Nel corso base di fotogrammetria ho descritto alcuni dettagli sull’acquisizione delle immagini el il triangolo dell’esposizione e riporto qui il testo adattato per la fotogrammetria.

Acquisizione delle immagini: il triangolo dell’esposizione

Prima di affrontare le regole da rispettare per creare immagini adatte dobbiamo capire il funzionamento dello strumento che utilizzeremo per acquisire le immagini.

Per comprendere come utilizzare una macchina fotografica o un cellulare dobbiamo comprendere il disegno sottostante che indica i tre valori fondamentali per determinare la luce che entra nella videocamera e va ad “impressionare” il sensore o la pellicola nel caso delle macchine fotografiche a pellicola che non vengono utilizzate nel nostro caso.

I valori fondamentali sono l’apertura del diaframma indicato in valori f o f-stop, il tempo di esposizione (velocità di scatto nell’immagine sottostante) indicato in secondi (s) e la sensibilità alla luce del sensore o della pellicola indicata in ISO.

Il diaframma

Il diaframma è il dispositivo meccanico che permette di far passare più o meno luce nell’obiettivo e le impostazioni che lo controllano sono l’apertura del diaframma ed il tempo di esposizione.

Apertura del diaframma

Indicata con il valore f o f-stop. Gli stop sono dei valori f standardizzati per l’apertura del diaframma e comprendono una serie di intervalli predefiniti. I valori f vengono indicati nella seguente modalità f/1, f/1.4, f/2, etc.
Il valore f indica quanto è aperto il diaframma e passeremo da un valore 1 aperto al massimo, ovvero tutta la luce entra nell’obiettivo, a valori più alti che dipendono dalla tipologia dell’ottica. Per esempio l’ottica che ho utilizzato per scattare le foto del dataset che ho messo a disposizione ha un range di f-stop da f/4.0 a f/22. Altre ottiche sono più “luminose” come al 50mm che arriva a f/1.2.

L’apertura del diaframma va ad influire sulla profondità di campo (cioè la porzione di spazio che risulterà a fuoco). Più sarà aperta, meno profondità di campo avremo. Se torniamo al diagramma vediamo che lo sfondo ad un’apertura di f/1.2 sarà meno a fuoco rispetto all’immagine con apertura di f/32. Quando dobbiamo fare degli scatti per uso in fotogrammetria o gaussian splatting dobbiamo avere il più alto numero di dati possibili nella foto perciò lo sfondo dovrà essere il più a fuoco possibile, o in altri termini dovremo avere un’alta profondità di campo.

Visto che l’apertura del diaframma indica quanta luce entra se vogliamo fare degli scatti con uno sfondo a fuoco dovremo aumentare il numero f e questo richiederà più luminosità.

Velocità o tempo di apertura o di esposizione

Indicata in s (secondi) determina per quanto tempo rimarrà aperto il diaframma. Più tempo rimane aperto il diaframma più luce raggiungerà il sensore. In situazioni di alta luminosità i tempi saranno più veloci mentre in caso di scarsa luminosità i tempi andranno aumentati. Nella fotogrametria la luce è importantissima e per questo motivo sconsiglio di aumentare troppo il tempo di esposizione almenoché non si disponga di cavalletto o treppiede ed un controllo di scatto remoto.

Quando ho realizzato gli scatti fotografici per In the cave, che prevedevano la ricostruzione di una grotta, ho utilizzato la ripresa nella situazione più estrema per questa tecnica in quanto bisognava illuminare il soggetto, concrezione, nel modo migliore possibile. Oltre al problema della luminosità, il buio in una grotta è in pratica assenza di luce totale, nemmeno nello spazio si ha questa sensazione di nulla, c’era il problema dell’uso del cavalletto. Le grotte non sono propriamente comode e spesso mi ritrovavo a fare gli scatti appeso ad una corda perché la colata calcitica giusta da riprendere stava a qualche metro di altezza o di profondità. Per questo motivo ho utilizzato dei flash per rendere l’immagine piatta.

ISO

Il valore ISO determina la sensibilità o la capacità del sensore di catturare la luce. Per aumentare la capacità si aumenta il valore ISO ma questo porta anche ad un aumento del rumore nell’immagine ovvero della grana che compare sull’immagine dovuta all’aumento della sensibilità. Per la fotogrammetria dovremmo evitare il più possibile il rumore nelle nostre immagini perché può creare falsi elementi di riconoscimento per al ricostruzione dell’immagine.

Questa sezione non vuole essere esaustiva sull’utilizzo della macchina fotografica e della fotografia in generale ma serve a darvi le informazioni base per permettervi di iniziare con la fotogrammetria o il gaussian splatting.

Un ultimo consiglio sull’organizzazione dei file. Crea una cartella per ogni progetto, con dentro una sottocartella che contiene tutte le foto. Tieni i file numerati e nella stessa risoluzione. Fai sempre un backup di questa cartella.

Nella prossima lezione vedremo come utilizzare le immagini da una cattura video.