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以 3D 攝影建模技術重現壯闊的雪山神木

由 3D 美術楊貫禹與我們分享他當初怎麼參與 RealityCapture Earth Day Challenge 活動,為什麼以雪山神木做為主題,以及經過哪些流程來處理一系列的影像資訊並轉換成 3D 模型的幕後故事,帶你一同來看。


楊貫禹 Kwanyu Yang

大學時期曾經學習土木工程,並在工程相關工作中接觸了 3D 軟體,於是轉換跑道到 3D 美術方向。近年來參與過很多國內的 VR、AR、遊戲影視作品、動畫、MV、演唱會、電視節目片頭的 3D 模型製作。也從事過實體商品的設計製造行業,比如偶像明星的玩偶商品、美劇電影的周邊商品 、博物館衍生商品,及許多國外設計師的設計產品。目前的工作內容也大多是這方面的 3D 美術工作。

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當初怎麼知道 RealityCapture Earth Day Challenge 這個活動,什麼原因讓你參與到其中?

國外的一些數位設計媒體經常會辦各種主題的 Challenge,比 SketchFab、ArtStation、或是一些相關技術的臉書社團等等。這個攝影建模的 Challenge 我已經是第三次參加了,主要是覺得很有趣。也可以藉此機會跟世界上其他國家的軟體使用者交流技術跟想法。

當初決定以雪山神木 3D 攝影建模為主題的原因,還有想過哪些其它的主題嗎?

這次的活動主題是世界地球日,其中有一些官方列出的比較重要的主旨,比如能夠有助提升人們對環境保護的意識、重視全球氣候變遷的問題。並且發揮獨特的創意。一開始其實我也沒有頭緒要以什麼主題參加比賽,第一個念頭當然是樹之類的題材,但馬上又覺得樹實在太普通了,而且一定很多人也會以樹當題材。事實上後來也確實看到樹是最多人選擇的題材。曾經有想過去拍高雄的月世界地形,覺得那除了是一種特殊的地貌,還有一種末日廢土的氣氛。後來考量到可行性還是回頭考慮拍樹。

但必須是有特色的一棵樹而不是隨意一棵樹。後來開始上網找資料,一開始就有想到神木,神木生長在地球上動則百年千年,見證了人類不足以見證的地球歷史,也展示了大自然的奇蹟。但馬上又覺得這些神木的難度太高了,因為神木大多在深山中,不容易到達,現場環境大部分也不適合拍攝,因為周圍通常太多遮擋,不管是來自其他樹木或樹葉或山坡的遮擋。幾乎都不太可能收錄得到足夠的數據資料。而且空拍機的控制難度也會非常高。就以就想說要找一些拍攝難度比較容易又有特色的樹,曾經考慮過成大校園裡的國泰人壽樹,和一些宜蘭市內列管的老樹,也考慮過阿里山神木遺跡以及塔塔加夫妻樹,如果不是因為已經倒了一顆,也很有可能去拍。

最後決定選擇這棵大雪山神木,他長得非常壯闊,造型上也很氣派,而且從周圍的環境看起來,還是相對比較有機會能取得足夠的拍攝資料。相對於其他神木來說腹地比較足夠,視野的遮擋也比較少。

圖片來源:CapturingReality 官網

與我們聊聊拍攝的過程是如何的呢?有遇到哪些困難與挑戰?

事前規劃的時候只是很擔心天氣的問題,因為氣象預報要拍攝的那幾天會下雨,下雨的話空拍機是沒有辦法作業的。不過實際上一開始就遇到的卻是當初沒預料到的難題,深山中的手機訊號跟 GPS 訊號不足。手機訊號跟 GPS 訊號不足的話,空拍機沒有辦法正常的起飛作業,所以就在附近到處尋找看有沒有什麼地方能收得到足夠的手機訊號跟 GPS 訊號,第一天光是要讓空拍機順利升空就快把帶去的電池電量耗掉了四分之一。也因為如此,本來希望一天能拍完,只好再加一天隔天又來拍了一次。

另外還會有的困難有,偶而出現的細雨,山中的霧氣與溼氣,因為空拍機是不防水的,所以要很注意濕度控制,太潮濕或雨中進行操作可能導致空拍機損壞。

風、高空的陣風、山谷陣風,陣風可能會讓空拍機飄移撞上周圍的障礙物。變化莫測的雲層流動與日照條件,照明情況差會影響影像拍攝的品質,照明情況不穩定,忽亮忽暗也會讓最後解算成果變差。

在拍攝作業的過程中,同時會需要多少人?有什麼狀況得去考量嗎?例如拍攝許可?

理論上來說,是一個人就可以作業,但考量到安全性,最好還是避免自己單獨作業,至少應該要有一個助手。這個助手有很多的任務。

  1. 注意主要飛手的人身安全,因為操作者全部的注意力都放在空拍機跟操作介面上,很容易疏忽自身所處環境周圍的危險,比如有可能一邊後退的時候沒有察覺到自己身後有大水溝,或行進中可能會絆倒自己的地面障礙物。
  2. 協助觀察注意空拍機是否靠近障礙物,飛手本人有時會因為自己與空拍機的相對位置關係無法確認空拍機是否太過靠近周圍的障礙物,比如飛手位於空拍機正下方時可能看不見空拍機上方障礙物與空拍機的距離。此時需要一名觀察者站在適當的觀察位置,以提供保障安全的資訊。
  3. 協助確認空拍機於自動導航時沒有出現不符合規劃的異常表現,比如飛向錯誤的位置。
  4. 空拍機於起降靠近地面時,協助提防周圍好奇人士、兒童、動物接近。

至於法令與許可方面,今年 3/31 民用航空法遙控空拍機專章已正式上線。空拍機使用者需依法依空拍機規格註冊或考照、甚至參加保險。並須嚴格遵守限飛範圍及高度。以山區來說,依所屬管理單位不同而有不同的規定,比如若要在雪霸國家公園範圍內進行空拍就須事先申請。申請須提出明確的拍攝日期、時間、範圍、路線。

可以的話,是否能分享拍攝所用到的軟硬體設備是什麼呢?

  • 空拍機是 DJI phantom 4 pro v 2.0
  • 地面上是以 iPhone11 當主要的照片拍攝工具
  • 解算 3D 模型時使用的軟體是 RealityCapture
  • 如果需要批次調整顏色的時候會使用 Adobe 的 LightRoom
圖片來源:Kwanyu Yang

拍攝回來的素材大概有多少的照片量?總檔案大小又是多少?

在空中拍的照片 529 張,地面拍的照片 362 張,總檔案大小 7.87 GB

圖片來源:Kwanyu Yang

將照片重建成點雲甚至是網格,需要經過哪一些流程?

首先先自己人工稍微篩選一下照片,如果有拍得不好的照片先自己剔除掉以免影響解算品質,比如失焦的照片或過曝的照片。進到軟體內後第一個步驟是先解算出這些照片在空間中的相對位置,將近 900 張的照片彼此在空間中的位置關係都確認以後,開始規劃要解算網格的範圍,包括長寬高的起始及終止位置。然後是依據資料尺度跟成像需求調整解算網格的參數,再來才真正進入重建網格的運算。網格重建完成後,檢查網格的完整度並確保網格乾淨,將網格數量簡化至合理規格,展開網格 UV,最後是計算材質貼圖。

圖片來源:Kwanyu Yang

拍攝完成的點雲資料,主要可以拿來做哪些運用?

  • 可以是一種數位藝術的型態
  • 可以是動畫或遊戲中的場景或道具
  • 也可用 3D 列印的方式將資料實體化進行各種應用
  • 可以是一種地籍資料的測繪與探勘
  • 可以是自然或文化記憶的保存與紀錄

這次的活動是由 CapturingReality 所發起,主辦方有為參加者提供什麼樣的幫助呢?  

一般來說主辦方會提供獎金,獎金通常會是使用軟體的 Credits,Credits 可以視為一種解算的費用。有的時候除了獎金以外主辦單位還會另外贊助參賽者本次參賽所需的 Credits.

近期有沒有什麼想要嘗試哪些新目標,或是想學習的新技術可以跟我們分享?

不論是做為 3D 美術的資產來使用,或是以一種新的數位藝術形式來探索,很想學習將攝影測量解算出的資產導入到遊戲引擎內的流程,最近 Unreal Engine 發布了最新的版本,這次公開了一項重要的新技術:Nanite「虛擬微多邊形幾何體。大家應該都意識得到這揭示的或許是一個新的 3D 美術規格的時代來臨,3D 美術的規格可能就此進入下一階段,流水線中不再需要低模,法線貼圖、置換貼圖。如此一來,高精度掃描資產在產業中將扮演更重要的腳色。而所有的掃描技術中,攝影測量無疑仍是最適合遊戲動畫產業的技術,因為攝影測量的採樣等級仍然注定使解算出的網格能擁有品質最好的材質表現及幾何分辨率。


本文經楊貫禹 Kwanyu Yang 授權發布,內容僅有做字詞修改,保留作者所述內容,但不代表映CG 立場。如需轉載請聯絡原作者。 

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