!3D модели от любителски снимки

Текст: Драгомир Дончев.

Напоследък много от хората, наблюдаващи отблизо развитието на високотехнологичната индустрия, все по-често си задават въпроси като Какво да правим с огромното количество изчислителна мощ, която ни предлагат съвременните компютърни чипове? Не са ли ни много четири или дори осемпроцесорни ядра? Има ли смисъл от толкова много неизползван потенциал? Факт днес буквално всяко едно средностатистическо домашно РС (а дори и всяка средностатистическа игрална конзола) разполага с хардуер, способен да засрами супер компютрите от средата на миналия век. Болшинството типични задачи, с които занимаваме централните си процесори, обаче са направо обида за феноменалните им възможностите. При това положение никак не е чудно, че научните умове по цял свят неуморно търсят начини да впрегнат този неизползван потенциал в нови, интересни и полезни занимания. Подобен пример е революционната софтуерна техника, разработена от учените в университета Вашингтон, Сиатъл. Тя позволява да се разработват свърхдетайлни триизмерни модели на реални архитектурни обекти и географски локации, като за целта се използват само и единствено любителски снимки от Интернет.

Реконструкция на реалния свят
Ако желаете да разгледате град от въздуха или да прелетите по улиците му, да посетите някаква отдалечена местност, при това, без да ставате от мястото си пред компютъра, на помощ идват нашите триизмерни модели, споделя Стийв Сайтц, професор по компютърни и инженерни науки. Заедно с Михаел Гойзъл негов колега от Техническия университет в Дармщат, Германия, той е разработил уникална изчислителна технология, способна да създава подробни 3D модели на сгради и местности. Необходимите за целта данни пък се извличат от стотиците хиляди любителски фотографии на съответните обекти публикувани онлайн.
Нашата система дава възможност да се използват милионите потребителски изображения, качени в Web. Чрез тях получаваме възможност за реконструиране на реалния свят, обяснява Гойзъл.

От Flickr до виртуалните модели
Ето как работи технологията: специално разработен компютърен скрипт претърсва големи онлайн общности, в които се публикуват любителски снимки. Специално за първите тестове на софтуера учените са използвали популярната безплатна услуга Flickr, а критерият за търсене е думата Нотр Дам името на прочутата парижка катедрала. Броят на откритите съвпадения надхвърля 200 000. Бяхме любопитни и искахме да видим колко далеч можем да стигнем, използвайки разработената от нас система за реконструкция само с помощта на тези много общи, реални потребителски бази от данни, разказва Гойзъл. От намерените съвпадения програмата сортира най-подходящите, отделяйки само най-качествените изображения с най-голяма резолюция. Разбира се, използването на безплатни любителски фотографии си има и своите недостатъци компютърът трябва да извърши огромна по обем работа, тъй като вариациите от различни ъгли, дистанции и степен на осветеност за всяка отделна снимка са невероятно много. Отделно трябва да се изолират и всички фотографии, на които има човек, застанал непосредствено пред съответния обект. А това е кадър, който, както се досещате, е твърде често срещан при любителските снимки.
Друг голям проблем описва Алексей Ефрос още един от членовете на екипа и експерт по компютърна визия и графика към университета Карнеги Мелън в Питсбърг. Сами разбирате, че от всички намерени резултати фотографиите на фасадата на Нотр Дам са многократно повече от тези на задната част на сградата. А за един триизмерен модел и двата типа фотоси са еднакво важни, пояснява той. По тази причина софтуерът трябва да се програмира да търси изображения, подходящи за т.нар. стерео сравнителен анализ. Затова на финала при последното сортиране се отстраняват снимките, които са твърде различни помежду си и не пасват една с друга.

Колкото повече, толкова повече
Колкото повече данни се обработват, толкова по-високо ще е качеството на изходния материал, обяснява професор Ефрос и допълва: След това можете без проблем да вземате отделни порции от финалните данни и да подберете най-подходящите от тях. Накрая резултатът изглежда наистина зашеметяващо. За целта на следващия етап от обработката, програмата претърсва сортираните снимки за различни детайли като прозорци, рамки на врати, ъгли, фрески и прочее. Софтуерът, също така, интелигентно определя какви ъгли на камерата са използвани за заснемане на обекта.
Последният етап е изграждането на пълноформатния 3D модел. Процесът се нарича структура от движение и идентифицира различните 3D точки от повърхността на обекта (в случая сградата на Нотр Дам) в зависимост от ъглите на камерата. След това програмата реконструира целия модел, използвайки тези точки като опора. Качеството на реконструкциите, които успяхме да постигнем, дори на този ранен етап е сравнимо с това на моделите, разработени с помощта на традиционните методи, в това число и изключителни скъпи лазерни системи, твърди Гойзъл. При всички случаи ние смятаме, че това е първа стъпка в една изцяло нова, вълнуваща област представете си реконструкция не на сграда, а на цял град като Рим например, и то само чрез безплатни потребителски бази като Flickr.
Учените вярват, че на технологията й предстои бляскаво бъдеще. Още повече че тя вече се използва при създаването на мащабния GIS/CAD модел на съвременен Лондон. Става дума за изцяло триизмерна фотореалистична реконструкция на британската столица, предназначена за нуждите на архитекти и учени. Истината е, че този нов метод може да промени изцяло лицето на виртуалното моделиране на градове и географски обекти, посочва Андрю Хъдсън-Смит от Центъра за пространствен анализ към Университетския колеж, Лондон.

Бъдещето на технологията
Разбира се, за момента системата страда от някои вродени недостатъци поради несъвършенството на потребителските бази данни. Създателите й обаче се надяват, че популяризирането й може да постави началото на масово онлайн движение, което да я поддържа и разширява т.е. да мотивира хората да правят любителски фотографии с идеята те да се използват за триизмерни реконструкции, като изображенията може да бъдат качвани в специално разработени онлайн бази. Отделно учените, работещи по проекта, смятат, че разработеният от тях софтуер може да се модифицира така, че да използва кадри от популярната услуга Google Maps.
Въпреки че е все още в експериментален стадий, с помощта на тази програма, освен на Нотр Дам, екипът е успял да създаде успешни модели още на Статуята на свободата, Кулата в Пиза и статуята на Венера Милоска.