3D-панорамы. Часть I: Теория и фотосъемка

Панорамная фотография это фотография имеющая большой угол обзора.

3D-панорама – это панорамная фотография спроецированная на сферу или куб, которую можно рассмотреть смещая точку обзора.

Часто на простых цифровых фотоаппаратах существует режим панорамной съемки. Это не совсем то что нам нужно. Чаще всего производителями фототехники под панорамой подразумевается просто вытянутый по горизонтали снимок. Т.е. у обычного снимка обрезается верхняя и нижняя часть. Получается имитация панорамной фотографии.

Вместе с тем, в последнее время производители расширили понимание режима панорамной съемки.

При фотографировании создается несколько снимков, а затем фотоаппарат, или программное обеспечение прилагаемое к нему, сшивают их в единую панораму. Также встречается метод сканирование одним рядом пикселей матрицы пространства при повороте камеры.

Да, благодаря такому подходу можно создать панорамный снимок. Вместе с тем он не позволяет создать 3d-панораму с углом обзора 360х180 (т.е. когда можно посмотреть и на небо и под ноги). К тому же зачастую результат полученной панорамы не так уж и хорош.

Поэтому, в данной статье будет применен другой подход к панорамной съемке: фотографирование по определенным правилам, и последующей склейке полученных снимков в специализированных программах в единую панораму.

Для начала разберемся с основными терминами, и какое они отношение имеют к панораме.

Сферическая панорама (из википедии) – один из видов панорамной фотографии. Предназначена в первую очередь для показа на компьютере (при помощи специального программного обеспечения).

В основе сферической панорамы лежит собранное из множества отдельных кадров изображение в сферической или кубической проекции. Характерной чертой сферических панорам является максимально возможный угол охвата (360х180 градусов), позволяющий полностью отобразить окружающее пространство.

Если изображение сферической или кубической проекции поместить на сферу или куб соответственно, то получим 3d-панораму.

Рассматривается 3d-панорама изнутри сферы или куба. Вращая эту 3d-фигуру, получаем возможность изменения точки наблюдения, а меняя фокусное расстояние – управление масштабом.

Для того чтобы создать сферическую проекцию для 3d-панорамы необходимо сфотографировать все окружающее пространство и сшить их в специальном программном обеспечении.

Кубическую же проекцию можно получить путем преобразования из сферической.

Нодальная точка и параллакс.

Те, кто впервые пытались собирать панораму из отснятых с рук фотографий, часто сталкивались с тем, что часто снимки не сшиваются в единую панораму.

Причина всему этому параллакс – изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.

Например, если посмотреть сначала одним, а затем другим глазом, то видно, что картинка изменяется. Особенно это заметно на объектах ближнего плана.

Посмотрим влияние параллакса на снимок при повороте камеры.

Видно, что при повороте камеры происходит смещение объектов ближнего и дальнего плана относительно друг друга. Чтобы этого не происходило необходимо вращать фотоаппарат вокруг специальной точки, называемой нодальной.

Нодальная точка находится, если говорить упрощенно, на оптической оси объектива в месте пересечения лучей (строение объектива показано схематично).

При вращении камеры вокруг нодальной точки смещения объектов ближнего и дальнего плана не происходит.

Расположение нодальной точки индивидуально для каждого объектива.

Для того чтобы фотоаппарат можно было вращать вокруг именно этой точки применяются панорамные головки, которые накручиваются непосредственно на штатив.

Иногда панорамными головками называют обычные шаровые головки обеспечивающие поворот фотоаппарата на 360 градусов. Это не совсем верно.

Снять панораму с разноплановыми объектами при помощи них почти невозможно. Необходимо обеспечить поворот фотоаппарата вокруг именно нодальной точки. А данные головки позволяют лишь просто поворачивать корпус фотоаппарата.

Вместе с тем шаровые головки могут помочь при съемке панорам, когда объекты ближнего плана отсутствуют. В этом случае эффект параллакса будет почти незаметным.

Отдельные модели панорамных головок могут приспособлены только для съемки цилиндрических панорам (фотоаппарат можно вращать только по горизонтали).

Но большинство головок позволяют создавать как сферические, так и цилиндрические панорамы. В этом случае вращение фотоаппарата возможно и по вертикали и по горизонтали

Видно, что при любом вращении головки, точка пересечение вертикальной и горизонтальной оси не смещается. Если расположить фотоаппарат так, чтобы нодальная точка его объектива совпала с вышеобозначенной точкой пересечения, то эффекта параллакса наблюдаться не будет.

Иногда для съемки панорам можно обойтись и вообще без панорамной головки. Что это за случаи рассмотрим чуть ниже.

Как определить где находится нодальная точка у вашего фотоаппарата?

Если у вас зеркальный фотоаппарат, то для вашего объектива наверняка есть информация в интернете. Чаще всего можно найти, если задать запрос в поисковике: “модель_вашего_объектива nodal point”

Если у вас не зеркальный цифровой фотоаппарат или вы не нашли информацию по вашему объективу, но у вас есть панорамная головка, то можно воспользоваться следующим способом:

1. Установите фотоаппарат в панорамную головку. Убедитесь что оптическая ось проходит через центр вращения. Для этого направьте фотоаппарат вертикально вниз. Вертикальная ось вращения должна проходить через центр кадра.

2. На расстоянии 30-50 см установите по центру перед объективом вертикально какой-либо тонкий предмет. Это может быть линейка, проволока, ручка, и т.д.

3. На расстоянии несколько метров установите второй предмет небольшой толщины. Расположите фотоаппарат так чтобы сам фотоаппарат, и два предмета находились на одной линии.

4. Поверните фотоаппарат так, чтобы ближний предмет был возле правой границы кадра.

Теперь перемещайте фотоаппарат вдоль оптической оси объектива до тех пор пока ближний и дальний предмет снова не станут находиться на одной прямой.

Повторите с левой границей.

5. Проверьте правильность найденной точки. Попробуйте повращать фотоаппарат, глядя на экран. Ближний и дальний предметы должны постоянно находиться на одной прямой.

Если вы заметили отклонение повторите пункт 4.

Теперь вы нашли нодальную точку вашего объектива. Она находится точно на пересечение осей вращения. Сделайте пометки на панорамной головке, чтобы в условиях съемки вам не пришлось вновь искать нодальную точку.

Но что делать если панорамной головки пока нет?

Можно попробовать сымитировать эту панорамную головку. Найдите у себя дома что-либо на что можно положить фотоаппарат и вращать его. Это может быть, например, старый проигрыватель пластинок, или тарелка с вращающейся подставкой из микроволновой печи.

Положите поверх, например тарелки, чистый лист. Отметьте на нем центр вращения, и нарисуйте проходящую через него линию.

Расположите фотоаппарат так, чтобы оптическая ось, при взгляде сверху, совпадала с линией. Следуйте пунктам 2-5, сдвигая фотоаппарат вдоль нарисованной линии, пока ближний и дальний предмет не будут находиться на одной линии.

Нодальная точка будет располагаться на пересечение оси вращения тарелки и оптической оси объектива.

Съемка панорам

Итак, мы нашли нодальную точку, и теперь если вращать вокруг нее фотоаппарат то эффекта параллакса наблюдаться не будет. В этом случае фотографии обычно быстро и качественно сшиваются в единую панораму.

Иногда могут возникнуть некоторые проблемы в особых случаях (например: съемка морской панорамы, или леса в ветреную погоду). Но эти случаи заслуживают отдельной статьи.

Съемка панорамы заключается в последовательном фотографировании с поворотом фотоаппарата вокруг нодальной точки.

Рядом расположенные снимки должны иметь общие области в районе 20%. Анализ именно этих областей позволит программе потом сшить все кадры в единую панораму.

Если позволяет ваш фотоаппарат лучше всего снимать в формат RAW+JPG. Формат RAW позволяет исправить некоторые недостатки изображений, а JPG позволяет быстро просматривать снятые изображения.

При съемке панорам необходимо:

  • Переведите фотоаппарат в полностью ручной режим (обычно обозначается символом М).
  • Поставьте самое малое фокусное расстояние. Настройте свою панорамную головку так, что при повороте от кадра к кадру обеспечивалось 20%-ное перекрытие снимков. Если у вас нет панорамной головки, то необходимо будет запоминать что было сфотографировано на предыдущем кадре и снимать так, чтобы обеспечить необходимое перекрытие снимков.
  • Настройте вручную фокусировку так, чтобы у всех объектов съемки была необходимая резкость.
  • Чтобы глубина резкости фотографий была достаточной, и если позволяет свет, установите число диафрагмы на более высокое значение (например, F9.0).
  • Установите значение ISO исходя из освещенности.
  • Скорректируйте выдержку так, чтобы на снимке не было засвеченных и слишком темных областей.

Конечно, если у вас fish-eye объектив с достаточным углом обзора, то вам могут не потребоваться дополнительные ряды кадров. Вместе с тем, в этом случае у вас получится панорама с небольшой разрешающей способностью.

Если у вас вызывают затруднения съемка в ручном режиме, то попробуйте для начала поснимать в автоматическом. Обычно для этого подходит режим съемки “ландшафт” (может называться “природа” или каким-либо подобным образом).

Без панорамной головки, конечно, съемка панорамы усложняется. Основное затруднение – обеспечить поворот фотоаппарата вокруг нодальной точки. Хоть как-то помочь в этом деле может опора фотоаппарата на каком-то вертикальном предмете. Это может быть штатив, или на крайний случай, сук или палка.

В таких случаях постарайтесь выбирать сюжет для съемок, когда ближний план отсутствует, а почти все объекты находятся на дальнем плане. Например, большая поляна в лесу, или центральная площадь города.

Тогда эффект параллакса почти не проявит себя и панорама нормально сошьется.

Как снимать зенит и надир?

Напомню, зенит – это линия перпендикуляра вверх от плоскости горизонта в точке, в которой вы находитесь, а надир – вниз. Т.е. снимок зенита – это если повернуть фотоаппарат вертикально вверх, а надира – вертикально вниз.

Снимать надир можно с рук, или со специальных приспособлений. В любом случае необходимо обеспечить положение фотоаппарата, как будто он стоял бы на панорамной головке. Для этого его можно сначала поставить на головке вертикально вниз, затем отсоединить фотоаппарат и удерживая его на вытянутой руке в таком положении, другой рукой убрать в сторону штатив. И затем сделать снимок надира.

Снимок зенита снимается достаточно просто. Поворачиваем фотоаппарат вертикально вверх и фотографируем. Но если в качестве зенита выступает небо, и на нем нет четких облаков, то фактически этот снимок окажется бесполезным. Программа сшивки фотографий в панораму не сможет определить взаимосвязи с другими снимками, ей просто будет не за что “зацепиться”. В этом случае придется достраивать зенит панорамы в фотошопе. Но об этом уже поговорим в следующих статьях.

Теперь последовательно снимайте кадр за кадром поворачивая фотоаппарат. Если на следующем кадре изменяются условия освещенности, то корректируйте величину экспозиции при помощи изменения выдержки. На зеркальных фотоаппаратах это удобно делать при помощи колесика.

Попробуйте сначала снять один ряд кадров для панорамы. В этом случае получится 3d-панорама с ограниченным углом обзора по вертикали.

Для сферической панорамы (360х180) необходимо уже делать дополнительные ряды таким образом, чтобы обеспечить перекрывание в 20%, и покрыть снимками все окружающее пространство.

Автор статьи: Александр Слободенюк
Сайт: 1panorama.ru
Mail: info@1panorama.ru
1panorama.ru — Фотосъемка панорам. Создание интерактивных виртуальных туров.

Другие части статьи:

Создание 3D-панорамы. Часть II: Сборка фотографий в единую панораму

Создание 3D-панорамы. Часть III: Редактирование проекций и создание 3D-панорамы