Fachhochschule Köln Abt. Gummersbach. MI- Projekt. 3D Objekte fürs Internet. Mentor: Prof. Dr. Stenzel Fachbereich: Medieninformatik, 5 Sem.

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1 Fachhochschule Köln Abt. Gummersbach MI- Projekt 3D Objekte fürs Internet Mentor: Prof. Dr. Stenzel Fachbereich: Medieninformatik, 5 Sem. Peter Knauer Olga Sprink Numiel Ghebre Gummersbach,

2 1. Persönliche Vorraussetzungen für die Durchführung des Projektes 2. Planung der Realisierung 3. Projektbeschreibung 3.1 Zwecke der Anwendung 3.2 Zielgruppe 3.3 Zielplattform 4. Phasen des Entwicklungsprozesses 4.1 Aufnahmen von Bildern 4.2 Importieren von Daten 4.3 Erstellung von Objekten 4.4 Export in für Internet passendes Format 5. Problemen, Behandlungen und eigene Überlegungen 6. Fazit 2

3 1. Persönliche Vorraussetzungen für die Durchführung des Projektes Die Popularität der 3-D Objekte, eigenes Interesse an der Erstellung dreidimensionale Objekte und ein Wunsch mit Methoden und Programmen, die für Durchführung des Projektes nötig sind, kennen lernen waren dabei für uns die wichtigsten Vorraussetzungen. Alle Bilder wurden mit 3D Fotokamera Minolta 3D 1500 aufgenommen. Das Projekt selbst wird mit dem Programm Metaflash Studio von MetaCreations realisiert. Dieses Programm bietet die Möglichkeit alle mit 3D Kamera aufgenommene Bilder zu importieren, bearbeiten und spätere Erstellung von 3D Objekten. Außerdem für die Veröffentlichung im Internet ist Metaflash Studio gut geeignet. 2. Planung der Realisierung Unsere Vorstellung war, dass wir drei Büsten finden und erst mit 3D Fotokamera fotografieren. Die Büsten sollten für die Fachhochschule Köln von Bedeutung sein und selbst aus der Fachhochschule stammen. Weiter wollten wir die von der 3D Kamera aufgenommenen und auf der Memory-Karte gespeicherter Bilder am Computer digitalisieren. Diese digitalisierte Bilder konnte dann weiter mit Metaflash Studio bearbeiten. Wir planten von jedem Kopf ein 3D Objekt erstellen und dann nach Bedarf entweder weiter mit anderen 3D Programmen bearbeiten oder direkt ins Internet stellen. Wir wussten, dass wir direkt erstellte 3D Objekt in geeignete für Internet Format exportieren können. Waren uns aber nicht sicher, ob uns gelingen unsere Objekte in gute Qualität zu erstellen ohne, dass wir nacharbeiten müssen. Unsere nächsten Überlegungen waren, dass wir eine Internetseite erstellen, wo jeder User unsere Arbeit anschauen kann. Die Internetseite sollte mit der Internetseite der Fachhochschule verlinkt werden. Außerdem wollten wir dem User ermöglichen die Präsentation unserer Objekte dynamisch anzuschauen. Das bedeutet, dass jeder Benutzer alle Objekte selbst steuern kann (von allen Seiten anschauen, drehen und Drehrichtung bestimmen). An Anfang konnten wir nicht genau wissen wie groß unsere Dateien werden. Da nicht jeder User Kabel-Internetanschluss hat, wollten wir versuchen die Größe unsere Dateien so klein wie möglich zu erhalten. Schließlich jeder Benutzer sollte erfahren um welche Personen es geht. Dafür überlegten wir über jede Büste einen kleinen Infotext zu schreiben und auf der Internetseite verlinkt platzieren. Nach unseren Schätzungen zeitlicher Aufwand sollte drei Monate mit ca. 20 Stunden pro Woche sein. 3

4 3. Projektbeschreibung 3.1 Zwecke der Anwendung Erstellung von dreidimensionalen Objekten. Erreichung entsprechende Qualität bei Fertigung. Erstellung einer Internetseite, die von uns erstellte 3D Objekte darstellt. Außerdem wird eine kurze Information über dargestellte Objekte und über das Team zur Verfügung gestellt. 3.2 Zielgruppe Unsere Internetseite wird auf der Seite der Fachhochschule Köln zu finden. Die Seite präsentiert drei Personen in 3D Ansicht. Und alle, die sich für 3D Objekte interessieren, gewinnen damit die Vorstellung über Produktion, Erstellung und Export von 3D Objekten. Internet. 3.3 Zielplattform 4. Phasen des Entwicklungsprozesses 4.1 Aufnahmen von Bildern Vor der Erstellung der 3D Objekte haben wir geeignete für Aufnahme Büste ausgesucht. Welche dabei Probleme waren und wie wir das gelöst haben wird in dem nächsten Kapitel beschrieben. Der erste Schritt beim Erstellen eines 3D-Modells ist das Aufnehmen von Bildern eines realen Objekts. Die Minolta 3D 1500 nimmt zwei Bilder während einer Aufnahme auf: eines ohne projizierte Streifen, eines mit projizierten Streifen. Die beiden Bilddateien werden in den Computer übertragen, indem man das 3D Bild mit Hilfe einer Anwendungssoftware (MetaFlash-Studio) generiert. MetaFlash-Studio speichert digitale Informationen zur Geometrie und Oberflächen-Textur des Objektes und verwendet diese Daten zum Rekonstruieren und Darstellen eines 3D-Objekts auf dem Computer. Das generierte 3D Bild kann in verschiedenen Dateiformaten gespeichert werden. Die Qualität der aufgenommenen Bilder spielt eine große Rolle für den Erfolg Ihres 3D-Modellierungsprojekts. Die Minolta 3D 1500 benötigt, anders als gewöhnliche Digitalkameras, besondere Aufnahmebedingungen. Besonders die folgenden drei Punkte sind wesentlich um richtige 3D Bilder erstellen zu können: 4

5 Objekte die nicht für die 3D 1500 geeignet sind. Den Hintergrund völlig schwarz gestalten Helligkeit des Objekts und der Umgebung Allgemein sind folgende Objekte nicht für Aufnahmen geeignet: Transparente (lichtdurchlässige) oder stark reflektierende Objekte Objekte die völlig schwarz oder sehr dunkel sind Lange und feingliedrig Objekte Objekte deren Weite, Höhe oder Breite 40cm oder mehr betragen Objekte deren Weite, Höhe oder Breite 10cm oder weniger betragen Objekte komplexer Form mit feinen Unregelmäßigkeiten Die 3D 1500 löst bei einer Aufnahme zwei Blitze aus und speichert ein Bild ohne projizierte Streifen und ein Bild mit projizierten Streifen für dasselbe Objekt. Bei der ersten Aufnahme wird eine normale Blitzaufnahme erstellt, bei der zweiten Aufnahme wird eine Streifenmaske projiziert bevor der Blitz ausgelöst wird. Das Generieren der 3D Bilder wird deutlich vereinfacht wenn 10 oder mehr Streifen auf dem Objekt abgebildet werden. Mann muss versuchen die Kamera so zu positionieren, dass das Objekt formatfüllend im LCD-Monitor der Kamera erscheint. Dann sollten genug Streifen auf dem Objekt abgebildet werden. Wie viele Ansichten des Objekts sollen eingefangen werden? Eine Ansicht ist ein Bild, das von einer bestimmten Perspektive aus (z. B. von vorne, hinten, der Seite) aufgenommen wurde. Die Anzahl der Ansichten, die man aufnehmen muss, hängt vom Objekt ab, mit dem man arbeitet, und vom Verwendungszweck des fertigen Modells. Wenn Sie ein Mehrsichtmodell mit MetaFlash Studio erstellen möchten, müssen Sie mehrere Bilder von einem realen Objekt aufnehmen. Das Aufnehmen mehrerer Ansichten eines Objekts ist der Schlüssel zum erfolgreichen Erstellen eines 360 -Modells. Beachten Sie die folgenden Punkte beim Aufnehmen mehrerer Ansichten: Man soll als erstes sechs Grundansichten des Objekts von vorne, hinten, links, rechts, oben und unten aufnehmen. In den meisten Fällen liefern diese sechs Ansichten genügend Daten, um ein 360 -Modell erstellen zu können. Wenn das Objekt jedoch eine komplizierte Form hat, muss man möglicherweise noch mehr Bilder machen d. h. die Unterschiede zwischen den einzelnen Ansichten werden geringer. Man soll sicherstellen, dass die Ansichten einander überlappen. Beleuchtung des Objekts Da die MetaFlash-Kamera über eine eingebaute Lichtquelle verfügt, sollte die Beleuchtung durch externe Quellen möglichst schwach und gleichmäßig gehalten werden. Die Helligkeit der Umgebung sollte BV-1 oder niedriger betragen. D. h. man soll zwar in der Lage sein, das Objekt an sich zu sehen, aber nicht kleine Details wie z. B. Text. Übermäßige Beleuchtung und das Verwenden einer konzentrierten Lichtquelle sind die beiden häufigsten Ursachen für qualitativ minderwertige Bilder. 5

6 4.2 Importieren von Daten Um mit einem Objekt in MetaFlash Studio zu arbeiten, muss man diese Dateien in eine einzelne MTF-Datei importieren. Während des Imports rekonstruiert MetaFlash Studio ein dreidimensionales Objekt auf dem Computer. Obwohl nicht-importierte Dateien die Erweiterung.jpg haben, verwendet man ein MetaFlash-spezifisches JPEG-Format. Wenn man nicht-importierte Dateien in einer anderen Anwendung öffnen oder speichern, kann man sie nicht in MetaFlash Studio verwenden. So importiert man eine Datei Man soll MetaFlash Studio starten, falls die Anwendung noch nicht geöffnet ist. Dann klickt man auf das Werkzeug "Importieren" oder wählt Datei > MetaFlash importieren. Der MetaFlash importieren-dialog wird angezeigt. Man soll die Dialogsteuerungen verwenden, um den übergeordneten Bildordner entweder auf dem Computer oder CF-Karte-Lesegeräts zu wählen. Dann kann man ein oder mehrere Objekte zum Importieren wählen. Der Rekonstruktions-Dialog zeigt den Fortschritt des Imports an. 4.3 Erstellung von Objekten MetaFlash Studio erstellt automatisch ein 3D-Modell von jedem Bild, das man importiert. Dieses Modell wird jedoch von der Ausrichtung des realen Objekts bei der Aufnahme des Bildes eingeschränkt. MetaFlash kann nämlich keine Daten von den Seiten eines Objekts erfassen, die sich nicht im Sichtfeld der Kamera befinden. Wenn man z. B. ein Bild eines menschlichen Kopfes von vorne aufnimmt, erfasst MetaFlash nur die Vorderseite des Kopfes und nicht dessen seitliche Bereiche und die Rückseite. Wenn man eine Datei öffnet, zeigt das Dokumentfenster eine Szene. Abhängig von der geöffneten Datei kann diese Szene ein Objekt, mehrere Objekte oder gar kein Objekt enthalten. Viele Faktoren beeinflussen die Fähigkeit von MetaFlash Studio, ein genaues 3D-Objekt von einem aufgenommenen Bild zu rekonstruieren. So spielen z. B. Material und Größe des Objekts, Lichtverhältnisse und die Nähe von Hintergrundobjekten eine Rolle. Wenn die Kamera unzureichende oder überflüssige digitale Informationen von einem bestimmten Bereich des realen Objekts einfängt, kann das entstehende Drahtgittermodell unter Umständen Bereiche verzerrter Geometrie enthalten. Diese Problemstellen verschlimmern sich nur noch, wenn man Objekte zusammenfügt und beeinträchtigen die Qualität des fertigen Modells. Doch MetaFlash Studio bietet eine Reihe leistungsfähiger Werkzeuge zum Bearbeiten und Abändern des erzeugten Drahtgittermodells. Bevor man versucht, ein komplettes Modell zusammenzustellen, ist es wichtig, unbrauchbare Bereiche von jedem Objekt zu korrigieren bzw. zu entfernen. Bevor man einzelne Objekte zusammenfügt, muss man sie bearbeiten. Allerdings kann ein übermäßiges Bearbeiten wiederum auch zu Problemen führen. 6

7 Markierungen platzieren Die Markierungen dienen als optischer Hinweis auf die Beziehung zwischen zwei nebeneinander liegenden Objekten. MetaFlash Studio kann eine Markierung verwenden, auch wenn es sich um einen Bereich handelte, den man entfernt hat. Man sollte drei bis vier Markierungen auf jedem Objekt anbringen. Die Genauigkeit der Basisausrichtung hängt von der Genauigkeit ab, mit der man die Markierungen platziert. Um eine optimale Ausrichtung zu erhalten, sollte man die entsprechenden Markierungen folgendermaßen platzieren: Auf Punkten, die beide Objekte gemeinsam haben Über einen breiten Bereich verteilt nicht entlang einer Linie In der richtigen Reihenfolge Sobald man einander entsprechende Markierungen an beiden Objekten angebracht hat, ist man für die Durchführung der Basisausrichtung bereit. Man soll beide Objekte im Dokumentfenster auswählen und auf das Basisausrichtungs- Symbol in der Palette Markierungen klicken. MetaFlash Studio richtet die Objekte gemäß den Platzierungen der Markierungen aus. Die Basisausrichtung ist nur eine Annäherung an die Endausrichtung, die auf den Positionen der Markierungen basiert. MetaFlash Studio passt Ausrichtungs- Unregelmäßigkeiten bei der Endausrichtung an. Festlegen des Basisobjekts Immer wenn man zwei Objekte zusammennäht, muss man ein Objekt als Basisobjekt bestimmen. Das zweite Objekt soll am Basisobjekt angebracht werden. Beim Zusammennähen passt MetaFlash Studio die Geometrie des zweiten Objekts der entsprechenden Geometrie des Basisobjekts an. Tipp Wenn man sich entscheidet, welches Objekt als Basisobjekt verwendet soll, überlegt man sich, welches Objekt sich am wenigsten durch das Zusammennähen verändern soll. Dann legt man dieses Objekt dann als Basisobjekt fest. Dafür sollte man auf das Basisobjekt-Symbol in der Palette Zusammennähen und dann im Dokumentfenster auf ein Objekt klicken, um es als Basis festzulegen. 7

8 Bevor man mit dem Zusammennähen fort fährt sollte man die beiden Objekte kurz zu bearbeiten. Qualitativ minderwertige Geometrie an den Kanten jedes Objekts, das mit einem anderen zusammengenäht werden soll, sollte weg geschnitten werden. Weiter soll die Ausrichtungsoptimierung durchgeführt werden. Man sollte sicherstellen, dass beide Objekte ausgewählt sind und ein Basisobjekt festgelegt wurde. In der Palette Zusammennähen muss man auf das Ausrichtung optimieren Symbol klicken. MetaFlash Studio stellt die optimale Ausrichtung der Objekte ein. Zusammennähen von Objekten Beim Zusammennähen verwendet MetaFlash Studio komplexe Algorithmen, um die Geometrie von Objekten zu vergleichen und zu verschmelzen. Der Bereich eines jeden Objekts, das von MetaFlash Studio verschmolzen wird, erhält eine Naht im zusammengenähten Objekt. Die Größe und die Form dieses Bereichs bestimmen das Ergebnis des Zusammennähens. Man sollte überprüfen, ob beide Objekte ausgewählt sind und dann auf das Zusammennähen-Symbol in der Palette Zusammennähen klicken. MetaFlash Studio verschmelzt die Drahtgitter der Objekte. Das zusammengenähte Objekt wird nun in einem einzigen Begrenzungsquader angezeigt. Beispiel für das Zusammennähen eines Modells Man importiert die ersten zwei Objekte, die man zusammennähen möchte, in die gleiche Szene. 8

9 Dann sollten die Markierungen auf beiden Objekten platziert werden. Das Anbringen von Markierungen über einen breiten Bereich hinweg erlaubt MetaFlash Studio eine größere Präzision beim Ausrichten der Objekte. Um die Objekte auszurichten, klick man auf das Basisausrichtungs-Symbol der Palette Markierungen 9

10 Dann soll das Basisobjekt festlegen, indem man auf das Basisobjekt-Symbol in der Palette Zusammennähen und dann auf ein Objekt im Dokumentfenster klickt. Das Objekt im blauen Begrenzungsquader ist das Basisobjekt. Um die Kanten des Basisobjekts zu bessern, benutzt man einen Drahtgitter- Auswahlwerkzeug oder dem Schneiden-Werkzeug. 10

11 Dies ist für die Qualität des Modells von enormer Wichtigkeit, denn abgesonderte Vielecke oder eine verdrehte Geometrie können ungenügende Ergebnisse beim Zusammennähen verursachen. Wenn man dann auf das Zusammennähen-Symbol der Palette Zusammennähen klickt, werden die Objekte zusammengefügt. Auf diese Weise werden dann weitere importierte in die Szene Objekte zusammengenäht bis man ein komplettes 3D Objekt erstellt hat. 11

12 4.4 Export in für Internet passendes Format Da MetaFlash Studio unterschiedliche Dateiformate importieren und exportieren kann, steht zahlreiche Möglichkeiten zum Arbeiten mit anderen 3D-Anwendungen zur Verfügung. Eine der einfachsten und schnellsten Methoden, ein MetaFlash-Modell zu verwenden, ist, das Modell ins Internet zu stellen, wo es mit dem MetaStream-Plug-In betrachtet werden kann. Es genügen wenige HTML-Zeilen auf der Homepage, um Benutzer zu ermöglichen, ein 3D-Objekt in einem Browser betrachten und verändern zu können. Das skalierbare und kompakte Dateiformat von MetaStream bietet fortschrittliches Streaming: Benutzer können die 3Dobjekte mit niedriger Auflösung sofort betrachten, während die zusätzlichen Daten an den Browser übertragen werden. MetaStream bietet ebenfalls eine dynamische Anzeigemöglichkeit für das Betrachten in verschiedenen Auflösungen. Alle Benutzer sehen somit den gleichen Inhalt, unabhängig von der Leistungsfähigkeit ihres Rechners. So fügt man einer Web-Seite ein MetaFlash-Modell hinzu: 1 Exportieren Sie das MetaFlash-Modell als MTS-Datei. 2 Fügen Sie das Tag <EMBED> in eine HTML-Datei ein, indem Sie folgende Syntax verwenden: <EMBED attribute="value" attribute="value"attribute="value"...></embed> 3 Legen Sie die folgenden Minimal-Attribute fest: Src="file.mts" Type="application/ metastream" Height="Höhe" Width="Breite" Legen Sie den Pfad auf das MetaStream-Objekt fest. Stellt den MIME-Typ für MTS-Dateien ein. Legt die Höhe des Bereichs des MetaStream Viewers auf der Web-Seite fest. Legt die Breite des Bereichs des MetaStream Viewers auf der Web-Seite fest. 5. Problemen, Behandlungen und eigene Überlegungen Erstes Problem war Unbeachtung von Anforderungen an ein aufgenommenes Bild. Keiner von uns wusste, dass schwarze Büste generell nicht aufgenommen und weiter verarbeitet werden können. Unsere erste Aufgabe war Aufnahme von drei schwarzen Büsten, die früher führende Personen in der Fachhochschule waren. Dabei haben wir auch starke Lichtquelle für Beleuchtung benutzt. Das ist die schlimmste Kombination für die Aufnahmen mit dieser Kamera. Dadurch haben wir mehrere Tage verloren, weil nachdem wir die aufgenommenen Bilder nicht importieren konnten und haben wir angefangen nach dem Fehler zu suchen. Wir ahnten, dass das Problem bei dem Aufnehmen des Fotos gelegen hat, aber genaueren Grund wussten wir nicht. Da das Benutzerhandbuch von Minolta 3D Kamera nirgendwo zu finden war, hat das was länger gedauert, bis wir unseren Fehler erkannt haben. Als Alternative haben wir entschieden weiße Büste zu finden und zu fotografieren. Nachdem wir passende Büste gefunden haben, haben wir alle Bilder in sehr gute Qualität aufgenommen und digitalisiert. Wir fangen mit Erstellung von 3D Objekten an. 12

13 Zweites Problem tritt bei der Erstellung auf. Wir konnten erst nicht verstehen warum unserer Objekte an der Qualität verlieren. Beim Zusammennähen von fünf oder sechs Bildern trat das Problem noch nicht auf. Aber nachdem wir fünfzehn oder sogar zwanzig Bilder für die Erstellung des Objektes benutzt haben, waren Qualitätsverluste sehr spürbar. Bei so starken Qualitätsverlusten konnten wir unsere Objekte nicht ins Internet stellen. Je mehr Bilder wurden benutzt, umso stärker versucht das Programm all diese Bilder zu einander anzupassen. Dabei reduziert MetaFlash Studio Anzahl den Polygonen, aus denen ein Objekt besteht, um die Komplexität der Struktur zu vereinfachen. Folge schlechte Qualität. Lösung - Man sollte versuchen mit möglichst weniger Bilder auskommen. Acht Bilder für die Erstellung eines Kopfes sind eine super Lösung. Leider ist es schwierig realisierbar. Man sollte einen Gleichgewichtspunkt zwischen Strukturqualität und Darstellungsqualität zu finden. Wir haben für jeden Kopf zwischen neun und fünfzehn Bilder gebraucht. Dabei sind die Qualitätsverluste wenig spürbar und die Darstellung der Person in 3D Ansicht sieht realistisch aus. Drittes und letztes Problem stellten wir beim Importieren der fertigen Produkte in ein für Internet geeignetes Format fest. Wie wir wussten können wir ganz einfach als MetaStream Datei erstellte Objekte exportieren und direkt ins Internet stellen. Dabei sind wir auf ein Problem zugestoßen. Ein Internet Browser kann nicht so einfach MetaStream Dateien betrachten und demonstrieren. Dafür braucht jeder Browser ein MetaStream-Plug-In installiert haben. Plug-In selbst ist sehr klein, weniger als ein Megabyte. Nach der Installation kann jeder Benutzer 3D MetaStream Objekte mit eigenen Browser anschauen. Aber um das raus zu finden haben wir mehrere Tage gebraucht, da das nirgendwo ausführlich in der Beschreibung des Programms beschrieben wird. Damit jeder User diesen Plug-In installieren kann, haben wir direkt auf der Internetseite einen Verweis auf die Installationsdatei vorgewiesen. 6. Fazit Das Projekt hat uns sehr viel Spaß gemacht. In der Zeit haben wir gelernt wie man dreidimensionale Objekte erstellt, welche Programmen, Werkzeuge und Methoden man dafür braucht. Welche Probleme auftauchen könnten und wie man das Problem lösen muss. 13