MIRAX 3D 奇銳科技: Pointcloud9--LIDAR點雲掃描案例分享

2012年3月27日星期二

Pointcloud9--LIDAR點雲掃描案例分享

By Mike Seymour

LIDAR是一個越來越重要的視覺特效工具, 用在片場幫助影片追蹤的調查之用. 在本案例研究, 我們跟德國的risefx公司的創立人與視覺特效主管--- Florian Gellinger聊聊. risefx是Pointcloud9的母公司, 成立於2011年的10月, 提供歐洲電影片場LIDAR掃描的服務. risefx已經參與製作很多電影, 例如哈利波特：死神的聖物第一部, 美國隊長, X戰警：第一戰...與許多德國當地的電影製作.

Pointcloud9

Pointcloud9最近與fxphd合作, 關於在德國使用LIDAR拍攝. 目前他們正在製作由Tom Tykwer所導演, 湯姆漢克斯參與的百萬等級電影Cloud Atlas. 製片則是Andy與Lana Wachowski, 這部電影還在拍攝, 但是基本的場景, 包含了設定在不同時間的六個故事, 彼此之間巧妙地結合在一起.

有越來越的的電影製作找向LIDAR掃描技術, 為了要獲取精確的物件與攝影機追蹤. 有別於傳統的片場量測, 我們很好奇使用LIDAR scanning掃描技術有多容易, 還是說這樣的技術只適合大尺度的製作呢?

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請看Pointcloud9 LIDAR專為fxguide & fxphd.掃描效果

在片場的LIDAR

答案是: 雖然目前大部分還是用在電影拍攝上面, 幾乎所有尺度的製作都可以受惠於有經驗的LIDAR掃描團隊. 而越來越多的LIDAR掃描場景與物件所構成的資料庫, 可以讓您現上購買.

我們跟Florian Gellinger談談有關於LIDAR scanning的複雜度與價格

在這段拍攝的影片裡, 我們使用RED One攝影機, 在停車場拍攝, 同時間也使用LIDAR掃描場景, 用做3D攝影機追蹤之用. 整個片場是在的德國, 但是檔案是由在美國維吉尼亞州亞歷山大的fxphd專家Victor Wolansky先生來處理追蹤的.

LIDAR掃描器

在這次拍攝裡有許多不同分鏡, 包含了廣角固定鏡頭, 長鏡頭與縮放鏡頭

LIDAR的設備只需要花很少的時間來設定, 透過一連串的校正球, 標定與校正整個系統, 這就很像當你處理全景圖片的2D校正點一樣, 每次的掃描都需要大約五分鐘完成, 包含了整個操作時間以及在設定的時候遇到的一些小干擾, 但是前提是先前要先規畫好.

Pointcloud9的LIDAR系統每秒垂直與水平旋轉360度會量測大約一百萬的點, 一旦掃描完成, 你就會得到整個環境的精確3D資料 (精度緯度距離) . 最多可以抓到120公尺 (整個系統可以抓到超過120公尺, 但是超過這個距離精確地就會大幅下降).

這不只是需要120公尺的水平掃描, 還需要掃描好幾層樓高, 每次的掃描都會掃描連成一線的視野. 要掃描整個停車場, 你就會需要掃描好幾次, 例如才能掃到原本視野看不到的車器部位, 雖然沒有嚴格的規定. 根據經驗法則, 每個區域掃描四次, 通常能掃到大部份物體單次掃不到的區域. 當然啦! 這還是要看每個場景有所不同.

LIDAR的機具很容易移動由甲地搬到乙地

LIDAR掃描出來的資料可以輸出成

1. raw 掃描

2. 點雲

3. 清理過的預先產生模型的mesh 這包含了低解析度版本的模型可以帶有normal map與bump map

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Fxphd課程裡面由risefx / Pointcloud9的團隊解釋他們的LIDAR scanning工具

這些個別的點結合在一起就行成了點雲, 整個掃描的區域會比120公尺大很多. 因為是由不同區域的多次掃描結合的結果, 幾乎任何尺寸, 任何複雜的場景都可以掃描. 也就是說, 你可以掃描一段道路, 然後在軟體裡面拉伸. Pointcloud9最多有做到60次掃描結合成一個大掃描資料, 但是在該例子裡都是用低解析度掃描, 這樣最終的檔案才能使用.

Victor Wolansky為了fxphd使用PFtrack做追蹤

在視覺特效裡面, LIDAR讓3D攝影機追蹤變得更加容易, 更加精確. 因為這能幫助美術人員產生正確的尺度距離的模型, 而點雲的產生讓您的樹為資產更容易製作, 用在實拍動作與CG物件的互動上.

這項技術也幫助previz與攝影機/鏡頭的選擇, 因為能夠提供根據真實場景的, 具有高度細節的視覺畫與複雜的動態故事版.

Victor Wolansky他追蹤了fxphd的檔案以後說, 使用LIDAR的掃描對於追蹤很有幫助, 解決了許多奇怪的動態. 因為你有每個追蹤點完全正確的XYZ座標, 攝影機的位置可以解算出來, 即使是當很少或是幾乎沒有視差的時候. 他還說道, LIDAR的資料非常有,用當你有很大型的片場, 全尺寸的CGI可以根據這些資料來產生. 如果你有好幾個分鏡, 每個分鏡都可以很完美地對齊CGI的物件. 這些掃描出來的資料也可你拿來與一般的自動追蹤的分鏡對齊.

Pointcloud9 系統設定起來十分迅速, 他還可以拍攝低品質的normal color畫面, 這些資料會導入到點雲中, 讓你更容易理解方向性, 當你預覽點雲的時候.

多張HDR畫面

用RED One拍攝實拍畫面

risefx的專案不只是進行大尺度的LIDAR掃描而以, 還進行多次的 HDR 掃描. 他們的硬體設備能夠讓你切換到HDR模式, 拍出來的HDR能夠與LIDAR掃出來資料吻合. risefx還會進行影向縫合與穩合, 這樣當你在LIDAR掃出來的片場中數位地移動時, 可以讓HDRs動態地改變, 這樣一來當CG的汽車在LIDAR掃出來的3D片場移動時就能有正確的反射貼圖了!

後製

點雲產生的資料很少會有細節不足的問題. Pointcloud9的錯誤大約是在0.3mm (大約為0.012英吋) 在10公尺的範圍內, 這樣的精度很驚人. 比較可能遇到的問題是大量的資料, 超過你的需要, 這也是risefx的經驗所能提供. Pointcloud9能夠降低解析度, 但整個資料還是可以用的, 用在高品質的製作, 追蹤與CG製作流程上面. 由於risefx是Pointcloud9的主要客戶, 他們知道怎樣有意義地呈現資料. 這再重要不過了, 很多LIDAR公司的業務主要是建築業與營建業, 如果有Pointcloud9團隊預先處理資,料能夠快速地, 平順地整合LIDAR資料, 在有限的時間整合到流程中.