HOW TO: aerofotogrammetria con drone e Pix4Dmapper. Il modello 3D

Eccoci giunti al sesto appuntamento con il nostro tutorial tecnico sull'aerofotogrammetria da drone. In questa seconda parte stiamo trattando il software Pix4Dmapper nella sua versione demo Pix4Ddiscovery.

Nelle precedenti puntate abbiamo scoperto come avviare un progetto, importare le immagini e dato un'occhiata ai segreti dell'image matching. Quindi abbiamo avviato l'elaborazione, importato i GCP, proceduto alla correzione metrica della nostra ricostruzione e salvato il lavoro. Ora riapriamo il nostro progetto e concludiamo il percorso.

Siamo finalmente pronti a generare la nuvola di punti densa. Da menu Elaborazione --> Opzioni di elaborazione e attiviamo tramite check lo step 2 "Nuvola di punti e Mesh".

Il pannello presenta 3 aree:

• Densificazione nuvola di punti: contiene le opzioni per impostare i parametri di densificazione. La scala delle immagini funziona come per l'image matching: più si dice al software di calcolare l'immagine originale, più la ricostruzione sarà accurata ma anche lenta. Quando si usa l'opzione 1/2 predefinita si può considerare che si sta utilizzando una selezione di tipo High. Pix4D consiglia di attivare l'opzione Multiscala quando si stanno analizzando delle aree con vegetazione, perché il programma in questo caso effettuerà delle elaborazioni multiple, prima con le immagini a 1/2, poi a 1/4 infine a 1/8, migliorando la resa finale.
• Densità dei punti: questo parametro indica al programma ogni quanti pixel di un'immagine bisogna calcolare il punto 3D. Ad es. se usiamo l'opzione Ottimale (4/ Image Scale) in congiunzione con una densificazione 1/2, verrà calcolato un punto ogni 4/0.5 = 8 pixel. Con l'opzione Alta viene calcolato un punto 3D ogni pixel, ma questo implicherà un forte aumento dei tempi senza però migliorare significativamente la qualità della nuvola dei punti. Infine con l'opzione Bassa (16/Image Scale) verrà calcolato un punto ogni 16/0.5 = 32 pixel: rispetto all'opzione ottimale la velocità di calcolo sarà 4 volte più veloce con un uso 4 volte inferiore della RAM.
• Numero minimo di corrispondenze: determina su quante immagini dovrà essere proiettato il punto 3D. Se selezioniamo 5, il software sarà obbligato a riproiettare il punto su almeno 5 immagini: questo riduce il numero finale di punti 3D ma diminuisce il rumore della nuvola. Quando si alza questo valore dovremo avere certezza che il nostro piano di volo lo supporti: 5-6 immagini richiedono un elevatissimo overlap, sia orizzontale che laterale. In caso contrario, la nostra nuvola densa potrebbe avere 0 punti!

La seconda area riguarda la classificazione automatica della nuvola di punti, di cui parleremo nelle applicazioni professionali dell'aerofotogrammetria, anche perché è importante per la generazione del DTM, funzione non disponibile nella Pix4Ddiscovery. Questa funzione può essere processata nel corso dello step 2 o anche successivamente allo step 2, comunque soltanto con una nuvola densa georeferenziata, ed è in grado di riconoscere tramite algoritmi interni il terreno, le strade, la vegetazione ad alto fusto (ad es. alberi), gli edifici, manufatti umani (ad es. le macchine). Tali gruppi possono anche essere esportati come nuvole di punti singole.

La terza area riguarda l'esportazione diretta della nuvola di punti, anche questa funzione non disponibile nella Pix4Ddiscovery.

Elaborata la nuvola di punti, giungiamo all'ultimo step per la ricostruzione del nostro modello: la mesh 3D con texture. Riapriamo dunque il nostro pannello delle opzioni di elaborazione e portiamoci al secondo tab Textured Mesh 3D: si presenta diviso in 3 aree con le seguenti opzioni:

• Generazione: check genera mesh 3D con texture, questo abilita il comando di elaborazione del modello poligonale, che può dunque essere disattivato qualora il vostro interesse sia arrivare soltanto allo step 2, ovvero alla nuvola densa.
• Impostazioni: selezionando l'Alta risoluzione, come dice il nome, otterrete la massima qualità di visualizzazione per il modello 3D; la risoluzione Media (predefinita) rappresenta la scelta migliore per la maggior parte dei progetti, e bilancia adeguatamente risorse e tempi di esecuzione; Bassa è l'opzione rapida con la quale si sacrifica parte della risoluzione del modello, ma ideale per la condivisione del medesimo, soprattutto se fatta online. C'è anche la possibilità di impostare i parametri in maniera personalizzata, li vedremo tra poco.
• Esporta: comando non disponibile in Pix4Ddiscovery, che vi consente di esportare il modello 3D texturizzato nei principali formati di interscambio, come OBJ e 3DPDF.
• Utilizza bilanciamento colore per la texture: attivando questa opzione il programma s'impegnerà a generare una texture omogenea, appianando eventuali differenze di luminosità tra le varie aree.

Si diceva delle opzioni personalizzate:

• Profondità massima dell'Octree: potete selezionare un valore compreso tra 5 e 20. Indica in quante subregion verrà diviso il progetto: numero alto significa più regioni, quindi regioni piccole, maggiore risoluzione ma anche tempi più lunghi.
• Misura della texture: determina quanto grande sarà la texture in termini di pixel. Un maggior numero di pixel aumenta il dettaglio che può essere salvato sulla texture, ma anche la dimensione del file, e bisogna impostare il parametro in accordo alla tipologia di progetto che si sta elaborando.
• Criteri di decimazione: per definizione, il primo passaggio del comando di generazione mesh 3D crea il massimo numero di poligoni disponibili, tipicamente un poligono ogni 3 punti. Dopodiché si passa al processo di decimazione, che discretizza la mesh in accordo al numero di poligoni massimo che si vuole ottenere. Con la quantitativa, l'utente sceglie il numero massimo di poligoni che il modello deve contenere, senza strategia. Con la qualitativa, la decimazione viene eseguita cercando di mantenere la forma originale del modello, secondo una specifica strategia: Sensitiva per cercare di mantenere la forma, Aggressiva per ridurre al minimo i triangoli.

Siamo giunti al termine del nostro tutorial su aerofotogrammetria e Pix4Dmapper: in questo secondo HOW TO abbiamo visto come passare dall'elaborazione delle immagini alla creazione di un modello 3D metricamente corretto e texturizzato. Vedremo in futuro, in tutorial più tecnici, come trattare la nuvola di punti e il modello 3D per fini più professionali, dal DTM alla classificazione della point cloud fino alla generazione di ortofoto per ambienti CAD.

Nell'ultima parte di questo HOW TO scopriremo le potenzialità del software tutto italiano Zephyr Aerial.

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