Формування тривимірної моделі барельєфа на основі 2D-зображення

Анотація

У статті запропоновано повністю автоматизовану методику створення тривимірних моделей барельєфів на основі звичайних двовимірних зображень. Розроблений підхід передбачає використання глибинної нейронної мережі ZoeDepth для автоматичного формування точних карт глибини без необхідності ручного редагування або калібрування камери. Отримані карти глибини проходять послідовну обробку в Python: значення глибини нормалізуються та масштабуються відповідно до реальних фізичних розмірів зображення, після чого за методом тріангуляції формується полігональна сітка. У результаті згенерована модель у форматі STL придатна для швидкого 3D-друку або подальшого редагування. Ключові переваги запропонованої системи – це гнучкість налаштування розмірів через інтерфейс командного рядка, відсутність потреби ручного втручання в процес побудови карти глибини та універсальність застосування мережі для найрізноманітніших сцен, як-от архітектурні деталі, художні твори або промислові об’єкти. Проведені експерименти демонструють, що час формування карти глибини на центральному процесорі для зображення розміром 800 × 800 пікселів становить близько 120 секунд, а тріангуляція та збереження моделі у файл – близько 110 секунд. При збільшенні роздільної здатності вхідного зображення відповідно зростає й загальний час обробки. Для досягнення найвищої якості карти глибини рекомендовано застосовувати метод до контрастних сцен із виразними деталями, оскільки нечіткі та розмиті зображення породжують артефакти в карті глибини та фінальній моделі. У порівнянні з Blender наше рішення також досягає якісного результату у створенні барельєфу. Скорочення обсягу ручних налаштувань та автоматизація процесів формування барельєфу дають змогу швидко та якісно отримати модель із потрібними параметрами. Кількісна оцінка виявила, що середня відносна похибка становить менше ніж 7.7 %, а порогова точність – понад 95.3 %, що вказує на те, що понад 95 % оцінювань глибини пікселів лежать у межах 25 % від справжніх значень. Якісна перевірка підтвердила, що отримані рельєфи зберігають важливі геометричні деталі та вирівнювання поверхні навіть на раніше непомітних вхідних даних. Порівняльний аналіз показує значне зменшення обсягу ручного оброблення та загального часу моделювання порівняно з традиційними робочими процесами скульптування на основі Blender без втрати якості отриманої тріангуляційної сітки.