Зйомка і створення 3D панорами

Дивіться приклад комерційної 3D панорами с.Орлик

Як створити сферичну панораму? 

Покрокова інструкція буде корисною і впевненим фотографам, а також керівникам бізнесу, які бажають розповісти про свій товар або послугу незвичайним, цікавим чином.

3D-тур фотошколою КШФ

Панорама – підсумкова фотографія, створена шляхом «зшивання» кількох окремих фотографій, знятих спеціальним чином. Головна перевага - це повне занурення в атмосферу простору, що знімається.

За допомогою сферичних панорам та 3D турів Ви зможете

• здивувати глядача об'ємною, незвичайною картинкою
• легко провести віртуальну екскурсію готелем, рестораном, квартирою, музеєм та природними заповідниками
• показати автомобіль зсередини та багато іншого на що вистачить творчої фантазії
• Останнім часом стало модним знімати віртуальні тури з різних літаючих апаратів — гелікоптерів та мультикоптерів.

Яскравим прикладом сферичної панорами є карта нашої планети, де земна куля спроектована на площину у вигляді «еквідистантної розгортки».

Панорамна фотографія — рідкісний жанр, у якому XVIII століття, оптика XIX століття та HTML5-браузер XXI століття працюють на той самий результат: повне занурення глядача в простір кадру. Цей матеріал — самостійний посібник зі сферичних панорам та віртуальних турів: від історії жанру та фізики проекцій до покрокової зйомки, зшивання та публікації інтерактивного 3D-туру.

1. Короткий історичний вступ

Слово «панорама» вигадав не фотограф, а художник. У 1787 році ірландець Роберт Баркер, прогулюючись Колтон-Хілл в Единбурзі, задумав мальовничий прийом, що дає повний круговий огляд місцевості, і в тому ж році отримав на нього королівський патент під назвою "La Nature à Coup d'Œil" - "природа одним поглядом". Свою першу панораму Баркер показав в Единбурзі, а до 1793 побудував у Лондоні, на Лестер-сквер, спеціальну круглу ротонду для демонстрації гігантських кругових полотен - по суті, перший в історії кінотеатр без кіно. За наступні сімдесят років у Європі було показано більше сотні подібних панорам, і жанр став першою масовою формою «видовищ, що занурюють», провісником всього, що ми сьогодні називаємо immersive-медіа і VR.

Фотографія успадкувала цю ідею майже відразу, щойно з'явилася сама. У 1843 році австрієць Йозеф Пухбергер запатентував ручну панорамну камеру для дагеротипів з кутом огляду близько 150°, а вже в 1844–1845 роках паризький фотограф Фрідріх фон Мартенс удосконалив ідею, побудувавши камеру «Мегаскоп» рівномірну швидкість повороту, вона вважається першою технічно вдалою панорамною камерою. З появою гнучкої плівки в 1888 індустрія випустила десятки спеціалізованих панорамних апаратів, а на початку XX століття величезною популярністю користувалася ротаційна камера Cirkut, здатна за один прохід відзняти кругову панораму довжиною в кілька метрів.

Цифрова епоха повернула панораму в галузі дорогого спеціалізованого обладнання до рук масового фотографа. Поява програмного зшивання знімків (алгоритми Panorama Tools Хельмута Дерша в 1990-х, пізніше Photoshop Photomerge, PTGui, Hugin) дозволило збирати панораму із серії звичайних кадрів. Запуск Google Street View в 2007 році привчив масового користувача до ідеї «прогулянки» по сферичній панорамі прямо в браузері, а поява доступних 360 °-камер (Ricoh Theta, Insta360, GoPro Max) і вбудованого панорамного режиму в смартфонах остаточно зробила жанр повсякденним.

2. Сфери застосування простих та 3D-панорам. Комерційне використання

Проста (плоска, «лінійна») панорама — насамперед художній та пейзажний інструмент: вона передає масштаб ландшафту, міської забудови, інтер'єру так, як не може передати жоден одиночний кадр, знятий навіть надширококутним об'єктивом без викривлень по краях. Сферична (3D, 360°) панорама виходить за рамки одного «красивого вигляду» і перетворюється на інтерфейс — простір, яким глядач переміщається сам, а значить, набуває практичної, комерційної цінності.

• Нерухомість та готельний бізнес.  Віртуальний тур квартирою, готелем чи рестораном - сьогодні практично стандарт в оголошеннях преміум-сегменту: він знижує кількість «порожніх» переглядів і підвищує довіру клієнта до об'єкта ще до особистого візиту.
• Туризм та культура.  Музеї, заповідники, історичні місця використовують панорамні тури для віддаленого знайомства з експозицією і як інструмент залучення відвідувачів.
• Автомобільний та товарний маркетинг.  Панорама салону автомобіля, інтер'єру яхти або приміщення шоуруму - спосіб "посадити" покупця всередину продукту ще до покупки.
• Промисловість та інспекція об'єктів.  360°-зйомка виробничих цехів, будівельних майданчиків та техніки використовується для віддаленого контролю стану об'єкта та документування етапів робіт.
• Весільна та репортажна фотографія.  «Маленькі планети» та закручені проекції – фірмовий неординарний кадр, який фотограф пропонує як окрему платну послугу.
• SMM та сторітлінг.  Інтерактивна панорама, вбудована в сайт чи соцмережа, збільшує час взаємодії аудиторії з контентом за рахунок самого факту «керування» зображенням.

Наочний приклад «побутової» сферичної панорами, знайомий кожному: карта світу, де земна куля розгорнута на площину у вигляді рівнопроміжної (еквідистантної) проекції — тієї самої, що найчастіше використовується для зберігання сферичних панорам.

3. Визначення панорами. Основні типи панорам, поняття проекції

Панорама - це підсумкове зображення, отримане «зшивання» (stitching) декількох кадрів, знятих з однієї точки при повороті камери, в єдиний файл з полем зору, що перевищує те, що здатний захопити об'єктив за один кадр. Ключовий фізичний принцип панорамної зйомки — обертання навколо так званої  точки нульового паралаксу  (no-parallax point, вона ж вхідна зіниця об'єктива): якщо камера повертається навколо будь-якої іншої осі, ближній і далекий плани зміщуються один щодо одного по-різному, і на стиках кадрів виникає «двоєння» об'єктів виправити.

Типи панорам з геометрії охоплення

Поняття проекції  тут є ключовим: сферу не можна розгорнути на плоский екран без спотворень — питання лише в тому, що саме і як буде спотворено.

Рівнопроміжна (еквідистантна) проекція — стандарт для зберігання та публікації сферичних панорам: зображення є прямокутником у співвідношенні сторін 2:1, де по горизонталі лінійно відкладено кут азимуту (0–360°), а по вертикалі — кут висоти (від +90°0 зеніту). Саме в цьому форматі працюють Google Street View, усі великі віджети віртуальних турів та більшість VR-гарнітур.

Циліндрична проекція зручна для широких, але не повністю кругових панорам — вона зберігає вертикальні лінії прямими, але стискає верх і низ кадру при великому вертикальному охопленні. Прямолінійна (rectilinear) проекція, знайома по звичайним об'єктивам, годиться лише вузьких панорам: при спробі розтягнути її на 180° об'єкти з обох боків кадру розтягуються до нескінченності.

Стереографічна проекція, що дає ефект «маленької планети» чи «труби», — не технічне обмеження, а усвідомлений творчий прийом, про який окремо нижче.

4. Огляд обладнання для зйомки панорам

Комплект для панорамної зйомки умовно поділяється на «універсальний» (придатний і для простих панорам, і для 360°) і спеціалізований.

• Камера та об'єктив.  Для простих панорам підходить будь-яка камера з об'єктивом від помірно широкого до середньофокусного — чим довша фокусна відстань, тим більше кадрів буде потрібно, але менше геометричних спотворень на стиках. Для повної сфери 360 ° різко скорочує кількість кадрів об'єктив-«риб'яче око» (фішай) або ширококутник з фокусною відстанню близько 8-18 мм (у перерахунку на повний кадр): при полі зору фіша порядку 180 ° сферу можна зняти всього за 2-6 кадрів плюс зеніт і надір.
• Штатив.  Стійка опора з точним горизонтальним (панорамним) вузлом є обов'язковою умовою рівного горизонту, особливо для багаторядних панорам.
• Панорамна головка (nodal rail/panoramic head).  Спеціалізований кронштейн, що дозволяє фізично поєднати точку нульового паралаксу об'єктива з віссю обертання штатива - пристрої типу Nodal Ninja, Manfrotto з панорамною кареткою або Really Right Stuff. Без такої голівки на ближніх та багатошарових сюжетах (інтер'єри, вітрини) паралакс майже неминучий.
• Пульт дистанційного спуску чи інтервалометр.  Знижує ризик зміщення камери між кадрами та незамінний під час зйомки із затримкою (HDR-брекетинг, довгі витримки).
• Спеціалізована 360 ° камера.  Компактні апарати з двома об'єктивами «риб'яче око» на протилежних сторонах корпусу (Insta360, Ricoh Theta, GoPro Max) знімають готову сферу автоматично, без панорамної головки і без ручного зшивання — ціна за зручність: менша роздільна здатність і менший контроль над експозицією в порівнянні з ручною покадровою.
• Додатково.  Рівень (або вбудований електронний рівень камери), нейтрально-сірий або поляризаційний фільтр (з обережністю на 360° поляризатор дає нерівномірне затемнення неба), а для аеропанорів — квадрокоптер з функцією автоматичної сферичної зйомки.

Практична частина

5. Зйомка простих та 3D-панорам

Перша практична вправа — однорядна та дворядна проста панорама на «своїй» оптиці. Кадри знімаються з перекриттям 25–30% (для програм автоматичного зшивання цього запасу зазвичай достатньо, щоб знайти контрольні точки навіть на однорідних ділянках — небі чи воді), у ручному режимі експозиції та балансу білого, щоб уникнути перепадів яскравості та кольору між сусідніми кадрами під час автоматики камери.

Три техніки зйомки дають різний практичний досвід та різний відсоток шлюбу при зшиванні:

• Зі штатива з панорамною головкою  - еталонний варіант: мінімальний паралакс, крок повороту, що ідеально повторюється, кращий результат при зшиванні.
• З рук  - швидкий спосіб без обладнання, що вимагає обертання корпусу навколо осі уявної через об'єктив (а не тільки повороту рук) і навмисно збільшеного перекриття кадрів, оскільки геометрія тут передбачувана гірше.
• "З ниткою"  - навчальний прийом для контролю стабільності: нитка або шнур, закріплений на рівні очей або на об'єкті на передньому плані і утримується в одній точці кадру, допомагає фізично відчути та зберегти постійний радіус та висоту повороту під час зйомки з рук.

Для повної сфери 360° з об'єктивом-фішаєм додається зйомка зеніту (прямо вгору) і надиру (прямо вниз, де кадр неминуче потрапляє сам штатив — цей кадр важливий саме наступної ретуші, про яку нижче). Кількість кадрів у ряді для фішу з полем зору близько 180 ° зазвичай становить 3-6 плюс два «полюси»; для звичайного ширококутника без фішу — від 8 кадрів у ряду та від двох-трьох рядів по висоті.

6. Підготовка файлів до зшивання панорами

Перед зшиванням відзняту серію потрібно привести до єдиного знаменника:

1. Відбракувати змащені та зайві кадри, розкласти серії з папок — одна папка на одну панораму.
2. Виявити RAW-файли з абсолютно однаковими параметрами (баланс білого, експокорекція, профіль об'єктива) для всіх кадрів серії - найкраще скопіювати налаштування першого кадру на решту, а не виявляти кожен «на око».
3. Вимкнути автоматичну корекцію дисторсії та віньєтування на етапі прояву – ці дані знадобляться програмі зшивання у вихідному вигляді, щоб правильно розрахувати геометрію об'єктива.
4. Експортувати в TIFF або інший формат без втрат (JPEG допустимо для навчальних та веб-панорам, але накопичує артефакти стиснення на стиках кадрів).
5. Перевірити, що у всіх кадрах є достатнє перекриття і не залишилося «дір» у коловому ряду — їх простіше помітити та перезняти на місці, ніж компенсувати програмно.

7. Зшивання простих та 3D-панорам

Ядро будь-якої програми зшивання — пошук контрольних точок (control points), тобто деталей, що збігаються на сусідніх кадрах, за якими алгоритм обчислює взаємне положення камери для кожного знімка і проектує всі кадри на загальну поверхню.

Для простої панорами зазвичай достатньо автоматичного вирівнювання та циліндричної чи прямолінійної проекції. Для сферичної 360° панорами потрібно явно вибрати еквідистантну (equirectangular) проекцію, а зеніт і надір або дошкуляти окремими кадрами і «вклеюватися» вручну, або відновлюватися програмно із сусідніх кадрів з наступною ретушшю. Об'єкти, що рухаються, — люди, транспорт, гілки на вітрі — варто маскувати вручну, інакше алгоритм може «пошити» їх у кадрі двічі або обрізати по межі стику.

8. Пост-обробка готової панорами

Після зшивання панорама майже завжди вимагає фінального доведення:

• Ретуш надира.  Класичне завдання сферичної панорами - прибрати з кадру штатив і власні ноги фотографа в нижній точці, замінивши їх логотипом школи, розмитим патерном або клонування текстури.
• Вирівнювання горизонту та корекція геометрії  – особливо помітні на багаторядних та інтер'єрних панорамах.
• Тональне та кольорове вирівнювання  між сегментами, якщо освітлення змінювалося за час зйомки (рух сонця, зміна хмарності).
• Локальна ретуш швів  — ділянок, де автоматичний алгоритм змішування (blending) залишив помітну межу або патерн, що повторюється.
• Фінальна різкість і шумозаглушення , що застосовуються вже до цілісного файлу, а не до окремих кадрів.
• Вибір вихідної роздільної здатності  — для друку має сенс зберігати максимальну роздільну здатність зшивки, для Інтернету та віртуальних турів панораму додатково готують до мультиразрешающей (tiled) публікації, про яку нижче.

9. Створення інтерактивних панорам (віртуальних турів)

Готова сферична панорама стає віртуальним туром, коли кілька сцен зв'язуються між собою клікабельними точками переходу (хотспотами), а до них додаються підписи, музика, відео чи вбудована карта приміщення. Технічно сучасний віртуальний тур - це HTML5-додаток, який дробить панораму на безліч дрібних тайлів і підвантажує в браузер тільки ті з них, що потрапляють в поле зору глядача: це дозволяє комфортно переглядати панораму роздільною здатністю в десятки мегапікселів навіть на повільному мобільному інтернеті.

Базовий робочий процес однаковий майже для всіх інструментів: завантажити зшиті сферичні панорами → розставити на кожній хотспоти переходу до сусідніх сцен → за необхідності додати інформаційні точки, музику, відео та план приміщення → опублікувати у вигляді посилання, вбудованого коду для сайту (iframe) або окремої програми. Саме так влаштований, наприклад, 3D-тур приміщеннями самої фотошколи, доступний на окремій сторінці сайту.

10. "Маленькі планети" та інші незвичайні проекції з панорам

Стереографічна проекція перетворює повну сферичну панораму на декоративний круглий кадр: лінія горизонту згортається в коло, і простір навколо глядача візуально «схлопується» або на мініатюрну планету (якщо центр проекції — надир), або на ефект «труби» або тунелю (якщо центр — зеніт). Це не шлюб і не спотворення в негативному сенсі, а усвідомлена творча трансформація вихідної рівнопроміжної панорами, доступна як у спеціалізованих програмах (PTGui, Pano2VR), так і у вигляді фільтру полярних координат Photoshop.

Найкраще для «маленької планети» працюють панорами з вираженою симетричною композицією біля горизонту — ринкові площі, перехрестя, галявини з одиноким деревом у центрі, двори з фонтаном: чим ясніше читається композиційний центр у вихідному кадрі, тим ефектніше він «згортається» в декоративну планету.

Про автора: Сергій Орлик – професійний фотограф, автор проекту Donbass360 та однойменного сайту. Член IVRPA – міжнародної спілки VR-фотографів. Переможець конкурсу інтернет-проектів "Donline-2013". Фіналіст багатьох фотоконкурсів FIAP та НСФХУ. Учасник фотовиставок FIAP та НСФХУ.