Realizzare Foto Cubiche e Ambient Maps

di Guido Masoero

Con FastVR Editor si possono utilizzare come sfondo una serie di 6 foto di formato quadro ad esempio 512x512 o 1024x1024. Questo formato è conosciuto come foto cubica. Le 6 foto devono avere lo stesso nome ma suffisso diverso per indicare la posizione. I sei suffissi di posizione possono variare ma definiscono in modo univoco la posizione dell'immagine rispetto alle facce di un cubo, per tale motivo si chiamano foto cubiche (cube maps).

Figura 1 - Una foto cubica o (Cube Map)

Le immagini precedenti sono state ricavate e trasformate da una foto circolare o sferica con un programma apposito come SkyPaint (plug-in di Photoshop). I nomi utilizzati per le cube maps possono variare ma tutte specificano la posizione di ogni immagine vista dall'interno di un cubo. Di seguito sono elencati i suffissi più comunemente utilizzati:

ne esistono altre, ma utilizzano nomi molto simili e sono facilmente riconoscibili, nella Figura 2 si può notare la disposizione delle immagini sulle facce interne di un cubo.

Figura 2 - Applicazione delle mappe cubiche in 3D. Posizionando le immagini sulle facce rivolte verso l'interno del cubo si realizza uno sfondo a 360°. Il viewer è posizionato nel baricentro del cubo o nelle vicinanze.

Una foto panoramica o circolare visualizza tutti i punti di vista di una persona che ruota su se stessa con un campo di visuale verticale di circa 40°-50° come è anche quello dell'occhio umano.

Figura 3 - Esempio di foto circolare o panoramica con 60° di campo visivo verticale

Una foto quasi sferica comprende tutti i punti di vista, ma con un angolo verticale molto più grande, normalmente di 130°-140°. Quello che manca alla completa visione sono una striscia di cielo e una di terreno. FastVR Editor permette di regolare l'angolo massimo verso l'alto e verso il basso in modo da poter utilizzare foto panoramiche circolari e foto quasi sferiche senza far vedere le parti mancanti.

Figura 4 - Esempio di foto quasi sferica: campo orizzontale di 360° e campo verticale di 134°

Foto Sferiche

Una foto sferica ha l'angolo orizzontale sempre di 360° e quello verticale di 180°, cioè comprende tutto ciò che è possibile vedere compreso il cavalletto. Vista in piano su un monitor è deformata all’estremo e spesso non si capisce neppure cosa rappresenta. Per fare una foto sferica si può usare un obiettivo Fisheye con oltre 180° come la NIKON COOLPIX 5400 (619 Euro) con FC-E9 Conv. FishEye (415 Euro). Si devono fare solo 2 o 3 foto e accoppiarle con un programma come PTGui.

Figura 5 - La foto rappresenta lo stesso ambiente di Figura 4 ma in una foto sferica h360° v180° con alcuni piccoli fotoritocchi.

Per avere foto con una risoluzione maggiore è bene usare una macchina reflex digitale con obbiettivo grandangolare come la Nikon D50 con obbiettivo 18-55. In questo caso si devono fare almeno 18-20 foto con una leggera sovrapposizione. Con la NIKON D50 e l'obbiettivo 18-55 posto su 18 mm, l'angolo di ripresa è h50° v70° e con una sovrapposizione di 5°-10° si devono fare almeno 2 serie di 8-10 foto in orizzontale per coprire i 180° mentre si coprono i 135° in verticale (quasi sferica). Il tutto si completa con una foto verticale verso il basso (togliendo il cavalletto) e una foto verso l'alto si coprono i punti mancanti e si ottiene la sfera completa. Se ci sono delle cose vicine, ad esempio il pavimento o una parete a pochi metri, si deve fare attenzione agli errori di parallasse, cioè la foto camera deve ruotare sul punto nodale anteriore dell'obbiettivo e non sul punto di fissaggio. Il punto nodale anteriore deve essere nella stessa posizione per tutte le foto, altrimenti il programma che le unisce (stitching) produce errori e si vedono le giunte tra un fotogramma e quello vicino. Il punto nodale posteriore è il punto teorico in cui passano tutti i raggi che colpiscono il CCD o la pellicola. Tutti e due i punti nodali sono all'interno dell'obbiettivo, questo argomento sarà approfondito più avanti. Con una macchina Reflex da 6 Mpixel e 20-30 foto si può ottenere una foto sferica di circa 50-80 MBytes in formato jpg che può essere ridotta facilmente a dimensioni minori se è necessario. Si consiglia di mantenere gli originali nel formato a più alta risoluzione possibile e lavorare su copie.

Istruzioni Pratiche per Realizzare Foto Sferiche ad Alta Risoluzione

Per ottenere foto panoramiche, circolari, sferiche e cubiche che non presentino difetti e non si notino salti tra un fotogramma e quello adiacente, è consigliato usare una macchina foto digitale montata su di un cavalletto e un obiettivo grandangolo. Con un obiettivo fisheye si possono fare 2 sole foto semisferiche e accoppiarle, sul web potete trovare molti esempi e spiegazioni per la NIKON Coolpix con adattatore FishEye (v185°). Una coppia di foto FishEye con CCD da 5 Mpixel permette di ottenere una foto sferica di 5 Mpixel al massimo, in quanto il CCD è usato solo nella parte centrale.

Figura 6 - Esempio di foto circolare o panoramica con 60° di campo visivo verticale. y = dimensione in mm del lato del CCD f = lunghezza focale dichiarata dell’obbiettivo w = angolo di vista cercato

Se invece disponete di un Reflex con grandangolo e di un cavalletto normale, dovete farvi una staffa di fissaggio per la foto camera come illustrato in seguito. Le reflex in commercio sono quasi tutte con CCD in mezzo formato 24 x 17 mm circa. Le foto camere compatte in genere non hanno un grandangolo sufficiente e non sono adatte. La Nikon D50 con obiettivo da 18 mm ha un angolo di vista o di campo di h50° v70°. Se avete una macchina o un obbiettivo diverso potete calcolare l'angolo con questa formula.

Figura 7 a - Nikon D50 montata su staffa. b - Staffa montata su cavalletto. c - Particolare del disco da 8, 9 o 10 tacche.

Con angolo di ripresa orizzontale di 50° e con 5° gradi di sovrapposizione si devono fare 8 foto:

50 - 5 = 45

45 * 8 = 360°

cioè il cerchio completo. Con questo metodo si ottiene una foto panoramica con un campo verticale di 70°. Se si vuole aumentare l'angolo in verticale si devono fare 2 o 3 serie di foto. Si consiglia di fare almeno due serie di foto: una prima serie di 10 foto inclinando la macchina verso il basso di 30°. Si ottiene una panoramica che copre dall'orizzonte sino a terra lasciando un vuoto di circa un metro di diametro in corrispondenza del cavalletto, poi s'inclina la macchina di 30° verso l'alto e si fa una seconda serie di 10 foto dall'orizzonte a quasi lo zenit. Resta un piccolo vuoto nel cielo.

Per evitare questi 2 spazi vuoti, si fa una foto verso l'alto e una verso il basso, avendo l'avvertenza di non spostare il punto nodale dell'obbiettivo specie, verso il basso.

Il segreto per fare belle foto che non abbiano difetti e non si vedano salti nelle giunture sta nel cavalletto. Potete comprare un cavalletto apposito con regolazione della posizione della macchina foto per mettere il punto nodale esattamente sull'asse di rotazione. Il cavalletto MANFROTTO 190WNB (140 Euro) con testa snodata 303 SPH TESTA QTVR (490 Euro). La macchina foto viene fissata con fotogramma in verticale (portrait).

In Figura 7b è visualizzata la staffa che ha la possibilità di ruotare verso l'alto e il basso di 30° e 60° mantenendo fisso il punto nodale anteriore. Una spina e un foro servono a fissare la parte angolata all'angolo esatto. La posizione di ±30° serve per fare le 2 serie di foto con 60° di distanza in verticale e coprire così un angolo totale di circa 130°. I fori a  ±60° servono per le 3 serie con 60° in modo di coprire i 180° per la sfera completa. Il disco fissato sotto all'indice serve a indicare l'angolo di rotazione, può essere a 8, 9 o 10 posizioni.

con 8 tacche = 45°

con 9 tacche = 40°

con 10 tacche = 36°

Punto Nodale Anteriore

Il punto nodale anteriore di un obiettivo grandangolo è vicino alla superficie anteriore della lente, lo scopo della staffa è di portare il punto nodale sull'asse di rotazione del cavalletto.

Provate a mettervi a un metro dal bordo di una finestra e ad osservare un edificio lontano, prima con un occhio, poi con l'altro, vedrete l'edificio che sembra spostarsi di alcuni metri rispetto al bordo della finestra. Questo è l'errore di parallasse, con circa 6 centimetri di distanza tra i due occhi. Nel caso che la camera ruoti sul foro di fissaggio l'errore è superiore. Se dovete fare l'accoppiamento tra le due foto sovrapponete la finestra o l'edificio?

a b c d

Figura 8 a - Prendere come soggetto un palazzo distante e un riferimento a 1-2 metri dalla fotocamera. b - Visualizzazione del volume di vista delle due foto di test. c - Volume della prima foto. d - Volume della seconda foto.

Nel caso della NIKON D50 la distanza tra punto nodale e vite di fissaggio è di circa 91 mm, per cui la staffa deve allontanare dall'asse del cavalletto il fissaggio della camera e portare il punto nodale sull'asse. Per stabilire esattamente la distanza tra foro di fissaggio della macchina foto al cavalletto e il punto nodale, si possono fare alcune fotografie di test: il bordo della finestra dalla distanza di un metro con edificio lontano sullo sfondo, ruotando il punto di ripresa in modo che su un fotogramma la finestra sia a destra e sull'altro all'estrema sinistra. Poi variate la distanza e quando un particolare dell'edificio è tagliato dalla finestra nello stesso punto, siete alla distanza esatta (asse di rotazione circa al centro dell'obbiettivo), Figura 9. Gli errori di parallasse inferiori al centimetro sono accettabili e non danno problemi.

abcd

Figura 9 a, b - A sinistra con errore, distanza eccessiva di 80 mm. c, d - A destra quasi senza errori, distanza errata di qualche millimetro.

Puntamento ad Angoli Definiti

Il disco sistemato sotto la testa del cavalletto permette facilmente di ruotare con un angolo definito. Il disco che indica l'angolo di rotazione orizzontale deve avere un numero di tacche tale che ci sia sempre una sovrapposizione di circa 10° tra una foto e la successiva. Ad esempio se avete un angolo di vista di 50° con 9 tacche ruotate di 40° alla volta. Con 10 posizioni avete una sovrapposizione più grande (14°) ed è più facile da giuntare. Se la sovrapposizione è bassa il programma di stitching può fare difficoltà a trovare i punti di controllo. È preferibile fare qualche foto in più che perdere troppo tempo ad assemblarle.

È molto importante che l'asse di rotazione del cavalletto sia perfettamente verticale, dovete controllarlo con una bolla d'aria o filo a piombo. Si consiglia di non usare l'autofocus perchè la messa a fuoco sposta il punto nodale e nelle foto verso l'alto ci possono essere difficoltà di messa a fuoco. Regolate la messa a fuoco manualmente quasi all'infinito. È bene anche non utilizzare l'esposizione auto per evitare salti di luminosità tra un fotogramma e quello adiacente.

In pratica potete fare 2 serie di 10 foto sfalsate di 36° orizzontali con 14° di sovrapposizione. Una serie rivolta in alto di circa 30°, la metà dell'angolo di campo o di vista dell'obbiettivo, meno la parte sovrapposta, e un'altra serie con l'angolo di 30° verso il basso (foto quasi circolare).

Figura 10 - Esempio con 1° serie di 10 riprese rivolte in alto di 30°.

La foto in Figura 11 è stata fatta a mano cercando di tenere il punto nodale in posizione.

Figura 11 - Foto realizzata senza cavalletto mantenendo il punto focale.

Il risultato totale dopo il montaggio con PTGui (Figura 12) in formato lineare e con SkyPaint (Figura 13) in formato cubico. Con il programma di stitching (PTGui) dopo aver montato le vostre foto dovete salvare il risultato in una sola immagine composta. Scegliete di salvare in formato equirectangular con angolo verticale inferiore a 180° (178) e con dimensioni orizzontali uguali a 4 volte il formato del lato del cubo finale. Esempi 2048x1001 per 6 immagini da 512x512, 4096x2002 per 6 immagini da 1024x1024. Scegliete sempre multipli di 32 come dimensione orizzontale. Potete scegliere da 1024 per sfondo a bassa risoluzione 256x256 sino a 8192 per sfondi ad alta risoluzione 2048x2048. Vi resterà sul pavimento e nel cielo un piccolo cerchietto bianco per mettere il vostro logo o ritoccarlo con paint. Il programma SkyPaint divide per 4 la dimensione orizzontale e per 3 la verticale quando trasforma le foto in cubiche. Caricatele come LivePicture SPHERE.jpg o CYLINDER.jpg. Salvatele subito dopo come VRMLbackground.jpg. Controllate le misure ed eventualmente ritoccatele e copiatele nella cartella AmbientMaps di FastVR.

Figura 12 - Risultato finale.

Figura 13 - Foto cubiche dopo il passaggio in SkyPaint. Il cerchio nero nel cielo è normalmente coperto dal logo del fotografo o ritoccato.

Si possono fare anche 3 serie di foto, una orizzontale e ricavare la foto circolare, una inclinata verso l'alto di 60° e una inclinata il basso di 60° per fare la foto sferica o quasi sferica. Con angolo di vista verticale di 70° gradi e 10° di sovrapposizione con 3 serie di foto si ottiene la sfera completa. Il problema che nella foto non venga impressionato anche il cavalletto o la sua ombra, non è di facile soluzione. Si può puntare la macchina in basso dopo aver tolto il cavalletto, cercando di mantenere fisso il punto nodale dell'obbiettivo. Per l'ombra cercate di non avere il sole troppo forte.