Photomatch Compositing
Ein Workshop von Arndt von Koenigsmarck das brandneue Plugin PhotoMatch, welches Compositings zu einem Kinderspiel macht.
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PhotoMatch v1.1, der C4D Image-Tracker
Anhand des folgenden Beispiels möchte ich die grundsätzliche Bedienung von PhotoMatch
demonstrieren. Das Plugin kann sowohl die zu einem Bild passende C4D-Kameraposition
berechnen, wie auch Elemente aus dem Bild mit Polygonen konstruieren. Es ist damit das
ideale Werkzeug für alle diejenigen, die mit Architektur-Visualisierungen zu tun haben, oder
3D-Elemente in Fotografien einsetzen möchten (Stichwort: Compositing).
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Beispielbild
Das obige Bild soll uns für dieses Beispiel als Ausgangsmaterial dienen. Grundsätzlich lassen
sich alle Bilder verwerten auf denen Häuser oder andere kubische Strukturen zu sehen sind.
Perfekt für die exakte Berechnung der Brennweite geeignet sind Bildelemente, die im rechten
Winkel zueinander stehen. Dies ist bei fast allen Gebäuden der Fall. Sollten im Einzelfall
keine rechtwinkligen Strukturen vorhanden sein, kann die Ausrichtung der Kamera zwar
immer noch berechnet werden, die Brennweite wird jedoch nur angenähert werden können.
Falls möglich sollte man sich also bereits bei der Aufnahme des Bilds die Brennweite
notieren, um abschätzen zu können, ob das errechnete Ergebnis exakt genug ist.
Je nachdem ob bereits 3D-Objekte vorhanden sind oder nicht beginnt man die Arbeit mit
einer leeren Szene oder fügt einer vorhandenen Szene die nun besprochenen Elemente hinzu.
Ich beginne in meinen Erläuterungen mit einer neuen, leeren Szene und rufe dort das
PhotoMatch-Objekt im Plugins-Menü von Cinema ab. Dieses Objekt stellt uns alle
Werkzeuge zur Verfügung, die wir für die Kalibrierung und auch die spätere Modellierung
benötigen. Rufen Sie weiterhin ein Kamera-Objekt auf und ordnen Sie dieses dem
PhotoMatch-Objekt unter. Diese Kamera wird dadurch fortan von dem PhotoMatch-Objekt
gesteuert und kalibriert.
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standart Ansicht
Wenn Sie nun das PhotoMatch-Objekt selektieren und sich im Modell bearbeiten-Modus
befinden, werden sich diverse Anfasser und Linien in den Editor-Ansichten zeigen. Bevor ich
auf diese eingehe sollten Sie die Editor-Ansichten wie in der obigen Abbildung anordnen.
Oben links wird für die Zentralperspektive das Kamera-Objekt benutzt. Rechts daneben habe
ich das PhotoMatch-Objekt als Kamera eingestellt. Zudem ist dieses Fenster als Render-
Ansicht aktiviert, damit dort später das Hintergrundbild eingeblendet wird.
Die beiden unteren Ansichten können nach belieben eingestellt werden. Eine dieser Ansichten
sollte jedoch eine Ansicht von oben oder unten auf die Szene zeigen, damit später die
Positionierung entlang der Z-Achse vereinfacht wird.
Selektieren Sie nun ggf. das Kamera-Objekt und verschieben Sie dieses auf die gewünschte
Höhe (also entlang der Y-Achse). Das PhotoMatch-Objekt wird bei seiner Selektierung die
untergeordnete Kamera automatisch direkt über sich platzieren. Die Höhe der Kamera über
dem PhotoMatch-Objekt ist daher der einzige Parameter, den Sie nach belieben verändern
können. Wählen Sie hier z. B. eine Höhe, die ungefähr der Höhe der echten Kamera über dem
Boden zum Zeitpunkt der Bildaufnahme entspricht. Für die folgende Berechnung ist diese YHöhe
jedoch unwichtig. Ich habe die Kamera um 100 m nach oben verschoben, einfach aus
dem Grund, damit das Boden-Raster in der Kamera-Ansicht einen besseren räumlichen
Eindruck vermittelt.
Um das vorliegende Bildmotiv auswerten zu können muss dieses als Material in Cinema
geladen werden. Erzeugen Sie also ein neues Material und laden Sie dort das Bild in den
Farbe-Kanal ein. Erzeugen Sie ein Hintergrund-Objekt und weisen Sie diesem das Material
zu. Sie sollten dann in der PhotoMatch-Editor-Ansicht das Bild eingeblendet sehen können.
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Bild in Ansicht geladen
Die obige Abbildung gibt diesen Zustand wieder. Sollte sich bei Ihnen das Bild nicht zeigen,
überprüfen Sie, ob die PhotoMatch-Ansicht tatsächlich auch als Render-Ansicht aktiviert ist.
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Bildgröße anpassen
Im nächsten Schritt übertragen Sie das Seitenverhältnis des Fotos auf das Format des zu
berechnenden Bilds in den Render-Voreinstellungen (siehe obige Abbildung). Am einfachsten
funktioniert dies, wenn Sie die Pixel-Anzahl für Breite und Höhe des Fotos im Material
ablesen und direkt in die Film-Format-Felder auf der Ausgabe-Seite der Render-
Voreinstellungen übertragen. Die Werte für die Render-Auflösung passen sich dann im
Verhältnis dazu automatisch an.
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PhotoMatch anwählen
Selektieren Sie nun das PhotoMatch-Objekt und schalten Sie den Editor auf diese Ansicht um
(siehe obige Abbildung). Je größer diese Ansicht auf Ihrem Monitor zu sehen ist, desto
exakter werden Sie die Werkzeuge von PhotoMatch benutzen können.
Wie im obigen Bild von mir mit Ziffern markiert zu sehen, stellt PhotoMatch vier keilförmige
Strukturen zur Verfügung. Jeder dieser „Keile“ hat einen Anfasserpunkt am breiten und am
spitzen Ende (markiert am Beispiel eines Keils mit den Buchstaben „A“ und „B“). Durch
Klicken und Ziehen dieser Anfasser können die Längen und Lagen der Keile in der Ansicht
verändert werden, ganz so, wie Sie es von den Anfassern z. B. bei Cinema-Grundobjekten
kennen.
Bevor wir diese Keile benutzen sollten wir uns jedoch die Zeit nehmen, die Erscheinung
dieser Keile dem Bild anzupassen. Diese Einstellungen finden Sie in der „Modus“-Gruppe der
PhotoMatch-Einstellungen unter dem „Voreinstellungen“-Reiter. Dort können Sie z. B. die
Farbe der Keile verändern, um den Kontrast zum geladenen Bild zu verstärken oder die Breite
der Keile Ihren Wünschen anpassen. Sie sollten hierbei nur bedenken, dass die Richtung der
Keil-Spitze für die Berechnung eine entscheidende Rolle einnimmt. Die Keilform sollte daher
für Sie gut sichtbar bleiben.
Im Bild durch den weißen Pfeil markiert finden Sie während der Kalibrierung den
berechneten Fokus bzw. die Brennweite oben links in der Ansicht eingeblendet. Auch die
Farbe dieser Einblendung kann in den Voreinstellungen angepasst werden.
Sie sollten sich auch bereits jetzt entscheiden, ob das Bild eine exakte Berechnung der
Brennweite zulässt, also über rechtwinklige Strukturen verfügt, oder nicht. In unserem Fall ist
dies eindeutig gegeben. Die Option „Fokus berechnen“ sollte daher aktiviert werden.
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Zwei-Punkt Perspektive
Ebenso sollten Sie sich entscheiden, ob wir es bei dem Bild mit der Darstellung einer Ein-
Punkt- oder Zwei-Punkt-Perspektive zu tun haben. Eine Ein-Punkt-Perspektive liegt immer
dann vor, wenn alle Linien auf einen einzigen Punkt zulaufen. Dies ist z. B. bei dem Blick in
eine Häuserschlucht der Fall. Hier haben wir es jedoch mit einer klassischen Zwei-Punkt-
Perspektive zu tun und die Option „Ein-Punkt-Perspektive“ kann daher deaktiviert bleiben.
Während der Arbeit mit PhotoMatch werden Sie eventuell zusätzliche Rückmeldungen in
Form von Symbolen erhalten. Zwei dieser Symbole, nämlich der Kreis und das Dreieck, sind
in der obigen Abbildung zu sehen.
Der Kreis zeigt an, dass einige Keile in einem nicht auswertbaren Winkel zueinander stehen.
In der Einblendung oben links trifft dies auf die beiden linken Keile zu, da deren Spitzen so
ausgerichtet sind, dass keine Überschneidung zustande kommen kann.
Das Dreieck zeigt an, dass mindestens drei Keile in eine vergleichbare Richtung zeigen. In
diesen Fällen wäre dann die Benutzung der Ein-Punkt-Perspektive sinnvoller.
Ist man sich jedoch sicher, dass wie in unserem Fall die Zwei-Punkt-Perspektive zum Tragen
kommen sollte, müsste man die Richtung und Lage der Keile überprüfen.
Ziel sollte es sein, dass jeweils zwei Keile paarweise eingesetzt werden und zueinander
parallele Strukturen im Bild markieren. Die Richtung der Keile ist dabei so anzulegen, dass
die Spitzen auf den vermuteten Fluchtpunkt hinweisen. Die Keilspitzen eines Keil-Paares
haben also immer einen geringeren Abstand voneinander als die breiten Enden der Keile. Dies
mag verwirrend klingen, ist jedoch in der Praxis recht einfach und geht einem bereits nach der
Arbeit mit ein paar Bildern in Fleisch und Blut über.
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Kantenanpassung
Sie sollten sich grundsätzlich darin schulen, nach Linien im Bild zu suchen, die sich von der
Kamera weg bewegen und zudem rechtwinklig zueinander stehen.
Strukturen die parallel zur Bildebene verlaufen helfen uns nicht weiter. Ein typischer Fall
dafür wäre die frontale Aufnahme einer Fassade, womöglich noch aus größerer Entfernung
mit Tele-Objektiv aufgenommen. Solch ein Bild wird nur schwerlich auswertbar sein.
Wie obiges Bild zeigt sind passende Linien oft sehr einfach zu finden. Auf der rechten Seite
finden wir oben am Bogen eine gerade Kante, die parallel zur Wasserfläche verläuft. Dort
platzieren wir dann den zweiten Keil. Diese beiden Keile bilden nun ein Paar und sind auf
ihre Ausrichtung zu überprüfen. Wie am linken Rand des Bogens zu erkennen, scheint dieser
dort weniger hoch zu sein als am rechten Bildrand. Dies liegt daran, dass der rechte Teil des
Bogens näher an der Kameraposition liegt. Somit ist klar, dass die Spitzen dieser Keilgruppe
nach links, also von der Kamera weg auf den Fluchtpunkt zu, auszurichten sind.
Auf der linken Bildseite steht eine Mauer im rechten Winkel zum Bogen. Dort ist die
Verzerrung der Höhe zwar nicht so stark zu beobachten aber dennoch vorhanden. Der rechte
Rand dieser Mauer ist etwas weiter von der Kamera entfernt und wirkt daher verkürzt. Die
beiden Keile weisen dort daher nach rechts in Richtung der Verkürzung.
So wie bei vielen anderen Beispielen auch hätte die Platzierung der Keile auch ganz anders
ausfallen können. So hätte man auf der rechten Seite z. B. die weiter im Hintergrund liegende
Mauer einbeziehen können oder auf der linken Seite auch den Handlauf des Geländers im
Vordergrund benutzen können. Bei exakter Platzierung bleibt das Resultat der Kalibrierung
jedoch gleich.
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Brennweite
Im Prinzip ist damit bereits alles getan. Wie links oben in der Ecke abzulesen, wurde eine
Brennweite von 49.567 ermittelt und wie die Winkel-Angaben der Kamera im Koordinaten-
Manager zeigen, wurde auch eine Rotation der Kamera vorgenommen, um den Blickwinkel
des Bildes aufzunehmen. Die seitliche Editor-Ansicht zeigt hier schön, dass die Kamera wohl
etwas nach oben geneigt und gekippt wurde um die Aufnahme zu machen. Ein Ergebnis, dass
bei Betrachtung des Bildes gut nachvollzogen werden kann.
Damit ist die Kamera bereits fertig konfiguriert und Sie könnten z. B. mit dem Hinzufügen
von Objekten beginnen, die dann in der Kamera-Ansicht automatisch perspektivisch auf das
geladene Bild abgestimmt dargestellt würden.
PhotoMatch kann jedoch noch mehr. So können wir direkt Elemente aus dem Bild
modellieren lassen. Dazu selektieren Sie das PhotoMatch-Objekt und schalten in dessen
Dialog den Modus von „Kalibrieren“ auf „Modellieren“ um.
Die Keile verschwinden bis auf einen und es werden neue Regler und Anfasser eingeblendet.
Mit dem verbleibenden Keil legen Sie die obere Begrenzung einer zu erschaffenden Fläche
fest. Sie platzieren diesen Keil also z. B. oben auf einem Übergang zwischen Wand und
Decke oder auf dem First einer Mauer. Die Keil-Richtung sollte dabei auch wieder so
angelegt werden, dass dessen spitzes Ende auf einen Fluchtpunkt weist, also von der Kamera
weg in die Tiefe.
Mit dem horizontal am oberen Bildrand platzierten Regler können Sie die kürzeste
Entfernung zwischen Kamera und der zu modellierenden Wand angeben. Dieser Regler ist
mit dem Buchstaben „D“ für „Distanz“ gekennzeichnet.
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siehe Pfeil
Da sich die Struktur zum spitzen Ende des Keils hin von der Kamera weiter entfernt gilt
dieser Distanz-Wert nur für den Anfasser-Punkt am breiten Ende des Keils.
Unter diesem finden Sie eine gepunktete, senkrechte Linie (ein weißer Pfeil markiert diese
Linie in der obigen Abbildung). Diese gibt Ihnen eine Vorschau der Höhe der zu erzeugenden
Wand. Die Höhe kann mit dem senkrecht am linken Bildrand platzierten H-Regler (H für
Höhe) verändert werden. Sie sehen somit noch vor der Erstellung einer Fläche, wie hoch
diese sein wird.
Wer exakt arbeiten will, kann jeweils für die Distanz und die Höhe die numerischen Werte
hinter bzw. unter den D- und H-Reglern ablesen. Der Wertebereich beider Regler kann in
den Voreinstellugen von PhotoMatch beliebig geändert werden. Dort kann auch für die Höhe
ein negativer Wert eingetragen werden, falls im Bild z. B. nur ein Fussboden und Ansätze der
Wände zu sehen sind. Die Wände können dann mit dem Keil am Boden markiert werden und
durch eine negative Höhe nach oben wachsen.
Um nun Flächen erzeugen zu können, muss ein Polygon-Objekt zugewiesen werden, dem
diese Flächen hinzugefügt werden. Am besten wählen Sie dafür ein noch leeres Polygon-
Objekt aus dem Objekte-Menü und weisen dieses durch Drag and Drop dem Polygon-Objekt-
Feld des PhotoMatch-Dialogs auf dessen Polygon-Seite zu.
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Fläche erzeugen
Die Erzeugung von Flächen läuft nun immer nach den gleichen vier Schritten ab:
- Sie Platzieren den Keil in der PhotoMatch-Ansicht auf der oberen Kante einer zu
erstellenden Wand. Achten Sie darauf, dass die Keil-Spitze in die Tiefe zeigt. - Ein virtuelles Polygon erscheint als roter Rahmen in der Szene. Benutzen Sie den „D“-
Regler um dessen Distanz zu der Kamera einzustellen. Am besten lässt sich dies in der
Ansicht von oben auf die Szene machen. - In der PhotoMatch-Ansicht benutzen Sie nun den „H“-Regler, um die gepunktete
Linie unter dem breiten Ende des Keils auf die gewünschte Länge zu bringen. Das
untere Ende dieser gepunkteten Linie markiert den unteren Rand des zu erstellenden
Polygons. - Betätigen Sie den „Polygon erzeugen“-Knopf im PhotoMatch-Dialog um die Fläche
im zugewiesenen Polygon-Objekt zu erzeugen.
Die obige Abbildung zeigt exemplarisch, wo ich meine erste Wand erzeugen möchte. Ich
habe dort die Höhe so eingestellt, dass die Wand bis zur unteren Stufe der kleinen Treppe
unter dem Eingang reicht.
Als zusätzliche Information blendet PhotoMatch in dieser Phase die Länge der Wand
numerisch in den Ansichten ein. Die folgende Abbildung zeigt diese Darstellung der Polygon-
Länge durch einen weißen Strich, bzw. einen weißen Pfeil markiert. Sie haben also zu jedem
Zeitpunkt die volle Kontrolle über die exakte Höhe und Länge der zu erstellenden Wand. Um
die Länge der Wand zu verändern müssen Sie nur die Distanz zur Kamera mit dem D-
Regler verändern. Denken Sie daran, dass nach jeder Veränderung der Distanz die Höhe mit
dem H-Regler angepasst werden muss.
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Fläche erzeugen
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Fläche erzeugen
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Fläche erzeugen
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Fläche erzeugen
Wiederholen Sie diese Schritte mit dem Bogen im Bild. Dieser weist am linken Ende eine
Höhenveränderung auf, weshalb ich den Keil nur bis zum Beginn dieser Formänderung ziehe
(siehe oberes Bild). Danach passe ich die Distanz über den „D“-Regler so an, dass das bereits
erstellte Polygon und die rote Polygon-Vorschau in der Ansicht von oben passend zueinander
stehen (siehe unteres Bild). Schließlich verlängere ich die Höhe der Wand mit dem „H“-
Regler in der PhotoMatch-Ansicht bis zur Wasserfläche und betätige wieder die „Polygon
erstellen“-Schaltfläche.
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Fläche erzeugen
Im letzten Schritt kann man nun die beiden Flächen mit einem manuell erstellen Polygon
verbinden (siehe obiges Bild). Gruppiert man das Polygon-Objekt unter dem Hintergrund-
Objekt ein, so übernimmt dieses automatisch das geladene Bild als Frontal-Projektion. Wir
können also direkt in der Kamera-Ansicht überprüfen, wie Bild und Polygone zueinander
passen. Dank der kalibrierten Kamera und den exakt platzierten Flächen passt alles 100%ig
zusammen.
Wenn Sie dem Polygon-Objekt noch ein Render-Tag zuweisen und dort das Hintergrund-
Compositing aktivieren, verschwinden auch die oftmals ungewollten Schattierungen auf den
Polygonen. Ein Schattenwurf anderer Objekte auf diese Polygone ist jedoch weiterhin
möglich.
Die Option „Auf Boden einrasten“ habe ich hier übergangen. Damit kann die Höhe von
Polygonen immer automatisch so eingestellt werden, dass sie z. B. unten auf einem Boden-
Objekt enden. Die Y-Position dieses Bodens kann numerisch im PhotoMatch-Dialog
verändert werden. Die Arbeitsschritte zum Erstellen von Polygonen verkürzen sich dann auf
die Platzierung des Keils, die Festlegung der Distanz und der Betätigung der Schaltfläche.
Mit diesen einfachen Arbeitsschritten lassen sich also Bilder sehr schnell in Cinema 4D
auswerten – um die Kamera zu kalibrieren – und auch direkt passgenau nachmodellieren.
Weitere Beispiele werde ich nach Fertigstellung auf unserer PhotoMatch-Infoseite zur
Verfügung stellen. Infos und Bestellmöglichkeiten zu diesem und unseren anderen Plugins
und Shadern gibt es hier: http://www.vreel-3d.de/html/Vreel_plugins.html
Arndt von Koenigsmarck
arndt@vreel-3d.de
http://www.vreel-3d.de/
