Phototexturing

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Page in translation from german language. Please help to translate this content into english.

This page describes the preparation of photo textures for 3D landmarks for 3D city models specified on the page OSM-4D .

Autor: Marek Strassenburg-Kleciak

Definition

A photo texture is a texture made from an digital image (photography)for the reason of texturing of WHOLE facade.

Note: Seamlees textures are also made from digital image 
but the´re only a small, repeatable parts of the facade!

Creating process

Location for foto shooting

Try to find location which allows to make a picture of the whole facade from the front.


MarekHowToFototexture4.jpg complete facade recording

Is it impossible...

MarekHowToFototexture5.jpg too many disturbing elements or no greater distance from the building

... you should shot more single pictures of the facade, connect the pictures and rectify the whole facade:

MarekHowToFototexture1.jpg Pict A

MarekHowToFototexture2.jpg Pict B

MarekHowToFototexture3.jpg Pict C

If You make a lot of pictures of the long facade or big object, is it very possible to get the problems with the right connection of the pictres. In this case make overview pict. It is also helpful to use notepad or GPS camera.


It is also helpful to shot overwiew pictures over the corner of the building P. You can see different heights of the buildings and easily and better scale the textures.


MarekHowToFototextureMakePreviewPicts.jpg Locations for control images (P)

"Simply architectonic photogrammetry"

If you make a photo orthogonal to the facade, you can get not only the texture, but also determine the dimensions of the photographed object. Knowing the values of D and D'(see further in the text), the dimensions can be calculated directly from the image.


Orthogonality

An image, taken frontal to the facade (orthophoto) makes easier the production of the photo texture. On the other hand-sometimes is it impossible to make a texture when the facade was photographed from the angle.

An orthogonal made photography has no perspective distortion of the facade.

If the facade is not photographed with the wide-angle lens, you can often use the photo as a facade texture only after few simply post-processing steps.

O - Lens of the camera H - The middle of the camera viewfinder


MarekHowGetOrthogonalFototexture.jpg AB/D=A´B´/D´

Side view

ORTHOGONAL MADE PICTURE:

Die geometrische Mitte des Bildes zielt senkrecht auf die Fassade.

Auf dem flachen Gelände ist also der Abstand zwischen der Kamera (A) und dem Boden (S)

gleich wie zwischen der Mitte des Kamerasuchers (H) und der Geländeoberfläche an dieser Stelle ()

MarekHowGetOrthogonalFototexture1.jpg

π = Fassadenebene

Stellt man senkrecht an die Fassade eine Nivellierlatte, kann man grob (ca. 5% Abweichung) die Dimensionen einer Fassade ermitteln.

Simple extraction of building heights

A simple way to determine the approximate height of the most photographed façade, based on the anylyes of marked frontal shoted pictures.

In advance you have to measure the distance 'He' between own eye height and the floor.

Then prepare a marker for facades (masking tape, sticky notes or similar good visible stuff for marking points on the façade).


Step 1.: The marker is should be fitted to the facade exactly in your eye level height, He

( You can also notice a prominent point in the eye level, if present)

MarekHeightAcquisition1.jpg


Step 2.: Fassade frontal fotografieren: MarekHeightAcquisition2.jpg

"Frontal" means, that the marker is in the center of the image is taken during the photo.

From the photo, we can determine the height up to the gutter:

MarekHeightAcquisition3.jpg

the accuracy of the height determination depends on the image resolution.


If yo know the distance between your eye height and terrain He, you can calculate the height of the façade H by rule of three,

because you can measure He´, and relatively as a number of pixel in the shoted picture.


Note:  If you make a frontal photo is almost half of the picture sidewalk and street.

MarekHowToShotOrthogonalPictures.jpg Picture, Output image for the texture.

MarekHowToShotOrthogonalPicturesDescription.jpg Checking: The center of the image (intersection of the two diagonals D1 and D2 'M' ) must be on the horizon -> Facade lines are ortogonally.

MarekHowToShotOrthogonalPicturesDescription1.JPG He is here your body height.


Note: Sometimes you may not have enough distance to the photographed facade in narrow streets.

In this case, you have to shoot pictures also parallel to the road and watch out for the marker which should be clearly visible:


MarekHeightAcquisition4.jpg

M, he center of the shooted picture should be located on the horizon.


Estimation errors: The self-made test with three up to 6-storey buildings showed deviations of about 3 to 12% of laser measured height. The building heights, (up to the good visible gutter), were collected for control purposes with the laser measuring device.

Light, time and weather conditions

Die Angleichung der Farbwerte für Fassaden die bei verschiedenen Uhrzeiten / Lichtverhältnissen gemacht wurden ist schwierig.

Man sollte alle Fassaden eines Bauwerkes während eines kurzen Zeitabschnittes (zu gleicher Zeit) fotografieren und möglichst auch die Nachbargebäude mitfotografieren. Folgende Bilder gleicher Fassade wurden während verschiedener Uhrzeiten gemacht:

MarekDSC 0281.JPG MarekDSC 0280.JPG MarekDSC 0292.JPG
Morgen früh (zu gelbstichig) Mittag bei Sonne (zu kontrastvoll) Später Vormittag leicht bewölkt


Die Bilder sollen bei am besten bei Hoher Sonne und leicht verdecktem Himmel gemacht werden.

Grelles Mittagslicht bei wolkenfreiem Sommer führt erstaunlicherweise zu qualitativ schlechteren Texturen. Durch starke Kontaste sind viele Detais auf solchen Fotos schlecht erkennbar.


Bestimmung von dem Weißpunkt

Das Mitfotografieren von einem weißen Blatt Papier hilft den Weißpunkt des Bildes zu bestimmen:

MarekWhitepointStart.jpg Aufnahme


MarekWhitepointResult.jpg Ergebnis nach manuellem Farbabgleich

Zwar arbeiten die Algorihmen die das automatisch bestimmen sollen relativ gut und zuverlässig aber auch sie haben ihre Grenzen.



Man sollte bei Aufnahmen bei Bewölkung und Wind vorsichtig sein: Die gleiche Fassade bei direkter Sonne und durch Wolken verdeckter Sonne hat unterschiedliche Farbwerte!

Falls möglich, ist es empfehlenswert zum fotografieren Tage und Uhrzeiten zu wählen, an denen sich wenig Menschen und Autos vor dem fotografierten Objekt befinden. Die Menschenmenge oder pareknde Autos (LKW´s) können manchmal die Bearbeitung der Texturen im Erdgeschossbereich völlig vermasseln.

Connection and cleanup of the images

Es spart viel Zeit, wenn man ein Standort wählt, aus dem man keine störenden Elemente vor der Fassade hat: Bäume, Verkehrschilder. Man sollte ein Wenig geduld haben und warten bis die Menschen die vor der Fassade stehen verschwinden. Auch Schatten auf der Fassade sind unerwünscht. Manchmal lohnt es sich bei besonders wertvollen Gebäuden zu warten und beobachten wie sich die eiogene Schatten verändern: Ein Gebäude ohne Schatten auf Fenster, Gesimsen usw. wird es nicht geben, aber sie sehen unterschiedlich plastisch aus um verschiedene Uhrzeiten. Keine oder Kaum schatten machen ein Objekt flach und unrealistisch, zu lange schatten sehen irritierend aus..

MarekHowDeepShouldBeShadow.jpg

Ebenso sollte man auf fotografiertem Bild allzu charakterestische Elemente vermeiden wie:

A. Damaged or dirty sides

B. Curtains, blinds, plants, people

C. Signs / Advertising etc.

D. Significant reflections of characteristic elements

MarekWhichElementsAreBadForTexturing.jpg

Important: If the building has several windows, they should have all the same or very similar color of glass. 
Of course except coloured windows.



Auch wenn man mit einem Weitwinkelobjektiv oft die gesamte Fassade auf einmal fotografieren kann, eignen sie sich für die Texturherstellung wenig wegen der Verzerrung der Fassadengeometrie [1].

Es existieren zwar Techniken der Fotoentzerrung[2] sie sind jedoch arbeitsaufwendig.

Daher sollte man Fotografien der Fassaden besonders wertvoller Objekte aus großerer Entfernung und mit einem Teleobjektiv (80mm und mehr) machen. Solche Einzelaufnahmen kann man mit diversen Softwarepaketen (hier Links) zu einem Einzelbild verbinden.

FRAmiensCathedralFacadeWestCollectionOfSingleShots.jpg Einzelaufnahmen

FRAmiensCathedralFacadeWestAllReducedResolution.jpg Summe der Aufnahmen

Des Öfteren sind Bäume vor den Fassaden ein Hindernis: Stehen sie zu dicht vor der Haussfront, hat man kaum eine andere Lösung als zu versuchen, den Baum zu retuschieren. Dies kan erreicht werden indem man:

  • andere, bautechnisch identische Teile des Bildes in die Bereiche wo Bäume stehen hineinkopiert
  • ein Teil von einem anderen Foto in diese Bereiche hineinkopiert. Dafür macht man Bilder von einem anderen Standort, von dem man die durch ein Baum verdeckten Bereiche sieht:


LAGEPLAN: GEBÄUDE MIT EINEM BAUM VOR DER FASSADE

MarekHowToDeleteTrees1.JPG MarekHowToDeleteTrees2.JPG
Ein Teil der Fassade ist auf dem Foto vom Standort A durch ein Baum verdeckt Zwei weitere Bilder vom Standort A1 und A2 liefern fehlende Fassadeninformation


Color adjustment of neighboring surfaces

The neighboring surfaces Texturen should have adjusted colors.

A plastered wall that goes around the corner of the building should not have any other color (not even slightly different), unless that façade is really differently painted or plastered.

Without color adjustment you see immediately in the 3D model that something look unnatural. Sometimes You don´t know why but the model is not "nice".

Very helpful is the placement of small white paper on the fotografed façade: Dadurch kann der Weißpunkt aud dem Bild bestimmt werden und die Anpassung benachbarter Flächen geht leichter.

Foto shooting. Practical tips

  • Fence, lattice etc. - try to shot pictures with sky as background.
  • If possible don´t use wide-angle lens (more than 55 is ok)
  • Don´t shot too small areas: In this case is the generating of repeatable textures impossible.
  • If possible dont make pictures with Trees and plants, people etc. that partially obscure the object
  • It is very difficult tu generate textures from Pictures with visible, strong reflections in the windows ( especially in modern architecture with a lot of divisions in the glass area)
  • Don´t shot pictures from the side: The windows have too much side material on the page. Generally: You may shot the pictures of doors and windows not absolutely orthogonal but with ca. 15° deviation from orthogonality. 30° deviation or more is too much.

Seamless (Nahtfreiheit)

Seamless bedeutet, dass eine Textur glatt in die andere übergeht. Ein typischer Anfängerfehler sind z.B leicht unterschiedliche Höhen von dem Gesimseines Gebäudes aufgrund falscher Skalierung oder Platzierung der Textur auf der Fassade.


Entfernung personenspezifischer Details

OpenStreetMap sollte Fehler vermeiden, die Google machte und macht:

Alle persönlichkeitsrechte der Hausbewohner betreffende Bildinformationen sollten von den Bildern manuell entfernt werden!

Dazu gehören:

  • Hausnummer
  • Menschen
  • Andere sensible Informationen (Rollstuhl am Eingang usw...)

Insbesondere sollten ohne Befragung der Hauseigentümer nur die Bilder von einer maximalen Höhe von 180cm über Terrain gemacht werden. Keine Fotos über den Zaun ohne Genehmigung sind gestattet.

Die Bilder dürfen ohen Genehmigung von öffentlich zugänglichen Straßen, Wegen und Flächen gemacht werden.

Technische Spezifikation

Auflösung

Die Bildauflösung hängt von dem fotografierten Objekt ab und kann innerhalb eines Objektes leicht unterschiedliche Auflösung haben.

Die Auflösung der Fassaden im Fußgängerbereich sollte die 5cm pro Pixel nicht unterschreiten.

Für historische Bauwerke sind 1cm pro Pixel empfohlen.

Format

Qualitativ am besten sind zwar Bilder in Tiff Format. Aufgrund der Verbreitung sollten jedoch eher*.png oder Jpg Bilder in unkomprimierter (verlustfreier) Form verwendet werden.

Farbtiefe

Die 24 Bit Farbtiefe wird vorgeschlagen. Zwar können auch mit wesentlich weniger Farben Texturen erzeugt werden, die die Beschaffenheit der Fassaden wiedergeben, jedoch muß man daran denken, dass das Ergebnis optisch schlecht aussieht wenn:

  • Geländetextur fehlt
  • Benachbarte Texturen wesentlich unterschiedliche Qualität (Farbitefe / Auflösung) haben

Wenn man also als Ausgangspunkt gutes Aussehen wichtiger Gebäude nimmt, sollten in Konsequenz auch andere Objekte mit möglicht vergleichbarer Texturierung belegt werden.

Beispiele

Folgende Textur wurde mit dem Stempelwerkzeug von AdobePhotoshop erzeugt. Keine weiteren Bilder wurden verwendet.

MarekDSC 0292.JPG MarekTextureDSC0292cleanedExample.jpg
Originalaufnahme Textur