Η φωτογραμμετρία αναφέρεται γενικά σε οποιαδήποτε τεχνική χρησιμοποιεί ως μέσο φωτογραφίες για να εξάγει δεδομένα απόστασης, διαστάσεων και βάθους. Τέτοιες τεχνικές χρησιμοποιούνται συστηματικά σε διάφορες χρήσεις από τις αρχές του 20ου αιώνα. Οι πρώτες χρήσεις της τεχνικής αυτής αφορούσαν εφαρμογές χαρτογράφησης περιοχών, χρησιμοποιώντας αεροφωτογραφίες (φωτογραφίες τραβηγμένες από αεροπλάνο). Αυτές χρησιμοποιούνταν τόσο για τη σχεδίαση χαρτών όσο και τη παραγωγή ορθοφωτογραφιών, δηλαδή κάθετων λήψεων μιας περιοχής σε σωστή κλίμακα και χωρίς παραμορφώσεις, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως χάρτης.
Πιο σύγχρονα, με την ανάπτυξη της ψηφιακής φωτογραφίας και την διαθεσιμότητα υπολογιστικής ισχύος, αναπτύχθηκαν τεχνικές για την τρισδιάστατη ψηφιακή ανακατασκευή και αναπαράσταση αντικειμένων χρησιμοποιώντας πολλαπλές φωτογραφίες τους από διαφορετικές γωνίες. Αυτή η τεχνική βρήκε αρχικά χρήσιμη εφαρμογή στον τομέα της αρχαιολογίας, αλλά διαδόθηκε και σε άλλους κλάδους της ψηφιοποίησης πολιτιστικής κληρονομιάς, και γενικότερα σε εφαρμογές όπου είναι χρήσιμη η τρισδιάστατη απεικόνιση υπαρκτών αντικειμένων όπως ο κατασκευαστικός τομέας, η σχεδίαση, και λοιπά.
Η τρισδιάστατη ψηφιοποίηση με τεχνικές φωτογραμμετρίας είναι ιδιαίτερα δημοφιλής μέθοδος γιατί δεν απαιτεί εξειδικευμένο τεχνικό εξοπλισμό. Το μόνο που χρειάζεται είναι μια κάμερα. Η ποιότητά της και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της επηρεάζουν το αποτέλεσμα της ψηφιοποίησης, αλλά σίγουρα είναι πολύ πιο εύκολη η απόκτηση μιας κάμερας σε σχέση με άλλες τεχνικές που χρειάζονται εξειδικευμένο εξοπλισμό.
Με τα σύγχρονα διαθέσιμα εργαλεία λογισμικού, η διαδικασία παραγωγής των τρισδιάστατων μοντέλων έχει αυτοματοποιηθεί σε μεγάλο βαθμό. Με τον κατάλληλο εξοπλισμό, λογισμικό και υπολογιστική ισχύ, μπορούν να παραχθούν πιστά μοντέλα. Παρακάτω παρουσιάζονται γενικά τα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν για αυτή τη τεχνική.
Προετοιμασία αντικειμένου προς ψηφιοποίηση
Με αυτή τη τεχνική μπορούν να ψηφιοποιηθούν αντικείμενα διαφόρων μεγεθών, από μικρά πράγματα που χωράνε στο χέρι, μέχρι και κτίρια (εσωτερικά και εξωτερικά). Εμπειρικός κανόνας για το αν το μέγεθος του αντικειμένου είναι κατάλληλο για αυτή τη τεχνική είναι ο εξής: αν το αντικείμενο μπορεί να χωρέσει ολόκληρο στο καδράρισμα της φωτογραφίας και διακρίνονται καλά οι λεπτομέρειες που μας αφορούν, ενώ ταυτόχρονα έχουμε τη δυνατότητα λήψης πολλών φωτογραφιών από διάφορες γωνίες (ιδανικά περιμετρικά του αντικειμένου και από διάφορα ύψη), τότε μπορεί να εξαχθεί καλό αποτέλεσμα με αυτή τη τεχνική.
Για να λειτουργήσει η τεχνική καλά, θα πρέπει το αντικείμενο να είναι ακριβώς στην ίδια θέση για όλες τις φωτογραφίες. Αυτό το σημείο θέλει ιδιαίτερη προσοχή σε μικρά και κινητά αντικείμενα. Ιδιαίτερα σε περιπτώσεις όπου τμήματα του αντικειμένου μπορούν να κουνηθούν εύκολα (πχ ρουχισμός, κινητά μέρη), θα πρέπει να λαμβάνονται κατάλληλα μέτρα ώστε τα αντικείμενα να παραμείνουν ακίνητα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί αρχικά στήνοντάς τα με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερότητά τους, και φροντίζοντας ώστε να μην επηρεαστούν από εξωτερικούς παράγοντες όπως ρεύματα αέρα ή από κατά λάθος κούνημα από τυχόν τρίτα διερχόμενα άτομα.
Η τεχνική αυτή βασίζεται στη φωτογραφία, άρα στο ορατό φως, οπότε αποδίδει καλύτερα με κάποια υλικά σε σχέση με άλλα. Εμφανίζεται ιδιαίτερο πρόβλημα με μαύρα υλικά, υλικά όπου δεν υπάρχει καλή αντίθεση χρωμάτων, ανακλαστικά και γυαλιστερά υλικά, και διάφανα / φωτοδιαπερατά υλικά. Μέσω της φωτογράφισης, στις παραπάνω περιπτώσεις γίνεται δυσκολότερο να εξαχθεί ασφαλές συμπέρασμα για την ακριβή γεωμετρία του αντικειμένου.
Ο φωτισμός του αντικειμένου θα πρέπει να είναι καλός χωρίς να είναι έντονος. Προτείνεται ομοιόμορφος φωτισμός, με τρόπο τέτοιο ώστε να εξαλείφονται τυχόν σκιές πάνω στο αντικείμενο. Αν ψηφιοποιούμε με φυσικό φως, προτείνεται να επιλέγονται ημέρες με συννεφιά, ώστε να μη δημιουργούνται σκιές και έντονες αντιθέσεις φωτός. Αν φωτίζουμε τα αντικείμενα με τεχνητό φως, αυτό θα πρέπει να είναι όσο γίνεται ομοιόμορφα κατανεμημένο, ουδέτερης θερμότητας, και με καλή διάχυση.
Επιλογή κάμερας και φακού
Η τεχνική της φωτογραμμετρίας μπορεί να πραγματοποιηθεί με οποιαδήποτε κάμερα, ακόμα και με αυτές κινητού τηλεφώνου. Η καλύτερη ποιότητα και πιστότητα της φωτογραφίας παρ’ όλα αυτά οδηγεί και σε καλύτερο αποτέλεσμα ψηφιοποίησης.
Βασικό χαρακτηριστικό μιας κάμερας είναι το μέγεθος του αισθητήρα (όχι απαραίτητα η ανάλυση σε megapixel). Όσο μεγαλύτερος (εμβαδόν) είναι ο αισθητήρας, τόσο καλύτερη και η δυνατότητα απόδοσης του φωτός. Τέτοιες μεγάλες κάμερες είναι οι επαγγελματικές DSLR. Οι μεγάλοι αισθητήρες φωτογραφικών μηχανών είναι καλύτεροι για τη φωτογραμμετρία, ειδικά σε περιβάλλοντα που δεν φωτίζονται απ’ ευθείας από τον ήλιο. Σημαντικό στις φωτογραφίες για φωτογραμμετρία είναι να έχουν ίδιες μεταξύ τους ρυθμίσεις. Οπότε γενικά προτείνεται η χρήση χειροκίνητων / προσαρμοσμένων ρυθμίσεων κάμερας (manual), ώστε να οριστούν ίδιες και σταθερές ρυθμίσεις εστίασης, κλείστρου, διαφράγματος, ισορροπίας λευκού, κλπ. Για το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα λοιπόν, χρειάζεται αφενός μια καλή μηχανή DSLR όπως περιγράφτηκε παραπάνω, αλλά και την απαραίτητη τεχνογνωσία κλασσικών τεχνικών φωτογραφίας και χειρισμού μιας τέτοιας μηχανής.
Διαδικασία φωτογράφισης
Για τη φωτογράφιση του αντικειμένου, θα πρέπει σε κάθε φωτογραφία το αντικείμενο να βρίσκεται στη μέση του καδραρίσματος. Ανάλογα με τη πολυπλοκότητα του αντικειμένου, την επιθυμητή ποιότητα αλλά και τις διαθέσιμες υπολογιστικές δυνατότητες επεξεργασίας των δεδομένων, προτείνεται να λαμβάνονται από μερικές δεκάδες έως μερικές εκατοντάδες φωτογραφίες ανά αντικείμενο, από διάφορες γωνίες λήψης.
Οι φωτογραφίες θα πρέπει να λαμβάνονται από διαφορετικές γωνίες, τόσο οριζοντίως όσο και καθέτως, όσο αυτό είναι τεχνικά εφικτό. Οπότε στις περιπτώσεις μικρότερων αντικειμένων έχει σημασία η στρατηγική επιλογή του σημείου που θα τοποθετηθούν. Για μεγαλύτερα μνημεία και κτίρια θα πρέπει να μελετηθεί το ενδεχόμενο χρήσης βοηθητικού εξοπλισμού όπως για παράδειγμα τρίποδου, σκάλας, σκαλωσιάς, κλπ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, πρέπει επίσης να εξεταστεί το ενδεχόμενο χρήσης υβριδικής τεχνικής, λαμβάνοντας φωτογραφίες τόσο επίγεια όσο και από τον αέρα (δείτε την επόμενη ενότητα για τα εναέρια μέσα ψηφιοποίησης).
Σημειώνεται πως, αν και γενικά η τεχνική της φωτογραμμετρίας είναι απλή στη πράξη και ίσως να ακούγεται γρήγορη και εύκολη, το γεγονός ότι πρέπει να ληφθεί ένας σημαντικός όγκος φωτογραφιών από διάφορες γωνίες την κάνει μια χρονοβόρα πρακτική. Από τη προετοιμασία του αντικειμένου και του φωτισμού, μέχρι τη λήψη των φωτογραφιών, αυτό μπορεί να πάρει έως και μερικές ώρες ανά αντικείμενο, ειδικά για μεγαλύτερα και πολυπλοκότερα αντικείμενα. Αυτός ο χρόνος πρέπει να συνυπολογιστεί στο συνολικό χρόνο δράσης στο πεδίο ώστε να βγει κατάλληλο πρόγραμμα και χρονοδιάγραμμα ψηφιοποίησης.
Προσοχή: Πριν από οποιαδήποτε επεξεργασία των φωτογραφιών που ελήφθησαν στο πεδίο, τονίζεται η ανάγκη για ασφαλή αποθήκευση και η τήρηση ενός ή και πολλαπλών backups σε περίπτωση που κάτι πάει στραβά. Προτείνεται να λαμβάνονται backups όσο γίνεται γρηγορότερα μετά από κάθε δράση στο πεδίο, για μεγαλύτερη ασφάλεια.
Ψηφιακή ανακατασκευή μέσω λογισμικού
Το επόμενο βήμα είναι η σύνθεση και αντιστοίχιση των φωτογραφιών που ελήφθησαν, με στόχο την ψηφιακή ανακατασκευή του αντικειμένου προς ψηφιοποίηση. Τα σύγχρονα λογισμικά που κάνουν αυτή τη διεργασία είναι πλέον πολύ προηγμένα και επιτελούν το έργο αυτό σε μεγάλο βαθμό αυτόματα. Αυτή όμως είναι μια πολύ απαιτητική διαδικασία υπολογιστικά μιλώντας, γι’ αυτό προτείνεται να υπάρχει υπολογιστής με κατάλληλα χαρακτηριστικά. Ενδεικτικά προτείνεται η μνήμη RAM να είναι πάνω από 16GB και το σύστημα να διαθέτει κάρτα γραφικών, κατά προτίμηση Nvidia με δυνατότητες CUDA.
Μετεπεξεργασία και μοντελοποίηση
Η διαδικασία μέχρι τώρα ήταν αυτοματοποιημένη. Αν και εξάγεται ένα ικανοποιητικό αποτέλεσμα από την αυτοματοποιημένη διαδικασία, σε καμία περίπτωση αυτό δεν θα είναι επαρκώς καλό και έτοιμο για τελική χρήση. Συνήθως υπάρχουν διαφόρων ειδών θόρυβοι και ατέλειες, όπως αιωρούμενα στοιχεία, θόρυβος υποβάθρου, τρύπες στο μοντέλο και άλλες ανωμαλίες. Όλα αυτά θα πρέπει να καθαριστούν χειροκίνητα, επειδή χρειάζεται η υποκειμενική ανθρώπινη κρίση να καταλάβει τι πρόκειται όντως για χαρακτηριστικό του ψηφιοποιούμενου αντικειμένου και τι είναι θόρυβος.
Ανάλογα το λογισμικό που χρησιμοποιείται, ίσως να παρέχονται τέτοιες λειτουργίες εκκαθάρισης σε αυτό απευθείας. Αν όχι, υπάρχουν τρίτα λογισμικά που παρέχουν τέτοιες δυνατότητες σε καλό βαθμό, όπως το Meshlab και το MeshMixer.
Αφού ολοκληρωθεί το στάδιο αυτό, το μοντέλο μπορεί πλέον να εξαχθεί σε μια (ή περισσότερες) μορφή αρχείου για χρήση και αποθήκευση. Συνηθισμένες τέτοιες μορφές είναι τα αρχεία obj για χρήση του μοντέλου σε άλλα λογισμικά και εφαρμογές VR/AR, τα αρχεία stl για χρήση σε τρισδιάστατη εκτύπωση και άλλες μεθόδους παραγωγής, και τα αρχεία glb/glTF για χρήση σε διαδικτυακές εφαρμογές.