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— 3D Welt: Spiegelkugel, Kombinieren —

Fehlende Teile einsetzen und unerwünschte entfernen

Es gibt einen Blinden Fleck hinter der Spiegelkugel und die Bildanteile, welche in seiner Nähe abgebildet sind, haben eine sehr niedrige Auflösung und sind stark verzerrt. Ausgerechnet am Ort der kleinsten Verzerrung und größten Auflösung ist die Kamera abgebildet. Falls sich der Fotograf nicht verstecken konnte, ist seine Person ebenfalls am besten Ort gespiegelt – Spiegel waren schon immer für eitle …

Äquatoriale Sicht

Man macht eine Aufnahme von der Spiegelkugel. Dann verschiebt man die Kamera um etwa 90° um die Kugel und macht nochmals eine Aufnahme. Man macht die zweite Aufnahme nicht von der Rückseite der Kugel (180°), weil dann die Information auf der Vorderseite fehlt, die benötigt wird, um die Kamera verschwinden zu lassen.

Das Bild zeigt die beiden Aufnahmen von der Spiegelkugel im Abstand von 90°. Es handelt sich um eine Aufnahme aus einer Serie für eine HDRI Light Probe.

Die beiden Kugeln sind nicht gleich groß: Die linke ist 1'920 und die rechte 1'926 Pixel im Durchmesser. Das ist hier in der Verkleinerung natürlich nicht zu sehen. Die Spiegelkugel hat einen Durchmesser von 2.5 Zoll, die Kamera ist 99 cm von ihrem Mittelpunkt entfernt. Damit fehlen 1% Information und die Bilder wurden um einen Rahmen von 10 Pixeln ergänzt, was hier auch nicht gezeigt ist.

Dann wurden die Bilder in die sphärische Projektion transformiert, dabei wurde die Bildgröße für beide Aufnahmen auf 2'560 x 1'280 festgelegt. Das ist etwas mehr als die verfügbare Information. Die Nutzfläche des Kreises ist:

(1920 / 2)²x PI = 2'895'292 Pixel². Das Seitenverhältnis der sphärischen Projektion ist 2 : 1, die kürzere Seite wird daher (SQRT = Quadratwurzel) SQRT(2'895'292 / 2) = 1'203 Pixel, die lange Seite 2 x 1'203 = 2'406 Pixel, die Fläche 2'894'418 Quadratpixel. Das leicht größere Bild kommt auf 1280 x 2560 = 3'276'800, das sind 13.2% mehr. Wenn die Arbeit beendet ist, wird man das Bild auf 2048 x 1024 skalieren.

Hat man die spärische Projektion vor sich sollte man nicht vergessen, das Bild horizontal zu spiegeln – man hatte ja einen Spiegel fotografiert und damit ist es seitenverkehrt.

Das Mosaik zeigt oben die transformierten, entspiegelten Aufnahmen. Unten links wurde die Aufnahme von oben rechts um 90° geschoben. Der Ausschnitt ist der selbe wie oben, der Blinde Fleck ist von den Seitenrändern ins Bild gerutscht, Kamera und Fotograf sind nicht am selben Ort, wie oben. Das weiße Kreuz stammt vom weißen Rand, um welchen die Bilder ergänzt wurden.

Unten rechts sind die Bilder der linken Seite kombiniert. Dabei half die ganz rechts gezeigte Alpha-Maske. Vom oberen Bild stammen die Teile, welche in der Maske weiß sind, vom unteren jene die schwarz sind. Bei den grauen Teilen wurde überblendet.

Das Resultat ist hier sehr klein dargestellt und gibt den Eindruck, es sei fehlerlos. Das Bild unten zeigt drei kritische Teile in Originalgröße:

Das Mosaik oben zeigt auf der linken Seite, wie es tatsächlich aussieht. Die leere Blumenkiste und die Balkonbrüstung sind unsauber, der Rest sieht recht gut aus. Nicht so auf der rechten Seite. Hier wurde keine Fehlerkorrektur vorgenommen, d.h. die Kugelaufnahmen wurden direkt und ohne 10 Pixel Rand in das sphärische Format transformiert. Die Fehler sind offenkundig: Am Balkondach; der Blumenkiste ohne Körper und der Balkonbrüstung; am oberen Fensterrahmen.

Die Fehler werden da sichtbar, wo das eine Bild mit dem anderen zusammenfließt. Deshalb ist es wichtig, dass beide Bilder richtig entzerrt sind.

Auch nicht sichtbar in dieser Bilderserie: Farb- und Helligkeitsfehler. Auch wenn man die Kamera auf manuell stellt und die automatische Tonwertkorrektur ausschaltet werden die beiden Aufnahmen der Spiegelkugel kleine oder größere Differenzen in der Helligkeit und dem Farbton aufweisen. Die Bilder müssen vor dem Kombinieren aneinander angepasst werden. Dazu misst man an mehreren Stellen die Farbwerte bei beiden Bilder, berechnet die Differenz und läßt die Pixelwerte für beide Bilder neu berechnen. Das gelingt leider auch nicht vollständig, die Fehler werden aber weniger offenkundig.

Arbeitet man mit etwas größeren Bildern als man schließlich will, fallen die Fehler besser auf. Wenn das Bild auf die gewünschte Größe reduziert wird, werden auch die Fehler kleiner und fallen weniger auf.

Polare Sicht

Für diese Ansicht wurde eine Spiegelkugel in einer Brycelandschaft gerendert. Ein primitives Dreibein mit einer Würfelkamera an einer Stange wurde konstruiert, um die Praxis und die dabei in der Aufnahme entstehenden Probleme zu simmulieren. Alles wurde schön rot und auffällig eingefärbt. Die Spiegelung auf der Kugel wurde vier Mal gerendert: Zwei Mal von oben im 180° Abstand und zwei Mal von unten, ebenfalls im 180° Abstand.

Das Bild oben zeigt die vier Render. Die oberen beiden von oben, die unteren beiden von unten. Diese mussten zuerst in die Horizontale gekippt werden, damit sie in die sphärische Projektion überführt werden konntem.

Das Mosaik zeigt oben die beiden Render von oben, die Kamera an der Stange ist im Schatten, daher schwarz. Am unteren Ende der fehlende Teil unter der Spiegelkugel. Die untere Reihe zeigt die beiden Render von unten an die schwebende Kugel. Hier ist die Kamera an der Stange im Licht und in ihrer roten Farbe sichtbar. Am Himmel fehlt der unsichtbare Teil an der Kugeloberseite.

Die Kamera ist 20 Einheiten über oder unter dem Kugelmittelpunkt. Die Kugel hat einen Durchmesser von 0.27 Einheiten. Die Bilder mussten in der Höhe um 2 Promille verkürzt werden (0.9978513).

Zuerst wurde die obere Hälfte des Renders von oben mit der unteren Hälfte des unteren Renders kombiniert. Damit wurde die Kugel vollständig. Das Resultat zeigt die obere Bildreihe des Mosaiks. Dann wurde das Bild rechts oben um 180° rotiert, das Resultat davon ist unten links zu sehen. Schließlich wurde das Bild oben links mit dem Bild unten links kombiniert. Stativ und Stange sind im Bild unten rechts verschwunden. Was bleibt und nicht entfern werden kann, ist die Kamera selbst; sie bleibt als schmaler Streifen am oberen und unteren Bildrand sichtbar.

Man kann nun den Bildteil ohne die Kamerastreifen ausschneiden und in ein neues Bild kopieren, welches dann wieder vertikal vergrößert wird, um das Seitenverhätnis von 2 : 1 zu erreichen.

Hier wurde ein anderer Weg eingeschlagen: Am Himmel wurden Teile direkt unterhalb der Kamera kopiert und an Stelle des schwarzen Kamerabandes eingesetzt. Entsprechend wurde am unteren Bildrand vorgegangen, um den roten Kamerastreifen zu überdecken. Das Resultat zeigt der linke Bildteil. Der rechte Bildteil zeigt die Maske, welche für das Kombinieren der 0° und 180° Bildern verwendet wurde.

Ein Experiment

Zur Erheiterung und auch um die Probleme zu zeigen, zum Schluß der Versuch, eine Spiegelkugel mit Hilfe eines Dreibeins von oben zu fotografieren und dann daraus ein Panorama zu erstellen.

Natürlich fehlen die Aufnahmen von unten; und was man hat, ist nicht mal scharf geraten.

Oben die beiden Aufnahmen, unten links rotiert und unten rechts kombiniert. Das Dreibein kriegt man nicht so einfach los, wäre aber mit einer sehr aufwändigen Maske möglich …