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Understanding Projecting Modes

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  • CREATED - Christophe
  • DRAFT - Christophe
  • CHANGED - Alex : it was not the good contain

[bo]: Integrate this tip here (or move to FAQ?) => http://forum.autopano.net/p4988-2006-10-31-23-55-59#p4988 [bo]: Make this an template?
Alex => No ! This page should be different than template. The template only talks about the 3 options. This page is a full explanation of projection Modes.

Assemblage de photos

Avant de décrire correctement les types de projections, il nous faut revenir à la notion d'assemblage de photos (le stitching en anglais).

L'assemblage de photos





Sur l'image ci-contre, vous avez une illustration de l'assemblage de photos en mode standard (lorsque l'utilisateur prend des photos en tournant autour de la pupille d'entrée de l'appareil photo). Chaque image se retrouve à une certaine coordonnées sphériques (yaw, pitch, roll) et lorsqu'elle est projetée sur la sphère élémentaire, elle doit correspondre parfaitement à ses voisines. Assembler un panorama revient à trouver la position de chacune des images sur cette sphère élémentaire.

Le résultat de l'assemblage sera alors la texture qui se trouve sur cette sphère. Elle peut couvrir toute la sphère dans le cas de panorama de 360° x 180°, ou ne couvrir qu'une partie de la sphère.

Différentes vues de la texture sur la sphère unité

Note :
Nous supposons ici que les assemblages de photos effectués sont basé sur un modèle où l'appareil photo tourne autour de sa pupille d'entrée comme illustré sur l'image ci-dessus. Il existe d'autres type d'assemblages qui seront bientôt supportés dans Autopano Pro. Le plus courant est l'assemblage orthogonal ou orthographique. Toutes les images sont prises orthogonalement à un même plan, au lieu que l'appareil photo tourne autour d'un centre, il se déplace en pointant toujours dans la même direction. C'est ce qui se passe lorsqu'on fait un scan d'un A3 avec un scanner A4, on se retrouve avec 4, 5 fichiers images qui s'assemblent avec ce mode. C'est aussi le cas lorsqu'on prend en photo des façades d'une rue et en se déplaçant en suivant cette rue.

La projection

Les modes de projections correspondent à ce qu'on va faire de cette texture qui se trouve sur cette sphère unité. Si on la projette sur un plan, on va parler de projection rectilinéaire ou planaire, si on la projette sur un cylindre, c'est du cylindrique, et si on utilise directement la texture de la sphère unité, c'est du sphérique.

Reprojection planaire
  • Mode Rectilinéaire ( nommée aussi projection plane ou planaire )

Chaque pixel de la sphère est replaquée sur un plan tangent à la sphère. Cela pose tout de suite deux contraintes. Seulement une moitiè de la sphère peut être projetée ainsi, cela correspond aux pixels orientés vers le plan. Deuxième soucis, lorsque les pixels arrivent vers les limites de la sphère (quasiment parallèle au plan), qui vont enormément zoomés sur le plan lui-même. C'est effectivement ce qu'on constate lorsqu'on utilise une projection plane avec des grands champs de vision (> 150° horizontallement par exemple).


Reprojection cylindrique
  • Mode Cylindrique ( projection cylindrique ) :

Ici, chaque pixel de la sphère est projecté sur un cylindre entourant la sphére unitée. Il n'y a pas de soucis sauf lorsqu'on se rapproche des pôles. Le même phénomène qu'avec la projection plane se produit, les pixels prochent des pôles sont zoomés.


Texture sphérique
  • Mode Sphérique ( aussi appellé équirectangulaire ) :

Dans ce mode, il n'y a rien à faire en fait. La texture est simplement réutilisée et sauvegardée dans un repère qui correspond aux coordonnées longitutes / lattitudes. Ainsi un 360° x 180° aura exactement un rapport largeur / hauteur qui vaut 360/180 = 2. La taille en pixels de la hauteur et largeur est proportionnel aux l'angles de champs de vision.


En pratique

  • Proj0 mercator.png Mercator Projection
    • Advantages: can handle horizontal FOVs up to 360°. Stretching effect at the top and bottom of the image is reduced compared to the Spherical projection.
    • Downside: all straight lines parallel to the horizon (curbs, building tops) will, to various extends, be bent. The vertical angle is limited, it MUST be smaller than 160° because the stretching effect will start to appear at the top and at the bottom of the image passed 55° from the horizon (over and down).
  • Proj0 plan.png Linear Projection
    • Advantages: always a good choice when working with a small FOV (field of view), recommended for architecture as it is the only projection mode that will not curve any line (the other two modes will always, to a certain extend, “bend” curbs and building tops).
    • Downside: in theory this mode can only be used if the FOV is smaller than 180°, determined by the diagonal of the image. In real world situation the limitation is actually 90° as the stretching produced on both edges of the image is already visible at 90°, and even more pronounced at the corners. Passed 120°, the results become unacceptable as the stretching will produce a significant and uncomfortable loss of sharpness.
  • Proj0 cylindre.png Cylindrical Projection
    • Advantages: can handle horizontal FOVs up to 360°.
    • Downside: all straight lines parallel to the horizon (curbs, building tops) will, to various extends, be bent. The vertical angle is limited, it MUST be smaller than 160°, but a stretching will start to appear at the top and at the bottom of the image passed 45° from the horizon (over and down).
  • Proj0 sphere.png Spherical Projection
    • Advantages: this is the default choice as it can handle any panorama type.
    • Downside: For a direct display on a computer screen (without using a special viewer) or to print the panorama, you must first make sure that the amount of curvature of the lines parallel to the horizon stays acceptable. There is no set rule to determine what is acceptable and what’s not, you must use your best judgment. When the vertical field of view is large, the stretching of the top of the image (close to the zenith) and of the bottom of the image (close to the nadir) can vary from very natural to quite unnatural

En reprenant l'exemple ci-dessus, voici une illustration de ce que peuvent donner les trois modes de projection :

Rectilinéaire
Cylindrique
Sphérique


Cylindrique horizontal

‎ Les modes de projection peuvent dépendre de l'orientation du panorama, c'est le cas pour le sphérique et le cylindrique, mais pas pour la projection rectilinéaire qui ne dépend pas de l'orientation du panorama. En regardant le schéma expliquant la projection cylindrique, on constate que l'axe du cylindre est en fait supposé vertical et c'est effectivement implicitement ce que l'on veut. Pourtant, il existe autant de type de cylindre que d'axe possible : avec un axe horizontal par exemple. Le visuel du panorama résultant en sera profondément changé.

Manuel-projection-cylindric-h.jpg



De gauche à droite, projection sphérique, cylindrique, rectilinéaire. Puis rotation 90° et cylindrique, rotation 90° et rectilinéaire.
On constate que les différences entre le mode cylindrique et rectilinéaire sont très faibles. C'est normal, l'étendue du panorama en horizontal est très faible, donc le cylindrique est quasiment un rectilinéaire. Par contre la vue change énormément entre le sphérique et les deux autres modes.

Les deux affichages suivant correspondent au visuel qu'on obtient en tournant le panorama avant de changer le mode de projection. Le fait de tourner le panorama revient à mettre le cylindre de projection dans l'autre axe, c'est du cylindrique horizontal. On constate tout de suite la différence entre le cylindrique vertical et le cylindrique horizontal. Par contre, aucune différence entre le deux rectilinéaire et c'est normal. C'est exactement la même chose car une rotation se change pas la projection rectilinéaire.

Note : Attention, lorsqu'on travaille avec ce genre de sujet très haut à bien placer le point de vue (ici il correspond à la base de la tour : au croisement des deux lignes grisées).


Sphérique horizontal

Tout comme le cylindrique, le sphérique dépend de l'orientation du panorama. En général, pourtant on souhaite pour cette projection que les verticales restent bien verticales car cela donne les plus belles vues. Pour certaines prises de vue, utiliser un autre axe que l'axe sphérique peut être un vrai outil de créativité.


Manuel-projection-axis-1.jpg

Ci-contre, ces trois vues en sphérique du même panorama 360°x180° donnent des visuels très différents.

Celui-ci est le sphérique standard avec l'axe parfaitement vertical aligné sur la cathédrale.

Manuel-projection-axis-2.jpg

Cette vue correspond à sphérique ou l'axe vertical ne correspond pas vraiment à la verticale en réalité.
C'est un défaut que l'on voit souvent dans les panoramas 360° : l'horizon fait une vague comme une courbe sinusoïdale (ou comme un ~).

Manuel-projection-axis-3.jpg

Cette vue est un sphérique horizontal où l'axe de la sphère correspond à une ligne horizontal dans la réalité.
Le potentiel créatif de ce type de projection est vraiment intéressant.