Η φωτογραμμετρία ως εργαλείο τρισδιάστατης δημιουργίας σε μία ολιστική προσέγγιση στο 3D animation και στην εκπαίδευση

Abstract

This thesis aims to provide a holistic approach to the technique of Photogrammetry as a tool for three-dimensional digital representation for use both in the field of 3D animation and in the field of Education. The rapid evolution of software, with the integration of Artificial Intelligence, has made the process simpler, faster, more efficient and more economical even for novice users. Based on the above purpose, the research is divided into two large distinct sections, those of Animation Art and Education. The methodology utilized in this research is qualitative action research, includes a mixed approach and consists of: overview in the field of Photogrammetry, morphological analysis of animation films on the topic of Cultural Heritage to determine the usefulness of Photogrammetry and the specific topics related to the creation of characters and environments in animation applications. Different case studies in the following areas: in the field of animation in Linear and Non – linear narrative and in the field of Formal and Non-Formal Education. More specifically, in relation to its utilization in the field of 3D animation, the qualitative parameters for its involvement in both linear narrative with the creation of the Vasilis Tsiouvaras and Taxiarhis Deligiannis short animation film, “Open Wings” and in non-linear narrative with the interactive exhibition “Forms of Freedom” are explored. Two fundamental subcategories are thus distinguished through these case studies, which are the following: Use of Photogrammetry for three-dimensional digitization of existing objects originating from Cultural Heritage (in the case study "Forms of Freedom") on the one hand and its use in the case of fiction for digitization of characters and environments created with various materials such as plasticine as well as existing objects and spaces based on the needs of each case. In the case study of the short animation film “ Open Wings”, is determined the method of bridging traditional stop motion animation techniques to a 3D computer studio is determined. In this process, the parameters for the efficient use of Photogrammetry for the modeling of characters and environments of an animated film are determined. The process, the means to be utilized and the advantages compared to traditional Stop Motion Animation are determined. In the case study “Aspects of Freedom” of the Finally, the criteria for utilizing Photogrammetry are studied and determined in order to develop scenarios for highlighting 3D content in AR and and gamification environments. The use of smart posters and other printed and digital material is very critical in this part. There is also a holistic utilization of data produced from the various stages of Photogrammetry, such as point clouds, the sculpture and the final 3D model with textures. In relation to the use of Photogrammetry in education, the methodology for 3D reconstruction of objects by the students themselves is being explored. Also, the possibility of developing scenarios for highlighting and presenting 3D models using repositories, smart posters with QR codes and 3D printing is being explored. All this under the prism of 21st century skills where emphasis is placed on creativity, collaboration, critical thinking and problem solving. The research was carried out in two major categories: in Formal Education with the aim of exploring the possibility of utilizing Photogrammetry by Primary School students in the context of ICT course, highlighting 21st century skills. In Non-formal Education, within the context of educational workshops at Festivals and specifically at the Chania Festival with the participation of students from Secondary Education. In both cases, processes such as the creation of a photography studio at the spatial level, the selection of software and device for taking photos, and the highlighting of the three-dimensional content created are determined and play an important role. The conclusions of the research in relation to the art of 3D animation highlighted the potential of Photogrammetry as a very economical, reliable, accessible and fast tool for three-dimensional creation. The parameters for its efficient use with simple means were identified as well as the methodology for creating a 3D animation film in a 3D computer studio. The first phase of the research with the morphological analysis of films showed the need for 3D representations of characters and environments. Points of interest were:• In relation to characters:1.3D reconstruction of fictional characters2.Facial resemblance and 3D reconstruction of real characters3.The full-body 3D reconstruction of the character4.The character's costume• In relation to environments:1. The three-dimensional reconstruction of spaces and objects2. The three-dimensional reconstruction of monuments of Tangible, Intangible and Natural Cultural Heritage In all of the above areas, Photogrammetry was utilized in the two Case Studies, Linear and Non-Linear Narrative, with remarkable results and great potential for fast, economical and high-quality three-dimensional representation for animation production. As a tool with Artificial Intelligence elements, it was utilized under a pedagogical framework for developing multiple skills of students in Formal and non-formal education, and the methodology was proposed for its integration into this field both for the creation of three-dimensional representations by students as well as for the creation of scenarios to highlight 3D content. 21st century skills under this prism, with the assistance of Photogrammetry, are developed holistically. Critical thinking, problem solving, collaboration, adaptability, creativity and innovation, communication, knowledge building, technological literacy and the promotion of Cultural Heritage. All of this develops the student on a cognitive and social level and makes him an active citizen within the social context that lives and develops with the school as its pillar.

Η παρούσα διατριβή σκοπό έχει την ολιστική προσέγγιση της τεχνικής της Φωτογραμμετρίας ως εργαλείου τρισδιάστατης ψηφιακής αναπαράστασης για αξιοποίηση τόσο στο χώρο του 3D animation όσο και στο χώρο της Εκπαίδευσης. Η αλματώδης εξέλιξη των λογισμικών, με ενσωμάτωση Τεχνητής Νοημοσύνης, έχουν κάνει τη διαδικασία πιο απλή γρήγορη αποτελεσματική και οικονομική για ανεξάρτητους δημιουργούς και αρχάριους χρήστες. Με βάση τον παραπάνω σκοπό η έρευνα χωρίζεται σε δύο μεγάλες διακριτές ενότητες, αυτές της Τέχνης του animation και της Εκπαίδευσης. Η μεθοδολογία που αξιοποιήθηκε στην έρευνα αυτή είναι ποιοτική έρευνα δράσης περιλαμβάνει μικτή προσέγγιση και αποτελείται από: επισκόπηση στο πεδίο της Φωτογραμμετρίας, μορφολογική ανάλυση ταινιών animation με θέμα την Πολιτιστική κληρονομιά για τον προσδιορισμό της χρησιμότητας της Φωτογραμμετρίας και των ειδικών θεμάτων που αφορούν στη δημιουργία χαρακτήρων και περιβαλλόντων στο χώρο του animation. Τέλος διαφορετικές μελέτες περίπτωσης τόσο στο χώρο του animation, στη Γραμμική και μη Γραμμική αφήγηση καθώς και στο χώρο της Τυπικής και μη Τυπικής Εκπαίδευσης. Πιο συγκεκριμένα, σε σχέση με την αξιοποίηση στο χώρο του 3D animation, διερευνώνται οι ποιοτικές παράμετροι για την εμπλοκή της τόσο στη Γραμμική αφήγηση με τη δημιουργία της ταινίας «Ανοιχτά Φτερά», των Βασίλη Τσιουβάρα και Ταξιάρχη Δεληγιάννη, όσο και στην μη Γραμμική αφήγηση με τη διαδραστική έκθεση «Μορφές Ελευθερίας». Διακρίνονται έτσι δυο θεμελιώδης υποκατηγορίες μέσα από αυτές τις μελέτες περίπτωσης και είναι οι ακόλουθες: Χρήση της Φωτογραμμετρίας για τρισδιάστατη ψηφιοποίηση υπαρκτών αντικειμένων που προέρχονται από την Πολιτιστική κληρονομιά (στη μελέτη περίπτωσης «Μορφές Ελευθερίας») από τη μία μεριά και αξιοποίησή της στην περίπτωση της μυθοπλασίας για ψηφιοποίηση χαρακτήρων που δημιουργούνται με διάφορα υλικά όπως πλαστελίνη καθώς και υπαρκτών αντικειμένων και χώρων. Μέσω της μελέτης περίπτωσης στην ταινία «Ανοιχτά Φτερά» προσδιορίζεται η μέθοδος γεφύρωσης παραδοσιακών τεχνικών stop motion animation σε 3D computer studio. Στη διαδικασία αυτή καθορίζονται οι παράμετροι για την αποδοτική αξιοποίηση της Φωτογραμμετρίας για τη μοντελοποίηση των χαρακτήρων και περιβαλλόντων μιας ταινίας animation. Επίσης η διαδικασία, τα μέσα που θα αξιοποιηθούν και τα πλεονεκτήματα σε σχέση με το παραδοσιακό Stop Motion Animation. Στην μελέτη περίπτωσης της διαδραστικής έκθεσης «Μορφές Ελευθερίας» γίνεται προσδιορισμός των κριτηρίων αξιοποίησης της Φωτογραμμετρίας για ανάπτυξη σεναρίων ανάδειξης του 3D περιεχομένου σε AR και gamification περιβάλλοντα. Η αξιοποίηση έξυπνων αφισών και άλλου έντυπου και ψηφιακού υλικού είναι πολύ καθοριστική σε αυτή την περίπτωση. Επίσης γίνεται ολιστική αξιοποίηση και παραγόμενων στοιχείων από τα διάφορα στάδια της Φωτογραμμετρίας όπως τα νέφη σημείων, το γλυπτό και το τελικό 3D μοντέλο με τις υφές. Σε σχέση με την αξιοποίηση στην εκπαίδευση διερευνάται η μεθοδολογία για τρισδιάστατη αναδημιουργία αντικειμένων από τους ίδιους τους μαθητές. Επίσης η δυνατότητα ανάπτυξης σεναρίων ανάδειξης και παρουσίασης των τρισδιάστατων μοντέλων με αξιοποίηση αποθετηρίων, έξυπνων αφισών με QR κωδικούς και 3D printing. Όλα αυτά κάτω από το πρίσμα των δεξιοτήτων του 21ου αιώνα όπου δίνεται έμφαση στη δημιουργικότητα, την συνεργασία, την κριτική σκέψη και την επίλυση προβλήματος. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε δύο μεγάλες κατηγορίες: στην Τυπική Εκπαίδευση η μία στο πλαίσιο του μαθήματος ΤΠΕ, σε μαθητές της Στ τάξης στο Δημοτικού. Στην Μη τυπική εκπαίδευση, στο πλαίσιο εκπαιδευτικών εργαστηρίων σε Φεστιβάλ και συγκεκριμένα στο Φεστιβάλ Χανίων με συμμετοχή μαθητών από την Δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Και στις δύο περιπτώσεις καθορίζονται και παίζουν σημαντικό ρόλο διαδικασίες όπως η δημιουργία στούντιο φωτογράφησης σε επίπεδο χώρου, η επιλογή λογισμικού και συσκευής λήψης των φωτογραφιών, η ανάδειξη του τρισδιάστατου περιεχομένου που δημιουργήθηκε. Στα συμπεράσματα της έρευνας σε σχέση με την τέχνη του 3D animation αναδείχτηκε η δυναμική της Φωτογραμμετρίας ως ένα πολύ οικονομικό, αξιόπιστο, προσιτό και γρήγορο εργαλείο τρισδιάστατης αναδημιουργίας. Προσδιορίστηκαν οι παράμετροι για την αποδοτική χρήση της με απλά μέσα καθώς και η μεθοδολογία δημιουργίας 3D animation ταινίας σε 3D computer studio. Η πρώτη φάση της έρευνας με την μορφολογική ανάλυση ταινιών έδειξε τις ανάγκες για τρισδιάστατες αναπαραστάσεις χαρακτήρων και περιβαλλόντων. Σημεία ενδιαφέροντος αποτέλεσαν: •Σε σχέση με τους χαρακτήρες: 1.Τρισδιάστατη αναδημιουργία φανταστικών χαρακτήρων 2.Η ομοιότητα προσώπου και τρισδιάστατη αναδημιουργία υπαρκτών χαρακτήρων 3.Η ολόσωμη τρισδιάστατη αναδημιουργία του χαρακτήρα 4.Η φορεσιά του χαρακτήρα •Σε σχέση με τα περιβάλλοντα 1.Η τρισδιάστατη αναδημιουργία χώρων και αντικείμενων 2.Η τρισδιάστατη αναδημιουργία μνημείων Υλικής, Άυλης και Φυσικής Πολιτιστικής κληρονομιάς Σε όλους τους παραπάνω τομείς αξιοποιήθηκε η Φωτογραμμετρία στις δύο Μελέτες περίπτωσης, Γραμμικής και μη Γραμμικής αφήγησης με αξιόλογα αποτελέσματα και μεγάλη δυναμική γρήγορης, οικονομικής και ποιοτικής τρισδιάστατης αναπαράστασης για την παραγωγή animation. Καθώς πλέον οι υβριδικές μορφές κυριαρχούν στην δημιουργία και συνδυάζουν στοιχεία από όλες τις τεχνικές διευρύνονται πολύ και τα όρια αξιοποίησης της Φωτογραμμετρίας πέρα από το 3D και σε άλλες μορφές animation. Ως εργαλείο με στοιχεία Τεχνητής Νοημοσύνης αξιοποιήθηκε κάτω από ένα παιδαγωγικό πλαίσιο ανάπτυξης πολλαπλών δεξιοτήτων των μαθητών στην Τυπική και μη τυπική εκπαίδευση, και προτάθηκε η μεθοδολογία για την ένταξή της στο χώρο αυτό τόσο για την δημιουργία τρισδιάστατων αναπαραστάσεων από τους μαθητές όσο και για τη δημιουργία σεναρίων ανάδειξης του τρισδιάστατου περιεχομένου. Οι δεξιότητες του 21ου αιώνα κάτω από αυτό το πρίσμα, με την συνδρομή της Φωτογραμμετρίας, αναπτύσσονται ολιστικά. Η δημιουργικότητα, η κριτική σκέψη, η επίλυση προβλήματος, η συνεργατικότητα, η προσαρμοστικότητα, η καινοτομία, ο τεχνολογικός αλφαβητισμός και παράλληλα η γνώση και ανάδειξη της Πολιτιστικής Κληρονομιάς. Όλα αυτά εξελίσσουν τον μαθητή σε γνωστικό αλλά και κοινωνικό επίπεδο και τον κάνουν ενεργό πολίτη, μέσα στο κοινωνικό πλαίσιο που ζει και αναπτύσσεται, με πυλώνα το σχολείο.