Forskare utvecklade ett arbetsflöde som tillåter 3D-rendering av tydliga objekt, som är utmanande att digitalisera. Upphovsman:Jonathan Stets, Alessandro Dal Corso och Jeppe Frisvad, Danmarks tekniska universitet.
En ny bildteknik gör det möjligt att exakt digitalisera tydliga objekt och deras omgivning, en prestation som har undvikit nuvarande toppmoderna 3D-rendermetoder. Förmågan att skapa detaljerade, 3D digitala versioner av verkliga objekt och scener kan vara användbara för filmproduktion, skapa virtual reality -upplevelser, förbättra design eller kvalitetssäkring vid produktion av klara produkter och till och med för att bevara sällsynta eller kulturellt betydande föremål.
"Genom att mer exakt digitalisera transparenta objekt, vår metod hjälper oss att komma närmare att eliminera barriären mellan den digitala och fysiska världen, sa Jonathan Stets, Danmarks tekniska universitet, och medledare för forskargruppen som utvecklade pipelinen. "Till exempel, det kan göra det möjligt för en designer att placera ett fysiskt objekt i en digital verklighet och testa hur förändringar av objektet skulle se ut. "
Transparenta objekt är utmanande att digitalisera eftersom deras utseende nästan helt kommer från deras omgivning. Även om en CT -skanner kan få ett tydligt föremåls form, detta kräver att objektet tas bort från sin omgivning och belysning, som också måste fångas för att exakt återskapa objektets utseende.
Forskarna beskriver deras tillvägagångssätt för att digitalisera transparenta objekt i The Optical Society -tidningen Tillämpad optik . En viktig innovation i utvecklingen av den nya metoden var användningen av en robotarm för att registrera de exakta platserna för två kameror som används för att avbilda scener som innehåller ett tydligt föremål. Med denna detaljerade rumsliga information tillät forskarna att ta fotografier av scenen, ta bort föremålet och skanna det i en CT-skanner och placera det sedan tillbaka i scenen – både digitalt och i verkligheten – för att exakt jämföra den verkliga scenen och dess virtuella rekonstruktion.
Pixel-för-pixel-jämförelse"Robotarmen tillåter oss att få ett fotografi och en 2D-beräknad, eller återges, bild som kan jämföras pixel för pixel för att mäta hur bra bilderna matchar, "sa Alessandro Dal Corso, medledare för forskargruppen. "Denna kvantitativa jämförelse var inte möjlig med tidigare tekniker och kräver extremt exakt anpassning mellan den digitala renderingen och fotografiet."
När de digitala versionerna av objekten är färdigställda, metoden ger information om objektets materialegenskaper som skiljer sig från dess form. "Detta gör att de skannade glasobjekten fortfarande ser realistiska ut när de placeras i en helt annan digital miljö, " förklarade Jeppe Frisvad, en medlem av forskargruppen. "Till exempel, den kan placeras på ett bord i ett digitalt vardagsrum eller på bänken i ett virtuellt kök."
Med hjälp av en optisk installation som innehåller lätt tillgängliga komponenter, forskarna testade sitt nya arbetsflöde genom att digitalisera tre scener, var och en innehåller ett annat glasobjekt på ett bord med en vit och grå schackbräda. De började med att skaffa strukturerade ljusskanningar av scenen, en avbildningsmetod som använder deformationen av ett projicerat mönster för att beräkna djup och ytor på objekt i scenen. De använde också en kromsfär för att få en 360-graders bild av omgivningen. Scenen upplystes med lysdioder arrangerade i en båge för att fånga hur ljus som kommer från olika vinklar interagerade med de ogenomskinliga delarna av scenen. Forskarna skannade också glasföremålen separat i en CT -skanner, som gav information för att rekonstruera objektets yta. Till sist, den digitala versionen av scenen och det gjorda glasobjektet kombinerades för att producera en 3D -representation av hela scenen.
Kvantitativ analys visade att bilderna från den digitala scenen och den verkliga scenen matchade bra och att varje steg i det nya bildflödesarbetsflödet bidrog till likheten mellan de återgivna bilderna och fotografierna.
"Eftersom fotografierna är tagna under kontrollerade förhållanden, vi kan göra kvantitativa jämförelser som kan användas för att förbättra rekonstruktionen, "sa Frisvad." Till exempel, det är svårt att bedöma med ögat om objektytan som rekonstrueras från CT -skanningen är korrekt, men om jämförelsen visar fel, då kan vi använda den informationen för att förbättra algoritmerna som rekonstruerar ytan från CT-skanningen."
Ett nytt sätt att mäta optiska egenskaper Tillvägagångssättet ger också ett kontaktfritt sätt att mäta ett materials optiska egenskaper. Detta gör tekniken potentiellt användbar för ett brett spektrum av applikationer bortom filmer och virtual reality.
Till exempel, tillvägagångssättet kan göra det möjligt för forskare att skapa en digital återgivning av ett objekt och sedan justera en parameter, såsom brytningsindex, för att bättre förstå egenskaperna hos det verkliga materialet. Även om tidigare teknik ibland kräver att en bit av objektet skärs av för att mäta dess optiska egenskaper, den nya tekniken kan vara användbar för att analysera sällsynta eller värdefulla transparenta objekt utan att skada föremålet. Tekniken kan också användas för att hjälpa ingenjörer att förfina designen eller tillverkningen av tydliga produkter.
Forskarna vill utöka sitt förhållningssätt till andra utmaningar inom 3D-rendering, som att återge föremål som uppvisar en metallisk glans eller som är genomskinliga. De arbetar också med sätt att påskynda förvärv av de olika bilderna och skanningarna så att metoden kan användas för kvalitetssäkring vid produktion av tydliga produkter.
