Bilder som projiceras på objekt i den verkliga världen skapar imponerande skärmar som utbildar och underhåller. Men nuvarande projektionskartläggningssystem har alla en gemensam begränsning:de fungerar bara bra i mörker. I en studie som nyligen publicerades i IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics , föreslår forskare från Osaka University ett sätt att föra projektionskartläggning "in i ljuset."
Konventionell projektionskartläggning, som förvandlar vilken tredimensionell yta som helst till en interaktiv skärm, kräver mörker eftersom all belysning i omgivningen också belyser ytan på målobjektet som används för visning. Det betyder att svarta och mörka färger ser för ljusa ut och inte kan visas korrekt.
Dessutom ser de projicerade bilderna alltid ut som om de lyser, men alla verkliga objekt är inte självlysande, vilket begränsar utbudet av objekt som kan visas. Skärmar i mörka miljöer har en annan nackdel. Flera tittare kan interagera med en upplyst scen, men de kan inte interagera med varandra i en mörk miljö.
"För att komma runt det här problemet använder vi projektorer för att återge normal belysning i varje del av rummet utom själva visningsobjektet", säger Masaki Takeuchi, huvudförfattare till studien. "I huvudsak skapar vi illusionen av global belysning utan att använda faktisk global belysning."
Att projicera global belysning kräver en uppsättning tekniker som skiljer sig från de för konventionell projektionskartläggning. Forskargruppen använde flera standardprojektorer för att belysa rummet, tillsammans med en projektor med stor bländare och en storformatslins för att mjuka upp skuggornas skarpa kanter. Dessa armaturprojektorer lyser upp miljön, men målobjektet förblir i skuggan. Konventionella texturprojektorer används sedan för att kartlägga texturen på dess skuggade yta.
Forskarna byggde en prototypmiljö och utvärderade prestandan för deras tillvägagångssätt. En aspekt som de utvärderade var huruvida människor uppfattade objekten i bländarfärgläge (där färgerna verkar utstråla från själva objektet) eller ytfärgsläge (där ljuset verkar reflekteras från en färgad yta).
"Såvitt vi vet är vi de första att överväga detta", säger Daisuke Iwai, senior författare till studien. "Men vi tror att det är grundläggande för att skapa realistiska miljöer."
Forskarna fann att med deras metod kunde de projicera texturbilder på föremål utan att få föremålen att se ut att glöda. Istället uppfattades texturerna vara de sanna färgerna på objektets yta.
I framtiden planerar forskarna att lägga till fler projektorer för att hantera den komplexa belysningen i områdena bredvid visningsobjektet. Så småningom siktar de på att producera scener som inte går att skilja från verkliga tredimensionella scener.
De tror att detta tillvägagångssätt kommer att möjliggöra visuella designmiljöer för industriella produkter eller förpackningar där deltagarna inte bara kan interagera med sin design under naturligt ljus utan också med varandra, vilket underlättar kommunikation och förbättrar designprestanda.
Mer information: Masaki Takeuchi et al, Projektionskartläggning under miljöbelysning genom att ersätta rumsbelysning med heterogena projektorer, IEEE-transaktioner på visualisering och datorgrafik (2024). DOI:10.1109/TVCG.2024.3372031
Tillhandahålls av Osaka University
