Ny teknik digitaliserer præcist gennemsigtige objekter

En ny billedteknik gør det muligt præcist at digitalisere klare objekter og deres omgivelser, en præstation, der har unddraget sig de nuværende state-of-the-art 3D-gengivelsesmetoder. Evnen til at skabe detaljerede, 3D digitale versioner af virkelige objekter og scener kan være nyttige til filmproduktion, skabe virtual reality -oplevelser, forbedring af design eller kvalitetssikring ved fremstilling af klare produkter og endda til bevarelse af sjældne eller kulturelt betydningsfulde genstande.

"Ved mere præcist at digitalisere transparente objekter, vores metode hjælper med at bringe os tættere på at fjerne barrieren mellem den digitale og fysiske verden, sagde Jonathan Stets, Tekniske Universitet Danmark, og medleder for forskergruppen, der udviklede pipelinen. "For eksempel, det kunne give en designer mulighed for at placere et fysisk objekt i en digital virkelighed og teste, hvordan ændringer af objektet ville se ud. "

Gennemsigtige objekter er udfordrende at digitalisere, fordi deres udseende næsten helt kommer fra deres omgivelser. Selvom en CT -scanner kan få et klart objekts form, dette kræver, at objektet fjernes fra omgivelserne og belysning, som også skal fanges for nøjagtigt at genskabe objektets udseende.

Forskerne beskriver deres tilgang til digitalisering af transparente objekter i tidsskriftet The Optical Society Anvendt optik . En vigtig nyskabelse i udviklingen af ​​den nye metode var brugen af ​​en robotarm til at registrere de præcise placeringer af to kameraer, der bruges til at se scener, der indeholder et klart objekt. Disse detaljerede rumlige oplysninger gav forskerne mulighed for at tage fotografier af scenen, fjerne objektet og scanne det i en CT-scanner og derefter placere det tilbage i scenen-både digitalt og i virkeligheden-for nøjagtigt at sammenligne det virkelige liv og dets virtuelle rekonstruktion.

Pixel-for-pixel sammenligning "Robotarmen giver os mulighed for at få et fotografi og en 2D beregnet, eller gengivet, billede, der kan sammenlignes pixel for pixel for at måle, hvor godt billederne matcher, "sagde Alessandro Dal Corso, medleder af forskerholdet. "Denne kvantitative sammenligning var ikke mulig med tidligere teknikker og kræver ekstremt præcis tilpasning mellem den digitale gengivelse og fotografiet."

Når de digitale versioner af objekterne er færdige, metoden giver oplysninger om objektets materielle egenskaber, der adskiller sig fra dets form. "Dette giver de scannede glasobjekter stadig mulighed for at se realistiske ud, når de placeres i et helt andet digitalt miljø, "forklarede Jeppe Frisvad, medlem af forskergruppen. "For eksempel, det kunne placeres på et bord i en digital stue eller på disken i et virtuelt køkken. "

Brug af en optisk opsætning, der indeholder let tilgængelige komponenter, forskerne testede deres nye arbejdsgang ved at digitalisere tre scener, hver indeholder et andet glasobjekt på et bord med et hvidt og gråt skakbræt. De begyndte med at erhverve strukturerede lysscanninger af scenen, en billeddannelsesmetode, der bruger deformationen af ​​et projiceret mønster til at beregne dybden og overfladerne af objekter i scenen. De brugte også en kromkugle til at opnå et 360-graders billede af omgivelserne. Scenen blev belyst med lysdioder arrangeret i en bue for at fange, hvordan lys fra forskellige vinkler interagerede med de uigennemsigtige dele af scenen. Forskerne scannede også glasgenstande separat i en CT -scanner, som gav oplysninger til at rekonstruere objektets overflade. Endelig, den digitale version af scenen og det renderede glasobjekt blev kombineret til at frembringe en 3D -gengivelse af hele scenen.

Kvantitativ analyse viste, at billederne af den digitale scene og den virkelige verden matchede godt, og at hvert trin i den nye billeddannelsesarbejdsgang bidrog til ligheden mellem de gengivne billeder og fotografierne.

"Fordi fotografierne er taget under kontrollerede forhold, vi kan foretage kvantitative sammenligninger, der kan bruges til at forbedre rekonstruktionen, "sagde Frisvad." F.eks. det er svært at bedømme i øjet, om objektoverfladen, der er rekonstrueret fra CT -scanningen, er nøjagtig, men hvis sammenligningen viser fejl, så kan vi bruge disse oplysninger til at forbedre algoritmerne, der rekonstruerer overfladen fra CT -scanningen. "

En ny måde at måle optiske egenskaber Tilgangen giver også en kontaktfri måde at måle et materiales optiske egenskaber på. Dette gør teknikken potentielt nyttig til en lang række applikationer ud over film og virtual reality.

For eksempel, tilgangen kunne give forskere mulighed for at oprette en digital gengivelse af et objekt og derefter justere et parameter, såsom brydningsindekset, for bedre at forstå egenskaberne ved det virkelige materiale. Selvom tidligere teknologier undertiden kræver afskæring af et stykke af objektet for at måle dets optiske egenskaber, den nye teknik kan være nyttig til at analysere sjældne eller værdifulde transparente objekter uden at skade objektet. Teknikken kan også anvendes til at hjælpe ingeniører med at forfine design eller fremstilling af klare produkter.

Forskerne ønsker at udvide deres tilgang til andre udfordringer i 3D -gengivelse, såsom gengivelse af objekter, der udviser en metallisk glans, eller som er gennemskinnelige. De arbejder også på måder at fremskynde erhvervelsen af ​​de forskellige billeder og scanninger, så metoden kunne bruges til kvalitetssikring i produktionen af ​​klare produkter.