Een nieuwe beeldtechniek maakt het mogelijk om heldere objecten en hun omgeving nauwkeurig te digitaliseren, een prestatie die de huidige state-of-the-art 3D-renderingmethoden is ontgaan. Het vermogen om gedetailleerde, Digitale 3D-versies van objecten en scènes uit de echte wereld kunnen nuttig zijn voor filmproductie, het creëren van virtual reality-ervaringen, het verbeteren van het ontwerp of de kwaliteitsborging bij de productie van heldere producten en zelfs voor het behoud van zeldzame of cultureel belangrijke objecten.

"Door transparante objecten nauwkeuriger te digitaliseren, onze methode helpt ons dichter bij het wegnemen van de barrière tussen de digitale en fysieke wereld, " zei Jonathan Stets, Technische Universiteit van Denemarken, en co-leider van het onderzoeksteam dat de pijplijn heeft ontwikkeld. "Bijvoorbeeld, het zou een ontwerper in staat kunnen stellen een fysiek object in een digitale realiteit te plaatsen en te testen hoe veranderingen aan het object eruit zouden zien."

Transparante objecten zijn een uitdaging om te digitaliseren omdat hun uiterlijk bijna volledig uit hun omgeving komt. Hoewel een CT-scanner de vorm van een helder object kan krijgen, dit vereist het verwijderen van het object uit zijn omgeving en verlichting, die ook moet worden vastgelegd om het uiterlijk van het object nauwkeurig na te bootsen.

De onderzoekers beschrijven hun benadering van het digitaliseren van transparante objecten in het tijdschrift The Optical Society Toegepaste optica . Een belangrijke innovatie bij de ontwikkeling van de nieuwe methode was het gebruik van een robotarm om de precieze locaties vast te leggen van twee camera's die werden gebruikt om scènes met een duidelijk object af te beelden. Met deze gedetailleerde ruimtelijke informatie konden de onderzoekers foto's maken van de scène, verwijder het object en scan het in een CT-scanner en plaats het vervolgens terug in de scène - zowel digitaal als in het echte leven - om de echte scène en de virtuele reconstructie ervan nauwkeurig te vergelijken.

Pixel-voor-pixel vergelijking"Met de robotarm kunnen we een foto maken en een 2D-berekening maken, of weergegeven, afbeelding die pixel voor pixel kan worden vergeleken om te meten hoe goed de afbeeldingen overeenkomen, " zei Alessandro Dal Corso, co-leider van het onderzoeksteam. "Deze kwantitatieve vergelijking was niet mogelijk met eerdere technieken en vereist een uiterst nauwkeurige afstemming tussen de digitale weergave en de foto."

Zodra de digitale versies van de objecten definitief zijn, de methode geeft informatie over de materiaaleigenschappen van het object die verschillen van de vorm. "Hierdoor zien de gescande glazen objecten er nog steeds realistisch uit wanneer ze in een geheel andere digitale omgeving worden geplaatst, " legde Jeppe Frisvad uit, een lid van het onderzoeksteam. "Bijvoorbeeld, het kan op een tafel in een digitale woonkamer of op het aanrecht in een virtuele keuken worden geplaatst."

Met behulp van een optische opstelling met gemakkelijk verkrijgbare componenten, de onderzoekers testten hun nieuwe workflow door drie scènes te digitaliseren, elk met een ander glasobject op een tafel met een wit en grijs dambordachtergrond. Ze begonnen met het verkrijgen van gestructureerde lichtscans van de scène, een beeldvormingsmethode die de vervorming van een geprojecteerd patroon gebruikt om de diepte en oppervlakken van objecten in de scène te berekenen. Ook gebruikten ze een chromen bol om een ​​360 graden beeld van de omgeving te krijgen. De scène werd verlicht met LED's die in een boog waren gerangschikt om vast te leggen hoe licht dat uit verschillende hoeken kwam, in wisselwerking stond met de ondoorzichtige delen van de scène. De onderzoekers scanden de glazen objecten ook afzonderlijk in een CT-scanner, die informatie opleverde om het oppervlak van het object te reconstrueren. Eindelijk, de digitale versie van de scène en het gerenderde glasobject werden gecombineerd om een ​​3D-weergave van de hele scène te produceren.

Kwantitatieve analyse toonde aan dat de afbeeldingen van de digitale scène en de echte wereld goed overeenkwamen en dat elke stap van de nieuwe beeldverwerkingsworkflow bijdroeg aan de gelijkenis tussen de gerenderde afbeeldingen en de foto's.

"Omdat de foto's onder gecontroleerde omstandigheden worden genomen, we kwantitatieve vergelijkingen kunnen maken die kunnen worden gebruikt om de reconstructie te verbeteren, " zei Frisvad. "Bijvoorbeeld, het is moeilijk om met het oog te beoordelen of het objectoppervlak dat is gereconstrueerd op basis van de CT-scan nauwkeurig is, maar als de vergelijking fouten laat zien, dan kunnen we die informatie gebruiken om de algoritmen te verbeteren die het oppervlak van de CT-scan reconstrueren."

Een nieuwe manier om optische eigenschappen te meten De benadering biedt ook een contactloze manier om de optische eigenschappen van een materiaal te meten. Dit maakt de techniek potentieel bruikbaar voor een breed scala aan toepassingen die verder gaan dan films en virtual reality.

Bijvoorbeeld, de aanpak zou onderzoekers in staat kunnen stellen een digitale weergave van een object te maken en vervolgens een parameter aan te passen, zoals de brekingsindex, om de eigenschappen van het echte materiaal beter te begrijpen. Terwijl eerdere technologieën soms het afbreken van een stuk van het object vereisen om de optische eigenschappen te meten, de nieuwe techniek kan nuttig zijn voor het analyseren van zeldzame of waardevolle transparante objecten zonder het object te beschadigen. De techniek kan ook worden toegepast om ingenieurs te helpen het ontwerp of de fabricage van heldere producten te verfijnen.

De onderzoekers willen hun benadering van andere uitdagingen in 3D-rendering uitbreiden, zoals het renderen van objecten die een metaalachtige glans vertonen of die doorschijnend zijn. Ze werken ook aan manieren om de acquisitie van de verschillende afbeeldingen en scans te versnellen, zodat de aanpak kan worden gebruikt voor kwaliteitsborging bij de productie van heldere producten.