Afbeeldingen die op objecten in de echte wereld worden geprojecteerd, creëren indrukwekkende displays die educatief en entertainend zijn. De huidige projectiekarteringssystemen hebben echter allemaal één gemeenschappelijke beperking:ze werken alleen goed in het donker. In een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics , suggereren onderzoekers van de Universiteit van Osaka een manier om projectiemapping "in het licht" te brengen.

Conventionele projectiemapping, die elk driedimensionaal oppervlak in een interactief scherm verandert, vereist duisternis omdat elke verlichting in de omgeving ook het oppervlak van het doelobject verlicht dat voor weergave wordt gebruikt. Dit betekent dat zwarte en donkere kleuren te helder lijken en niet goed kunnen worden weergegeven.

Bovendien zien de geprojecteerde beelden er altijd uit alsof ze gloeien, maar niet alle echte objecten zijn lichtgevend, wat het bereik van objecten die kunnen worden weergegeven beperkt. Beeldschermen in donkere omgevingen hebben nog een ander nadeel. Meerdere kijkers kunnen communiceren met een verlichte scène, maar in een donkere omgeving kunnen ze minder met elkaar communiceren.

"Om dit probleem te omzeilen, gebruiken we projectoren om de normale verlichting op elk deel van de kamer te reproduceren, behalve op het displayobject zelf", zegt Masaki Takeuchi, hoofdauteur van het onderzoek. "In wezen creëren we de illusie van mondiale verlichting zonder daadwerkelijke mondiale verlichting te gebruiken."

Het projecteren van globale verlichting vereist een reeks technieken die verschillen van die van conventionele projectiemapping. Het onderzoeksteam gebruikte verschillende standaardprojectoren om de kamer te verlichten, samen met een projector met een groot diafragma en een grootformaatlens om de scherpe randen van schaduwen te verzachten. Deze armatuurprojectoren verlichten de omgeving, maar het doelobject blijft in de schaduw. Conventionele textuurprojectoren worden vervolgens gebruikt om de textuur op het schaduwoppervlak in kaart te brengen.

De onderzoekers bouwden een prototypeomgeving en evalueerden de prestaties van hun aanpak. Eén aspect dat ze evalueerden was of mensen de objecten waarnamen in de diafragmakleurmodus (waarbij de kleuren lijken te stralen van het object zelf) of in de oppervlaktekleurmodus (waarbij het licht lijkt te worden gereflecteerd door een gekleurd oppervlak).

“Voor zover wij weten, zijn wij de eersten die dit overwegen”, zegt Daisuke Iwai, senior auteur van het onderzoek. "Wij geloven echter dat dit van fundamenteel belang is voor het creëren van realistische omgevingen."

De onderzoekers ontdekten dat ze met hun methode textuurafbeeldingen op objecten konden projecteren zonder dat de objecten leken te gloeien. In plaats daarvan werden de texturen gezien als de ware kleuren van het oppervlak van het object.

In de toekomst zijn de onderzoekers van plan meer projectoren toe te voegen om de complexe verlichting in de gebieden naast het weergaveobject aan te kunnen. Uiteindelijk streven ze ernaar scènes te produceren die niet te onderscheiden zijn van driedimensionale scènes uit de echte wereld.

Ze geloven dat deze aanpak visuele ontwerpomgevingen voor industriële producten of verpakkingen mogelijk zal maken waarin de deelnemers niet alleen met hun ontwerp onder natuurlijk licht kunnen communiceren, maar ook met elkaar, waardoor de communicatie wordt vergemakkelijkt en de ontwerpprestaties worden verbeterd.

Meer informatie: Masaki Takeuchi et al., Projectie in kaart brengen onder omgevingsverlichting door kamerverlichting te vervangen door heterogene projectoren, IEEE-transacties over visualisatie en computergraphics (2024). DOI:10.1109/TVCG.2024.3372031

Aangeboden door de Universiteit van Osaka