Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Światła, kamera, akcja – zaawansowana wizualizacja 3D

Niezwykle realistyczna technologia wizualizacji trójwymiarowej jest już na wyciągnięcie ręki dzięki finansowanemu ze środków UE projektowi PROLIGHT-IAPP. Skorzystają z niej wszyscy – od architektów po fizyków.
Światła, kamera, akcja – zaawansowana wizualizacja 3D
Wizualizacje 3D umożliwiają wielu specjalistom, od artystów po naukowców, prezentację i wirtualną edycję swoich prac. Problem stanowi jednak stworzenie niezwykle realistycznych wyświetlaczy. Wyświetlacze stereoskopowe (wykorzystujące okulary) prezentują dwa obrazy dwuwymiarowe (z rozbieżnościami w poziomie z lewej i prawej strony), przez co osoba patrząca widzi wciąż tę samą scenę podczas poruszania się. Wyświetlacze autostereoskopowe nie wymagają użycia okularów i zmieniają nieco obraz, a przy ruchu uwidaczniają granice między parami obrazów (tzw. pasmowanie). Zwiększenie gęstości optycznej za pomocą projekcji pola i światła rozwiązuje ten problem, ale do stworzenia realistycznego obrazu wymagana jest wówczas bardzo duża ilość danych.

W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu PROLIGHT-IAPP rozwiązano problem skutecznego przechwytywania, analizy, modelowania, kompresji i renderowania rzeczywistych obrazów. Wykorzystano nowoczesne metody przetwarzania sygnału oraz zbadano właściwości światła i pola świetlnego w celu odtworzenia bardzo realistycznego obrazu w dużej skali.

Osiągnięcie wizualizacji 3D rzeczywistych obrazów z pełną paralaksą

Aby postrzegać świat w trójwymiarze, wykorzystywane są różne wizualne sygnały. „Po pierwsze każde oko widzi obraz z nieco innej perspektywy, a rozbieżności siatkówki są przetwarzane przez mózg, dzięki czemu widzimy głębię obrazu” – wyjaśnia koordynator projektu, profesor Atanas Gotchev. „Po drugie, każde oko skupia się na obiekcie zainteresowania, a informacja zwrotna o zmianie ogniskowej soczewki tworzą sygnał. Kiedy ludzie się poruszają, zmienia się perspektywa widzenia, a ruch względny oglądanych obiektów w stosunku do tła zależy od ich odległości. Istnieją też inne sygnały, takie jak perspektywy, cienie, względne rozmiary itp., które można zobaczyć jednym okiem”.

Dzięki współdziałaniu tych sygnałów uzyskuje się „pełną paralaksę”, w której człowiek poruszający się w pionie i w poziomie odbiera jednocześnie obraz w prawidłowej perspektywie, o odpowiedniej ostrości i z dobrą paralaksą ruchową. Wyświetlacze pola świetlnego potrafią to osiągnąć dzięki wystarczająco gęstemu zestawowi promieni świetlnych, uderzających o siatkówkę w taki sam sposób, jak w przypadku rzeczywistych przedmiotów.

Aby móc wygenerować tak gęsty zestaw promieni, zespół uczestniczący w projekcie PROLIGHT-IAPP musiał najpierw przechwycić informacje o lokalizacji i kierunku światła oraz wygenerować strukturę i geometrię obrazu. Udało się to zrobić dzięki kombinacji ustawień przechwytywania z różnych czujników, takich jak kamery matrycowe przechwytujące poziome i pionowe zmiany paralaksy, kombinacje kamer i czujników typu ToF (mierzących odległości kamery od obiektów), które umożliwiają tworzenie map tekstury i głębi, a także zakodowane apertury wykorzystujące maski do zbierania informacji o obrazie na podstawie informacji o ostrości/rozmyciu.

„Udowodniliśmy, że możemy w pełni zrekonstruować ciągłe pole świetlne z rzadkich ustawień kamery i zrenderować wszystkie potrzebne promienie, używając nowych obliczeniowych metod obrazowania i przybliżania pola świetlnego” – podsumowuje prof. Gotchev. Zespół starał się również określić ilościowo paralaksę zależną od ruchu głowy i odkrył, że gdy badanym osobom pokazano wzory sinusoidalne o różnej głębokości w trybie stereo i mono, rozróżniali oni zmiany głębokości dwa razy skuteczniej, gdy obecna była paralaksa ruchowa (widzenie różnych perspektyw podczas poruszania głową).

Korzyści dla obywateli Europy w erze cyfrowej

Obecnie, pomimo wiedzy eksperckiej, nowa generacja niezwykle realistycznych wyświetlaczy jest poza zasięgiem z powodu ceny komponentów, takich jak projektory o dużej liczbie klatek na sekundę. Jednakże w fazie przygotowań zespół PROLIGHT-IAPP stworzył kilka niezbędnych urządzeń oraz opracował nową metodę kalibracji wyświetlacza – to ważne, biorąc pod uwagę, że obecne wyświetlacze pola świetlnego obejmują 70 milionów promieni, a do osiągnięcia pełnej paralaksy potrzebnych jest co najmniej 5 miliardów.

Prof. Gotchev tak wyjaśnia siłę napędową tej nowej technologii cyfrowej: „Obrazowanie pola świetlnego to kolejny duży krok w mediach audiowizualnych, który może zmienić sposób, w jaki ludzie odbierają i wchodzą w interakcje z informacjami wizualnymi”. Niemniej jednak, zgodnie z założeniami europejskiej agendy cyfrowej, w ramach której poszukuje się rynku cyfrowej wymiany treści i usług, te technologie wizualne mają również zastosowanie w badaniach naukowych i innych dziedzinach nauki. Przykładowo, dzięki nim lekarze mogą tworzyć modele części ciała w celu lepszej diagnozy i leczenia chorób, a także w celach edukacyjnych. „Obrazowanie pola świetlnego ma również kluczowe znaczenie w tych obszarach, w których obecność człowieka jest ryzykowna lub niemożliwa, na przykład w walce z klęskami żywiołowymi. Ponadto można wykorzystać je do wizualizacji danych uważanych za abstrakcyjne, takich jak big data” – twierdzi profesor.

Tematy

Life Sciences

Słowa kluczowe

PROLIGHT-IAPP, wizualizacja 3D, projekcje pola i światła, właściwości światła, pełna paralaksa, paralaksa ruchowa, szerokość pasma wyświetlacza, technologie cyfrowe, bardzo realistyczna wizualizacja
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę