3D skeneri – tehnologija i princip rada

Postoje mnogi primjeri istraživačkih projekata koji su se bavili metodama skeniranja povijesnih mjesta i umjetnina u svrhu analize i arhiviranja. Kombinacija 3D skeniranja i printanja omogućava izradu replika umjetnina, a da se pri tome ne koristi odljev u gipsu. U mnogim slučajevima ta tehnika stvaranja gipsanog odljeva može uzrokovati oštećenja starih i krhkih predmeta.

Koliko je metoda 3D skeniranja i reprodukcije povijesnih umjetnina korisna potvrđuje i primjer gdje je grupa znanstvenika sa Stanfordskog sveučilišta skenirala kip Michelangelovog Davida i još četiri statue u kapeli Medici. Skeniranjem je dobivena baza podataka koja je sadržavala oblak točaka gustoće od 0.25 milimetara skeniranog objekta, što je bilo dovoljno detaljno da se vide tragovi klesanja. Sličnom metodom je skenirana i kuća Monticello Thomasa Jeffersona u SAD-u. Tu je korištena metoda Time-of-flight laserskog skenera. Model je kombiniran s bojom i teksturom dobivenom fotografiranjem tog prostora.

Dobiveni rezultat je virtualna građevina Monticello s animiranim pogledom kroz prozor u Jeffersonovu knjižnicu. Taj pogled u sobu je bio prikazan 3D projektorima te je stereoskopskim naočalama bio vidljiv trodimenzionalni efekt. Uređaj koji služi za praćenje pozicije omogućavao je da se dati prikaz pomiče u skladu s gledateljem, što je rezultiralo iluzijom da je prikazana slika zapravo rupa na zidu iz koje se vidi Jeffersonova soba.

Ovo su samo neki primjeri koji pokazuju kolika je važnost daljnjeg istaživanja na području 3D računalne grafike i to ne samo za stvaranje virtualnih muzeja i digitalne arhive kulturne baštine, već i na svim područjima znanosti koja svoja istraživanja temelje na znanstvenoj vizualizaciji.

3D skener je uređaj koji analizira prostor i pri tom prikuplja podatke o obliku i strukturi predmeta kojeg skenira. Dobiveni podatci se tada mogu iskoristiti za izradu trodimenzionalnih modela. Osim za filmsku industriju i računalne igrice, druga bitna primjena 3D skeniranja i izrade modela je industrijski dizajn i dokumentacija arheoloških nalaza.

Najbitniji element kod 3D skeniranja je refleksija svjetlosti s objekta, a ona je ovisna o boji i jačini površinske refleksije. Bijela površina reflektirat će mnogo, dok će tamne površine reflektirati znatno manje količine svjetlosti. Transparentni objekti poput stakla reflektirat će lom svjetlosti i davati krive podatke o svom obliku. 3D skeniranjem se dobiva oblak točaka od kojih svaka ima svoje prostorne koordinate, XYZ. Njihovim povezivanjem se dobiva rekonstrukcija skeniranog modela. Neki skeneri osim podataka o površini objekta prikupljaju i podatke o boji te se i oni mogu uvrstiti u proces rekonstrukcije modela. 3D skeneri su slični kamerama. Poput njih imaju konusni oblik vidnog polja, a snimati mogu samo osvijetljeni dio površine dok dio u sjeni ne vide. Kamera prikuplja podatke s površine objekta u okvirima vidnog polja dok skener prikuplja podatke o udaljenosti točaka u prostoru.

Kod većine skenera jedno skeniranje nije dovoljno da se ocrtaju sve točke prostora koji se skenira te se pomoću njih ne može izraditi cjeloviti model. Za izradu 3D modela potrebno je obaviti na desetke skeniranja sa svake strane objekta kako bi se dobili apsolutno svi podatci o njegovoj površini. Tada se skenirani dijelovi objekta, prikazani oblakom točaka, moraju spojiti u zajednički referentni sustav gdje se različiti podatci međusobno usklađuju. Nakon spajanja dijelova dobivenih skeniranjem i linearizacije podataka dobivenih snimanjem iz različitih kuteva u jedan koordinatni sustav dobiva se prostorni 3D model na kojeg se ugrađuje tekstura koja može biti proizvoljna, ovisno o programskom paketu, ili stvarna, ako postoje podatci o boji dobiveni pomoću kamere.

Sustavi za 3D modeliranje ubrzano postaju sve pristupačniji dok osobna računala, koja su sposobna za prikaz 3D grafike, postaju dovoljno jeftina da budu na raspolaganju široj populaciji.

Filmovi i računalne igrice su ono što pokreće 3D industriju. Ona je toliko razvijena da je gotovo nemoguće uočiti razliku između fotografije i modelirane slike. Takav princip modeliranja se zove non-fotorealistično modeliranje. To je metoda koja između ostalog otvara mnoga vrata u filmskoj industriji jer se mnogo brže i jednostavnije postižu fascinantni kadrovi, scene i ostali elementi od kojih zastaje dah. Velika prednost korištenja tehnologije za 3D modeliranje i animiranje je ta što je za stvaranje filma potrebno samo znanje i vrijeme. Sve se može napraviti iz jedne sobe, no nerijetko na filmovima koji se temelje na 3D tehnologiji radi petstotinjak izvrsnih stručnjaka, a tehnologije koje se upotrebljavaju poput 3D skenera jako su skupe. No, napretkom tehnologije i njenim razvojem te konkurencijom na tržištu pretpostavlja se da će se kroz nekoliko godina današnje visoke cijene programskih paketa i drugih 3D tehnologija spustiti te biti pristupačnije.

Uz filmsku industriju potrebno je spomenuti i industriju računalnih igara. Ova industrija ne smije se zanemariti jer ona diktira razvoj računalnih (hardwear) platformi. Igre su sve složenije, pri čemu se dolazi do 3D grafike na vrlo visokom stupnju razvijenosti uz realistično dočaravanje atmosfere i okoline. Znanosti poput medicine, kemije i biologije također su pronašle svoj način primjene 3D tehnologije.

Bez obzira radi li se o znanstvenim disciplinama, trgovini ili industriji zabave, u današnjem svijetu sve teži digitalizaciji. Stvoren je internet kao masovni medij koji pruža mnoge mogućnosti u virtualnom svijetu, a razvoj 3D tehnologije ga čini sve realnijim.

Sve to dovodi do zaključka da je od velike važnosti provoditi daljnja istraživanja i usavršavati postojeće metode na području 3D računalne grafike.

Izvori:

http://meshlab.sourceforge.net/

http://www.cs.virginia.edu/Monticello/

http://graphics.stanford.edu/papers/dmich-sig00/

http://en.wikipedia.org/wiki/3D_scanner

http://www.zcorp.com/en/Products/3D-Scanners/ZScannerandtrade_800/spage.aspx

Izvor: http://znanost.geek.hr/clanak/3d-skeneri-tehnologija-i-princip-rada/#ixzz20CyNsMKN

 

Leave a Comment