πτυχιακή εργασία του κ. Λούτα Δ.
απόσπασμα από την εισαγωγή
Εισαγωγή στην τρισδιάστατη ψηφιοποίηση
Η επιθυμία αποτύπωσης αντικειμένων και σχημάτων με οπτικά μέσα χρονολογείται στις αρχές του 19ου αιώνα. Στην ίδια χρονική περίοδο συναντούμε τις ρίζες της φωτογραφικής τέχνης. Από τότε η τεχνολογία αποτύπωσης με οπτικά μέσα έχει προχωρήσει με ραγδαίους ρυθμούς. Αυτή την τεχνολογική εξέλιξη την βιώνουμε πλέον καθημερινά.
Φανταστείτε ένα μοντέρνο γραφείο. Ένας τυπικός σαρωτής εγγραφών αποτελεί πλέον αναπόσπαστο κομμάτι του καθώς επιτρέπει την γρήγορη και αποτελεσματική ψηφιοποίηση οποιουδήποτε εγγράφου. Εξετάστε τώρα την ιδέα ψηφιοποίησης για αντικείμενα τριών διαστάσεων. Η διαδικασία απόκτησης τρισδιάστατων δεδομένων από πραγματικά αντικείμενα αποτελεί μείζων πρόβλημα ιδιαίτερα όταν η γεωμετρική τους πολυπλοκότητα ξεπερνά πρότυπα αντικείμενα (πως σφαίρες, πυραμίδες, κύβοι). Παλαιότερα, η επίλυση του προβλήματος ήταν δύσκολη και οι τρόποι προσέγγισης χρονοβόροι.
Όλα τα εμπορικά, αλλά και ερευνητικά, συστήματα που συλλέγουν τρισδιάστατες συντεταγμένες από μια δεδομένη περιοχή της επιφάνειας ενός αντικειμένου με έναν συστηματικό ή αυτοματοποιημένο τρόπο θεωρούνται τρισδιάστατοι σαρωτές. Η ανάπτυξη ισχυρών υπολογιστικών συστημάτων και ψηφιακών μετρικών διατάξεων κατάφεραν να καθιερώσουν μια συνεχώς εξελίξιμη αγορά τρισδιάστατων σαρωτών. Τα συστήματα αυτά επιτρέπουν την καταγραφή γεωμετρικής και χρωματικής πληροφορίας που φέρουν τα αντικείμενα μέσα σε ελάχιστο χρόνο. Οι αρχές λειτουργίας τους βασίζονται στην εφαρμογή γεωμετρικών αξιωμάτων και συναρτήσεων. Πρότυπα ακαδημαϊκά αλλά και εμπορικά συστήματα επιδιώκουν να δώσουν απάντηση στην τρισδιάστατη αποτύπωση, το καθένα από τη δική του σκοπιά, κάνοντας συγκεκριμένες παραδοχές.
Το μεγάλο ενδιαφέρον της παγκόσμιας ερευνητικής κοινότητας εστιάζεται στην ανάλυση των μεθόδων αποτύπωσης αλλά και στην ανάπτυξη αλγορίθμων που θα επιτρέψουν την επεξεργασία των δεδομένων με αποδοτικότερους τρόπους. Η ανάπτυξη των τρισδιάστατων σαρωτών είναι αποτέλεσμα συλλογικής δουλείας επιστημόνων από διαφορετικά ερευνητικά πεδία, όπως είναι αυτά της όρασης υπολογιστών, των τρισδιάστατων γραφικών, της μηχανολογίας, των μετρήσεων με ηλεκτρονικά αισθητήρια, της φωτογραμμετρίας και, φυσικά, των μαθηματικών. Βασικό ρόλο στην αύξηση της δημοτικότητας των τρισδιάστατων σαρωτών παίζει η δραματική βελτίωση των υπολογιστών στον τομέα των τρισδιάστατων γραφικών πραγματικού χρόνου. Η δυνατότητα διαχείρισης πολύπλοκης τρισδιάστατης γεωμετρίας σε πλατφόρμες χαμηλού κόστους βρίσκει άμεση εφαρμογή στην απεικόνιση λεπτομερών και υψηλής ακρίβειας τρισδιάστατων μοντέλων που δημιουργούν οι σαρωτές.
Η ψηφιοποίηση αντικειμένων με τρισδιάστατους σαρωτές είναι μια διαδικασία που πραγματοποιείται σήμερα με ένα πλήθος διαφορετικών μεθόδων. Απώτερος σκοπός όλων των ερευνητικών προσπαθειών είναι η ελαχιστοποίηση του χρόνου αποτύπωσης σε συνδυασμό με υψηλής πιστότητας αποτελέσματα. Διαφορετικές τεχνολογικές λύσεις έχουν αναπτυχθεί για την αντιμετώπιση αντικειμένων με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, όπως επιφάνειες με υψηλή ανακλαστικότητα, χρωματική ποικιλία, γεωμετρική πολυπλοκότητα κ.α. Η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της κάθε τεχνικής είναι το βασικότερο κριτήριο για τις εταιρίες ανάπτυξης εμπορικών τρισδιάστατων ψηφιακών σαρωτών.
Ένα μεγάλο τμήμα του συνόλου των εμπορικών σαρωτών βασίζονται στην τριγωνοποίηση με ακτίνες λέιζερ και αυτό γιατί επιτυγχάνει γεωμετρικά αποτελέσματα υψηλότερης ακρίβειας, που φτάνουν και σε επίπεδα πολύ μικρότερα του 1 mm. Εκτός από την ακρίβεια υπάρχουν και άλλα κριτήρια για την επιλογή της καταλληλότερης μεθοδολογίας. Ένα από αυτά είναι η ταχύτητα σάρωσης. Άλλες δημοφιλείς μέθοδοι είναι οι Σχήμα-Από-Σιλουέτες, Σχήμα-Από-Δομημένο-Φως αλλά και χειροκίνητες μέθοδοι, όπως ρομποτικοί βραχίονες με αισθητήρες αφής που συνεχίζουν ακόμα και σήμερα να εξυπηρετούν τις ανάγκες κάποιων εφαρμογών. Για παράδειγμα η μέθοδος Σχήμα-Από-Σιλουέτες προσεγγίζει την ιδέα σάρωσης με το πάτημα ενός πλήκτρου. Ωστόσο τα αποτελέσματά της έχουν εφαρμογή κυρίως στο ηλεκτρονικό εμπόριο όπου μια απλά ρεαλιστική και όχι υψηλής ακρίβειας τρισδιάστατη απόδοση του αντικείμενου είναι επαρκής.
Οι εφαρμογές που σχετίζονται με την τεκμηρίωση πολιτισμικής κληρονομιάς βρίσκουν λύση κυρίως σε συστήματα με αυτές τις μεθοδολογίες και διαχωρίζονται σε αυτά των κοντινών και μεσαίων αποστάσεων. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται είναι αυτή που ορίζει κάθε φορά τον μέγιστο δυνατό όγκο σάρωσης αλλά και τις μέγιστες αποστάσεις ανάμεσα στους αισθητήρες και στις επιφάνειες των αντικειμένων. Οι Cutting και Vishton έκαναν μια μελέτη στους τρόπους αντίληψης του βάθους που εξαρτώνται από την πληροφορία του οπτικού πεδίου και παίζουν σημαντικό ρόλο σε συστήματα αντίληψης βάθους. Καθώς ένα πλήθος εφαρμογών ανακατασκευής τρισδιάστατων μοντέλων προέρχεται από τον χώρο της όρασης υπολογιστών η μελέτη των Cutting και Vishton έχει απόλυτη εφαρμογή στον συγκεκριμένο χώρο.
η πλήρης εργασία εδώ
