english greek
Αρχική arrow Αρχεία arrow Εισαγωγή

Εισαγωγή

Η βασικότερη λειτουργία των συσκευών τρισδιάστατης σάρωσης είναι η ψηφιακή καταγραφή της γεωμετρίας κάποιου αντικειμένου. Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνεται με πάρα πολλούς τρόπους, οι περισσότεροι από τους οποίους όμως έχουν σαν αποτέλεσμα την καταγραφή των τρισδιάστατων συντεταγμένων πολλών μεμονωμένων σημείων που ανήκουν στην επιφάνεια του αντικειμένου της ψηφιοποίησης. Αυτά τα μεμονωμένα τρισδιάστατα σημεία αποτελούν το πρωτογενές προϊόν της τρισδιάστατης ψηφιοποίησης και είναι γνωστά ως νέφος σημείων (point cloud). Αναλόγως των απαιτήσεων της εκάστοτε εφαρμογής, τα σημεία αυτά είτε χρησιμοποιούνται ως έχουν, είτε γίνονται η πρώτη ύλη για την παραγωγή μιας μεγάλης σειράς δευτερογενή προϊόντων.

Για τις περισσότερες εφαρμογές τρισδιάστατης απεικόνισης, η οπτική πληροφορία που προσφέρει το νέφος σημείων από μόνο του συνήθως δεν επαρκεί, όσο πυκνό και αν είναι, αφού αυτό που απεικονίζεται στην οθόνη του ηλεκτρονικού υπολογιστή είναι ένα πλήθος κουκκίδων. Η οπτική απόδοση του νέφους σημείων εφαρμόζονταν ευρέως στην απαρχή των τρισδιάστατων γραφικών μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή, όπου οι επιδόσεις των ηλεκτρονικών υπολογιστών ήταν ακόμα πολύ χαμηλές για να απεικονίσουν κάτι περισσότερο. Την εποχή εκείνη είχαν εφευρεθεί διάφορα τεχνάσματα που στόχο είχαν να διευκολύνουν το χρήστη στην κατανόηση της οπτική πληροφορία του νέφους σημείων. Τα πιο συνηθισμένα από αυτά ήταν η κλιμάκωση της φωτεινότητας ή του μεγέθους των σημείων, ανάλογα με την απόστασή τους από το επίπεδο προβολής τους (οθόνη). Στην εποχή μας όμως, η ισχύς των σύγχρονων ηλεκτρονικών υπολογιστών είναι σε θέση να διαχειριστεί πολύ πιο πολύπλοκες γραφικές αναπαραστάσεις και έτσι η τρισδιάστατη απεικόνιση του νέφους σημείων αυτού καθεαυτού δεν έχει νόημα παρά μόνο σε περιορισμένες περιπτώσεις, όπως είναι για παράδειγμα αυτή της πραγματικού χρόνου απεικόνισης πολύπλοκων και λεπτομερή θεμάτων. Σήμερα, στις περισσότερες εφαρμογές τρισδιάστατης απεικόνισης, γίνετε χρήση του τριγωνικού πλέγματος (triangular mesh) το οποίο είναι σε θέση να παρέχει στο χρήστη πολύ περισσότερη οπτική πληροφόρηση απ’ ότι το νέφος σημείων, ακόμα και στην πιο απλή του μορφή της «συρμάτινης κατασκευής» (wire frame).

 

oi121

Εικόνα 1: Εικονική αναπαράσταση αντικειμένου ως νέφος σημείων, συρμάτινη κατασκευή και φωτοσκιασμένο στερεό (περιγραφή από αριστερά προς τα δεξιά)

 

Το τριγωνικό πλέγμα είναι το κυριότερο παράγωγο του πρωτογενούς υλικού της τρισδιάστατης σάρωσης, δηλαδή του νέφους σημείων, και προκύπτει από τη διαδικασία της τριγωνοποίησης. Κατά τη διαδικασία αυτή, όλα τα τρισδιάστατα σημεία, που συλλέχθηκαν από την τρισδιάστατη σάρωση, ενώνονται με όλους τους γείτονές τους σχηματίζοντας έτσι ένα πλέγμα τριγώνων, το οποίο περιγράφει τις επιφάνειες του ψηφιοποιημένου αντικειμένου. Η επιπρόσθετη πληροφορία της τριγωνοποίησης, δηλαδή ποια σημεία ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας τρίγωνα, μπορεί να αποθηκευτεί είτε ως συμπληρωματική της πληροφορίας των τρισδιάστατων συντεταγμένων των σημείων, ορίζοντας ποια τρία σημεία απαρτίζουν κάθε τρίγωνο του πλέγματος, είτε ανεξάρτητα από αυτή, εκφράζοντας τις τρισδιάστατες συντεταγμένες των τριγώνων του πλέγματος. Η περιγραφή του τριγωνικού πλέγματος με άμεσο ορισμό των τρισδιάστατων συντεταγμένων των τριγώνων, η οποία είναι γνωστή και ως «ακατέργαστη» (RAW), είναι η πιο ασύμφορη μορφή περιγραφής του πλέγματος και έχει σταματήσει να χρησιμοποιείται εδώ καιπολλά χρόνια.

Η αποθήκευση του τριγωνοποιημένου νέφους σημείων σε χώρους ψηφιακής αποθήκευσης σαφώς είναι πολύ πιο μεγαλύτερη από αυτή του μη τριγωνοποιημένου, αφού εκτός από τις συντεταγμένες των σημείων αποθηκεύεται και η μεταξύ τους διασύνδεση. Ωστόσο, οι αυξημένες απαιτήσεις σε αποθηκευτικούς χώρους του τριγωνοποιημένου νέφους σημείων, μπορούν κάλλιστα να αντισταθμιστούν από την πληρότητα της τρισδιάστατης απεικόνισης του θέματος, όπως επίσης και από τη δυνατότητα περαιτέρω επεξεργασίας των δεδομένων για μείωση του όγκου τους, μέσω τεχνικών απλοποίησης της γεωμετρίας. Η περιγραφή και απεικόνιση της τρισδιάστατης μορφής κάποιου θέματος, κάνοντας χρήση τριγωνικού πλέγματος, είναι πολύ πιο αποδοτική σε σχέση με την αντίστοιχη του νέφους σημείων, αφού η περιγραφή εκτεταμένων επίπεδων επιφανειών μπορεί να επιτευχθεί με πολύ λιγότερη πληροφορία απ’ ότι περιγράφοντάς τη με νέφος σημείων. Για παράδειγμα, στην περίπτωση χρήσης τριγωνικού πλέγματος, η επιφάνεια μιας πλευρά ενός κύβου μπορεί να περιγραφεί και να απεικονιστεί στο χώρο μόνο με τέσσερα σημεία που σχηματίζουν δύο τρισδιάστατα τρίγωνα. Στην περίπτωση περιγραφής της με νέφος σημείων, ακόμα και τα 100 σημεία θα ήταν λίγα ώστε να αποδώσουν σωστά, δηλαδή με την ίδια οπτική πυκνότητα, την επιφάνεια της πλευράς του κύβου, απαιτώντας από το χρήστη να σχηματίσει την εικόνα της εγκεφαλικά.

Εκτός από το τριγωνικό πλέγμα, έχουν κάνει την εμφάνισή τους και άλλες μορφές περιγραφής τρισδιάστατης γεωμετρίας, που στόχο έχουν την όσο το δυνατό πιο αποδοτική περιγραφή της γεωμετρίας κάποιου θέματος. Η πιο διαδεδομένη από αυτές είναι η περιγραφή της γεωμετρίας κάνοντας χρήση παραμετρικών επιφανειών που περιγράφονται από καμπύλες γραμμές τύπου Basic-Spline. Οι παραμετρικές επιφάνειες παρέχουν τη δυνατότητα περιγραφής ομαλών καμπύλων επιφανειών μέσω πολύ λίγων σημείων ελέγχου. Αντιθέτως, η ρητή περιγραφής μιας καμπύλης επιφάνειας, κάνοντας χρήση κοινού τριγωνικού πλέγματος, θα απαιτούσε πολύ περισσότερα σημεία για την περιγραφή της, χωρίς εν τέλη να είναι αυτά αρκετά για την ομαλή απεικόνισή της καμπύλης. Μέσω ειδικού λογισμικού είναι δυνατή η μετατροπή κάποιου τριγωνικού πλέγματος ή και του ίδιου του νέφους σημείων σε παραμετρικές καμπύλες, επιφέροντας έτσι σε μεγάλο πλήθος περιπτώσεων αξιόλογη μείωση των δεδομένων περιγραφής της τρισδιάστατης γεωμετρίας [190-194].

 

εικόνα 2

Εικόνα 2: Αναπαράσταση επίπεδης επιφάνειας με σημεία και με τρίγωνα. Αριστερά απεικονίζεται μια επίπεδη επιφάνεια με νέφος 100 σημείων, ενώ στο κέντρο και δεξιά απεικονίζεται η ίδια επιφάνεια μόνο με 4 τριγωνοποιημένα σημεία (συρμάτινη κατασκευή και φωτοσκιασμένο στερεό αντίστοιχα)

 

εικόνα 3

Εικόνα 3: Περιγραφή μιας επιφάνειας με 4 σημεία. Η οπτική απόδοση της παραμετρικής επιφάνειας (αριστερά) είναι περισσότερο ομαλή από αυτή της μηπαραμετρική (δεξιά)

Δημοσκοπήσεις

Ποία είναι η κλίμακα μεγέθους των θεμάτων που επιθυμείτε να ψηφιοποιήσετε;

Αποτελέσματα

Online χρήστες

Έχουμε 18 επισκέπτες σε σύνδεση
Powered by Elxis - Open Source CMS.
Copyright (C) 2006-2019 Elxis.org. All rights reserved.