Skenovanie ľudská tvár a telo

Skenovanie ľudskej tváre

Využitím technológií, metód a postupov, ktoré sme nadobudli z predchádzajúcich projektov, sme začali vyvíjať systém na skenovanie ľudskej tváre. Tento systém pozostáva z ôsmich synchrónne pracujúcich fotoaparátov, ktoré dokážu naskenovať aj mimiku tváre. Je potrebné, aby synchronizácia medzi fotoaparátmi a bleskmi prebehla v čo najkratšom čase a aby samotné skenovanie (fotenie) trvalo len stotinu sekundy.

Aby systém dokázal zachytiť čo najviac detailov tváre, dôležitá je:

relatívna poloha kamier vzhľadom k ľudskej tváre
dostatočné rozlíšenie senzorov kamier
osvetlenie pomocou bleskov
aby obraz tváre bola na čo najväčšej ploche snímky

Pomocou tohto riešenia sme naskenovali hlavu kolegu (Obr. 1). Z 3D modelu sme následne vytvorili krátku animáciu pohybu hlavy a vytlačili na jednofarebnej 3D tlačiarni v zmenšenej podobe. Keďže tieto 3D modely obsahujú aj farebnú informáciu, je možné ich vytlačiť aj na viacfarebnej tlačiarni.

Obr. 1a: 3D model (vľavo) a jednofarebná 3D tlač (vpravo)

Obr. 1b: detail modelu

Animácia 3d modelu

Skenovanie kostýmu a celého človeka

V projekte pre SND sme vytvorili 3D model kostýmu Jánošika z divadelnej hry Na skle maľované (Obr. 2). Väčšina kostýmov z divadelných hier sa podľa zákona po derniére musia zničiť. Digitalizácia takýchto kostýmov má preto dôležitú úlohu pri zachovávaní kultúrneho dedičstva. Tento projekt predstavoval medzikrok pre vývoj systému na skenovanie tvárí a ľudí. V tomto prípade nebolo potrebné vytvoriť sken v krátkom čase, keďže išlo o statický objekt (figurína). Sken sa vykonal pomocou jedného fotoaparátu a trval niekoľko minút. Z výstupov sme vytvorili animácie na 3D TV, ktoré sme prezentovali na DOD Slovenského národného divadla.

V ďalšom teste sme vyskúšali naskenovať reálneho človeka. Na to sme použili všetky naše fotoaparáty. Keďže išlo o relatívne malý počet, bolo potrebné kamery počas skenovania premiestňovať okolo človeka, čo malo vplyv na obťažnosť, čas, kvalitu a presnosť modelu. Výsledky sú znázornené na Obr. 2 a Obr. 3.

Po zvýšení počtu fotoaparátov by sme boli schopní systém nastaviť tak, aby bolo možné naskenovať celého človeka v stotine sekundy. Výstup by bol kvalitnejší, presnejší a geometricky vernejší.

Obr. 2 3D modely kostýmu (vľavo) a človeka (vpravo)

Obr. 3 Detail 3D modelu človeka

Meranie na 3D modeloch

3D modely vytvorené fotogrametrickým skenovaním sú v mierke 1:1, čiže je na ňom možné merať (napr. vzdialenosti, obvody, plochy, objemy, miery) v reálnom čase na počítači, ktorý je vybavený potrebným softvérom. Je taktiež možné vykonávať rôzne rezy (vertikálne, horizontálne, šikmé) pomocou ktorých by sa dali merať napríklad obvody pásu, rúk a iných mier. (Obr. 4) (Obr. 5)

Aby sa takéto merania dali vykonať, je potrebné:

Mať skenovací systém prispôsobený na určenie mierky (napr. pomocou cieľových značiek alebo presných polôh kamier, ktoré musia byť zamerané súradnicovým meracím prístrojom alebo geodetickým prístrojom). Zameranie takýchto značiek alebo kamier by sa vykonalo len pri stavaní systému. Tieto body by relatívny posun voči sebe nemali mať, aby nedošlo k posunu súradníc a tým pádom aj k zmene vzdialeností medzi bodmi.
Zabezpečiť, aby dáta z kamier boli automaticky stiahnuté do centrálneho počítač.
Počítač by mal byť vybavený softvérovým riešením s dostatočne veľkým úložným priestorom a výkonom.
Mať vytvorené algoritmy, ak by bola požiadavka mať celý systém plne automatizovaný.

Presnosť samotných modelov záleží od rozlíšenia, polôh a počtu kamier, predmetovej vzdialenosti a od presnosti odmeraných cieľových značiek alebo kamier. Je potrebné mať zadefinované aké presné a kvalitné by 3D modely mali byť. Od toho by sa určila technika a cena systému. Pri menej kvalitnej technike by presnosť mohla byť centimetrová, pri lepšej milimetrová, prípadne submilimetrová.

Je potrebné myslieť aj na veľkosť a rozmery systému. Zredukovať veľkosť by sa dalo použitím malých fotoaparátov. Tieto však majú menšie rozlíšenie a menší uhol záberu v porovnaní s drahšími zrkadlovkami. Aby sa takýmito kamerami naskenovalo celé telo človeka, treba ich použiť viac (niekoľko desiatok).