การสร้างภาพเชิง 3 มิติ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

การสร้างภาพเชิง 3 มิติ (อังกฤษ: three-dimensional imaging) คือ การหารูปร่างและขนาดของวัตถุใน 3 มิติ โดยเทคนิคของการวัดรูปร่างนี้ จะมีเงื่อนไขจำกัดอยู่ เนื่องจากสิ่งที่ต้องการวัดคือ ขนาดสัมบูรณ์ของวัตถุ เพราะฉะนั้นขนาดของวัตถุที่วัดได้ จะต้องไม่ขึ้นกับชนิดผิวและการสะท้อนของวัตถุ ระยะห่างจากอุปกรณ์เก็บภาพ 3 มิติ และ สภาพแสงและการส่องสว่าง

เทคนิคในการเก็บภาพ 3 มิตินี้ มีอยู่หลายวิธีด้วยกัน ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อจำกัดที่แตกต่างกันไป อุปกรณ์รับรู้ที่ใช้ในการเก็บภาพ 3 มิตินี้ สามารถแยกกว้างๆ ได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

  1. การสามเหลี่ยม (triangulation)
  2. การวัดโดยเวลาในการเดินทาง (time-of-flight measurement, TOF)
  3. การวัดการแทรกสอด (interferometry)

การสามเหลี่ยม[แก้]

การสามเหลี่ยม เป็นการวัดหาระยะความลึก (depth) ของภาพโดยในการวัดจะมีพื้นฐานมาจาก การตัดกันของแกนอะไรบางอย่างเป็นรูปสามเหลี่ยม เมื่อรวมกับข้อมูลของอุปกรณ์วัด จะทำให้สามารถหาระยะลึกได้

  1. เทคนิคการใช้โฟกัส
    1. Depth from focus
    2. Depth from defocus
    3. การสามเหลี่ยมแบบกัมมันต์ (Active triangulation) กระทำด้วยการฉายแสงที่มีโครงสร้างแน่นอน ไปบนวัตถุ โดยอาศัยข้อมูลตำแหน่งของตัวฉายแสงกับอุปกรณ์รับ และ มุมที่อุปกรณ์ทั้งสองไปยังตำแหน่งใดๆของแสง ทำกับเส้นเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองเป็นสามเหลี่ยม จะทำให้หาระยะความลึกได้ โดยแสงที่ฉายอาจเป็นจุด เส้น หรือแสงที่เข้ารหัส
    4. การสามเหลี่ยมแบบกสานติ์ (Passive triangulation) จะเป็นลักษณะของการเห็นสามมิติ จะใช้อุปกรณ์รับภาพ 2 ตัวหรือมากกว่า โดยการหาตำแหน่งร่วมในภาพ แล้ววัดระยะของตำแหน่งร่วมใดๆ ในภาพ ต้วยการสามเหลี่ยม จากข้อมูลตำแหน่งอุปกรณ์รับภาพทั้งสองกับมุม เช่นเดียวกับในกรณี การสามเหลี่ยมกัมมันต์ ซึ่งการหาตำแหน่งร่วมนี้เป็นจุดสำคัญ โดยอาจทำได้โดยการจับคู่จุดเด่นในภาพ พื้นผิวของภาพ หรือ การเอาวัตถุที่มีลักษณะเฉพาะเข้าไปวางบนวัตถุ หรือไว้ในฉากที่ต้องการวัด
  2. Theodolites หรือ เครื่องมือรังวัด
  3. Shape from shading วิทยานิพนธ์ฉบับแรกในเรื่องนี้ Shape from Shading: A Method for Obtaining the Shape of a Smooth Opaque Object from One View โดย Berthold K. P. Horn เป็นการหารูปร่างจากแสงและเงา โดยใช้ตำแหน่งของอุปกรณ์รับภาพ และตำแหน่งของอุปกรณ์ฉายแสง ในการหาขนาดของวัตถุ

การวัดโดยเวลาในการเดินทาง[แก้]

เป็นเทคนิคหาระยะ โดยวัดระยะเวลาการเดินทางของสัญญาณที่ส่งออกไป และสะท้อนวัตถุกลับมา เมื่อรวมกับความเร็วในการเดินทางของสัญญาณ จะทำให้หาระยะความลึกได้ สัญญาณที่ใช้วัดจะแบ่งได้เป็น pulse modulation continuous wave และ pseudo-random noise


ประเภทของภาพ 3 มิติ[แก้]

  1. ภาพสามมิติแบบทัศนียภาพ เป็นภาพเขียนแบบที่มีลักษณะเป็นจุดรวมสายตา เมื่อภาพมองดูภาพที่ใกล้ก็จะมีขนาดใหญ่ และเมื่อไกลออกไปจะมองเห็นเล็กลงไปรวมจุด ภาพเขียนแบบชนิดนี้นิยมใช้เขียนในงานสถาปัตยกรรม มีอยู่ 3 แบบ ดังนี้
    1. ภาพทัศนียภาพแบบรวมสายตา 1 จุด เป็นภาพเขียนแบบที่มองเห็นด้านหน้าลักษณะตรงตั้งฉากและจะเห็นด้านอื่นเอียงลึกลงไปรวมจุดเพียงหนึ่งจุด มีอยู่ 3 ลักษณะคือ แนวระดับสายตา, แนวมุมสูง และแนวมุมต่ำ
    2. ภาพทัศนียภาพแบบรวมสายตา 2 จุด เป็นภาพเขียนแบบที่มีจุดรวมสายตาอยู่ 2 จุด คือ จุดทางด้านซ้ายมือ (LVP) และจุดทางด้านขวามือ(RVP)
    3. ภาพทัศนียภาพแบบรวมสายตา 3 จุด เป็นภาพเขียนแบบที่มีจุดรวมสายตาอยู่ 3 จุด คือจุดรวมสายตาทางด้านซ้ายมือ จุดรวมสายตาทางด้านขวามือ และจุดรวมสายตาทางด้านล่างหรือด้านบน
  2. ภาพออบลิค เป็นภาพเขียนแบบที่ด้านหน้ามีลักษณะตั้งตรง ส่วนภาพด้านข้างและด้านบนจะเอียงลึกลงไปเพียงด้านเดียว โดยมีขนาดที่ขนานเท่ากันตลอด โดยทั่วไปจะเป็นมุมเอียง 45 องศา มีอยู่ 2 แบบ ดังนี้
    1. ภาพออบลิคแบบเต็มส่วน (Cavalier Drawing) เป็นแบบที่มีอัตราส่วนภาพระหว่างความกว้าง: ความสูง : ความลึกของภาพเป็น 1 : 1 : 1
    2. ภาพออบลิคแบบครึ่งส่วน(Cabinet Drawing) เป็นแบบที่มีอัตราส่วนภาพระหว่างความกว้าง:ความสูง : ความลึก ของภาพเป็น 1 : 1 :0.5
  3. ภาพสามมิติแบบแอกโซโนเมตริก(Axonometric) คำว่าแอกซอน (Axon) มาจากคำว่า Axis ซึ่งแปลว่าแกนฉะนั้นภาพแอกโซโนเมตริจึงเป็นภาพสามมิติที่วัดจากแกนสามแกนมุมรวมกัน 360 องศา โดยมีแกนหลักทำมุมตั้งฉากกับแนวนอน ส่วนอีกสองแกนจะมีมุมเอียงลึกลงไปทั้งสองข้าง มีอยู่ 3 แบบดังนี้
    1. ภาพไดเมตริก (Diametric Projection) เป็นภาพเขียนแบบสามมิติที่มีมุมรอบศูนย์กลางจำนวนสามแกน โดยสองแกนมุมเท่ากัน ส่วนแกนที่สามทำมุมต่างออกไป และแกนหลักต้องทำมุมตั้งฉากกับแนวนอน โดยมีรูปแบบอัตราส่วนความกว้าง ความสูง และความลึกของภาพอยู่หลายรูปแบบ
    2. ภาพไตรเมตริก(Trimetric Projection) เป็นภาพเขียนแบบสามมิติที่มีมุมรอบศูนย์กลางจำนวนสามแกนโดยทั้งสามแกนทำมุมไม่เท่ากัน และแกนหลักต้องทำมุมตั้งฉากกับแนวนอน โดยมีสัดส่วนความกว้างความสูง และความลึกของภาพ
    3. ภาพไอโซเมตริก(Isometric Projection) เป็นภาพเขียนแบบสามมิติที่มีมุมรอบศูนย์กลางจำนวนสามแกนโดยทั้งสามแกนทำมุม 120 องศาเท่ากัน และแกนหลักต้องทำมุมตั้งฉากกับแนวนอนโดยมีสัดส่วนความกว้าง ความสูง และความลึกของภาพ