Categories
Pulssi Älykästä tuotantoa

Syvyys­kuvan visua­li­soin­nista: joskus sitä joutuu venymään

Tässä artik­ke­lissa kuvataan Base Camp -hankkeen etätek­no­lo­gia­ko­keilun vaatimaa jatko­ke­hi­tystä virtu­aa­li­ho­lo­grammien visua­li­soin­ti­rat­kaisuun. Edelli­sessä artik­ke­lissa johdettiin trigo­no­metriaa hyödyntäen piste­pilven projek­tio­al­go­ritmin yksin­ker­tainen toteutus. Tässä artik­ke­lissa esitellään menetelmät piste­pilven sisäl­tämien pintojen yhtenäistämiseen. 

Yhtenäisten pintojen esittä­minen piste­pil­vestä 

Visua­li­soin­ti­to­teu­tuk­sessa kokeiltiin tiheää piste­pilveä, jonka pisteet suuren­nettiin katse­lue­täi­syyteen nähden siten, että malli näyttää yhtenäi­seltä. Mikäli tarkas­te­lu­kulma on lähellä kameran kuvaus­suuntaa, loppu­tulos näyttää varsin kelvol­li­selta. Useam­malla kameralla kuvattuna laatu luonnol­li­sesti paranee. Valitet­ta­vasti sivusta katsottuna illuusio yhtenäi­sestä pinnasta rikkoontuu varsin nopeasti, vaikka pisteitä esittävät neliöt suunnat­taisiin katsojaa kohti. Tilanne korostuu erityi­sesti, kun kuvataan kohteita hivenen kauempaa ja loppu­tu­losta tarkas­tellaan kuvaus­suun­nasta poiketen. Yhtenäinen pinta saadaan aikaan, kun projek­tio­pis­te­mallin neliöiden kulma­pisteet proji­soidaan niitä vastaavien korkeus­kartan syvyys­tie­tojen perus­teella. Ero teknii­koiden välillä on havait­ta­vissa kuvasta 1. 

Kaksi rinnakkaista kuvaa epäselvästä tietokoneprojisaatiosta, jossa kuvattuna ihmishahmo kaksiväristä taustaa vasten.
Kuva 1. Vasem­malla pelkästään neliöiden keski­pisteen syvyys­tiedon perus­teella proji­soidut neliöt. Oikealla neliöiden kulmien syvyys­tiedon avulla projisoituna. 

Ongelmana voivat kuitenkin olla syvyy­sar­vojen suuret vaihtelut korkeus­kartan pisteiden välillä. Vaikka neljän pisteen virittämä pinta pysyykin aina yhtenäisenä, neliö itsessään voi vääristyä. Kuten kuvasta 2 on nähtä­vissä, pahim­massa tapauk­sessa osa neliöistä venyy varsin paljon, eikä loppu­tulos ole kelvollinen. 

Epäselvä tietokoneen projisaatio, jossa kahden ihmishahmon kuvat ovat venyneet.
Kuva 2. Syvyy­sar­vojen poikkeama reuna­pis­teiden kulmien välillä venyttää neliöitä liikaa. 

Visua­li­soin­tial­go­ritmia muunnettiin siten, että se laskee kunkin neliön kulmissa olevat syvyy­sarvot ja päättelee, mikä neliön venymä on. Mikäli venymä ylittää tietyn raja-arvon, neliön tuottamat kuvapisteet jätetään piirtä­mättä. Loppu­tulos on nähtä­vissä kuvassa 3, jolloin näkyvissä on ainoastaan pintojen yhtenäi­semmät osiot. 

Tietokoneen projisaatio, jossa kaksi hahmoa ruskeaa taustaa vasten.
Kuva 3. Liiaksi venyneiden neliöiden tuottamat kuvapisteet rajattuna pois selkeyttää lopputulosta. 

Eri kameroiden projek­tioiden toista­minen 

Unity-projekti hyödyntää kolli­sio­mal­leilla luotua ratkaisua rajatakseen näytet­tävän striimin projek­tio­pis­te­mallia siten, että katso­jalle näytetään aina lähin striimi tallen­nettuun kameran suuntaan nähden. Tämä auttaa paran­tamaan hologrammin ulkoasua. Sillä on merki­tystä myös ruudun­päi­vi­tys­no­peuden nosta­miseen, joka varsinkin neljän tai useamman yhtäai­kaisen kamera­pro­jektion aikana laskisi liian alas. Kun kamera siirtyy kolli­sio­mallin rajaa­malle alueelle, vaihdetaan aina kolli­sio­mallin kytketty projektio näkyväksi. Kuvassa 4 näkyvien kolli­sio­mallien välissä olevien aukkojen avulla saadaan aikaan hyste­ree­si­vai­kutus, eivätkä projektiot vaihdu katsojan pienien sijain­ti­muu­tosten takia jatku­vasti kollio­sio­mallien reunoilla. 

Ruutukaappaus tietokoneohjelmasta, jossa luodaan kollisiomallia.
Kuva 4. Ruutu­kaappaus kolli­sio­mal­leista, jolla rajataan näkyvyyttä neljän kameran kesken. 

Yhteenveto 

Tässä vaiheessa meillä on tekniset edelly­tykset tuottaa tarkas­tel­tavia esityksiä Hololens-laitteelle. Hologram­meilla voi esittää kutakuinkin yhtenäisiä pintoja, ja näkymässä olevat kohteet ovat tarkas­tel­ta­vissa omina kokonai­suuk­sinaan. Lisäksi useamman kameran projek­tioiden esittä­minen on optimoitu Hololenseä varten. Seuraa­vassa artik­ke­lissa keski­tytään hologrammien havainnointikokemukseen. 


Kirjoittaja 

Anssi Gröhn, tieto­jen­kä­sit­telyn lehtori, Karelia-ammattikorkeakoulu 

Base Camp – Opiske­li­jay­rit­tä­jyy­sa­lus­tojen kehit­tä­minen -hanke 


Artik­ke­likuva: Kuvaaja Thisi­sEn­gi­neering RAEng palve­lusta Unsplash