Une nouvelle technique d'imagerie permet de numériser avec précision les objets clairs et leur environnement, une réalisation qui a échappé aux méthodes de rendu 3D de pointe actuelles. La capacité de créer des détails, Les versions numériques 3D d'objets et de scènes du monde réel peuvent être utiles pour la production de films, créer des expériences de réalité virtuelle, améliorer la conception ou l'assurance qualité dans la production de produits clairs et même pour la préservation d'objets rares ou culturellement importants.

« En numérisant plus précisément les objets transparents, notre méthode nous aide à nous rapprocher de l'élimination de la barrière entre le monde numérique et physique, " a déclaré Jonathan Stets, Université technique du Danemark, et co-responsable de l'équipe de recherche qui a développé le pipeline. "Par exemple, cela pourrait permettre à un concepteur de placer un objet physique dans une réalité numérique et de tester à quoi ressembleraient les modifications apportées à l'objet. "

Les objets transparents sont difficiles à numériser car leur apparence provient presque entièrement de leur environnement. Bien qu'un tomodensitomètre puisse acquérir la forme d'un objet clair, cela nécessite de retirer l'objet de son environnement et de l'éclairage, qui doit également être capturé pour recréer avec précision l'apparence de l'objet.

Les chercheurs détaillent leur approche de la numérisation d'objets transparents dans la revue The Optical Society Optique appliquée . Une innovation clé dans le développement de la nouvelle méthode a été l'utilisation d'un bras robotique pour enregistrer les emplacements précis de deux caméras utilisées pour imager des scènes contenant un objet clair. Disposer de ces informations spatiales détaillées a permis aux chercheurs de prendre des photographies de la scène, retirez l'objet et scannez-le dans un tomodensitomètre, puis replacez-le dans la scène, à la fois numériquement et dans la vie réelle, pour comparer avec précision la scène réelle et sa reconstruction virtuelle.

Comparaison pixel par pixel"Le bras robotique nous permet d'obtenir une photographie et un calcul 2D, ou rendu, image qui peut être comparée pixel par pixel pour mesurer l'adéquation des images, " a déclaré Alessandro Dal Corso, co-responsable de l'équipe de recherche. "Cette comparaison quantitative n'était pas possible avec les techniques précédentes et nécessite un alignement extrêmement précis entre le rendu numérique et la photographie."

Une fois les versions numériques des objets finalisées, la méthode fournit des informations sur les propriétés matérielles de l'objet qui sont distinctes de sa forme. "Cela permet aux objets en verre numérisés d'avoir toujours un aspect réaliste lorsqu'ils sont placés dans un environnement numérique complètement différent, " a expliqué Jeppe Frisvad, un membre de l'équipe de recherche. "Par exemple, il pourrait être placé sur une table dans un salon numérique ou sur le comptoir d'une cuisine virtuelle."

En utilisant une configuration optique contenant des composants facilement disponibles, les chercheurs ont testé leur nouveau workflow en numérisant trois scènes, chacun contenant un objet en verre différent sur une table avec un fond en damier blanc et gris. Ils ont commencé par acquérir des scans lumineux structurés de la scène, une méthode d'imagerie qui utilise la déformation d'un motif projeté pour calculer la profondeur et les surfaces des objets de la scène. Ils ont également utilisé une sphère chromée pour acquérir une image à 360 degrés de l'environnement. La scène était éclairée par des LED disposées en arc de cercle pour capturer comment la lumière provenant de différents angles interagissait avec les parties opaques de la scène. Les chercheurs ont également scanné séparément les objets en verre dans un scanner CT, qui a fourni des informations pour reconstruire la surface de l'objet. Finalement, la version numérique de la scène et l'objet en verre rendu ont été combinés pour produire une représentation 3D de l'ensemble de la scène.

L'analyse quantitative a montré que les images de la scène numérique et de la scène du monde réel correspondaient bien et que chaque étape du nouveau flux de travail d'imagerie contribuait à la similitude entre les images rendues et les photographies.

"Parce que les photographies sont prises dans des conditions contrôlées, nous pouvons faire des comparaisons quantitatives qui peuvent être utilisées pour améliorer la reconstruction, " dit Frisvad. " Par exemple, il est difficile de juger à l'œil nu si la surface de l'objet reconstruite à partir du scanner est précise, mais si la comparaison montre des erreurs, alors nous pouvons utiliser ces informations pour améliorer les algorithmes qui reconstruisent la surface à partir du scanner."

Une nouvelle façon de mesurer les propriétés optiquesL'approche fournit également un moyen sans contact de mesurer les propriétés optiques d'un matériau. Cela rend la technique potentiellement utile pour un large éventail d'applications au-delà des films et de la réalité virtuelle.

Par exemple, l'approche pourrait permettre aux chercheurs de créer un rendu numérique d'un objet puis d'ajuster un paramètre, comme l'indice de réfraction, pour mieux comprendre les propriétés du matériau réel. Alors que les technologies précédentes nécessitent parfois de découper un morceau de l'objet pour mesurer ses propriétés optiques, la nouvelle technique pourrait être utile pour analyser des objets transparents rares ou précieux sans endommager l'objet. La technique pourrait également être appliquée pour aider les ingénieurs à affiner la conception ou la fabrication de produits transparents.

Les chercheurs souhaitent élargir leur approche à d'autres défis du rendu 3D, comme le rendu d'objets qui présentent un éclat métallique ou qui sont translucides. Ils travaillent également sur des moyens d'accélérer l'acquisition des différentes images et scans afin que l'approche puisse être utilisée pour l'assurance qualité dans la production de produits clairs.