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