Ученые из Токийского технологического института разработали новую технологию смешанного светового поля, которая использует сочетание управляемого лучами окружающего освещения и проекционного картирования. В новом методе используется матрица калейдоскопа для достижения управляемого лучами освещения и алгоритм двоичного поиска для удаления окружающего освещения, что позволяет создавать захватывающую дополненную реальность и находит применение в различных областях.
Проекционное отображение (ПО) – это увлекательная технология, которая обеспечивает визуальное погружение, проецируя сгенерированные компьютером изображения на физические поверхности, плавно объединяя реальный и виртуальный миры. Она позволяет ощутить дополненную реальность без необходимости использования специальных очков. В результате ПО пользуется большим спросом в различных сферах, в том числе для улучшения сценических постановок, примерки одежды и макияжа, а также для образовательных демонстраций.
Несмотря на свой потенциал, существующие методы ПО сталкиваются с проблемами в ярких средах с рассеянным освещением, которое заливает светом всю сцену, снижая контрастность. Поэтому традиционные решения для ПО работают в основном в темном окружении. Однако даже так проекция не может обеспечить естественность сцены, поскольку в темном месте хорошо видна только цель проекции, в то время как окружение остается темным, что приводит к появлению чрезмерной яркости.
Чтобы решить эти проблемы, группа исследователей из Японии под руководством доцента Йошихиро Ватанабе с факультета информационно-коммуникационных технологий Токийского технологического института разработала инновационный подход к созданию смешанного светового поля для достижения проекции в ярко освещенном окружении.
«Вместо использования обычного окружающего света мы ввели смешанное световое поле, в котором управляемый лучом свет избегает цели ПО, освещая другие области в сцене, в то время как проектор освещает исключительно цель», – объясняет доктор Ватанабе. Результаты исследования были опубликованы в журнале IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics.
В центре находится блок освещения, управляемый лучами, который воспроизводит различные сценарии окружающего освещения, избегая при этом засветки. Для достижения этой цели исследователи разработали новую калейдоскопическую систему, состоящую из массива зеркал, расположенных за линзами, которые были размещены перед проектором. Такая установка позволила создать световое поле высокой плотности, что очень важно для управления освещением с помощью лучей.
Кроме того, чтобы избежать засветки мишеней проекции, ученые установили камеру для захвата изображений сцены и определения пикселей проектора, которые освещали мишени ПО, а затем выключали их. Чтобы определить эти пиксели, был использован метод бинарного поиска, в результате чего получилось эффективное смешанное световое поле.
Новый подход позволил добиться высококонтрастных презентаций в ярко освещенном помещении. При этом он сохранил естественный вид и тени остальных объектов, что стало решением ключевой проблемы в технологии ПО. В нескольких захватывающих дополненных сценах исследователи продемонстрировали органичное сосуществование проекции и обычных объектов, обеспечив захватывающий визуальный опыт.
Хотя ученые выявили некоторые ограничения, такие как низкая эффективность алгоритмов бинарного поиска при работе с крупными объектами, они уже определили потенциальные решения и активно работают над расширением этого подхода в будущем.
«Наши эксперименты доказывают эффективность использования этой техники для получения естественных презентаций ПО с точным освещением всех объектов. Смешанное световое поле имеет потенциал для использования проекций в различных практических повседневных приложениях, таких как аттракционы, поддержка в производстве и примерка макияжа», – говорит доктор Ватанабе, рассказывая о сферах применения их технологии.
Новый подход знаменует собой значительный шаг в развитии технологий, прокладывая путь для иммерсивного дополненного опыта в будущем.
[Фото: Associate Professor Yoshihiro Watanabe]
