จับภาพวัตถุสามมิติที่มีความมันวาวด้วยเครื่องสแกนเนอร์จากฝีมือนักวิจัยไทย

จากบทความที่แล้ว ที่ผู้เขียนได้เคยเล่าเกี่ยวกับการทำงานของเครื่อง 3D Scanner สำหรับการเก็บภาพ 3 มิติ ของโอบามา (http://interactivemedia.nida.ac.th/?p=471) ของต่างประเทศมาแล้ว วันนี้ผู้เขียนเลยจะขอเล่าถึงการทำงานของเครื่อง 3D Scanner ที่สร้างโดยคนไทยบ้าง โดย 3D Scanner จากบริษัท Lumio 3D รุ่น O3 เครื่องนี้ มีคุณสมบัติพิเศษกว่า 3D Scanner ทั่วไปอีกด้วย เพราะสามารถ scan วัตถุที่แวววาวได้ เช่น วัตถุที่เป็นโลหะ พลาสติก หรือ กระจก ซึ่งไม่สามารถทำได้โดยการใช้เทคโนโลยีทั่วไปมาก่อน แต่ก่อนอื่น เรามาดูกันว่าปัญหาหลัก ๆ ของวัตถุแวววาวมาจากอะไร

ปัจจุบันการเก็บภาพ 3 มิติ ของวัตถุ แบบไม่สัมผัสกับวัตถุ นั้นจะมีอยู่ 2 รูปแบบ ได้แก่ การเก็บภาพโดยใช้กล้องที่มีอยู่ โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม (Passive) และอีกรูปแบบคือ การใช้อุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม โดยเฉพาะการเสริมระบบแสง (Active) โดยหลักการส่วนใหญ่คือการคำนวณหาทิศทางของพื้นผิว (surface normal) ว่าหันไปทางใด โดยใช้ข้อมูลของแสงที่ตกกระทบบนวัตถุจากภาพ แล้วนำทิศทางของพื้นผิวเหล่านี้มาประกอบกันเป็นวัตถุ 3 มิติ โดยยิ่งถ้าเรามีภาพที่ถ่ายวัตถุจากหลาย ๆ มุม ก็ยิ่งทำให้เราคำนวณหาทิศทางของพื้นผิวได้แม่นยำขึ้น โดยที่สมมติฐานหลักของข้อมูลของแสงที่ตกกระทบในภาพ มีความสำคัญอย่างมากในการคำนวณเพื่อหาทิศทางของพื้นผิวบนวัตถุ ซึ่งโดยปกติจะใช้ สมมติฐานง่าย ๆ ว่า แสงที่ตกกระทบบนวัตถุ จะสว่างหรือมืดขึ้นกับทิศทางของพื้นผิวนั้น ๆ เทียบกับทิศทางที่แสงตกกระทบ (Lambertian) โดย ถ้าพื้นผิวส่วนนั้นสว่างมากแสดงว่าทิศทางของพื้นผิวนั้นหันเข้าหาแสงมาก และ ถ้าพื้นผิวส่วนนั้นมืดมากก็จะแสดงว่า ทิศทางของพื้นผิวส่วนนั้น หันออกจากแสงมากเช่นกัน ซึ่งจะเหมาะกับวัตถุที่มีการสะท้อนของแสงแบบด้าน ๆ ไม่แวววาว แต่สำหรับวัตถุแวววาวนั้น เนื่องจากจะมีพื้นที่ที่เป็นสีขาวสว่างจ้าที่เรียกว่า specular ที่เกิดจากการสะท้อนของแสงไปในทิศใดทิศหนึ่งมากเป็นพิเศษ จึงทำให้การคำนวณหาพื้นผิวของส่วนนั้น ๆ ยากแก่การหาทิศทางโดยละเอียด (เพราะสว่างเท่า ๆ กันหมดทั้งพื้นที่) จึงจำเป็นต้องนำมาพิจารณาเป็นพิเศษเพิ่มเติมถึงจะได้ ทิศทางของพื้นผิวที่แม่นยำขึ้น

โดยวิธีการของเครื่อง O3 นี้จะเป็นแบบ Active โดยใช้อุปกรณ์ที่มีการติดตั้งทั้งแสงและกล้องเพิ่มเติม โดยประกอบด้วยหลอดไฟ LED จำนวน 17,000 ดวงและกล้องจับภาพความละเอียดสูง 6 ตัวที่ถูกตั้งให้ทำงานเข้าจังหวะกับไฟ LED เนื่องจากจะช่วยให้สามารถเก็บภาพได้ละเอียดมากกว่า เพราะสามารถรู้ถึงตำแหน่งแสงที่เข้ามากระทบได้แม่นยำกว่า และที่สำคัญเจ้าเครื่องนี้จะมีการกำหนดแสงในรูปแบบที่จะสามารถตัดแสงสะท้อนสว่างจ้าจากวัตถุแวววาวได้ดีกว่าเครื่องอื่นๆ ซึ่งจะทำให้การคำนวณทิศทางของพื้นผิวนี้แม่นยำขึ้นมาก

ในกระบวนการของการเก็บภาพ 3 มิติ วัตถุจะถูกฉายแสงลักษณะพิเศษจำนวน 30 แบบซึ่งกล้องความละเอียดสูงจะจับภาพและส่งภาพมายังเครื่องเซิร์ฟเวอร์ เพื่อทำการคำนวณทิศทางของพื้นผิว และตัดแสงสะท้อนของวัตถุแวววาว จากนั้นวัตถุจะถูกหมุนไป 72 องศาและถูกฉายแสงอีกครั้ง ทำทั้งสิ้น 5 ครั้งเพื่อให้ได้ข้อมูลของวัตถุจากทุกทิศทาง หลังจากนั้นเครื่องเซิร์ฟเวอร์จะนำผลการคำนวณทิศทางของพื้นผิวในแต่ละด้าน มารวมกันเพื่อให้ได้ภาพ 3 มิติที่มีความครบถ้วนสมบูรณ์และมีคุณภาพสูง ซึ่งสามารถที่จะนำไปใช้ในได้ในงานทางวิศวกรรม งานควบคุมคุณภาพในโรงงานอุตสาหกรรม งานผลิตภาพยนตร์ การผลิตชิ้นส่วนเทียมทางการแพทย์ หรือแม้กระทั่งการนำสินค้าขึ้นสู่โลกออนไลน์ในรูปแบบ 3 มิติ


ภาพจากงานแสดงเทคโนโลยี SIGGRAPH 2016 ณ เมือง Anaheim มลรัฐแคลิฟอร์เนีย



ปลายปีนี้ทางบริษัท Lumio 3D จะนำเครื่องสแกน 3 มิติรุ่นใหม่ ไปจัดแสดงในงาน SIGGRAPH ASIA 2017 ซึ่งประเทศไทยมีโอกาสได้เป็นเจ้าภาพในปีนี้โดยงานประชุม SIGGRAPH ASIA 2017 จะจัดแสดงตั้งแต่วันที่ 27 - 30 พฤศจิกายน 2560 ที่ศูนย์นิทรรศการไบเทค บางนา จึงอยากขอเชิญชวนผู้ที่สนใจ เข้าร่วมชมงานแสดงเทคโนโลยีจากทุกมุมโลก ที่จะนำนวัตกรรมใหม่ล่าสุดในวงการคอมพิวเตอร์กราฟฟิคจากมหาวิทยาลัย สถาบันวิจัย และบริษัทชื่อดังทั่วโลกมาประชันกันในงานนี้