Nový způsob snímání 3D objektů používá starý dobrý Archimédův zákon

  • Vědci vyvinuli nový systém snímání a rekonstrukce trojrozměrných objektů
  • Technologie využívá Archimédův zákon o vztlaku kapalin vůči objemu ponořeného objektu
  • Systém dosahuje vysoké přesnosti a poradí si i tam, kde laserové snímání nelze použít

Vědci z univerzity Ben Gurionova v Negevu představili novou techniku snímání trojrozměrných předmětů, která využívá Archimédova zákona o kapalinách. Z ponořeného objektu dokáže systém díky zvýšené hladině rekonstruovat trojrozměrný charakter celého objektu, přičemž lze velmi jednoduše škálovat přesnost a nasnímat i skrytá zákoutí objektů, které není možné naskenovat pomocí tradičních laserových systémů.

Podle dávných příběhů, když se Archimédés jednou koupal v kádi s vodou a přemýšlel, jak vyřešit problém s odhalením falešného zlata v královské koruně, všiml toho, že objem vytlačené vody se rovná objemu ponořeného objektu. A tehdy zvolal své slavné „Heuréká!“.

I když dosud nebyl tento příběh potvrzen (i s tím, že poté pobíhal nahý po syrakuských ulicích, kde tehdy bydlel), jedno je jisté. Archimédés položil základy hydrostatiky, které používáme dodnes. A jak je vidět na novém systému skenování, hodí se i pro pokročilé technologie.

Stačí ponořit a měřit

Vědci v rámci konstrukce zařízení používají robotickou ruku, se kterou se ve výpočetních modelech počítá a která drží konkrétní objekt. Může jít jak o jednoduché objekty bez vnitřních prostor – viz třeba ukázková soška slona, ale i složitější struktury.

Právě u nich je největší potenciál použití tohoto systému. Zatímco zmíněného slona poměrně snadno naskenujete pomocí laserových systémů, se složitějšími předměty už budete mít problém, protože jste vždy omezení tím, kam laserový paprsek dosáhne pod daným úhlem. Laserový systém také nelze použít například u lesklých či průhledných předmětů.

Vyvinutý inovativní systém využívá Archimédova zákona, který popisuje, že objem vytlačené kapaliny se rovná objemu ponořeného tělesa. Pokud byste ale například zmíněnou sošku ponořili do kapaliny celou rovnou, kromě jednoho čísla v podobě objemu předmětu byste nic moc nezjistili.

Technologii tak funguje na bázi postupného ponořování do kapaliny a získávání objemu vrstev, když se při každém kroku měří právě objem vytlačené kapaliny.

Zvýšení přesnosti a tvorba 3D struktury

Při tomto postupu lze sice pochopitelně získat pouze poměrně nepřesný dvourozměrný obraz daného objektu, ale získání trojrozměrného modelu je relativně snadné – stačí objekt ponořit i v jiných úhlech.

S pomocí matematiky a správných algoritmů pro odstranění šumu lze pak z naměřených dat zrekonstruovat trojrozměrnou strukturu objektu. Přesnost modelu je úzce spojená s tím, kolik kroků se použije při ponoření (v tomto případě po 2 mm), tedy zjednodušeně rozlišení snímání a také pod kolika úhly je dané měření prováděno.

Jak je možné vidět na ukázkových modelech, poměrně vysoké přesnosti rekonstrukce lze dosáhnout při použití jednoho tisíce „virtuálních“ ponoření (přesnost se zvýšila dobře zvolenými úhly a algoritmy) daného objektu při různých úhlech. S vyšším rozlišením ale také stoupá nutnost mít přesné měřící přístroje (použitý snímač dokázal rozlišit 0,1 mm rozdílu výšky hladiny) a také přichází problém s rychlostí snímání – hladina vody se musí uklidnit.

Vědci tak už přemýšlí nad tím, že by tento problém bylo možné vyřešit kontinuálním ponořováním s tím, že by se počítalo s měřením poměru zvyšování výšky hladiny a rychlosti ponoru. Rozhodně je zajímavé vidět to, že i hodně staré zákony mají co říct i v moderním světě.

Oficiální materiál k výzkumu si můžete stáhnout ve formě PDF

Témata článku: Věda, Technologie, Výzkum, 3D, Vnitřní prostor, Oficiální materiál, Trojrozměrný objekt, Laserový systém, Vysoké rozlišení, Trojrozměrná struktura, Ukázkový model, PDF, Vysoká přesnost, Trojrozměrný model, Rekonstrukce, Objekt, Paprsek, Zlato, Největší potenciál, Archimedes, Pokročilá technologie, Celý objekt, Kapalina, Získávání, Dvourozměrný obraz