การพัฒนาระบบสแกนวัตถุเพื่อการจัดเก็บข้อมูลพื้นผิวสามมิติรายละเอียดสูงสำหรับพื้นผิวแบบระนาบและไม่ระนาบDevelopment of an Object Scanning System for Storing the High Definition 3D Data of the Planar and Non-Planar Surfaces

Abstract

ปัจจุบันเทคโนโลยีทางด้านคอมพิวเตอร์กราฟิกส์มีความเจริญก้าวหน้าเป็นอย่างมากจึงเป็นที่มาของความต้องการสร้างแบบจำลองสามมิติที่มีความสมจริงเพื่อนำไปใช้แสดงผลบนหน้าจอของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอุตสาหกรรมทางด้านภาพยนตร์ วิดีโอเกม แอนิเมชัน ประติมากรรม สถาปัตยกรรม การออกแบบผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยีความจริงเสริมและความจริงเสมือน และการสั่งพิมพ์แบบจำลองสามมิติผ่านเครื่องพิมพ์สามมิติ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและพัฒนาระบบสแกนวัตถุเพื่อการจัดเก็บข้อมูลพื้นผิวสามมิติรายละเอียดสูงสำหรับพื้นผิวแบบระนาบและไม่ระนาบโดยใช้วิธีการถ่ายภาพจากวัตถุจริงหลายมุมมองด้วยกล้องดิจิทัล DSLR เพื่อเก็บภาพความละเอียดสูงโดยมีขั้นตอนการปรับสีของภาพวัตถุให้ตรงกับสีจริงของวัตถุด้วยวิธีการสอบเทียบสีจากแผนภูมิทดสอบสี 24 สี (Color Checker) โดยขั้นตอนการถ่ายภาพวัตถุจะแบ่งออกเป็นสองส่วนหลัก ส่วนที่หนึ่งใช้กล่องสตูดิโอที่มีการติดตั้งแถบหลอดไฟแอลอีดีสีขาวในการถ่ายภาพวัตถุแบบ 360 องศาเพื่อนำไปประมวลผลภาพด้วยวิธีการรังวัดด้วยภาพ (Photogrammetry) เพื่อสร้างแบบจำลองสามมิติและภาพแผนที่สีพื้นผิวของวัตถุ ส่วนที่สองใช้เครื่องสแกนเนอร์สามมิติสำหรับสแกนพื้นผิวในการถ่ายภาพวัตถุในมุมมองเดียวกันแต่อยู่ภายใต้การส่องสว่างของแสงจากหลอดไฟ 8 ดวงในทิศทางที่แตกต่างกันเพื่อนำภาพไปประมวลผลภาพด้วยวิธีโฟโตเมตริกสเตอริโอ (Photometric Stereo) สำหรับสร้างภาพแผนที่สีพื้น ภาพแผนที่แนวฉาก และภาพแผนที่ความสูง สุดท้ายเมื่อนำภาพแผนที่ต่างๆ ไปใส่ให้แก่แบบจำลองสามมิติแล้วทำการเรนเดอร์ภาพแบบจำลองสามมิติส่งผลให้แบบจำลองสามมิติที่สร้างขึ้นมีความนูนสูงหรือนูนต่ำ รอยขรุขระ ร่องลึก ลวดลายต่างๆ และสีพื้นผิวที่ปรากฏอยู่บนพื้นผิวมีความสอดคล้องกับวัตถุจริง

Computer graphics technologies are significantly advanced. This results in the requirements for 3D models that are realistic in order to display on the screens of the electronic devices, in the movie, video game, animation, sculpture, architecture, product design, augmented reality (ar), and virtual reality (vr) technologies industries as well as to print the 3D models through 3D printers. The purpose of this research study is to design and develop the object scanning system for storing the high definition 3D data of the planar and non-planar surfaces by taking the photos of real objects in many angles with the DSLR digital camera to store high definition photos. The colors of the photos of the objects were adjusted with the color calibration method from the color checker with 24 colors. To take photos, the photos of the objects were divided into two main parts. For the first part, the studio camera with white LED was used for taking 360 degree photos being processed with photogrammetry in order to create 3D models and texture maps of the objects. For the second part, a 3D scanner was used in order to scan the surfaces of the objects at the same angle with the different directions of lights from eight light bulbs in order to process the photos with photometric stereo for creating base color maps, normal maps and heightmaps. Finally, the map photos were inputted in the 3D models. Then, the 3D models were rendered. As a result, the 3D models had high reliefs, bas reliefs, rugged surfaces, deep grooves and patterns. Additionally, the colors on the surfaces were consistent with the real objects.