В.А. МАКЕЕВ Научный руководитель – И.В. САФОНОВ, к.т.н., доцент

В.А. МАКЕЕВ
Научный руководитель – И.В. САФОНОВ, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ВЗАИМНО ПРОЗРАЧНЫХ ТРЁХМЕРНЫХ
ОБЪЕКТОВ, НЕПРОЗРАЧНЫХ ОТНОСИТЕЛЬНО ФОНА
Рассмотрены подходы к визуализации взаимно прозрачных трёхмерных объектов, непрозрачных относительно фона с использованием графического API
OpenGL. Предложено использование взаимно прозрачных объектов для визуального контроля качества трёхмерной реконструкции поверхности на основе снимков с растрового электронного микроскопа.
Задача визуализации трёхмерных объектов на некотором статичном
фоне возникает в задачах визуализации данных, при создании графических эффектов, развлекательных приложений. Предложены несколько
решений данной задачи.
В ходе исследования использовался графический API OpenGL являющийся открытым графическим программным интерфейсом, широко применяемым как в персональных компьютерах, так и в растущем спектре
устройств на платформе arm – планшетах, смартфонах, телевизорах. Однако, подобные подходы возможно использовати и с API DirectX, также
широко применимом на различных устройствах.
Первый вариант решения предполагает визуализацию взаимно прозрачных объектов в текстуру, каждому объекту присваивается прозрачность. Затем визуализируется плоскость с полученной текстурой, причём
цветовые компоненты пересчитываются с использованием альфа-маски
для достижения непрозрачности объектов относительно фона. Данный
вариант обладает недостатками, связанными с ограниченными возможностями части аппаратных платформ в визуализации в текстуру, из-за которых приходится прибегать к обходным алгоритмам. Рассмотрены 2 способа обхода данных ограничений, оба являются компромиссными: один
из них обладает меньшей производительностью, другой – уменьшает качество цветопередачи визуализируемых объектов.
Второй вариант решения основан на визуализации без использования
промежуточной текстуры. Взаимная прозрачность достигается за счёт
манипуляций с альфа-каналом выходного изображения в процессе визуализации взаимно прозрачных объектов, а затем – корректировки выходного альфа-канала при помощи вспомогательного объекта, не вносящего
изменений в цветовые компоненты изображения. Данный метод оказывается заметно более производительным и не требует компромисса в каче-
стве изображений, что делает данное решение более применимым к практическим задачам.
В частности, произведено сравнение частоты кадров при использовании первого подхода с учётом обхода ограничений части аппаратных
платформ, не производящего ухудшения цветопередачи и второго подхода. В случае использования второго подхода при визуализации тестового
набора объектов, частота кадров оказалась в 1,12 раз больше, что имеет
значение для достижения необходимой плавности кадров при оптимизации 3d приложений.
Предлагается использовать визуализацию взаимно прозрачных трёхмерных объектов для реализации визуального контроля качества трёхмерной реконструкции поверхности на основе изображений с растрового
электронного микроскопа (РЭМ) [1].
В данной задаче имеется несколько (более одного) снимков некоторой
поверхности, полученных с РЭМ под разными углами наклона предметного столика. На основе данных снимков осуществляется трёхмерная реконструкция изучаемой поверхности. При реконструкции возможно влияние различных факторов, сказывающихся на качестве реконструкции. По
этой причине является актуальным визуальный контроль качества полученной модели.
Предлагается разместить плоскости с фотографиями, на основе которых производится реконструкция, в основании модели или внутри неё под
соответствующими углами наклона предметного столика. Далее, с использованием второго, предложенного выше, решения, осуществляется
визуализация взаимно прозрачных объектов – реконструированной модели и одной из плоскостей с фотографией. По умолчанию, модель непрозрачна. В случае, если пользователь обнаруживает участок модели, который похож на выброс, предоставляется возможность включить взаимную
прозрачность объектов и увидеть сквозь модель нужную плоскость для
сопоставления с моделью.
В отличие от тривиального случая задания прозрачности, при использовании предложенного подхода, цвет заднего фона не оказывает влияния
на цвет объектов. Весь динамический диапазон цвета используется для
отображения существенной информации.
Список литературы
1. A.A. Zolotukhin, I.V. Safonov, K.A. Kryzhanovskii “3D Reconstruction for a Scanning
Electron Microscope”, Pattern Recognition and Image Analysis, Vol. 23, No. 1, pp. 168–174, 2013