การสร้างภาพเชิง 3 มิติ

การสร้างภาพเชิง 3 มิติ (อังกฤษ: three-dimensional imaging) คือ การหารูปร่างและขนาดของวัตถุใน 3 มิติ โดยเทคนิคของการวัดรูปร่างนี้ จะมีเงื่อนไขจำกัดอยู่ เนื่องจากสิ่งที่ต้องการวัดคือ ขนาดสัมบูรณ์ของวัตถุ เพราะฉะนั้นขนาดของวัตถุที่วัดได้ จะต้องไม่ขึ้นกับชนิดผิวและการสะท้อนของวัตถุ ระยะห่างจากอุปกรณ์เก็บภาพ 3 มิติ และ สภาพแสงและการส่องสว่าง

เทคนิคในการเก็บภาพ 3 มิตินี้ มีอยู่หลายวิธีด้วยกัน ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อจำกัดที่แตกต่างกันไป อุปกรณ์รับรู้ที่ใช้ในการเก็บภาพ 3 มิตินี้ สามารถแยกกว้างๆ ได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

1. การสามเหลี่ยม (triangulation)
2. การวัดโดยเวลาในการเดินทาง (time-of-flight measurement, TOF)
3. การวัดการแทรกสอด (interferometry)

การสามเหลี่ยม

การสามเหลี่ยม เป็นการวัดหาระยะความลึก (depth) ของภาพโดยในการวัดจะมีพื้นฐานมาจาก การตัดกันของแกนอะไรบางอย่างเป็นรูปสามเหลี่ยม เมื่อรวมกับข้อมูลของอุปกรณ์วัด จะทำให้สามารถหาระยะลึกได้

1. เทคนิคการใช้โฟกัส
   1. Depth from focus
   2. Depth from defocus
   3. การสามเหลี่ยมแบบกัมมันต์ (Active triangulation) กระทำด้วยการฉายแสงที่มีโครงสร้างแน่นอน ไปบนวัตถุ โดยอาศัยข้อมูลตำแหน่งของตัวฉายแสงกับอุปกรณ์รับ และ มุมที่อุปกรณ์ทั้งสองไปยังตำแหน่งใดๆของแสง ทำกับเส้นเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองเป็นสามเหลี่ยม จะทำให้หาระยะความลึกได้ โดยแสงที่ฉายอาจเป็นจุด เส้น หรือแสงที่เข้ารหัส
   4. การสามเหลี่ยมแบบกสานติ์ (Passive triangulation) จะเป็นลักษณะของการเห็นสามมิติ จะใช้อุปกรณ์รับภาพ 2 ตัวหรือมากกว่า โดยการหาตำแหน่งร่วมในภาพ แล้ววัดระยะของตำแหน่งร่วมใดๆ ในภาพ ต้วยการสามเหลี่ยม จากข้อมูลตำแหน่งอุปกรณ์รับภาพทั้งสองกับมุม เช่นเดียวกับในกรณี การสามเหลี่ยมกัมมันต์ ซึ่งการหาตำแหน่งร่วมนี้เป็นจุดสำคัญ โดยอาจทำได้โดยการจับคู่จุดเด่นในภาพ พื้นผิวของภาพ หรือ การเอาวัตถุที่มีลักษณะเฉพาะเข้าไปวางบนวัตถุ หรือไว้ในฉากที่ต้องการวัด
2. Theodolites หรือ เครื่องมือรังวัด
3. Shape from shading วิทยานิพนธ์ฉบับแรกในเรื่องนี้ Shape from Shading: A Method for Obtaining the Shape of a Smooth Opaque Object from One View โดย Berthold K. P. Horn เป็นการหารูปร่างจากแสงและเงา โดยใช้ตำแหน่งของอุปกรณ์รับภาพ และตำแหน่งของอุปกรณ์ฉายแสง ในการหาขนาดของวัตถุ

การวัดโดยเวลาในการเดินทาง

เป็นเทคนิคหาระยะ โดยวัดระยะเวลาการเดินทางของสัญญาณที่ส่งออกไป และสะท้อนวัตถุกลับมา เมื่อรวมกับความเร็วในการเดินทางของสัญญาณ จะทำให้หาระยะความลึกได้ สัญญาณที่ใช้วัดจะแบ่งได้เป็น pulse modulation continuous wave และ pseudo-random noise

ประเภทของภาพ 3 มิติ

1. ภาพสามมิติแบบทัศนียภาพ เป็นภาพเขียนแบบที่มีลักษณะเป็นจุดรวมสายตา เมื่อภาพมองดูภาพที่ใกล้ก็จะมีขนาดใหญ่ และเมื่อไกลออกไปจะมองเห็นเล็กลงไปรวมจุด ภาพเขียนแบบชนิดนี้นิยมใช้เขียนในงานสถาปัตยกรรม มีอยู่ 3 แบบ ดังนี้
   1. ภาพทัศนียภาพแบบรวมสายตา 1 จุด เป็นภาพเขียนแบบที่มองเห็นด้านหน้าลักษณะตรงตั้งฉากและจะเห็นด้านอื่นเอียงลึกลงไปรวมจุดเพียงหนึ่งจุด มีอยู่ 3 ลักษณะคือ แนวระดับสายตา, แนวมุมสูง และแนวมุมต่ำ
   2. ภาพทัศนียภาพแบบรวมสายตา 2 จุด เป็นภาพเขียนแบบที่มีจุดรวมสายตาอยู่ 2 จุด คือ จุดทางด้านซ้ายมือ (LVP) และจุดทางด้านขวามือ(RVP)
   3. ภาพทัศนียภาพแบบรวมสายตา 3 จุด เป็นภาพเขียนแบบที่มีจุดรวมสายตาอยู่ 3 จุด คือจุดรวมสายตาทางด้านซ้ายมือ จุดรวมสายตาทางด้านขวามือ และจุดรวมสายตาทางด้านล่างหรือด้านบน
2. ภาพออบลิค เป็นภาพเขียนแบบที่ด้านหน้ามีลักษณะตั้งตรง ส่วนภาพด้านข้างและด้านบนจะเอียงลึกลงไปเพียงด้านเดียว โดยมีขนาดที่ขนานเท่ากันตลอด โดยทั่วไปจะเป็นมุมเอียง 45 องศา มีอยู่ 2 แบบ ดังนี้
   1. ภาพออบลิคแบบเต็มส่วน (Cavalier Drawing) เป็นแบบที่มีอัตราส่วนภาพระหว่างความกว้าง: ความสูง : ความลึกของภาพเป็น 1 : 1 : 1
   2. ภาพออบลิคแบบครึ่งส่วน(Cabinet Drawing) เป็นแบบที่มีอัตราส่วนภาพระหว่างความกว้าง:ความสูง : ความลึก ของภาพเป็น 1 : 1 :0.5
3. ภาพสามมิติแบบแอกโซโนเมตริก(Axonometric) คำว่าแอกซอน (Axon) มาจากคำว่า Axis ซึ่งแปลว่าแกนฉะนั้นภาพแอกโซโนเมตริจึงเป็นภาพสามมิติที่วัดจากแกนสามแกนมุมรวมกัน 360 องศา โดยมีแกนหลักทำมุมตั้งฉากกับแนวนอน ส่วนอีกสองแกนจะมีมุมเอียงลึกลงไปทั้งสองข้าง มีอยู่ 3 แบบดังนี้
   1. ภาพไดเมตริก (Diametric Projection) เป็นภาพเขียนแบบสามมิติที่มีมุมรอบศูนย์กลางจำนวนสามแกน โดยสองแกนมุมเท่ากัน ส่วนแกนที่สามทำมุมต่างออกไป และแกนหลักต้องทำมุมตั้งฉากกับแนวนอน โดยมีรูปแบบอัตราส่วนความกว้าง ความสูง และความลึกของภาพอยู่หลายรูปแบบ
   2. ภาพไตรเมตริก(Trimetric Projection) เป็นภาพเขียนแบบสามมิติที่มีมุมรอบศูนย์กลางจำนวนสามแกนโดยทั้งสามแกนทำมุมไม่เท่ากัน และแกนหลักต้องทำมุมตั้งฉากกับแนวนอน โดยมีสัดส่วนความกว้างความสูง และความลึกของภาพ
   3. ภาพไอโซเมตริก(Isometric Projection) เป็นภาพเขียนแบบสามมิติที่มีมุมรอบศูนย์กลางจำนวนสามแกนโดยทั้งสามแกนทำมุม 120 องศาเท่ากัน และแกนหลักต้องทำมุมตั้งฉากกับแนวนอนโดยมีสัดส่วนความกว้าง ความสูง และความลึกของภาพ