SE524059C2 - Sätt att modellera och interaktivt visualisera utseendet av en yta - Google Patents

Description

25 30 35 I 524 059 110071800 Ändamål med uppfinningen Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett sätt för datoriserad modellering och interaktiv visualisering av de styrda eller riktade reflektansegenskaperna hos en yta, vilket gör det möjligt att visuellt och interaktivt presentera en uppmätt, modellerad eller simulerad yta via ett grafisk datorgränssnitt. Genom att interaktivt visualisera ytan via ett gränssnitt tages hänsyn till de tre nämnda problemen. För det första, innebär den dator- baserade interaktiva visualiseringen att hanteringen av det fysikaliska provet reduceras till ett enda mättillfälle, vilket vidare kan genomföras av skicklig och erfaren personal, varvid risken för att förstöra det fysikaliska provet minimeras. För det andra, underlättar den datorbaserade interaktiva visualiseringen en exakt styrning med hög upplösning av provhanteringen och är följaktligen ett kraftfullt verktyg eftersom ändringar i uppträdandet av glans ofta kan vara drastiska även vid begränsade ändringar hos uppsättningen belyning-prov-observatör. För det tredje, garanterar den datorbaserade interaktiva visualiseringen även att en parvis jämförelse genomförs under fullkomligt överensstämmande inspektionstillstånd, såsom lutning eller böjning av de två ytorna. Den totala kontrollen av inspektionstillstånden är väsentlig för en väl genomförd parvis utvärdering, och är av avgörande betydelse om ytorna som skall utvärderas är mycket lika varandra.

Ett annat ändamål är att interaktivt manipulera orientering och geometri hos provytan medelst datorgränssnittet via en likaså visualiserad virtuell provhållare tilldelad ett neutralt glansuppträdande. Den visualiserade virtuella provhållaren är en hjälp för observatören att erhålla information om provytans rådande form och följaktligen en hjälp för att uppfatta och utvärdera flera utmärkande särdrag hos den visualiserade provytan. Genom användning av ett interaktivt visuellt gränssnitt i kombination med den visualiserade virtuella provhållaren, uppnås en hög grad av tillståndet av "närvaro" (presence) för utvärderaren. Begreppet ”närvaro” används ofta inom området virtuell verklighet (virtual reality) för att beskriva tillståndet hos det föremål som utgör en del av den simulerade verkligheten, istället för att vara en observatör av en simulerad scen. En viktig beståndsdel vad gäller närvaro för det mänskliga ögat anses vara den känsla för interaktion som upplevs när ett visuellt gränssnitt manipuleras.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt den betraktelse av uppfinningen tillhandahålls ett sätt att modellera och visualisera uppträdandet hos en yta, innefattande: anordnande av en bestämd radiansmodell av en bestrålad yta, innefattande K:\Patent\1100-\1 1007\110071800Se\030429 Sv text till pIW/.doc n o o u u. 10 15 20 25 30 35 524 059 .... .- 110071800 anordnande av en spektralt upplöst bestrålad modell energifördelning som en funktion av spektral våglängd; innefattande uppdelning av ytan i ett flertal delytor för tillhandahållande av spatiell upplösning; och bestämning av spektralt upplösta, riktade radiansvärden hos varje del yta i ett intervall av betraktningsvinklar för tillhandahållande av spektral och angulär upplösning; utväljande av uppsättningar av riktade radians värden bland de bestämda spektralt upplösta, riktade radians värdena, vilka simulerar bestämda betraktningsvinklar hos den bestrålade ytan; presentation av uppsättningarna av riktade radiansvärden visuellt såsom bilder av den bestrålade ytan genom ett grafisk datorgränssnitt; och manipulering, dynamiskt och interaktivt, av bilderna i der grafiska datorgränssnittet för att därigenom simulera manipulering av den bestrålade fysiska ytan.

Den dynamiska och interaktiva manipuleringen av bilderna i det grafiska datorgränssnittet realiseras företrädesvis via manipulering, dynamiskt och interaktivt av en simulerad provhållare för den bestrålade ytan.

Manipuleringen är företrädesvis även vald från en grupp av operationer hos en virtuell provhållare för den bestrålade ytan innefattande Lutning av provhållaren, translation av provytan över provhållaren, böjning av provhållaren och topografisk omformning av provhållaren.

Modellen av provytan kan valfritt erhållas genom registrering av riktade reflektansdata från en verklig provyta eller erhålls genom simulering av riktade reflektansdata från en virtuell provyta.

K:\Patent\1 100-\1 1007\110071800se\030429 sv text till prv.doc 10 15 20 25 30 35 i 524 059 110071800 Kortfattad ritningsbeskrivning Fig. 1 är en schematisk vy av en typisk betraktningssituation som skall visualiseras och modelleras medelst uppfinningen; Fig. 2 visar en uppsättning för erhållande av riktade reflektansdata för att modellera en provyta från en verklig provyta; Fig. 3 är en schematisk representation av en informationsvolym; Fig. 4A visar en skärmbild av ett interaktivt grafiskt datorgränssnitt för dynamisk visualisering och manipulering av en modell av en provyta, i detta fall exemplifierad av tre olika provytor, samtliga tryckta i svart fullton; Fig. 4B visar en skärmbild av samma interaktiva grafiska datorgränssnitt, exemplifierat av samma tre olika provytor som i fig. 4A, men i detta fall visualiseras även digital bildinformation tillsammans med den lokala vinkel- och reflektansinformationen; Fig. 5 är ett diagram visande en jämförelse mellan prov som är först uppmätta och därefter visualiserade och bedömda på en datorskärm mot resultaten av utvärderingen av samma verkliga (fysiska) prov.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen l den virtuella betraktningssituationen visad i Fig. 1 som skall modelleras och simuleras medelst uppfinningen, belyses en yta 12 av ett prov 10 genom en ljuskälla 16 bildande en A med ytnormalen N. Belysningen kan vara vinkel realiserad genom en s.k. standardbelysning (standardiserad illuminant), dvs. en belysning en väldefinierad energifördelning som funktion av spektral våglängd och som uppfyller en bestämd standard- specifikation. Den frekventa användningen av fluorescerande agenser i exempelvis tryckpapper kan göra det nödvändigt att generalisera denna beskrivning till att innefatta även annan infallande strålning än endast det synliga ljuset. Den utmärkande egenskapen hos fluorescerande agenser är förmågan att omvandla den elektromagnetiska strålningen från mindre till större våglängder. Den vanligaste användningen av fluorescerande agenser för tryckpapper är att omvandla ultraviolett (osynlig) strålning till (synlig) ljusstrålning och följaktligen uppnå en ökning av produktens varseblivna vithet.

K:\Patent\1100-\1 1007\110071800se\030429 sv text till prv.doc uuuu .- 10 15 20 25 30 35 524 059 5 110071800 Den karakterisering som är nödvändig vid användning av fluorescerande agenser är att ta i betraktande även den riktade strålning som avges från varje delyta. Karakteriseringen kan göras antingen direkt som strålningsvärden eller relativt en referensyta (en perfekt diffusor) såsom en strålningsfaktor. Generaliseringen från det riktade reflektansomràdet till det mer generella bestrålningsområdet ligger väl inom möjligheterna för uppfinningen. För många tillämpningar är emellertid den riktade reflektanskarakteriseringen tillräcklig och eftersom denna benämning är mer bekant, används benämningen ”riktad reflektans" ofta i beskrivningstexten, hållande i minnet möjligheten av generaliseringen till riktade strålnings- och riktade radianskarakteriseringar.

Reflekterat ljus från ljuskällan 16 betraktas från en variabel vinkel Zl mot yt normalen N samt avkänns och registreras av en betraktare 18.

Som antyds i det cirkulära förstorade området i fig. 1 är i den föredragna utföringsformen ytan 12, för modelleringsändamål, betraktad som uppdelad i ett stort antal delytor 14, där varje delyta betraktas uppvisa likformiga riktade reflektansegenskaper över dess area. Läget för varje delyta på provytan 12 bestäms av dess respektive koordinater XI, YI.

I den föredragna utföringsformen modelleras den virtuella ytan 12 från en verklig yta 12~ hos ett prov genom en registreringsapparat 20 visad i fig. 20. För närmare beskrivning av en liknande apparat begränsad till användningen för att registrera endast glans, såsom ett specialfall av begreppet riktad reflektans, hänvisas till sökandens US patent 6147750 som härmed införlivas som referens.

I registreringsapparaten 20 bestrålas även ytan 12' av den elektromagnetiska källan 16, medan betraktaren 18' är en sensor såsom en spatiellt och spektralt upplösande mottagare.

En drivmekanism 22 roterar ytan 12' i ett betraktningsområde för betraktaren 18'_ En dator 24 är anordnad att registrera, organisera och bearbeta det riktade reflektansvärdet hos varje del yta, vilket avkänns och bestäms av betraktaren 18”. Närmare bestämt registreras samtliga riktade reflektansvärden från ytan för samtliga påtvingade lutningar ZN hos provhållaren, och för samtliga lägen ZN, YN hos samtliga delytor 14 i ett minne hos datorn och kompileras såsom en styrd, bestämd eller riktad reflektansinformationsvolym R=F(X, Y, Z) i en databas, där R representerar den uppmätta spektralt upplösta elektromagnetiska reflektionen i koordinaten (X, Y, Z). X-Y-representerar värdet inom provytan och Z- värdena representerar den påtvingade provhållarlutningen. Reflektionen kan eventuellt vara registrerad endas genom en begränsad uppsättning karakteriserande, spektralt selektiva basfunktioner, KI\Patent\1 100-\1 1007\1 10071800$e\030429 SV text till prv.d0c nnnn a- nu 10 15 20 25 30 35 'i 524 059 6 110071800 utnyttjande t.ex. RGB-basen. Med andra ord lagras ett stort område av hela området av möjliga situationer avkända av betraktaren 18' i informationsvolymen.

En informationsvolym, som är väl känd inom området bild- och informationsbehandling, visas schematiskt i fig. 3, där det visade planet 30 representerar reflektionen från samtliga delytor vid en påtvingad lutning med värdet noll. l det interaktiva grafiska datorgränssnittet 40 enligt fig. 4A visas ett bildområde 42 för visning av det simulerade uppträdande hos en eller flera simulerade eller uppmätta eller manipulerade ytor innehållna i en tillhörande bildvolym. I bildområdet presenteras närmare bestämt visuellt uppsättningar av spektralt upplösta riktade referensvärden såsom bilder av den bestrålade ytan. Uppsättningarna av spektralt upplösta riktade reflektansvärden väljs från informationsvolymen för att simulera bestämda betraktningsvinklar hos ytan 12”. I exemplet enligt fig. 4A visas tre ytor 44, 46 och 48 enligt följande: Uggmätt gagpersfla 44 LWC, värmebehandlat offsetpapper (Inte ett typiskt LWC papper). Ett belysande exempel på dålig glanskvalitet.

Uggmätt gaggersyta 46 Träfritt, lerbelagt (~20g/m2) arkmatat offset.

Simulerad papgersjßa 48 Styrd reflektans: Medelglans [0...255]: 60 Styrd reflektansvariation, bandbegränsad (stor skala) [0...]: 3 Styrd reflektansvariation: Gauss (0;0.05) Yttopografi: Topologisk variation bandbegränsad (stor skala) [0...1]:O.4 Topologisk variation: Gauss (0; 0.01) KI\Patent\1100-\1 1007\110071800se\030429 Sv text till prv.d0C 10 15 20 25 30 35 110071800 Gränssnittsytan 50 är en virtuell provhållare som tilldelats ett neutralt glansuppträdande, vilket ger användaren en visuell indikation på den aktuella orienteringen och formen hos den manipulerade ytan. Med 52 betecknas allmänt ett inmatningsområde uppvisande glidkontroller eller dragknappar 54 för att styra orientering och form hos den virtuella provhållaren, dvs. att styra och manipulera valet av uppsättningar av spektralt upplösta riktade reflektansvärden. En uppenbar modifikation av uppfinningen är att ändra gränssnittet genom att utelämna glidkontrollerna 54 och följaktligen styra provhållaren mer direkt.

Detta skulle kunna implementeras via en datainmatningsanordning, t.ex. en mus eller en "virtual reality"-anordning, såsom en "VR-handske" som förmår följa och mata datorn med positioner och rörelser. l fig. 4B visualiseras samma strukturella information som hos de provytor som användes i fig. 4A, men i detta fall är även en digital bild överlagrad på den strukturella informationen. Den digitala bildinformationen är ett delområde av en bild relaterad som "N1.tif" i "ISO 12640 Graphic technology- Prepress digital data exchange- Standard colour image data (SCID);- Annex A, Standard colour image digital data".

Som framgår av det ovan angivna, enligt ett alternativ av den föredragna utföringsformen kan en simulerad yta såsom den simulerade ytan 48 även modelleras och organiseras i en informationsvolym. De simulerade ytorna kan exempelvis tilldelas subjektivt varierande goda och dåliga reflektans- egenskaper samt presenteras som exempel tillsammans med uppmätta verkliga ytor vid en utvärdering av tryckkvalitet genomförd av en grupp personer som använder uppfinningen.

En simulerad yta kan vara modellerad för att mer eller mindre likna en uppmätt yta genom systematisk modifikation av de riktade reflektansvärdena i den uppmätta ytans informationsvolym.

Exempel En stark indikation på uppfinningens potential vad gäller att uppnå närvaro under interaktiv visualisering baseras på resultat från två subjektiva utvärderingsstudier. Den första studien genomfördes i ett examensarbete: Mikael Lindstrand "a conceptual approach to describe gloss variation in printing paper" LiTH-|SY-EX-1624, University of Linköping 1996, vilket härmed införlivas som referens.

K2\Patent\1 100-\1 1007\110071B00se\030429 Sv text till prv.d0C 2 a 5 u-u nu: o u »q man» ø~. a 0 . . a s a a o »- c f ' _ _ , . . a . . . . . a a c _ _ u. a - . u - ~ ß I _ . _ ,, . g n q 1 O I 0 O 5 q a n n I s * 10 15 20 25 524 059 8 110071800 En slutsats baserad på resultat av subjektiv utvärdering av en uppsättning fysiska provytor var att prestationen hos de individuella gruppmedlemmarna i mycket hög grad berodde på tidigare erfarenhet på området. Samtliga erfarna medlemmar av utvärderingsgruppen gav högt korrelerade resultat, medan de oerfarna medlemmarna i allmänhet visade mycket låg korrelation till andra gruppmedlemmar. I syfte att pröva möjligheten att använda uppfinningen såsom ett verktyg och en hjälp för subjektiv utvärdering genomfördes nyligen ett annat prov.

Baserat på resultatet på den föregående subjektiva utvärderingen, valdes endast de erfarna utvärderarna för att delta i följande subjektiva utvärdering, där proven utvärderades genom användning av en realisering av uppfinningen. Resultat och erfarenhet från de två subjektiva utvärderingarna kan summeras enligt följande: resultaten baserade på utvärderingen enligt uppfinningen var ej endast högt korrelerade till resultat av utvärderingen av de fysiska proven, utan mycket intressant var även att variationen mellan utvärderarna även var lägre för den utvärdering som baserades på uppfinningen. Se fig. 5 för en jämförelse mellan de rangordnade resultaten av utvärderingen av proven som först uppmättes och därefter visualiserades och bedömdes på en datorskärm mot resultaten av utvärderingen av samma verkliga (fysiska) prov.

Fig. 5 illustrerar såväl likheterna i rangordningsresultat som den relativt lägre graden av variation för utvärderingen som genomfördes på skärmen. Felstaplarna visar ett 95- procentigt konfidensintervall. Ett faktum viktigt att understyrka är att provserierna ansågs vara en utmaning att utvärdera, eftersom skillnaderna mellan proven var så små. Detta kan vara anledningen till att de oerfarna gruppmedlemmarna misslyckades med att visa resultat i överensstämmelse med de erfarna utvärderarna.

Det är av högt industriellt värde att ha tillgång till utvärderingsverktyg som bidrar till att minska variationen i resultaten från gruppmedlemmarna.

K2\Patent\1100-\1 1007\110071800se\030429 sv text till prv.d0c

Claims (2)

110071800 Patentkrav u. n. n c u. u.. .- a ne: n. . u . 1 . 4 . ø 0 _' 'I I. . ~ .i » ~ ' ° 'I :" I . .. _ . ...n u » n I u. . . - - n u . , . - . - - - ~ ~ _ ~_- z ~_ _ _, .. . u t.. 9

1. Sätt att modellera och visualisera utseendet av en yta, kännetecknat av: anordnande av en riktad radiansmodell av en bestrålad yta, innefattande 10 15 20 anordnande av en spektralt upplöst bestràlningsmodell innefattande energifördelning som en funktion av spektral våglängd; uppdelning av ytan i ett flertal delytor (XI, Yl) för att erhålla spatiell upplösning; och bestämning av spektralt upplösta, riktade radiansvärden hos varje delyta i ett intervall (ZN) av påtvingade lutningar (Zl) hos en verklig eller simulerad provhållare, för att tillhandahålla spektral och angulär upplösning; utväljande av uppsättningar av riktade radiansvärden bland de bestämda spektralt 25 upplösta, riktade radiansvärdena, vilket simulerar bestämda betraktningsvinklar hos den bestrålade ytan; presentation av uppsättningarna av riktade radiansvärden visuellt som bilder av den bestrålade ytan medelst ett grafiskt datorgränssnitt; och 30 manipulering, dynamiskt och interaktivt, av bildema i det grafiska datorgränssnittet för att därigenom simulera manipulering av den bestrålade fysiska ytan. 35

2. Sätt enligt krav 1, varvid manipuleringen, dynamiskt och interaktivt, av bilderna i det grafiska datorgränssnittet förverkligas via manipulation, dynamiskt och interaktivt, av en simulerad provhållare av den bestrålade ytan. KI\Patent\1 100-\1 1007\1 10071 800se\030429teXt.d0C 10 15 20 110011000 ° 524 059 10 Sätt enligt krav 1 eller 2, varvid manipuleringen av bilderna i det grafiska datorgränssnitten och manipuleringen av den simulerade provhållaren väljs från en grupp av handlingar innefattande: lutning av provhållaren, translation av provytan över provhållaren, böjning av provhållaren och topografisk omformning av provhållaren. Sätt enligt något av kraven 1-3, varvid nämnda bestrålningsmodell relaterar till en standardbelysning. Sätt enligt något av kraven 1-4, varvid nämnda riktade radiansvärden relaterar till riktade reflektansvärden hos ett spektralt våglängsband. Sätt enligt något av kraven 1-5, varvid nämnda riktade radiansvärden bestäms genom registrering av riktade reflektansvärden från en verklig yta. Sätt enligt något av kraven 1-5, varvid nämnda riktade radiansvärden bestäms genom simulering av riktade reflektansvärden från en virtuell yta. KI\Patent\1100-\1 1007\1 10071800se\030429 sv text till prv.d0c