Visualization of 3D Object on Planar Screen Using View Angle

Abstract

The aim of this thesis is to develop and demonstrate a practical method to support 3D perception of stationary objects in a virtual space through the motion of a two dimensional projection image. The structure of a human eye is naturally equipped by some tools to perceive the depth from several hints such as the size of image compared to the its expected size, and the sharpness of the image at different focal lengths of the lens, the parallax difference in the images from the left and right eyes, and, if the image moves, by comparing the images at different view angles. In this thesis, the movement of the observer is detected by a software using the video camera frames, and the expected 2D projection of the virtual objects is transformed for the detected position of the observer to support a depth feeling of the observer. The developed program is coded in MATLAB, to determine the position of a red marker that is attached to the head of the observer, to compose the transformation matrix that converts 3D corner points of the virtual objects to expected perspective projection for the determined view-angle, and to draw the projection on the screen for the observation. The code is written in a flexible form to work with any PC with a web-cam, and graphical screen. The implemented system is tested successfully comparing the views of a set of virtual geometric objects on a platform with respect to the view of similar objects physically on a test platform. Keywords: Depth perception, Colour detection and tracking, 3D-visualization. ÖZ: Bu tezin amacı sanal uzaydaki duran nesnelerin 3D algısını iki boyutlu izdüşümlerindeki hareket aracılığıyla destekleyen bir yöntem geliştirmek ve göstermektir. Insan gözü doğal olarak görüntünün büyüklüğüyle beklenen büyüklüğünü karşılaştırmak, görüntünün değişik odak derinliklerindeki keskinlik ve bulanıklığı, sağ ve sol göz görüntülerindeki fark, ve görüntü hareket ederse değişik gözlem açılarından görünüşünü analiz gibi derinlik algılamaya elverişli bir takım araçlarla donatılmıştır. Bu tezde, gözlemcinin hareketleri bir yazılım sayesinde bir video kameranın yolladığı çerçevelerden algılanarak sanal nesnelerin belirlenen gözlemci yerine karşılık beklenen 2D izdüşümlerine dönüştürülerek, bu yolla, gözlemcinin nesneler hakkında bir derinlik duygusu oluşturulması sağlanmaktadır. MATLAB’da kodlanmak üzere geliştirilen program gözlemcinin başına iliştirilmiş kırmızı bir işaretin yerini belirlemekte, ve gözlemcinin bakış açılarını tayin ederek sanal nesnelerin 3D köşe noktalarının perspektif izdüşümü için gereken dönüştürme matrisini hesaplayıp ekrana 2D izdüşümünü çizmektedir. Kod, video kamera ve grafik ekran donanımlı herhangi bir PC de çalışacak esneklikte yazılmıştır. Uygulanan sistem sanal geometrik nesnelerin görünümlerini benzer nesnelerin fiziksel bir test platformundaki görüntüsüyle karşılaştırılarak başarıyla sınanmıştır. Anahtar kelimeler: Derinlik algısı, Renk tespit ve izleme, Üç boyutlu-görüntüleme,