光柵板立體圖的製作比較(二)

作者：李俊擇、莊濬懋、葉十瑋、吳文和、李興緯

轉載自2009

中華印刷科技年報

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二、光柵板文體效果與立體地圖製作

光柵板立體印刷的表現效果相當廣泛，大體而言可分為3D立體效果、變圖效果、變大變小效果、連續動感效果、Morph(類似變臉效果以漸進方式的變化 )，立體疊紋效果或將上述幾種效果結合的展現方式 (吳文和，2005)。其中3D立體效果為可以直接應用於立體地圖製作的一種方法。3D立體效果又分為假3D(Layer 3D)及真3D(True3D)兩種方式。

假3D立體效果係使用單張相片或影像，依作者之主觀判斷物體的景深，將其前後層次分離，再使用軟體產生位移圖像後，再分割組合成可用光柵板獲得立體視覺之影像：真3D立體效果則使用專業立體相機同時拍攝不同角度影像，或利用3D動畫軟體模擬多張不同角度圖像後，經專業立體製作軟體合成產生前後位移圖像，經印製在光柵板後產生圖像有前後層次深淺效果。在立體地圖製作時，雖然可以取得符合立體攝影性質的航照或影像像對，但其幾何關係與現有的軟體未必能配合，因此以單張相片或影像結合數值地形資料製作立體地圖較為方便。

三、光柵板立體成像原理

光柵板立體成像原理是將不同視角的影像融合在同一張圖像中，再利用柱狀透鏡陣列的幾何光學成像的特性，讓左右眼看到不同視角的影像，而達到立體的成像效果，如圖4所示。亦即讓平面圖像中的景物有前後位置不同，或左右眼觀看物體時會有位移的效果。我們利用此效果製作圖像底稿，並將處理過後的圖像底稿貼合於柱狀透鏡陣列板，產生有景深的立體圖像(Gottfried，2001)。

以圖5為例，假設有五個物體分別排列在一直線上，而人眼的觀看位置分別於位置A、B和C上，看到的圖像會因為視差角度的不同，而看到如各個位置上的圖像。位置A看到的圖像是由右向左排列；位置C看到的圖像是由左向右排列；位置B是因為剛好在正中間，所以影像為數字全部疊加在一起。

圖5中各觀看位置的圖像還原至平面時，當以物體3為中心點時，物體1、2在中心點之前，而物體4、5在中心點之後，而觀察位置A往觀察位置C移動時，物體在中心點之前的會往左做位移，而物體在中心點之後的則往右移，如圖6。所以，在製作平面

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圖4 雙眼觀察光柵板下的影像之剖面圖

立體影像時，除了中心點的影像不動外，需將前景或是後景的影像做適當的位移，至於向左位移或是向右位移，則需對應柱狀透鏡陣列的圖像擺放位置。

圖像底稿透過電腦軟體完成如圖6之位移後，遺需將每個圖像分解成多條長條狀的圖像，再依不同圖像的位置，依順序結合起來。以便於並透過柱狀透鏡陣列，在同一個位置看到不一樣的視角影像(如圖7)。由於兩眼看到不同位置的圖像，並根據視差原理，由視神經鹹測後透過大腦的將這些不同圖像組合立體圖像。此種分割影像及貼合光柵板之處理流程如圖8。

四、光柵板立體印刷流程

光柵板立體印刷就是根據前述原理及處理，利用具有透鏡成像效果的光柵板 (柱狀透鏡陣列 )，將經過特別處理景物之圖像產生立體鹹覺的一種印刷。該技術結合電腦科技和印刷技術及藝術美學設計，使柱狀透式光柵板表現出不同特殊效果。其主要製作流程為：設計構圖—立體攝影或動畫輸出及製作立體圖層—專業軟體製作合成立體圖—分色製版—光柵板材料—印刷方式—後製加工—成品包裝 (吳文和，2005a)。

圖5 立體圖像觀看示意圖（林榮堂，2005）

圖7 位移後立體圖像觀看示意圖（林榮堂，2005）

圖6 平面圖像位移示意圖（林榮堂，2005）

圖8 A、B兩張結合的說明圖

在上述過程中應用於立體地圖製作的主要差異在於立體攝影步驟。傳統立體印刷原稿係透過立體攝影去建立共軛像點間之視差關係，該種關係可推算物體間之高程差，亦即可以了解物體景深之差異，以進行影像之分層與合並處理，但對於單一圖像之地圖與影像則需使用該區已測製之數值地型模型，以了解地物間之高程與景深關係，再進行分層與合並處理。此種處理過程，在傳統上采用人工標繪分層處理，非常費時費力。

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肆、3D雷射數位掃描儀介紹

本文所使用的Optech ILRIS-3D(Intelligent Laser Ranging and lmaging System)(圖9)，ILRIS-3D使用快速的方式，將掃描資料轉換成CAD軟體使用的格式，以供平面 /高程的選取、快速的設計。所有的詳盡資料，例如電杆、道路中心線以及路邊的護欄等資料，都會被詳盡精準的定位記錄。一些附屬資料也會一並被搜集，例如植被型態、樹冠的尺寸以及帳棚體積等。ILRIS-3D配備了六百萬畫素的數位相機以及大尺寸的LCD顯示幕，ILRIS-3D擁有和一般數位相機一般簡單的操作介麵，每秒2000點高速大量的資料搜集，以及3m—1500m長距離的測距能力使的野外作業變的格外的簡單，經濟，在任何測量模式下。360％ X360％全方位視野的能力，配備了一組可旋轉傾斜的基座，基座與掃描儀本身一體動作，並且一並由控製器軟體控製。

伍、3D雷射數位掃瞄儀的建模建立

本次使用3D雷射數位掃瞄儀一秒可以獲得2000個點位，現在的儀器可以一秒可得12萬個點位。儀器使用時應先將儀器架設好，儀器本的拍攝角度為左右各20度，上下15度，加上腳架後可旋轉360度，下上90度，儀器可以轉用自由模式，旋轉要的角度去選取拍攝影影像。在確定拍攝目標後，先做環境評估，如行車路線，是否有建築物遮蔽，掃描站數，儀器使用時間，決定要掃描範圍及掃描密度，依據所需精度去決定點雲密度等。在掃描前要先決定儀器的架設位置，需要幾個掃描站，各站的掃描影像要互相有重疊，才能點選特徵點，進行點雲結合，掃描後的點雲利用Realwork Surveyn軟體去做濾除不要的雜訊，做點雲切割，點雲結合，完成點輸出。

將點雲資料轉成X，Y、Z檔使用Rapidform取讀資料，進行點雲數量減少，面分析，網面修補，多邊形的建立和編輯，點雲資料輸出，可以利用其他轉體去貼圖、修圖，如3DMAX或其他3D繪圖軟體。須先拍攝目標物的高精度相片，才能使貼圖時能建立好美的影像，以利建模的完成。

陸、實驗設計

光柵板立體印刷與原稿有很大的關係，因為需要使用到物體的照片，而照片的取得就格外重要，有兩個方法去取得照片：(一 )是對一個靜止物體進行各方麵的拍攝，將所得之照片進行軟體的處理，即可成圖，(二 )使用3D雷射掃描儀擷取點雲數位檔格式，並透過逆向工程軟體Rapidform快速處理點雲並建置實體3D模型，再由相關參數化軟體完整保留3D實體模型，建置數位資料進行編輯。藉由模型的建立，在利用截圖程式進行圖片取得，即可完成光柵板立體成圖。以一地標為例介紹兩種方法。

(一 )一地標的拍攝，則需要準備相機和腳架，先找到拍攝的地點，對正後，接著進行架設腳架，逐步進行架站與拍攝之動作，此方法會有以下問題。

1. 要逐步地進行拍攝，則需要考慮到外在的因素，如天候狀況、與人為因素，在天氣不佳的情況，采光與拍攝結果都要列入思考，畢竟在雨天時，無法使用相機進行拍攝。

2. 拍攝時需要花費大量的時間在於架站，每一次的架站，都是時間與力氣的花費。

3. 架站時，會產生高地的偶然誤差與人為誤差，使得拍攝的高度大不相同，並且換站時的角度也會產生相同的事情，所以在製作立體影像時，會產生出位移過大、不均與高地交錯的情形。(待續…)

圖9 ILRIS-3D外觀

圖10 ILRIS-3D工作範圍

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