Кіріспе

Перспективаға қатысты көркемдік ұғым. Айналу нүктесі – үш өлшемді кеңістіктегі өзара параллель түзулердің екі өлшемді перспективалық проекциясы бір нүктеде жиналатын сияқты көрінетін, перспективалық бейнелеудің жазықтығындағы нүкте. Егер параллель түзулер жиынтығы сурет жазықтығына перпендикуляр болса, бұл бір нүктелі перспектива деп аталады, ал олардың айналу нүктесі окулус немесе "көз нүктесімен" сәйкес келеді, одан суретті дұрыс перспективалық геометрия бойынша қарау керек. Дәстүрлі сызықтық суреттерде бірден үшке дейін параллельдер жиынтығы бар объектілер қолданылады, олар бірден үшке дейін айналу нүктелерін анықтайды. Италиялық гуманистік ғалым және сәулетші Леон Баттиста Альберти бұл ұғымды алғаш рет 1435 жылы жазылған өнердегі перспектива туралы трактатында ұсынды. Қазіргі заманғы мысал – тік теміржол жолдары.

Векторлық жазу

Жою нүктесін "бағыт нүктесі" деп те атауға болады, себебі бірдей бағыттық векторға, мысалы D, ие болатын сызықтардың барлығы да бірдей жою нүктесіне ие болады. Математикалық тұрғыдан алғанда, q ≡ (x, y, f) нүктесі бейне жазықтығында жатқан болсын, мұнда f – фокустық қашықтық (бейнеге қатысты камераның), ал q-ға сәйкес бірлік векторы болсын, мұнда. Егер кеңістіктегі S түзу сызығын бірлік векторы 'n's ≡ (nx, ny, nz) және оның жою нүктесі 'v's бар деп қарастырсақ, 'v's-қа сәйкес бірлік векторы 'n's-қа тең болады, егер екеуі де бейне жазықтығына қарай бағытталған болса. Егер бейне жазықтығы екі әлемдік координаттық оське параллель болса, онда осы бейне жазықтығымен қиылысатын оське параллель сызықтардың бейнелері бір ғана жою нүктесінде түйіседі. Қалған екі оське параллель сызықтар бейне жазықтығына параллель болғандықтан жою нүктесін құрамайды. Бұл – бір нүктелі перспектива. Сол сияқты, егер бейне жазықтығы екі әлемдік координаттық осьті қисаса, онда осы жазықтықтарға параллель сызықтар бейне жазықтығында екі жою нүктесін құрайды. Бұл – екі нүктелі перспектива деп аталады. Үш нүктелі перспективада бейне жазықтығы x, y және z осьтерін қиып өтеді, сондықтан осы осьтерге параллель сызықтар қиылысады, нәтижесінде үш түрлі жою нүктесі пайда болады.

Теорема

Жою нүктесі теоремасы – перспектива ғылымының негізгі теоремасы. Ол суреттегі π жазықтығындағы суреттің, суретке параллель емес L сызығының бейнесі, π-мен қиылысуы және оның жоғалу нүктесі арқылы анықталады. Кейбір авторлар «сызықтың бейнесі оның жоғалу нүктесін қамтиды» деген сөз тіркесін қолданған. Гвидобальдо дель Монте бірнеше тексерулер жасады, ал Хамфри Дитон осы нәтижені «негізгі және ұлы ұсыныс» деп атады. Брук Тейлор 1714 жылы перспектива туралы ағылшын тіліндегі алғашқы кітап жазды, ол «жою нүктесі» терминін енгізді және көп нүктелі перспективаның геометриясын толық түсіндірген алғашқы болды, ал тарихшы Кирсти Андерсен осы байқауларды жинақтады. Бұл кеңістік, камераның оптикалық центріне ортақталған Гаусс сферасы ретінде қарастырылды, ол аккумулятор кеңістігі болып табылады. Суреттегі сызық сегменті осы сферадағы үлкен шеңберге сәйкес келеді, ал суреттегі жоғалу нүктесі бір нүктеге бейнеленеді. Гаусс сферасында аккумуляторлық жасушалар бар, олар үлкен шеңбер олардың арқылы өтетін кезде көбейеді, яғни суретте сызық сегменті жоғалу нүктесімен қиылысады. Содан бері бірнеше өзгерістер енгізілді, бірақ ең тиімді техникалардың бірі – Hough түрлендіруін қолдану, сызық сегментінің параметрлерін шектелген кеңістікке бейнелеу. Каскадты Hough түрлендірулері бірнеше жоғалу нүктелері үшін қолданылды. Суреттен шектелген кеңістікке бейнелеу процесі сызық сегменттері мен нүктелер арасындағы нақты қашықтықты жоғалтуға әкеледі. Іздеу кезеңінде, ең көп сызық сегменттері арқылы өтетін аккумуляторлық жасуша табылады. Одан кейін осы сызық сегменттері алынып тасталады, және іздеу кезеңі осы сан белгілі бір шектен төмен болғанға дейін қайталанады. Қазіргі заманғы есептеу қуатының артуына байланысты, екі немесе үш өзара перпендикуляр бағыттағы нүктелерді табу мүмкін болады.

Қолданбалар

Камераны калибрлеу: Суреттегі жоғалу нүктелері камераны калибрлеу үшін маңызды ақпаратты қамтиды. Ішкі және сыртқы калибрлеу параметрлерін анықтау үшін жоғалу нүктелерінің қасиеттерін пайдаланатын түрлі калибрлеу әдістері ұсынылған. 3D реконструкция: Жасалған ортаның екі негізгі сипаттамасы бар – көлемдегі бірнеше сызықтар параллель, ал көптеген жиектер перпендикуляр болады. Жоғалу нүктелері ортаны түсінуге көмектеседі. Жазықтықтағы параллель сызықтар жиынтығын пайдаланып, жоғалу нүктелерін қолдана отырып, жазықтықтың бағытын есептеуге болады. Торре және Коэльо толық жүйені жүзеге асыру үшін жоғалу нүктелерін пайдалануды жан-жақты зерттеді. Ортада тек параллель немесе перпендикуляр қабырғалары бар нысандардан тұрады деген болжаммен, бұл «Лего елі» деп аталады, олар сахнаның бір суретінде құрылған жоғалу нүктелерін пайдаланып, сахнаның 3D геометриясын қалпына келтірді. Ұқсас идеялар робототехника саласында, әсіресе навигация және автономды көлік құралдарында, сондай-ақ нысандарды анықтаумен байланысты салаларда да қолданылады.