2011-07-24

Vesta ve třech rozměrech

Když v roce 1807 objevil amatérský astronom H. W. Olbers planetku Vesta, určitě netušil, že budeme mít o 204 roků později možnost prohlédnout si ji zblízka díky robotickému velvyslanci - kosmické sondě Dawn.

Tato sonda se stala umělou družicí Vesty 16. července a poslala na Zemi již mnoho snímků této planetky. Většina ze zveřejněných snímků je obsažena v této pěkné kompozici od Phila Stooka.
Stejný autor vytvořil z těchto snímků i předběžnou mapu Vesty, zatím pokrývající zejména oblast okolo jižního pólu. Nové snímky jsou zatím pravidelně, vždy v pondělí a ve čtvrtek, dávány k dispozici na webu NASA (JPL), či domovské organizace stojící za kamerovým systémem sondy - Ústavu Maxe Plancka MPS.
V době psaní tohoto příspěvku byl oficiálně zveřejněn zatím jen jeden barevný snímek (ve falešných barvách) . Díky amatérské komunitě (především díky Mika Malasky) jsou navíc k dispozici již dodatečně dobarvené snímky s lepším rozlišením (třeba zde a zde).
Chyběly nicméně kvalitnější trojrozměrné snímky (zatím jediný takový snímek neumožňuje vidět mnoho z výrazné topografie Vesty).
Následující snímky představují menší pokus o nápravu a o to představit Vestu, či alespoň její část - oblast okolo jižní pólu, jako trojrozměrný objekt.

Pro zobrazení třetího rozměru na zařízení zobrazujícím jen dva rozměry, jako je běžný počítačový monitor nebo např. fotografie, se používá několik "fíglů", využívajících toho, jakým způsobem mozek zpracovává data poskytnutá očima k vytvoření vjemu třírozměrného prostoru. Nejdokonalejším a nejpřesnějším způsobem, který mozek používá, je schopnost zpracovávat současně obrazy z obou očí. Mozek automaticky porovná dva obrazy poskytované levým a pravým okem a podle vzájemné polohy význačných bodů a linií v obou obrazech, vytvoří trojrozměrný obraz. Jedná se o tzv. stereoskopické vidění.
Tato schopnost je potřeba i u následujích obrázků, přičemž máte na výběr ze dvou možností.

První představuje tzv. anaglyfové zobrazení, kdy ke správnému zobrazení potřebujete speciální brýle s červeným a modrozeleným filtrem. Je možné použít i brýle s červeným a modrým či zeleným filtrem, ale výsledek bude o něco méně kvalitní. Díky dvoubarevným brýlím vidí každé oko trochu jiný obraz, který mozek automaticky spojí do trojrozměrného obrazu.

Druhá možnost je méně náročná na vybavení, protože vám stačí jen vlastní oči, ale zase je třeba se ji naučit.
Princip je velmi jednoduchý. Dva obrázky vedle sebe jsou shodné s obrázky, které jsou u anaglyfové verze zakódovány v jediném obrázku pomocí různobarevných filtrů (jsou přeloženy přes sebe). Pokud chcete vidět trojrozměrný efekt u dvojice obrázků, musíte tyto přeložit přes sebe, aby si je mozek mohl spojit do jediného, trojrozměrného. Nejsnáze toho dosáhnete tak, že při dívání se na tento obrázek, zakloníte hlavu, abyste viděli svůj nos přibližně mezi dvojicí obrázků. Pak se snažíte podívat se na špičku nosu. Všimněte si, že během toho, jak se snažíte dívat na špičku nosu, se vám z dvojice obrázků udělala čtveřice. Teď jen stačí prostřední dva obrázky přes sebe přeložit a počkat až mozek sám pochopí, že má tyto složit dohromady. Jakmile k tomu dojde, vidíte tři obrázky. Dva boční dvourozměrné (těch si nevšímejte) a prostřední trojrozměrný. Protože během tohoto postupu vlastně šilháte, nazývá se tato metoda anglicky "cross-eye", česky tedy snad metoda "šilhání" či "zašilhání" (tento pojem se vyskytuje na české wikipedii, nevím zda existuje nějaký jiný speciální český termín).

Jak ovšem takový trojrozměrný (stereoskopický) obrázek vytvořit?
Možností je opět několik, ale nejkvalitnějšího výsledku dosáhneme téměř vždy použitím dvojice snímků daného předmětu zájmu pořízených ze dvou různých pozic. Pokud se díváme očima, tomuto odpovídá odlišná pozice levého a pravého oka. Je třeba mít na paměti, že lidské oko má omezené rozlišení a od určité vzdálenosti (okolo 50-ti metrů) už mozek není schopen analyzovat malé odchylky v obrazu poskytovaném levým a pravým okem a tímto způsobem už mozek není schopen generovat trojrozměrný vjem (na větších vzdálenostech používá jiných triků).  Kdybychom tedy byli na místě kosmické sondy, která je ve vzdálenosti řekněme 10 000 kilometrů od planetky, mozek by neměl k dispozici žádná pořádná data k vytvoření trojrozměrného obrazu. Toto je třeba mít na paměti a k vytvoření trojrozměrného obrazu použít snímky focené z dostatečně odlišných pozic. Pěkné snímky stejné oblasti Vesty (okolí jižního pólu) z různých pozic byly zveřejněny a nic tedy, zdá se, nebrání vytvoření vlastního trojrozměrného obrázku.
Výchozí snímky použité v trojrozměrných obrázcích jsou tyto:

  Snímek Vesty pořízený sondou Dawn dne 17.7.2011 ze vzdálenosti 15 000 kilometrů.
Kredit: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA.     
Snímek Vesty pořízený sondou Dawn dne 15.7.2011.
Kredit: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA. 
Pokud máte trpělivost a dobré oko, zjistíte, že snímky sice pokrývají alespoň částečně stejnou oblast a každý je focen z jiné pozice, takže je Vesta viditelná z různých úhlů, ale také to, že světelné podmínky byly podstatně odlišné, snímky jsou focené z příliš vzdálených pozic a v neposlední řadě jsou povrchové útvary na Vestě na obou snímcích jinak otočené.
Otočení je nejmenší problém korigovatelný libovolným obrazovým editorem. Další dvě překážky představují těžký oříšek. Odlišné světelné podmínky by v konečném důsledku znamenaly trojrozměrný obrázek, který je sice možné vytvořit, ale bude nepříjemný na pohled (odlišnosti v jasu obou obrázků "trhají" oči). Příliš odlišná pozice je ještě mnohem horší, protože pohled na takový 3D obrázek by byl obdobný snaze dívat se na blízký předmět ze vzdáleností pár centimetrů (zde odlišnosti v obou snímcích "trhají" oční svalstvo a kromě toho vás z takového snímku bude ihned bolet hlava).
Jak z toho ven? Klasický způsob představuje transformace obrazových dat na nějaký objekt. V případě planet třeba na kouli. Pak stačí vzít takto transformované snímky stejné oblasti a použít je v trojrozměrném  obrázku. Stejným způsobem byl zřejmě vytvořen jediný zatím oficiálně publikovaný anaglyfový obrázek.
Pokud ale dané těleso není koule (což Vesta není), může být výsledek výrazně odlišný oproti skutečnosti.
Následující trojrozměrné obrázky jsem tedy raději vytvořil jinou metodou a to použitím syntetických snímků.
Syntetické snímky byly vytvořeny metodou morphingu z obou vstupních snímků prostřednictvím mého oblíbeného freewarového programu Sqirlz morph. Přesnost takových "mezisnímků" je pak závislá hlavně od množství použitých dvojic záchytných bodů umístěných na oba vstupní snímky tak, aby každá dvojice bodů odpovídala stejnému útvaru na povrchu. Tyto body pak program používá při deformování originálních vstupních snímků. V tomto případě jsem použil necelých 400 kontrolních bodů. Výhodou této metody je možnost použít syntetické snímky párované v trojrozměrných obrázcích s oběma originálními snímky.

Konečný výsledek po pár úpravách (oříznutí okrajových částí, které jsou nevhodně deformovány) vypadá takto:



Trojrozměrné obrázky okolí jižního pólu planetky Vesta.
Horní obrázek je anaglyf, spodní je pak  zobrazitelný metodou "zašilhání"
Kredit: NASA/JPL/UCLA/DLR/MPS/INTA/Daniel Macháček.


Na těchto trojrozměrných obrázcích můžete vidět výraznou topografii povrchu Vesty, přičemž nejmenší detaily, které se dají na těchto snímcích rozlišit mají rozměr přibližně tří kilometrů. Celé jižní polokouli dominuje zvrásněný terén, který je snad dnem obřího impaktního kráteru, vzniklého zřejmě před jednou miliardou let. Předpokládá se, že obrovská hora, viditelná uprostřed všech snímků, je centrálním vrcholkem tohoto kráteru (u velmi velkých impaktních kráterů vzniká uprostřed kráterový vrcholek). Díky své "mamutí" velikosti patří mezi největší známé hory v celé Sluneční soustavě. Tyčí se do výšky okolo 18-ti kilometrů nad okolní terén.
Srovnatelnou výšku mají jen některé vrcholky patřící do rovníkového pohoří Saturnova měsíce Japeta, Iónské pohoří Boösaule Montes a samozřejmě velké Marťanské sopky s rekordmanem Olympus Mons a jeho bezmála 22-ti kilometry.

V následujících týdnech a měsících se dočkáme pravděpodobně mnoha dalších snímků Vesty, navíc se stále lepším a lepším rozlišením, protože kosmická sonda Dawn se zdrží u této planetky ještě necelý rok a postupně se bude blížit k jejímu povrchu až na vzdálenost pár set kilometrů. Můžeme se tedy těšit na snímky, na kterých budou vidět snad až 50× menší detaily.


Trojrozměrné obrázky jižního pólu planetky Vesta, využívající druhého originálního snímku.
Opět je horní obrázek anaglyfem a spodní pro zobrazení metodou "zašilhání".
Kredit: NASA/JPL/UCLA/DLR/MPS/INTA/Daniel Macháček.