eng
Выпуск #5/2010
A.Филонов.
От поверхности к объему: трехмерные презентации данных СЗМ
От поверхности к объему: трехмерные презентации данных СЗМ
Просмотры: 2008
Заглянуть в наномир простым глазом не получается – нужен очень острый глаз, как игла кантилевера зондового микроскопа. Именно этот инструмент является одним из наиболее востребованных при изучении свойств поверхности в масштабе «нано». В мире существует десятки, если не сотни, производителей зондовых микроскопов.
У каждой модели – свое программное обеспечение (ПО) для сбора данных. На выходе получаются довольно большие массивы чисел – топография поверхности, распределение сил трения, жесткости, вязкости, проводимости…
У каждой модели – свое программное обеспечение (ПО) для сбора данных. На выходе получаются довольно большие массивы чисел – топография поверхности, распределение сил трения, жесткости, вязкости, проводимости…
Для обработки и анализа получаемых данных используется специализированное ПО: некоторые компании разрабатывают свое, некоторые используют коммерческое или свободно доступное ПО других производителей. К числу довольно универсальных пакетов программ (читает больше 20 различных форматов, как зондовой микроскопии, так и JPEG, TIFF) относится ФемтоСкан Онлайн компании «НПП «Центр перспективных технологий».
Почему я остановился именно на нем? Потому что я сам его написал. Потому что я работаю в этой компании. Потому что мне позвонил директор и попросил три страницы текста для статьи в журнал.
Но главным образом, потому, что это действительно хорошее ПО. Есть, конечно, и другие – SPIP (ужасно дорогой), Gwyddion (бесплатный, но на любителя), WSxM (тоже бесплатный), еще несколько менее известных, а также собственные разработки производителей приборов, как правило, с весьма куцым функционалом. В ФемтоСкан Онлайн много всего разного – и управление прибором, и обработка данных, и анализ – гистограммы, сечения, Фурье, много математики.
Получить и обработать данные – только часть стоящей перед ученым задачи. Результаты исследования очень важно красиво представить. Ведь от этого многое зависит: и получение дальнейшего финансирования, и привлечение в лабораторию новых студентов, и просто удовлетворение от своей работы… Можно с полной ответственностью сказать, что в ФемтоСкан Онлайн функции для качественной презентации изображений реализованы очень хорошо.
Палитры
Данные СЗМ – в первую очередь топография образца. Для удобства восприятия высоты исследуемого объекта отображаются с использованием цветовой палитры (аналогично географической карте, но с гораздо большим набором цветов), в которой определенному диапазону высот соответствует свой цвет. В ФемтоСкан Онлайн имеется набор предопределенных палитр, причем исследователь может создать и свою собственную (рис.1). Впрочем, эта возможность не уникальна – такие общие возможности имеются практически во всех подобных программах. Гораздо интереснее режимы автоматического масштабирования палитры, которых в программе несколько. Простейший из них – масштабирование от минимума до максимума высоты. В этом режиме наиболее полно используется весь цветовой диапазон. Можно привязать масштабирование не ко всему изображению, а к отдельной его части – тогда именно представляющий интересующий участок будет изображаться наиболее контрастно. Другой вариант – фиксированный масштаб. Этот режим полезен, когда требуется сравнить несколько образцов: все объекты одной высоты будут иметь один цвет, что позволяет легко их классифицировать. Самый интересный режим – автоматическое масштабирование по строкам с выравниванием – позволяет на самых зашумленных, «кривых» изображениях получить отличный контраст. В этом режиме палитра подбирается индивидуально к каждой строке, плюс к этому из строки вычитается средний наклон, мешающий разглядеть мелкие детали.
Полезными добавлениями являются также режимы подсветки и инверсии изображения.
Слайд-шоу
В практической деятельности необходимо оперативно организовать показ набора изображений, не тратя время на подготовку специальной презентации. В таком случае слайд-шоу – идеальный инструмент. Программа открывает один за другим изображения, лежащие в выбранной папке, и показывает их на экране (рис.2). Возможен выбор папки с подкаталогами, редактирование списка файлов перед показом. Если же использовать палитру с автоматическим подбором шкалы к каждой строке, то изображение будет рисоваться в наиболее контрастном виде.
Трехмерный вид
Трехмерное представление уже стало обязательной функцией в программах обработки СЗМ-изображений, однако в ПО ФемтоСкан Онлайн есть ряд особенностей, заметно выделяющих реализацию в нем 3D-изображений относительно других пакетов. Незаметные на первый взгляд, в сумме они дают значительный эффект. Это наличие перспективы, делающее изображение более натуральным, и использование функций OpenGL, по сравнению с DirectX дающих более натуралистичную картинку, и широкий диапазон настроек освещения, свойств материала и пространства (рис.3). Отдельно стоит упомянуть возможность накладывать на топографию цветовые карты с других каналов (например, трение или проводимость) и с произвольных изображений. Важно отметить, что настройка позиции объекта выполняется при пониженном разрешении, что позволяет быстро передвигать его, выбирая подходящую позицию. После выявления интересующей исследователя позиции запускается рендеринг в высоком разрешении, что, впрочем, тоже занимает не много времени.
Видеоролики
Следующий шаг в визуализации данных – переход от статического к динамическому трехмерному изображению. ФемтоСкан Онлайн позволяет делать и это, причем очень быстро. Пользователь должен всего лишь задать несколько опорных сцен и длительность переходов – программа сама рассчитает все промежуточные кадры. Несколько минут – и ролик готов (рис.4). Последовательность сцен можно сохранить в виде сценария, используя который можно записывать ролики с разными объектами.
Стерео
Ну и в конце – самое интересное. У всех на слуху трехмерное телевидение, причем многие уже посмотрели не по одному фильму в формате 3D. Так вот, ФемтоСкан Онлайн может продемонстрировать изображение в настоящем 3D. Конечно, потребуется соответствующее оборудование – трехмерный монитор или проектор и очки, хотя существуют варианты и без последних. Картинку сгенерирует ФемтоСкан Онлайн. И это будет настоящее, полноцветное, стереоскопическое изображение. В программе предусмотрен ряд тонких настроек – фокусное расстояние, угол параллакса, что позволяет «увести» объект за плоскость монитора или наоборот, заставить его висеть прямо перед пользователем (рис.5).
И это еще не все – по аналогии с обычным 3D можно снять стереоскопический ролик. Только представьте себе анонс: «Скоро на экранах – новый 3D-фильм, в главной роли вирус табачной мозаики». Единственная просьба к авторам – не забыть в титрах упомянуть «снято с помощью программы ФемтоСкан Онлайн».
Почему я остановился именно на нем? Потому что я сам его написал. Потому что я работаю в этой компании. Потому что мне позвонил директор и попросил три страницы текста для статьи в журнал.
Но главным образом, потому, что это действительно хорошее ПО. Есть, конечно, и другие – SPIP (ужасно дорогой), Gwyddion (бесплатный, но на любителя), WSxM (тоже бесплатный), еще несколько менее известных, а также собственные разработки производителей приборов, как правило, с весьма куцым функционалом. В ФемтоСкан Онлайн много всего разного – и управление прибором, и обработка данных, и анализ – гистограммы, сечения, Фурье, много математики.
Получить и обработать данные – только часть стоящей перед ученым задачи. Результаты исследования очень важно красиво представить. Ведь от этого многое зависит: и получение дальнейшего финансирования, и привлечение в лабораторию новых студентов, и просто удовлетворение от своей работы… Можно с полной ответственностью сказать, что в ФемтоСкан Онлайн функции для качественной презентации изображений реализованы очень хорошо.
Палитры
Данные СЗМ – в первую очередь топография образца. Для удобства восприятия высоты исследуемого объекта отображаются с использованием цветовой палитры (аналогично географической карте, но с гораздо большим набором цветов), в которой определенному диапазону высот соответствует свой цвет. В ФемтоСкан Онлайн имеется набор предопределенных палитр, причем исследователь может создать и свою собственную (рис.1). Впрочем, эта возможность не уникальна – такие общие возможности имеются практически во всех подобных программах. Гораздо интереснее режимы автоматического масштабирования палитры, которых в программе несколько. Простейший из них – масштабирование от минимума до максимума высоты. В этом режиме наиболее полно используется весь цветовой диапазон. Можно привязать масштабирование не ко всему изображению, а к отдельной его части – тогда именно представляющий интересующий участок будет изображаться наиболее контрастно. Другой вариант – фиксированный масштаб. Этот режим полезен, когда требуется сравнить несколько образцов: все объекты одной высоты будут иметь один цвет, что позволяет легко их классифицировать. Самый интересный режим – автоматическое масштабирование по строкам с выравниванием – позволяет на самых зашумленных, «кривых» изображениях получить отличный контраст. В этом режиме палитра подбирается индивидуально к каждой строке, плюс к этому из строки вычитается средний наклон, мешающий разглядеть мелкие детали.
Полезными добавлениями являются также режимы подсветки и инверсии изображения.
Слайд-шоу
В практической деятельности необходимо оперативно организовать показ набора изображений, не тратя время на подготовку специальной презентации. В таком случае слайд-шоу – идеальный инструмент. Программа открывает один за другим изображения, лежащие в выбранной папке, и показывает их на экране (рис.2). Возможен выбор папки с подкаталогами, редактирование списка файлов перед показом. Если же использовать палитру с автоматическим подбором шкалы к каждой строке, то изображение будет рисоваться в наиболее контрастном виде.
Трехмерный вид
Трехмерное представление уже стало обязательной функцией в программах обработки СЗМ-изображений, однако в ПО ФемтоСкан Онлайн есть ряд особенностей, заметно выделяющих реализацию в нем 3D-изображений относительно других пакетов. Незаметные на первый взгляд, в сумме они дают значительный эффект. Это наличие перспективы, делающее изображение более натуральным, и использование функций OpenGL, по сравнению с DirectX дающих более натуралистичную картинку, и широкий диапазон настроек освещения, свойств материала и пространства (рис.3). Отдельно стоит упомянуть возможность накладывать на топографию цветовые карты с других каналов (например, трение или проводимость) и с произвольных изображений. Важно отметить, что настройка позиции объекта выполняется при пониженном разрешении, что позволяет быстро передвигать его, выбирая подходящую позицию. После выявления интересующей исследователя позиции запускается рендеринг в высоком разрешении, что, впрочем, тоже занимает не много времени.
Видеоролики
Следующий шаг в визуализации данных – переход от статического к динамическому трехмерному изображению. ФемтоСкан Онлайн позволяет делать и это, причем очень быстро. Пользователь должен всего лишь задать несколько опорных сцен и длительность переходов – программа сама рассчитает все промежуточные кадры. Несколько минут – и ролик готов (рис.4). Последовательность сцен можно сохранить в виде сценария, используя который можно записывать ролики с разными объектами.
Стерео
Ну и в конце – самое интересное. У всех на слуху трехмерное телевидение, причем многие уже посмотрели не по одному фильму в формате 3D. Так вот, ФемтоСкан Онлайн может продемонстрировать изображение в настоящем 3D. Конечно, потребуется соответствующее оборудование – трехмерный монитор или проектор и очки, хотя существуют варианты и без последних. Картинку сгенерирует ФемтоСкан Онлайн. И это будет настоящее, полноцветное, стереоскопическое изображение. В программе предусмотрен ряд тонких настроек – фокусное расстояние, угол параллакса, что позволяет «увести» объект за плоскость монитора или наоборот, заставить его висеть прямо перед пользователем (рис.5).
И это еще не все – по аналогии с обычным 3D можно снять стереоскопический ролик. Только представьте себе анонс: «Скоро на экранах – новый 3D-фильм, в главной роли вирус табачной мозаики». Единственная просьба к авторам – не забыть в титрах упомянуть «снято с помощью программы ФемтоСкан Онлайн».
Отзывы читателей
