lecture 8 - department of computer sciencemisha/spring17a/09.pdfpoisson problem min | โ |2 compute...
TRANSCRIPT
-
Lecture 8
Introduction to Geometry Processing
Spring 2017
Johns Hopkins University
-
๐ต๐
๐ต๐
๐ผ
๐ฝ
๐ก๐ด
๐ก๐ต
๐ต๐
๐ต๐
เถฑ๐
๐ต๐๐ต๐ =๐ก๐ด + ๐ก๐ต
12
เถฑ๐
๐ป๐ต๐ , ๐ป๐ต๐ = โcot ๐ผ + cot(๐ฝ)
2
-
เถฑ๐
๐ต๐2 =
๐ก๐โ๐(๐)
|๐ก๐|
6
เถฑ๐
๐ป๐ต๐ , ๐ป๐ต๐ =
๐ผ๐โ๐๐(๐)
cot ๐ผ๐2
๐ก1๐ก2
๐ก3๐ก4
๐ก5
๐ผ1
๐ผ2
๐ผ3๐ผ4
๐ผ5๐ผ6
๐ผ7๐ผ8
๐ผ9
๐ผ10
๐ต๐
-
Right triangle parametrization
๐ โ ๐ 2
๐ก โ ๐ 3
๐ฃ0
๐ฃ1
๐ฃ2
(0,0) (1,0)
(0,1)
๐๐ก
๐๐ก 0,0 = ๐ฃ0
๐๐ก 1,0 = ๐ฃ1
๐๐ก 0,1 = ๐ฃ2
๐๐ก: ๐ โ ๐ 2 โ ๐ก โ ๐ 3
Exercise:
(1) Given ๐ = ๐๐ฅ, ๐๐ฆ โ ๐ compute ๐๐ก ๐ .
(2) Given ๐ = ๐๐ฅ, ๐๐ฆ , ๐๐ง โ ๐ก compute ๐๐กโ1 ๐ .
(3) Given ๐ฃ = ๐ฃ๐ฅ, ๐ฃ๐ฆ โ ๐๐ compute ๐๐๐ก ๐ฃ .
(4) Given ๐ค = ๐ค๐ฅ, ๐ค๐ฆ , ๐ค๐ง โ ๐๐ก compute ๐๐๐กโ1 ๐ค .
๐๐๐ก: ๐๐ โ ๐ 2 โ ๐๐ก โ ๐ 3
๐๐๐ก10
= ๐ฃ1 โ ๐ฃ0
๐๐๐ก01
= ๐ฃ2 โ ๐ฃ0
-
Right triangle parametrization
๐ โ ๐ 2
๐ก โ ๐ 3
๐ฃ0
๐ฃ1
๐ฃ2
(0,0) (1,0)
(0,1)
๐๐ก
๐๐ก 0,0 = ๐ฃ0
๐๐ก 1,0 = ๐ฃ1
๐๐ก 0,1 = ๐ฃ2
๐๐ก: ๐ โ ๐ 2 โ ๐ก โ ๐ 3
Definition: The metric tensor on the right unit triangle induced by the triangle embedding is given by,
๐๐๐ก: ๐๐ โ ๐ 2 โ ๐๐ก โ ๐ 3
๐๐๐ก10
= ๐ฃ1 โ ๐ฃ0
๐๐๐ก01
= ๐ฃ2 โ ๐ฃ0
๐๐ก = ๐๐๐กโค๐๐๐ก
-
Right triangle parametrization
๐ โ ๐ 2
๐ก โ ๐ 3
๐ฃ0
๐ฃ1
๐ฃ2
(0,0) (1,0)
(0,1)
๐๐ก
Some properties of ๐๐ก = ๐๐๐กโค๐๐๐ก :
โข ๐ก =1
2det ๐๐ก
โข ๐ฃ1 โ ๐ฃ02 =
10
,10 ๐๐ก
=10
โค
๐๐ก10
โข ๐ฃ2 โ ๐ฃ02 =
01
,01 ๐๐ก
=01
โค
๐๐ก01
โข ๐ฃ2 โ ๐ฃ12 =
โ11
,โ11 ๐๐ก
=โ11
โค
๐๐กโ11
-
Right triangle parametrization
๐ฃ0
๐ฃ1
๐ฃ2
(0,0) (1,0)
(0,1)
๐๐ก
Exercise:
Prove,
โข ๐ป๐ต๐ฃ๐ โ ๐๐๐กโ1 ๐ป๐ต๐ฃ๐ = ๐๐ก
โ1๐๐
โข ๐ป๐ต๐ฃ๐ , ๐ป๐ต๐ฃ๐ = ๐ป๐ต๐ฃ๐ , ๐ป๐ต๐ฃ๐ ๐๐ก = ๐๐โค๐๐ก
โ1๐๐
๐ป๐ต๐ฃ0
๐ป๐ต๐ฃ1
๐ป๐ต๐ฃ2
๐0 =โ1โ1
๐1 =10
๐2 =10
-
Right triangle parametrization
๐ โ ๐ 2
๐ก โ ๐ 3
๐ฃ0
๐ฃ1
๐ฃ2
(0,0) (1,0)
(0,1)
๐๐ก
เถฑ๐ก
โฉ๐ป๐ต๐ฃ๐ , ๐ป๐ต๐ฃ๐ โช = ๐๐โค๐๐ก
โ1๐๐det ๐๐ก2
เถฑ๐ก
๐ต๐ฃ๐ ๐ต๐ฃ๐ =det ๐๐ก24
เถฑ๐ก
๐ต๐ฃ๐ ๐ต๐ฃ๐ =det ๐๐ก12
-
๐๐๐ = เถฑ๐
๐ต๐๐ต๐ โ Mass matrix
๐๐๐ = เถฑ๐
๐ป๐ต๐ , ๐ป๐ต๐ โ Stiffness matrix
Exersice:
Let 1, be the vector of ones.
(a) Prove 1โค๐1 = ฯ๐กโ๐ ๐ก .
(b) Prove ๐1 = 0(c) Whats the null space of ๐?
-
Filtering
min๐
|๐ โ ๐| 2 + ๐ผ ๐ป๐ โ ๐ฝ๐ป๐2
Given, ๐ = ฯ๐ ๐๐๐ต๐, find ๐ = ฯ๐ ๐๐๐ต๐, that minimize:
๐ โ ๐2: = เถฑ
๐
(๐ โ ๐)2 = ๐ โ ๐ โค๐ ๐ โ ๐
๐ป๐ โ ๐ฝ๐ป๐2: = เถฑ
๐
๐ป๐ โ ๐ฝ๐ป๐, ๐ป๐ โ ๐ฝ๐ป๐ = ( ๐ โ ๐ฝ[๐])โค๐( ๐ โ ๐ฝ[๐])
min[๐]
๐ โค ๐ + ๐ผ๐ ๐ โ ๐ โค(๐ + ๐ผ๐ฝ๐)[๐]
๐ = ๐ + ๐ผ๐ โ1(๐ + ๐ผ๐ฝ๐)[๐]
-
Example
๐ผ = 0, ๐ฝ = 0 ๐ผ = 10โ4, ๐ฝ = 0 ๐ผ = 10โ4, ๐ฝ = 2
-
Poisson Problem
min๐
|๐ป๐ โ ๐ฃ| 2
Compute the closest gradient field to a vector field ๐ฃ:
Q. How many degrees of freedom has ๐ฃ?
๐: ๐ 2๐ โ ๐ 2๐ =
๐1โ1 det ๐1
2โฏ 0
โฎ โฑ โฎ
0 โฏ๐๐โ1 det ๐๐
2
๐บ: ๐ ๐ โ ๐ 2๐ , ๐บ๐โ๐,๐กโ๐ = แ๐๐กโ1๐๐(๐)0
If ๐ is the ๐(๐)-corner of ๐ก
Otherwise
Vector product matrixGradient matrix
๐ป๐ = ๐บ[๐] ๐ข, ๐ฃ = ๐ข ๐[๐ฃ]
Prove: ๐ = ๐บโค๐ ๐บ
Prove: min๐
|๐ป๐ โ ๐ฃ| 2, is given by ๐ ๐ป๐ = (๐บโค๐[๐ฃ]). How many solution does this equation have?
-
Application: Approximate Geodesic Distances
Algorithm:Input: ๐ โ Vertex index Output: ๐ โ approximate geodesic distance to ๐ฃ๐.
1. Solve for
min๐
|๐ โ ๐ฟ๐|2 + ๐ผ ๐ป๐
2
2. For each triangle let ๐ฃ๐ก =๐ป๐|๐ก
||๐ป๐|๐ก||
3. Solve for
min๐
๐ป๐ โ ๐ฃ2
4. Offset ๐ by a constant to have ๐ ๐ = 0.