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Niklas Bunge
Objekt Rekonstruk4on
Niklas Bunge
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Niklas Bunge
Inhalt
• Defini&on • Rekonstruk&onsablauf
• Einsatzgebiete
• Mo&va&on / Problemstellung
• Paper Review -‐ 3D Rekonstruk&on • Ver&efung ICP • Ver&efung Marching Cubes
• Zusammenfassung • Fazit
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Niklas Bunge
Begriffsdefini4on (h;p://www.duden.de)
• Rekonstruk&on • Wiederherstellen, Nachbilden (des Ursprünglichen Zustandes)
• Detaillierte Erschließung und Wiedergabe
• Objekt • Gegenstand, mit dem etwas geschieht oder geschehen soll
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Niklas Bunge
Genereller Ablauf
1. Objekt Erfassung
2. Registrierung
3. Objekt Visualisierung
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Einsatzgebiete
• Erkundungsroboter • Katastrophengebiete
• Medizin • Op. Planung
• Augmented reality
• 3D Scan/Drucken
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Niklas Bunge
Mo4va4on/Problemstellung
• Vielzahl an Messverfahren • Mobilität
• Laufzeit
• Genauigkeit
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Niklas Bunge
Paper-‐Review
• Shape Reconstruc&on from Mul&ple RGB-‐D Point Cloud Registra&on (2014)
• IEEE
• DOI: 10.1109/INDIN.2014.6945537
• Takimoto, R.Y.
• Comput. Geometry Lab., Escola Politec. da USP, Sao Paulo, Brazil
• Tsuzuki, M.S.G. ; Vogelaar, R. ; Mar&ns, T.C. ; Iwao, Y. ; Gotoh, T. ; Kagei, S. ; Gallo, G.B. ; Garcia, M.A.A. ; Tiba, H.
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Niklas Bunge
Ziel 3D Modell Erzeugung: • Aufnahmen mit 3D Kamera
• Registrierung mit ICP + Farbinfo
• Oberflächenrekonstruk&on mit Marching Cubes
Vergleich mit Konven&onellem ICP
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Rekonstruk4onslgorithmus
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Objekt erfassung
• Kinect • Strukturiertes Licht
• 300 000 Bildpunkte
• RGB-‐D
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3D Registrierung
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Ver4efung: Itera4ve Closest Point Algorythmen
• A Method of Registra&on of 3-‐D Shapes (1992) • Paul J. Besl und Neil D. McKay
• Effiziente Registrierung von 3-‐D Formen
• 6 Freiheitsgrade
• Kleinste Fehlerquadrate
• Konvergiert zum lokalen Minimum
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Niklas Bunge
ICP Algorithmus
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1. Bes&mme geringsten Abstand 2. Berechne Rota&on und Transla&on für
Minimierung
3. Registrierung anwenden
4. Wiederhole 1-‐3 solange:
dk – dk+1 < τ
τ: Schwellwert d: Durchschniqlicher quadra&scher Fehler
Quelle: https://taylorwang.wordpress.com/2012/04/06/ iterative-closest-point-algorithm-point-cloudmesh-registration/
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Niklas Bunge
ICP Abwandlung
• 4D : (x,y,z,h) • Ausreißer vernachlässigen miqels dynamischem Grenzwert Dmax
• Gewichtung von naheliegenden Punkten
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Angepasster ICP vs konven4oneller ICP
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Niklas Bunge
• Ensernen von Rauschen, • Kalibrierungsfehlern und
• Registrierungsfehlern
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Oberflächen Rekonstruk4on
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Oberflächen Rekonstruk4on
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Ver4efung: Marching Cubes
• :A HIGH RESOLUTION 3D SURFACE CONSTRUCTION ALGORITHM (1987) • William E. Lorensen and Harvey E. Cline
• Oberfläche annähern
• Linearer Interpola&on
• Dreiecke
• Shading
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Der „Cube“
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14 Mögliche Interpola4onen
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+gedreht +komplement
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Niklas Bunge
Gouraud Shading
• Normale berechnen
• Schateren
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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Gouraud_high.gif
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Niklas Bunge
Zusammenfassung
• RGB-‐D Aufnahme mit Kinect • Registrierung mit ICP
• Oberflächenrekonstruk&on mit Marching Cubes
• Kinect hat viel Rauschen
• Nutzen der Farbinforma&on brachte Vorteile
• Verwenden einer Bilderserie verbessert die Rekonstruk&on
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Fazit
• Vielzahl an Aufnahmegeräten, Registrierungs-‐ und Visualisierungsverfahren • Auswahl ist abhängig vom Einsatzgebiet
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