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3D Modeling:3D Modeling: Surface Reconstruction Surface Reconstruction and Surface and Surface SimplificationSimplification

曾俊霖明新科技大學 資訊工程系

2007/11/15 國立新竹教育大學資科所 /明新科技大學資工系

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3D Modeling3D ModelingWhat is 3D Modeling?

◦ 3D modeling is the process of developing a mathematical, wireframe representation of any three-dimensional object (either inanimate or living) via specialized software.

Why 3D Modeling?◦Virtual Reality is springing up.◦3D is friendlier than 2D.◦In the future

See a movie2007/11/15 國立新竹教育大學資科所 /明新科技大學資工系 2

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3D Modeling3D ModelingHow to model a 3D object?

◦Sequential Engineering ( 順向工程 ) Creating an inexistent object. Using 3D modeling softwares.

3D Studio Max, Maya, …

◦Reverse Engineering( 逆向工程 ) Creating an existent object. Using production procedure of Reverse

Engineering

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3D(影像 /幾何 )擷取編輯系統

虛擬實境開發應用 /軟體

虛擬實境顯示融入操控模擬系統

Multimedia

Animation

3D CAD

Concave/ImmersiveConcave/Immersive

Studio/SDKStudio/SDK

OFF-Line

CD ROM CD ROM //Virtual ShowRoomVirtual ShowRoom

Mobile

ON-Line

Server/CollosseumServer/Collosseum

Mobile VisualizerMobile Visualizer

ConfiguratorConfigurator Support

Demonstrator Planner

Integrated

Digital Content

3D Studio MAXMaya

LightWavetrueSpace

ProESolidWorkSolidEdgeAutoCADArchiCAD

FlashDirector

資料庫

WEBWEB

ORACLEORACLE

ASPASPHTMLHTMLXMLXMLLinuxLinuxJAVAJAVA

VBVBVC++VC++

ActiveXActiveXMS AgentMS Agent

MovMovMP3MP3AviAvi

PPMPPM

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Reverse EngineeringReverse EngineeringProduction procedure (Step 1)

◦Creation of a digital object A point-cloud model Using a 3D scanner

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Reverse EngineeringReverse EngineeringProduction procedure (Step 2)

◦Creation of a meshed model Using surface reconstruction method

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionGenerating the triangles from a

point-cloud model

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionProblems

◦Which two points should be formed an edge?

◦How to decrease the time cost of generating a meshed model?

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionKey steps

◦Localized sampling Fixed-sized sampling approach

Alpha ball (sampling size determined by users)

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α=∞α=0

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionKey steps

◦Localized sampling Fixed-sized sampling

approach LVC (size determined by whole model

points) Proposed by Jong and Juin at CYCU in

2005 γ = γm + 3s

γm is the average of the distance from the closest point

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionKey steps

◦Localized sampling Fixed-sized sampling approach

LVC (size determined by whole model points) Problem: some undesired edges are generated.

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionKey steps

◦Localized sampling Adaptive-sized sampling approach

Projected-based approach Proposed by Gopi in 2002 Using the nearest point to determine the sampling

region r= μ x m Dense points are necessary. Small holes might be generated.

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionKey steps

◦Localized sampling Adaptive-sized sampling approach

Shape-based approach Proposed by Jong and Juin Summit to JCST(SCI Journal) - 2nd revised Using DSO(Discrete Shape Operator) to

determine the sampling regions

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Surface ReconstructionSurface Reconstruction

Key steps◦Sampling points pruning

Points lying on different surfaces

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionKey steps

◦Sampling points pruning Points lying on different surfaces

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionCurrent Results

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Surface ReconstructionSurface ReconstructionAnother problem

◦The reconstruction of high-variation surfaces fails easily. Solution

Extracting high-variation surfaces before reconstructing◦The number of points is too many

Increasing of computation cost Increasing of storage cost Solution

Removing some irrelevant points and triangles Using Surface Simplification Method

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Surface SimplificationSurface SimplificationReduce the points and trianglesProblems

◦Which points, edges or triangles should be removed?

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Surface SimplificationSurface SimplificationRelated Methods

◦Vertex Removal removing a vertex from 3D model, along with its

adjacent edges and triangles, and retriangulating the resulting hole.

Only for manifold surface

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Surface SimplificationSurface Simplification

Related Method◦Vertex Clustering

It cannot maintain the quality.

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Surface SimplificationSurface SimplificationRelated Methods

◦Edge Collapse Edge collapse can contract an edge to a single

vertex. This approach can be used for manifold and non-

manifold models, but can close holes in the model.

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Surface SimplificationSurface SimplificationRelated Methods

◦Vertex-Pair Contraction Using QEM(Quadric Error Metric) to

determine the rank of vertex-pair contraction

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Surface SimplificationSurface Simplification

Related Methods◦Multiphase Approach

Combining the uniform-clustering method and vertex-pair contraction

For large-size models

◦User-Guided Simplification This method aims to overcome the problem

of vertex-pair contraction to retain the object features.

Retained features determined by users

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Surface SimplificationSurface SimplificationOur approach

◦Using Shape Operator to retain the object features automatically

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Surface SimplificationSurface SimplificationShape Operator

◦Merge curvature and Torsion

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Surface SimplificationSurface SimplificationVertex-Pair Contraction vs our approach

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Feature ExtractionFeature ExtractionExtracting features before

surface reconstruction◦It can avoid the failure of

reconstruction of high-variation surfaces

Extracting features before surface simplification◦It can effectively retain the features

of a simplified model.

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Feature ExtractionFeature ExtractionCorrelation ellipsoid

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Feature ExtractionFeature Extraction

Multi-scale feature extraction

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Feature ExtractionFeature ExtractionTime cost is very high.Low-cost feature extraction

method is necessary◦Using DSO to extract high-variation

surfaces

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Feature ExtractionFeature ExtractionFor point-based models

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Feature ExtractionFeature ExtractionFor meshed models

◦1-ring neighbors

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Feature ExtractionFeature ExtractionPoint-

based models

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Feature ExtractionFeature Extraction

Meshed models

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Computer Graphics in the Computer Graphics in the FutureFutureA movie generated by NTT in

Japan◦NTT Docomo -Vision2010

2003~2010 <movie>

◦NTT Docomo -Vision2010 198x~201x <movie>

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