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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Reconstrução de superfície a partir de um conjunto não-organizado de pontos
Authors: Joseane Alves Freire
First Advisor: Renato Cardoso Mesquita
First Referee: Denise Burgarelli Duczmal
Second Referee: Ricardo Hiroshi Caldeira Takahashi
Third Referee: Hani Camille Yehia
Abstract: Reconstrução da superfícies é a área que se dedica a obter modelos geométricos complexos a partir de um conjunto finito de pontos não-organizados da superfície de objetos. Esta área vem se tornando cada vez mais importante dentro de Modelagem Geométrica e em outras aplicações como Computação Gráfica, Visão Computacional, Realidade Virtual e Engenharia. Esta dissertação apresenta uma revisão bibliográfica que aborda os principais métodos de reconstrução de superfícies. Esses métodos foram divididos em quatro categorias: métodos baseados em esculpimento, métodos baseados em funções implícitas, métodos incrementais e métodos baseados em modelos deformáveis. Uma ênfase maior é dada aos algoritmos baseados em esculpimento, especialmente aos algoritmos da família Crust, uma vez que esses possuem garantias teóricas de reconstrução, em função da densidade das amostras. Em 2D, é demonstrado que as garantias de reconstrução para o algoritmo beta-Skeleton são melhores que as do algoritmo raw crust, no entanto, o primeiro não pode ser estendido para R3. Também são apresentadas as versões 3D dos algoritmos raw crust e power crust, bem como os principais teoremas que definem suas garantias de reconstrução. Apresentam-se os resultados práticos obtidos na implementação do raw crust e power crust 3D. Para implementação desses algoritmos foi utilizada a biblioteca CGAL (Computational Geometry Algorithms Library). Esta biblioteca disponibiliza os principais métodos envolvidos nesses algoritmos, como, por exemplo, as triangulações de Delaunay tradicional e com peso. Além disso, oferece suporte a classes com aritmética de precisão arbitrária, necessária para os cálculos geométricos envolvidos nas triangulações. Através dessas implementações é mostrado que o algoritmo raw crust, tanto na versão bidimensional quanto tridimensional, é bem mais simples que o algoritmo power crust, não apresentando maiores dificuldades em sua implementação. O power crust é um algoritmo bem mais complexo, que envolve cálculos adicionais como: triangulação de Delaunay com peso, interseção entre bolas polares e cálculo do ortocentro dos tetraedros da triangulação. Por outro lado, apresenta melhores garantias de reconstrução que o raw crust. No entanto, os resultados obtidos não foram satisfatórios devido às dificuldades numéricas encontradas em sua implementação.Assim, este trabalho constitui uma base para o desenvolvimento de uma biblioteca capaz de reconstruir objetos a partir de amostras de pontos, que possa ser integrada ao modelador de sólidos GSM (GOPAC Solid Modeler) desenvolvido pelo grupo de pesquisa GOPAC (Grupo deOtimização e Projeto Assistido por Computador) da UFMG. Com esta futura integração, poderse-á gerar modelos de objetos diretamente no GSM a partir dos dados obtidos em um scanner tridimensional.
Abstract: Surface reconstruction is the area dedicated to get complex geometric models from a finite set of unorganized points of object surfaces. This area has become increasingly important in Geometric Modeling and other applications such as Computer Graphics, Computer Vision, VirtualReality and Engineering. This Master thesis describes a broad survey of the main reconstruction methods. These methods are divided in four categories: sculpturing methods, implicit function methods, incremental methods and warping methods. Emphasis is given to sculpturing methods, especially to the Crust family algorithms, because they have theoretical guarantees of reconstruction based on the sample density.In 2D, it is demonstrated that the reconstruction guarantees for the beta-Skeleton algorithm are better than for the raw crust algorithm. However, the first one cannot be extended to R3. The three-dimensional versions of the crust and power crust algorithms are presented, together with the main theorems that define their reconstruction guarantees.The obtained results for the 3D raw crust and power crust algorithms are presented. The CGAL (Computational Geometry Algorithms Library) library was used to implement these algorithms. This library provides the main methods in these algorithms, as the traditional and weighted Delaunay triangulations. Moreover, it is able to represent a floating point value with arbitrary precision, wich is necessary for geometric calculations in the triangulations. Through these implementations it is shown that the crust algorithm (2D and 3D versions) is much simpler than power crust, not presenting difficulties in its implementation. Power crust is an algorithm more complex, that involves supplementary calculations such as: weighted Delaunay triangulation, intersecting polar balls and ortocenter calculations. It presents better reconstruction guarantees of that raw crust, however, its output was not satisfactory because numerical difficulties in its implementation have been found.Thus, this work constitutes a base for developing a library to reconstruct objects from sample points, wich can be integrated to the GSM (GOPAC Solid Modeler). With this future integration, the GSM will be able to directly generate object models from three- dimensional points obtained from a 3D scanner.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RCMA-6KPQNS
Issue Date: 21-Oct-2005
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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