Towards using images for polyhedrons simplification and deformation
Exploitation d'images numériques pour la simplification et la déformation de modèles polyédriques
Résumé
Polyhedral models which are very often used in mechanical design, constitute a privileged representation among the digital mock-ups of products. On the one hand, the approaches and methods of manipulation and exploitation of these models are usually led by one geometric criterion linked to the objects' shape (normal, curvature ...) but only a few of them pay attention to perceptual information. On the other hand, the existing image processing techniques extract data (contours, geometric features, textures...) related to the objects' shapes description they represent. Thus, the goal of this Ph.D. is to perform a coupling between polyhedral 3D models and 2D digitalized image(s) in order to handle these models with image-based criteria. One simplification and two deformation methods are presented. In the first one, the simplification is based on a vertex removal iterative process led by a tolerance criterion: it is linked to images contours filtering which are projected onto the 3D model to identify areas which are more or less close to those character lines. The polyhedrons deformation methods are applied to the hole-filling case. A triangulation is inserted and deformed by an optimization problem under constraints resolution. The function to minimize simulates the curvature variation between the inserted patch and the initial model. The solution is obtained by an iterative algorithm based on a mechanical model of bars network. The constraints come either from the respect of 3D character lines obtained by stereoscopic triangulation or directly from the intensity of the pixels to constrain the vertices displacement to a certain elevation (inverse Shape From Shading problem). The three developed methods are completely modular.
Les modèles polyédriques, très utilisés dans les processus d'ingénierie, constituent une représentation privilégiée au sein des maquettes numériques de produits. Les approches et méthodes de manipulation et d'exploitation de ces modèles, sont le plus souvent pilotées par un critère géométrique lié à la forme des objets (normale, courbure ...) mais très peu prennent en compte des informations de type perceptuelles. Parallèlement, les techniques de traitement d'images existantes extraient des données (contours, primitives géométriques, textures ...) relatives à la description des formes des objets qu'elles représentent. Ainsi, le but de cette thèse est de réaliser un couplage modèle polyédrique 3D / images numériques 2D pour manipuler les modèles 3D avec des critères extraits d'image(s). Une méthode de simplification et deux méthodes de déformation de polyèdres sont présentées. Dans la première méthode, la simplification est basée sur un processus itératif de suppression de sommets piloté par un critère de tolérance de simplification. Cette tolérance est liée au filtrage de contours d'image(s) qui sont projetés sur le modèle 3D afin d'identifier les zones plus ou moins proches de ces lignes de caractère. Les méthodes de déformation de polyèdres sont appliquées au cas du remplissage de trous. Une triangulation est insérée au modèle puis déformée par la résolution d'un problème d'optimisation numérique sous contraintes. La fonctionnelle à minimiser simule la variation de courbure entre le maillage inséré et le modèle initial. La solution est obtenue par un algorithme itératif basé sur un modèle mécanique de réseau de barres. Les contraintes imposent le respect de lignes de caractère 3D obtenues par triangulation stéréoscopique dans la première méthode, ou bien calculées en fonction de l'intensité lumineuse des pixels et qui imposent le déplacement des sommets correspondants suivant une certaine élévation (problème inverse du Shape From Shading). Les trois méthodes implémentées sont complètement modulaires.
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