Panchetti, Minica (2009) Towards using images for polyhedrons simplification and deformation. PhD thesis Conception, Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes, ENSAM 2009ENAM0004 p.175.

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Abstract

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.

Table of content

I Représentations numériques et techniques de traitement

associées : état de l’art 9

1 Représentations numériques multiples 11

1.1 Une variété de modèles géométriques et autres représentations 12

1.2 Courbes et surfaces paramétriques - 17

1.3 Nuages de points - 17

1.4 Modèles polyédriques - 19

1.5 Images numériques - 22

1.5.1 Images matricielles - 22

1.5.2 Images vectorielles - 25

1.6 Représentations symboliques ou schématiques - 26

1.7 Conclusion - 27

2 Techniques de traitement et d’exploitation d’images 31

2.1 Introduction - 32

2.2 Techniques de traitement d’images - 32

2.2.1 Extraction de contours - 32

2.2.2 Segmentation - 37

2.2.3 Reconnaissance d’objets - 40

2.2.4 Bilan des techniques d’extraction des contours, de segmentation

d’images et de reconnaissance d’objets . . . 43

2.3 Calibration de caméras - 43

2.3.1 Modèle de projection perspective (modèle sténopé linéaire)

- 44

2.3.2 Lancer de rayons - 49

2.3.3 Bilan des méthodes de calibration de caméras et de

lancer de rayons - 49

2.4 Techniques de reconstruction 3D à l’aide d’images - 49

2.4.1 Tomographie -

2.4.2 Stéréoscopie - 50

2.4.3 Shape From Shading - 52

2.4.4 Bilan des techniques de reconstruction 3D à partir

d’image(s) - 55

2.5 Conclusion - 57

3 Techniques de manipulation de modèles polyédriques 59

3.1 Manipulations avancées de modèles polyédriques - 60

3.2 Techniques de simplification de modèles polyédriques - 63

3.2.1 Mécanismes de simplification de modèles polyédriques 63

3.2.2 Simplifications géométriques - 65

3.2.3 Simplifications perceptuelles - 70

3.2.4 Synthèse des techniques de simplification de modèles

polyédriques - 73

3.3 Techniques de déformation de modèles polyédriques - 74

3.3.1 Méthodes géométriques - 74

3.3.2 Méthodes non géométriques - 76

3.3.3 Synthèse des méthodes de déformation de modèles polyédriques

- 84

3.4 Conclusion - 84

II Nouvelle approche de traitement de modèles polyédriques

basée sur l’exploitation d’images numériques 89

4 Simplification de polyèdres à l’aide d’images 91

4.1 Introduction - 92

4.2 Schéma de traitement adapté à la simplification - 93

4.3 Création de la carte de tolérances - 96

4.3.1 Extraction et vectorisation des lignes de caractère . . 96

4.3.2 Projection des contours et calcul de la position des

sphères d’erreur - 97

4.3.3 Calcul des rayons des sphères d’erreur - 102

4.4 Résultats et analyses - 104

4.4.1 Critères d’analyse et métriques de comparaison des

résultats - 104

4.4.2 Résultats - 105

4.5 Conclusion - 113

5 Déformation de polyèdres à l’aide d’images 117

5.1 Introduction - 118

5.2 Etat de l’art des méthodes de remplissage de trous - 121

5.3 Prétraitements des trous - 125

5.3.1 Identification et nettoyage du contour des trous - 125

5.3.2 Remplissage topologique de trous - 128

5.3.3 Calibration de la caméra - 129

5.4 Définition des contraintes sur le maillage inséré - 129

5.4.1 Définition de contraintes par stéréoscopie - 129

5.4.2 Définition de contraintes à l’aide des méthodes de Shape

From Shading - 131

5.5 Spécification et résolution du problème d’optimisation numérique

- 138

5.5.1 Choix de la fonctionnelle - 138

5.5.2 Linéarisation des contraintes - 141

5.6 Résultats et comparaison des deux approches de remplissage

de trous proposées - 142

5.6.1 Résultats de la méthode de remplissage de trous à

l’aide de contraintes obtenues par stéréoscopie - 142

5.6.2 Résultats de la méthode de remplissage de trous à

l’aide de contraintes obtenues par SFS - 146

5.7 Conclusion - 154

Synthèse et perspectives 159

Synthèse - 159

Perspectives - 160

Améliorations du module de simplification de modèles polyédriques

à partir d’image(s) - 160

Améliorations du module de déformation de modèles polyédriques

à partir d’images - 161

Applications aux images réelles - 162

Mise à jour de modèles polyédriques - 162

Bibliographie 163

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