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Minto S., PointCloud2Publish – Visualizzazione e condivisione di modelli 3D
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Minto S., PointCloud2Publish – Visualizzazione e condivisione di modelli 3D

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Dissertazione finale del Master Open Téchne 2013. ...

Dissertazione finale del Master Open Téchne 2013.

Nell'ambito dell' esperienza di stage condotta presso la Fondazione Bruno Kessler di Trento, presentiamo
un approccio riguardante il processo che dalla point cloud ci porta a fruire di un modello 3D senza l'utilizzo di software di visualizzazione specifici, come ad esempio il PDF3D o un comune web browser.
Il lavoro si è diviso in quattro fasi: (i) la modellazione in mesh poligonali, (ii) la segmentazione del modello,
(iii) la semplificazione ottenendo varie risoluzioni del modello e (iv) la pubblicazione su web.
Per tutto il workflow si è cercato di utilizzare sempre software Open Source, comparandoli a volte con soluzioni commerciali.

http://www.istitutoficlu.org/iniziative/master-open-techne-2012-2013-discussione-finale/

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    Minto S., PointCloud2Publish – Visualizzazione e condivisione di modelli 3D Minto S., PointCloud2Publish – Visualizzazione e condivisione di modelli 3D Presentation Transcript

    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Simone Minto simminto@gmail.com Sede dello stage: 3DOM – Fondazione Bruno Kessler, Trento Tutor: Fabio Remondino
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Visualizzazione di Modelli 3D su piattaforme WEB Bake Vertex ● Color to Texture map Poisson Surface Reconstruction Vertex Color Transfer Calcolo delleAbaco Normali ● ● ● ● Point Cloud ● Echino 100% selected COLONNA ✗ ✗ Echino ● Collarino Echino 1% active Si devono calcolare le normali Genera una mesh chiusa anche se ● Fusto presenta dei vuoti. la nuvola ✗ Pulire la mesh eccedente ✗ Non eredita Vertex Color Livelli di Octree sperimentati ● Base 8 – 9 – 10 – 12 - 14
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Modelli 3D generati da PointCloud Reality-based Modeling IMAGE-BASED (Sensori passivi) ● Fotogrammetria ● Computer-Vision ➔ Dense or sparse 3D point (point cloud) RANGE-BASED (Sensori attivi) ● Laser Scanner (Tempo di volo o differenza di fase) ● Kinect (a triangolazione) ➔ Dense point cloud
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D PointCloud da Image-based Modeling AUTOMATED IMAGE-BASED 3D RECONSTRUCTION ● Acquisizione ● Calibrazione (Orientamento interno) Apero ● Orientamento (Esterno) ● Ricostruzione MicMac
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Casi Studio - Progetto TAPEnADE ➔ ● Colonna del Chiostro di St Michel de Cuxa Cappella Imperiale di Ajaccio ➔ ● Fontana di Saint-Jean a Villeneuve les Avignon Vieille Charité a Marsiglia
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D WORKFLOW Poisson Surface Reconstruction Vertex Color to Mesh Calcolo Normali Texture Publish PointCloud
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Normals – Surface Reconstruction ● Calcolo delle Normali ● Poisson Surface Reconstruction ✗ ✗ Si devono calcolare le normali Genera una mesh chiusa anche se la nuvola presenta dei vuoti. ✗ Pulire la mesh eccedente ✗ Non eredita Vertex Color Livelli di Octree sperimentati 8 – 9 – 10 – 12 - 14
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Confronto Mesh Octree 8 Octree 9 Octree 10 Octree 12 Octree 14 Tempo: 6s Tempo: 15s Tempo: 115s Tempo: 240s Tempo: 1470s Vertex:47189 Vertex:186185 Vertex:742748 Vertex:837211 Vertex:842425 Faces:94376 Faces:372366 Faces:1485492 Faces:1674414 Faces:1692842 Kb(*ply):2305 Kb(*ply):9092 Kb(*ply):36268 Kb(*ply):40880 Kb(*ply):41330
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Color Vertex – Pulizia – Fill Hole ● Vertex Color Transfer ● Pulizia ● Fill Hole
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Segmentazione ● Abaco ● Echino ● Collarino ● Fusto ● Base Perché segmentare il modello? ● Gestione ➔ ● Suddividere il modello in più parti, gestibili individualmente facilita la gestione delle risorse hardware COLONNA Segmentazione “SEMANTICA” ➔ Segmentare seguendo ad esempio il “lessico” architettonico ci pone già in un approccio di studio del modello (bene culturale)
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Segmentazione ● Automatica ● Manuale ● PLUGIN RANSAC ● Segment (RANdom SAmple Consensus) ✗ Solo per Point Cloud Troppa frammentazione ✔ ✗ Point Cloud e Mesh Difficilmente settabile ✗ Soggetività dell'operatore ✗ Tempi uomo lunghi ✗
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Semplificazione Perché semplificare? ● Modelli leggeri per il WEB ➔ ● Visualizzare modelli 3D in remoto in modo fluido impone di utilizzare soluzioni che si adattino alle capacità delle odierne reti internet Come semplificare? ➔ Due soluzioni utilizzate ➔ Quadric Edge Collapse Decimation l'edge scelto viene collassato in un unico vertice, le due facce tra le quali si trovava vengono eliminate anch'esse. Gestione ➔ Come visto per la segmentazione, ridurre la grande mole di poligoni facilita la gestione delle risorse hardware Decimazione ➔ Remesh Modificatore di Blender Basato sull'algoritmo Marching Cubes. Ha come obiettivo l'uniformazione della lunghezza degli edge.
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Quadric Edge Collapse Decimation ● Una mesh poligonale é essenzialmente una collezione di vertici, spigoli (edge) e facce Edge-collapse L'edge diventa un vertice ● Struttura di una mesh, in rosso i vertici e gli edge interni, in blu le zone di boundary
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Remesh - Marching Cubes ✔ ✗ ✗ Crea una mesh con la lunghezza degli edge uniformata. Le zone di boundary non si riescono a preservare. La mesh ottenuta non eredita le informazioni colore
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Semplificazioni a confronto
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Semplificazioni a confronto
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Semplificazioni a confronto ● Distance Computation Decimate 75% Decimate 50% Decimate 10% Octree 9 Decimate 25% Decimate 1% Octree 8 Octree 7
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Texture Perché associare Texture al modello? Come creare la Texture? ● ● ● ➔ Le informazioni cromatiche sono fondamentali nello studio dei beni culturali Se abbiamo le informazioni colore associate alla nuvola di punti, più semplifichiamo il modello più perderemo le informazioni colore. Generare una texture ci consente di semplificare il modello geometrico mantenendo apprezzabile la risoluzione cromatica. ➔ ➔ Dei nostri modelli abbiamo solo informazioni colore legate ai vertici della Point Cloud, trasferiti alla mesh. Trasferire le informazioni colore dal modello originale a quello decimato. Bake dei Vertex Colour su una Texture Map Il Render Baking crea un'immagine bitmap 2D della superficie di un oggetto mesh renderizzato. L'immagine viene rimappata sull'oggetto (Il modello decimato nel nostro caso) usando le sue coordinate UV, il cui calcolo per modelli complessi richiede tempi lunghi.
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Texture ● Unwrap ➔ Scuce la mesh 3D su di un piano, associando la coordinata spaziale XYZ a quella del piano UV Unwrap Echino1% Mesh Echino 1%
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Texture ● Bake Vertex Color to Texture map Texture Echino1% Echino 100% selected Echino 1% active
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Visualizzazione di Modelli 3D su piattaforme WEB Linguaggi, librerie, API ● PDF3D ● WEBGL/HTML5 ● REMOTE RENDERING SERIUS GAMES ● PSEUDO 3D ● SOLUZIONI ALL IN ONE Soluzioni, Piattaforme
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D PDF3D ● OPEN SOURCE ● SIMLAB COMPOSER ✔ ✔ ✔ ✗ ✗ Ottima compressione Mantiene un buon dettaglio Perde informazioni colore Perde la segmentazione Importa il modello Collada con le texture ✔ Si possono colegare azioni alle segmentazioni ✔ Si può personalizzare un template di sfondo ✗ Dimensioni elevate per il WEB
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D WEBGL ● SKETCHCFAB ✔ Ottima navigabilità ✔ Mantiene vertex color ✔ Mantiene texture ✔ ✗ ✗ Upload direttamente dai vari software di modellazione Non mantiene la segmentazione Si può inserire un solo link
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D ALTRE SOLUZIONI ● SMITHSONIAN X 3D - AutoDESK ● NUBES
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D CONCLUSIONI HIGH RESOLUTION E' più importante VS l'oggetto rappresentato WEB o la rappresentazione Semplificazione e Segmentazione hanno ruoli importanti nel processo dell'oggetto? La modellazione non deve fermarsi all'apparenza ● ● Unificare questi processi con: ✔ ✔ tecniche di re-topology Scomporre il modello in geometrie elementari ✗ Coerenza metrica ✗ ● Approccio multidisciplinare. Utilizzare il modello come contenitore di tutte le informazioni che riguardano il bene in oggetto -database, metadata, ecc.. ● Fine
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D Semplificazioni a confronto ● Distance Computation Mesh Faces Vertices Kb (*.ply) Distanza media Deviazione standard - - Mesh_14 (default) 1646080 823045 43403 Decimata 75% 1235417 617263 32552 0 0,000002 Decimata 50% 823000 411504 21701 0 0,000005 Decimata 25% 411482 205745 10851 0,000001 0,000013 Decimata 10% 164594 82301 4341 0,000004 0,000035 Decimata 1% 16452 8230 435 0,000056 0,000241 Remesh 9 521224 994356 37692 -0,000010 0,000074 Remesh 8 129652 249062 9430 -0,000042 0,000259 Remesh 7 32156 62380 2358 -0,000146 0,000722 1992%
    • PointCloud2Publish Visualizzazione e condivisione online di modelli 3D PDF3D ● OPEN SOURCE ● ✔ ✔ ✔ ✗ ✗ Ottima compressione Mantiene un buon dettaglio Mesh Kb (*.ply) Perde informazioni colore Decimata 75% 32552 Perde la segmentazione SIMLAB COMPOSER Importa il modello Collada con le texture Si possono colegare azioni alle segmentazioni Kb 3Dpdf Kb 3Dpdf Kb (Blender) personalizzare un template di sfondo ✔ Si può (free) (prorpietario) ✗ 192313Dimensioni elevate per il WEB 3985 53813 ✔