Rekonstrukce křivek a ploch metodou postupné evoluce

Podobné dokumenty
Rekonstrukce křivek a ploch metodou postupné evoluce

Rekonstrukce ploch: Polygonální a analytická reprezentace Vybrané metody aproximace ploch

Digitální rekonstrukce povrchů z mračna bodů

Zobrazování těles. problematika geometrického modelování. základní typy modelů. datové reprezentace modelů základní metody geometrického modelování

Voronoiův diagram. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta

Triangulace. Význam triangulace. trojúhelník je základní grafický element aproximace ploch předzpracování pro jiné algoritmy. příklad triangulace

Jana Dannhoferová Ústav informatiky, PEF MZLU

9. přednáška z předmětu GIS1 Digitální model reliéfu a odvozené povrchy. Vyučující: Ing. Jan Pacina, Ph.D.

GIS Geografické informační systémy

Občas se používá značení f x (x 0, y 0 ), resp. f y (x 0, y 0 ). Parciální derivace f. rovnoběžného s osou y a z:

Křivky a plochy technické praxe

Základní vlastnosti ploch

Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta

Elementární plochy-základní pojmy

NURBS REPREZENTACE KŘIVEK V MAPLE

Počítačová grafika RHINOCEROS

Matematický ústav UK Matematicko-fyzikální fakulta

KŘIVKY A PLOCHY. Obrázky (popř. slajdy) převzaty od

Triangulace. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta.

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

Základní vlastnosti křivek

Circular Harmonics. Tomáš Zámečník

Elementární křivky a plochy

GIS Geografické informační systémy

Parametrické rovnice křivky

Robotické architektury pro účely NDT svarových spojů komplexních potrubních systémů jaderných elektráren

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Testování hypotéz o rozdělení

Přehled. Motivace Úvod. Křivky a plochy počítačové grafiky. Závěr. Rozvoj počítačové grafiky Výpočetní geometrie

Aproximační křivky. Trocha historie. geometrické modelování veliký pokrok v oblasti letectví 1944 Roy Liming

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

Rekonstrukce kvadratických plátů

Diferenciáln. lní geometrie ploch

1 Projekce a projektory

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA II, letní semestr 2000/2001 Michal Marvan

Automatická detekce anomálií při geofyzikálním průzkumu. Lenka Kosková Třísková NTI TUL Doktorandský seminář,

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

II.7.* Derivace složené funkce. Necht jsou dány diferencovatelné funkce z = f(x,y), x = x(u,v), y = y(u,v). Pak. z u = f. x x. u + f. y y. u, z.

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Neparametrické testy hypotéz čast 1

Kristýna Bémová. 13. prosince 2007

Typy geometrie v. Rhinu. Body

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

naopak více variant odpovědí, bude otázka hodnocena jako nesprávně zodpovězená.

Nejpoužívanější podmínky plasticity

Modelování ternárních systémů slitin

SEBELOKALIZACE MOBILNÍCH ROBOTŮ. Tomáš Jílek

Počítačová geometrie I

VEKTOROVÁ POLE Otázky

VEKTOROVÁ POLE VEKTOROVÁ POLE

Zpracování digitalizovaného obrazu (ZDO) - Segmentace II

Plánování projektu. 3. dubna Úvod. 2 Reprezentace projektu. 3 Neomezené zdroje. 4 Variabilní doba trvání. 5 Přidání pracovní síly

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Základy lineárního programování. študenti MFF 15. augusta 2008

Odvození středové rovnice kružnice se středem S [m; n] a o poloměru r. Bod X ležící na kružnici má souřadnice [x; y].

Semestrální práce z předmětu KMA/MM. Voroneho diagramy

9 Prostorová grafika a modelování těles

23. Matematická statistika

Plochy počítačové grafiky II. Interpolační plochy Bezierovy pláty nad obdélníkovou a trojúhelníkovou sítí Recionální Bezierovy pláty B-spline NURBS

III. Diferenciál funkce a tečná rovina 8. Diferenciál funkce. Přírůstek funkce. a = (x 0, y 0 ), h = (h 1, h 2 ).

Učební plán 4. letého studia předmětu matematiky. Učební plán 6. letého studia předmětu matematiky

Digitální učební materiál

Základy 3D modelování a animace v CGI systémech Cinema 4D C4D

Základy fuzzy řízení a regulace

Pedagogická poznámka: Celý obsah se za hodinu stihnout nedá. z ] leží na kulové ploše, právě když platí = r. Dosadíme vzorec pro vzdálenost:

Laserové skenování (1)

GIS Geografické informační systémy

1. Parametrické vyjádření přímky Přímku v prostoru můžeme vyjádřit jen parametricky, protože obecná rovnice přímky v prostoru neexistuje.

Rekurzivní sledování paprsku

SPŠS Č.Budějovice Obor Geodézie a Katastr nemovitostí RASTR RASTROVÉ ANALÝZY

Rastrová reprezentace geoprvků model polí Porovnání rastrové a vektorové reprezentace geoprvků Digitální model terénu GIS 1 153GS01 / 153GIS1

Základní topologické pojmy:

Digitální model reliéfu (terénu) a analýzy modelů terénu

VE 2D A 3D. Radek Výrut. Abstrakt Tento článek obsahuje postupy pro výpočet Minkowského sumy dvou množin v rovině a pro výpočet Minkowského sumy

II. Zakresli množinu bodů, ze kterých vidíme úsečku délky 3 cm v zorném úhlu větším než 30 0 a menším než 60 0.

14. Věty Gauss-Ostrogradského, Greenova a Stokesova věta

1. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCE DVOU PROMĚNNÝCH

OPTIMÁLNÍ SEGMENTACE DAT

13. Lineární procesy

Matematika 1 pro PEF PaE

Algoritmizace prostorových úloh

11 Zobrazování objektů 3D grafiky

LOKALIZACE ZDROJŮ AE NEURONOVÝMI SÍTĚMI NEZÁVISLE NA ZMĚNÁCH MATERIÁLU A MĚŘÍTKA

x 2 = a 2 + tv 2 tedy (a 1, a 2 ) T + [(v 1, v 2 )] T A + V Příklad. U = R n neprázdná množina řešení soustavy Ax = b.

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Testování statistických hypotéz

Aproximace a interpolace

PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

Přehled vhodných metod georeferencování starých map

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

Hledání extrémů funkcí

7. Geografické informační systémy.

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Průřezová témata Poznámky. Téma Školní výstupy Učivo (pojmy) volné rovnoběžné promítání průmětna

y ds, z T = 1 z ds, kde S = S

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Algoritmy pro shlukování prostorových dat

Kvaterniony, duální kvaterniony a jejich aplikace

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

3.3. ANALYTICKÁ GEOMETRIE KRUŽNICE A KOULE

0. Pak existuje n tak, že Bµ APn

Přednáška 3. 1GIS2 Digitální modely terénu, odvozené charakteristiky DMT, základní analýzy využívající DMT FŽP UJEP

Transkript:

Rekonstrukce křivek a ploch metodou postupné evoluce Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta petra.surynkova@mff.cuni.cz

Přehled Evoluce křivek princip evoluce použití evoluce křivky ve statistice návrh metody hledání hloubkové kontury metodou postupné evoluce ukázky evoluce uzavřených B-spline křivek v Matlabu Evoluce ploch princip evoluce využití evoluce při rekonstrukci ploch digitální rekonstrukce reálných povrchů některé metody rekonstrukce ploch

Princip postupný vývo křivky od istého počátečního tvaru a polohy k bodům vstupním množiny postupnému vývoi e křivka podrobena do té doby, dokud nesplňue něaké předem dané kritérium zde evoluce zastavena v okamžiku, kdy křivka vhodně aproximue vstupní množinu bodů

dána množina bodů p 1.. N v rovině cílem e proložit tyto body křivkou primárně e evoluce používána k aproximaci výslednou křivku hledáme tak, aby byla splněna podmínka N 1 min x c p x 2 min, kde x značí body na křivce p

měme parametricky popsanou křivku m c( u) B ( u) V i0 u i a, b c ( u) : c( s, u) označme s v reprezentaci křivky se obevuí dva rozdílné parametry i u Vi B i parametr křivky řídící body křivky bázové funkce su, vektor parametrů s ( s 1, s2,..., s n ) s n N 1 min p c ( u ) min u s 2 s sou x-ové a y-ové souřadnice řídících bodů

hledáme vektor parametrů, který definue křivku nechť vektor parametrů závisí na dalším parametru t evoluční parametr parametr t můžeme chápat ako čas 1 2 s ( s 1, s2,..., s n ) s( t) s ( t), s ( t),..., s ( t) tyto parametry sou v čase modifikovány tak, že se počáteční křivka mění a pohybue stále blíž k daným bodům n

hledáme vektor parametrů, který definue křivku nechť vektor parametrů závisí na dalším parametru t evoluční parametr parametr t můžeme chápat ako čas 1 2 s ( s 1, s2,..., s n ) s( t) s ( t), s ( t),..., s ( t) tyto parametry sou v čase modifikovány tak, že se počáteční křivka mění a pohybue stále blíž k daným bodům n s( t ) s ( t ), s ( t ),..., s ( t ) 0 1 0 2 0 n 0

hledáme vektor parametrů, který definue křivku nechť vektor parametrů závisí na dalším parametru t evoluční parametr parametr t můžeme chápat ako čas 1 2 s ( s 1, s2,..., s n ) s( t) s ( t), s ( t),..., s ( t) tyto parametry sou v čase modifikovány tak, že se počáteční křivka mění a pohybue stále blíž k daným bodům n s( t ) s ( t ), s ( t ),..., s ( t ) 1 1 1 2 1 n 1

hledáme vektor parametrů, který definue křivku nechť vektor parametrů závisí na dalším parametru t evoluční parametr parametr t můžeme chápat ako čas 1 2 s ( s 1, s2,..., s n ) s( t) s ( t), s ( t),..., s ( t) tyto parametry sou v čase modifikovány tak, že se počáteční křivka mění a pohybue stále blíž k daným bodům n s( t ) s ( t ), s ( t ),..., s ( t ) 2 1 2 2 2 n 2

hledáme vektor parametrů, který definue křivku nechť vektor parametrů závisí na dalším parametru t evoluční parametr parametr t můžeme chápat ako čas 1 2 s ( s 1, s2,..., s n ) s( t) s ( t), s ( t),..., s ( t) tyto parametry sou v čase modifikovány tak, že se počáteční křivka mění a pohybue stále blíž k daným bodům n s( t ) s ( t ), s ( t ),..., s ( t ) 1 2 n

ak e řízen pohyb pro každý bod p 1.. křivce f c( u ) během evoluce se body N vstupní množiny spočítáme nebližší bod na f pohybuí k bodům vstupní množiny rychlostí nebo c ( u ) v u c u s n s s ( ) s ( ) i i1 si normálovou rychlostí Τ n ( ) Τ cs u s s i s i1 si v ( u ) n ( u ) s n ( u )

ak e řízen pohyb ns( u) značí ednotkovou normálu křivky v bodě označíme: d : p f chceme minimalizovat c ( u ) s N 1 T v ( u ) d n ( u ) min s s 2 s f p

ak e řízen pohyb ns( u) značí ednotkovou normálu křivky v bodě označíme: d : p f chceme minimalizovat c ( u ) s 2 v s u d ns u vs u d ( ) ( ) ( ) min 1 1 u { a, b} u { a, b} N T N 2 s f p

ak e řízen pohyb ns( u) značí ednotkovou normálu křivky v bodě označíme: d : p f chceme minimalizovat c ( u ) s v s u d ns u vs u d 1 1 u { a, b} u { a, b} N výsledkem 1 2 aktualizueme vektor parametrů T 2 ( ) ( ) ( ) min s, s,..., s n N s1 s1, s2 s2,..., s n s n 2 s

vstupní množina bodů v rovině

počáteční poloha a tvar křivky

evoluce v čase

evoluce v čase

evoluce v čase

výsledná křivka

výsledná křivka s řídícím polygonem V [ s, s ] i p q V i - body, které sou v čase t modifikovány

Použití evoluce křivek ve statistice rozbor statistických dvourozměrných dat hledání hloubkové kontury metodou postupné evoluce nově navržená metoda vstupem konečná množina bodů v rovině cílem e tato zadaná data vhodně obklopit křivkou tak, aby byla zvýrazněna lokální hustota vzorků a splněno předem dané statistické kritérium poem hloubky dat obdoba kvantilu pro ednorozměrná data

Použití evoluce křivek ve statistice princip řízení pohybu iný zde nepočítáme nebližší bod na křivce, ale určueme pro každý bod (a v každém kroku evoluce) tzv. sílu funkce nepřímo úměrná hloubce čím více e daný bod křivky obklopen body ze vstupní množiny, tím menší e síla t.,,čím e bod na křivce hlouběi v datech, tím méně se křivka pohybue přidání další podmínky na obsah oblasti ohraničené křivkou evoluce e zastavena v okamžiku, kdy obsah oblasti, kterou uzavřená křivka vymezue, dosáhne předem dané hodnoty poté lze určit nový menší obsah a spustit evoluci znovu evoluci lze lépe řídit, dává,,lepší aplikovatelné výsledky

Programová demonstrace Ukázka evoluce uzavřených b-spline křivek v prostředí Matlab

Evoluce ploch dána množina bodů p 1.. N v prostoru cílem e proložit tyto body plochou výslednou plochu hledáme tak, aby byla splněna podmínka N 1 min x c p x 2 min, kde x značí body na ploše p

Evoluce ploch dána množina bodů p 1.. N v prostoru cílem e proložit tyto body plochou výslednou plochu hledáme tak, aby byla splněna podmínka N 1 min x c p x 2 min, kde x značí body na ploše p

Evoluce ploch vstupní množina bodů v prostoru

Evoluce ploch počáteční poloha a tvar plochy

Evoluce ploch evoluce v čase

Evoluce ploch evoluce v čase

Evoluce ploch evoluce v čase

Evoluce ploch výsledná plocha

Evoluce ploch výsledná plocha s řídící sítí V [ s, s, s ] i p q r V i - body, které sou v čase t modifikovány

Použití evoluce při rekonstrukci ploch Digitální dokumentace rekonstrukce ploch e využívaná v mnoha odvětvích vědy a průmyslu dokumentace památek a soch, architektura, stavitelství, design, vytvoření CAD modelu z dané množiny bodů v prostoru (tzv. mračna bodů) mračna bodů získávána 3D skenováním reálných povrchů nutné počítat s nepřesností v měření skenování se provádí vícekrát z různých stanovišť, ednotlivé,,skeny se následně slučuí ve výsledném mračnu bodů mohou být redundantní data nutné odstranit ztenčuící algoritmy

Použití evoluce při rekonstrukci ploch Metody rekonstrukce ploch celá řada algoritmů využívaící dělení prostoru pomocí Voronoiova diagramu, Delaunayovy triangulace, výsledkem těchto metod bývá velice často troúhelníková síť aproximuící zadanou množinu bodů velice komplikovaný problém, dosud neexistuí uspokoivé univerzální řešící postupy následue převod troúhelníkové sítě do CAD reprezentace, implicitní nebo parametrické vyádření segmentace detekce a rozdělení na oblasti s,,rozdílnou geometrií t. rovinné oblasti, části válcových ploch nebo obecné plochy (freeform patches) není ednoduché aproximace oblasti typem plochy určeného při segmentaci (surface fitting)

Závěr a budoucí práce Evoluce křivek pro uzavřené křivky implementace fungue velmi dobře program strukturovaný obsahue funkce parametrizovaný - všechny používané parametry se specifikuí na začátku běhu programu počet řídících bodů křivky stupeň křivky velikost kroku evoluce...

Závěr a budoucí práce Evoluce křivek analýza statistických dat další vylepšení algoritmu použití na různá pravděpodobnostní rozdělení Evoluce ploch využití k rekonstrukci ploch zpracování reálných mračen bodů Rekonstrukce ploch aproximace ploch stavební praxe pomocí kvadratických plátů rekonstrukce kleneb tvořeny částmi roviny, kulové plochy, válcové plochy nebo kuželové plochy prvotní reprezentace ednoduchá, lze považovat za výškové pole, triangulace půdorysu