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자기폐색 물체의 2D 커브로부터의 3D모델링
3D Modeling of Self-Occluding Objects from 2D Drawings 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 소프트웨어 및 응용, v.33 no.9, 2006년, pp.741 - 750  

코디에 프레데릭 (한국과학기술원 문화기술대학원) ,  서혜원 (충남대학교 전기정보통신공학부) ,  조영상 (한국과학기술원 전산학과)

초록
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본 논문은 2차원 평면상의 그림으로부터 3차원 물체를 복원하는 방법을 제시한다. 사용자가 입력하는 2차원 평면 그림은 3차원 물체의 윤곽선을 그린 것으로, 자신의 일부분이나 다른 물체에 의해 가려진 부분이 있는 윤곽선도 허용하는 것이 특징이다. 따라서, 복원된 3차원 물체 역시 자신의 일부, 혹은 다른 물체에 의해 가려진 부분이 존재할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방법은 2차원 윤곽선 분석, 3차원 골격 계산, 그리고 3차원 물체 복원의 세가지 단계로 구성된다. 본 논문의 주된 기여는 기여는 자신이나 다른 물체에 의해 가려진 2차원 윤곽선으로부터 3차원 골격을 계산하는 방법이며, 이를 위하여 일련의 최적화 문제를 정의하고 해결하였다. 최적화 문제는 골격의 생성, 물체의 충돌 제한, 그리고 C1 연속성 유지를 위하여 사용된다. 결과적으로, 제안된 방법은 기존의 실루엣 기반의 스케칭 인터페이스를 사용한 3차원 물체 모델링에 대하여, 상호 폐색 (가림/가려짐) 이 존재하는 형태에서도 허용되도록 확장하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a method for reconstructing a 3D object (or a set of objects) from a 2D drawing provided by a designer. The input 2D drawing consists of a set of contours that may partially overlap each other or be self-overlapping. Accordingly, the resulting 3D object(s) may occlude each ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 3차원 물체의 모델링을 위한 스케칭 인터페이스에 대한 관련 연구들을 살펴보겠다. 이들은 모델링하는 형상 의 클래스에 따라 분류할 수 있는데, 가장 일반적인 방법은 사용자로 하여금 직선으로 이루어진 물체의 보여 지는 윤곽과 감춰진 윤곽을 사용자가 그림으로써 모델 링하는 방법이다[6-8].
  • 골격 둘레에 복원될 3차원 형상의 휨 에너지를 직접 측정하는 대신, 골격의 휨 에너지를 계산하여 2차원 골 격에 적절한 z 좌표를 할당하는 것으로 대치하고자 한다. 안타깝게도, 곡선의 휨 에너지는 비선형이몌22], 이는 최적화 문제로 다루기 복잡하다.
  • 마지막으로 정의할 목적 함수는 복원된 물체가 스케 칭 평면으로부터 최소화의 거리를 갖기 위한 것이다. 골 격상의 각 정점 质为, 方)에 대한 목적함수는 z; 이다; 모든 점에 대해 정의된 목적함수는 따라서,
  • 본 논문에서는 자신 혹은 다른 물체에 의해 가려진 부분이 있는 물체를 대상으로 하여 스케치 입력으로부터 3차원 물체를 복원하는 방법을 제안하였다. 그림 11 에 보인 예제들은 제안된 방법의 효용성을 잘 나타낸다.
  • 본 논문에서는 자신 혹은 다른 물체에 의해 가려진 부분이 있는 자유형태 물체를 모델링하는 것에 초점을 두었다. 자신으로부터 가려진 부분이 있는 3차원 물체를 효율적으로 복원하는 부분이 본 연구의 기여이다.
  • 이러한 최근 연구로는 합성곱 곡 면(convolution surface)[2], 볼륨 메트릭 형상(volumetric shape)[3], 변분 음함수 곡면(variatianal implicit surface) [4], 음함수 곡면(implicit surface) 관련 연귀51 등이 있다. 본 논문은 기존 스케칭 인터페이스에서 불가능 했던 종류의 물체들, 즉 그림 1에서 보인 것과 같이 자신이나 다른 물체에 의해 가려진 부분이 있는 물체들도 모델링 할 수 있음을 보임으로써 스케치 기반 모델링의 영역을 확장한다. 앞서 소개한 Teddy와 같은 기존 모델러를 사용하여 이런 형태의 물체를 모델링을 하기란 매우 어렵 고, 실제로 불가능하다고 할 수 있겠다.
  • 본 논문은 이러한 문제에 대한 통합적인 해결 방법을 제안한다.
  • 각각의 곡선을 교 차점에서 잘라(cut) 교차가 없는 여러 개의 곡선 세그먼 트들로 나누었고, 각각의 곡선 세그먼트는 깊이 정보, 즉, 현시점에서 바라보았을 때 곡선을 가리는 곡면의 갯 수로 라벨링 되었다(그림 2(c)). 본 연구에서 우리의 목 표는 생성될 3차원 물체의 실루엣이 입력으로 주어진 윤곽선 그림과 일치하되, 상호 충돌이나 표면 교차가 일 어나지 않도록 3차원 물체의 좌표점을 찾아내는 것이다. 앞으로 본 눈문에서는 스케칭 평면은 z=0인 xy평면이 며, 윤곽선 그림은 3차원 물체를 스케칭 평면에 직교 투 영한 것을 그린 것이라고 가정하겠다.
  • 본 절에서는 3차원 물체를 복원하기 위한 알고리즘을 기술한다. 3절에서 설명한 윤곽선 분석 단계에서 우리는 닫힌 곡선의 집합을 얻을 수 있었다.
  • 이 골격은 그림 10 예제 스케치(a)로부터의 복원 결과: (b) 곡률, (c)거리, (d) 오리엔테이션 목적 함수를 각각 작은 값으로 주었을 때 결과 또한 휨과 오리엔테이션, 그리고 스케칭 평면과의 거리 를 최소화한다. 이제 이렇게 얻어진 골격 주위에 3차원 메쉬를 어떻게 생성하는지에 대해 기술하겠다.
  • 본 논문에서는 자신 혹은 다른 물체에 의해 가려진 부분이 있는 자유형태 물체를 모델링하는 것에 초점을 두었다. 자신으로부터 가려진 부분이 있는 3차원 물체를 효율적으로 복원하는 부분이 본 연구의 기여이다. 사용자 입력으로부터 2차원 곡선이 주어졌을 때, 3차원 물체 의 복원은 다음과 같은 세 가지 단계로 진행된다.

가설 설정

  • 그림 5에도 보였듯이, 골격 에지는 자신의 두 점을 통과하는 곡면과 대웅된다. 골격 z좌표가 할당됨에 따라, 대웅되는 곡면도 따라서 변형될 것이다. 이렇듯 골격 자체 대신 곡면을 사용하면, 골격의 곡률 에너지 계산을 단순화할 수 있다.
  • 본 연구에서 우리의 목 표는 생성될 3차원 물체의 실루엣이 입력으로 주어진 윤곽선 그림과 일치하되, 상호 충돌이나 표면 교차가 일 어나지 않도록 3차원 물체의 좌표점을 찾아내는 것이다. 앞으로 본 눈문에서는 스케칭 평면은 z=0인 xy평면이 며, 윤곽선 그림은 3차원 물체를 스케칭 평면에 직교 투 영한 것을 그린 것이라고 가정하겠다.
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참고문헌 (26)

  1. T. Igarashi, S. Matsuoka, H. Tanaka. 'Teddy: A Sketching Interface for 3D Freeform Design,' SIGGRAPH 99 Conference Proceedings, pp. 409-416, 1999 

  2. C.-L. Tai, H. Zhang, J. C. Fong, 'Prototype Modeling from Sketched Silhouettes based on Convolution Surfaces,' Computer Graphics Forum 23(1): 71-84, 2004 

  3. S. Owada, F. Nielsen, K. Nakazawa, T. Igarashi:'A sketching interface for modeling the internal structures of 3D shapes,' Proc. 3rd International Symposium on Smart Graphics, Springer-Verlag, Berlin, pp. 49-57, 2003 

  4. O. Karpenko, J. F. Hughes, R. Raskar, 'Free-form sketching with variational implicit surfaces,' Computer Graphics Forum 21(3), 2002 

  5. I. A. Alexe, V. Gaildrat, L. Barthe, 'Interactive modelling from sketches using spherical implicit functions,' Afrigraph 2004: 25-34 

  6. H. Lipson, M.Shpitalni, 'Optimization-based reconstruction of a 3D object from a single free-hand line drawing,' Computer-aided Design 28(8): 651-663, 1996 

  7. H.Lipson, M.Shpitalini, 'Correlation-based reconstruction of a 3d object from a single freehand sketch,' AAAI Spring Symposium on Sketch Understanding, pp. 99-104, 2002 

  8. A. Piquer, R. Martin, P. Company, 'Using skewed mirror symmetry for optimisation-based 3d line-drawing recognition. In Proc. 5th IAPR International Workshop on Graphics Recognition,' pp, 182-193, 2003 

  9. R. C. Zeleznik, K. P. Herndon, J. F. Hughes: 'SKETCH: An interface for sketching 3D scenes,' In Proceedings of ACM SIGGRAPH 96, Addison-Wesley, Boston, Massachusetts, pp. 163-170 

  10. A. Shesh, B. Chen, 'SMARTPAPER: An Inter-active and User Friendly Sketching System,' Computer Graphics Forum 23(3): 301-310, 2004 

  11. O. Tolba, J. Dorsey, L. McMillan, 'A projective drawing system,' Proc. I3D Symposium on Inter-active 3D Graphics, 2001 

  12. J. Cohen, L. Markosian, R. Zeleznik, J. Hughes, and R. Barzel, 'An interface for sketching 3D curves,' ACM Symposium on Interactive 3D Graphics, pp. 17-21, 1999 

  13. B. Kerautret, X. Granier and A. Braquelaire, 'Intujtive Shape Modeling by Shading Design,' Proc. the 5th International Symposium on Smart Graphics, pp. 163-174, LNCS 3638, SpringerVerlag 2005 

  14. A. Nealen, O. Sorkine, M. Alexa, D. Cohen-Or, 'A sketch-based interface for detail-preserving mesh editing,' ACM Trans. Graph. 24(3): 1142-1147, 2005 

  15. Y. Kho and M. Garland, 'Sketching mesh deformations,' Proceedings of the ACM Symposium on Interactive 3D Graphics, April 2005 

  16. T. Pavlidis, C. J. Van Wyk, 'An automatic beautifier for drawings and illustrations,' ACM SIGGRAPH Computer Graphics, Volume 19, Issue 3, pp. 225-234, July 1985 

  17. M. Shpitalni, H. Lipson, 'Classification of sketch strokes and corner detection using conic sections and adaptive clustering,' ASME Journal of Mechanical Design 119(2): 131-135, 1997 

  18. T. M. Sezgin and R. Davis. 'Handling Overtraced Strokes in Hand-Drawn Sketches,' In Making Pen-Based Interaction Intelligent and Natural. 2004 

  19. L.R. Williams, 'Perceptual Completion of Occluded Surfaces,' PhD dissertation, Dept. of Computer Science, University of Massachusetts, Amherst, Mass., 1994 

  20. L. Prasad, 'Morphological analysis of shapes,' CNLS Newsletter, 139: 1-18, July 1997 

  21. F. Cordier, O. Cheong, 'Delaunay triangulation of self-intersecting polygons,' technical report, CS Depts., 2005, KAIST 

  22. W. Wesselink. 'Variational Modeling of Curves and Surfaces,' PhD thesis, University of Technology, Eindhoven, 1996 

  23. L. Landau, E. Lifshitz, 'Theory of Elasticity,' Butterworth-Heinemann, Boston, Mass., 1995 

  24. C. Lawson and R. Hanson, 'Solving Least Squares Problems,' Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1974 

  25. Intel Math Kernel Library 8.0, http://www.intel.com, 2005 

  26. Maya, http://www.alias.com, 2005 

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