JP2019125402A - 3dテクスチャ処理されたメッシュのロバストなマージ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年3月23日に出願された米国仮特許出願第15/467,851の利益および優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、2016年4月13日に出願された米国仮特許出願第62/322,081号の利益および優先権を主張するものである。上記特許出願の全体の内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
3次元(3D)メッシュをマージする方法であって、上記方法は、
第1のメッシュおよび第2のメッシュを受信するステップと、
空間整合を実施し、上記第1のメッシュを上記第2のメッシュに対して位置合わせするステップであって、上記空間整合を実施するステップは、
上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュが重複する重複領域を識別するステップと、
上記重複領域を含有する上記重複領域の境界ボックスを識別するステップと、
上記境界ボックス内の上記第1のメッシュの個別の頂点毎に、上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を検索し、それによって、複数のマッチングペアを確立するステップであって、各マッチングペアは、上記第1のメッシュの個別の頂点および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を備える、ステップと、
上記複数のマッチングペアのマッチングペア毎に、
上記第1のメッシュの個別の頂点の第1の法線一致接続群(NCNG)および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点の第2のNCNGを推定するステップと、
上記第1のNCNGの面積と上記第2のNCNGの面積との間の比率が第1の所定の閾値を上回ることの判定に応じて、上記第1のメッシュの個別の頂点および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を誤マッチングペアとして分類するステップと、
上記誤マッチングペアを上記複数のマッチングペアから除去するステップと
によって、1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップと、
上記複数のマッチングペアの各マッチングペア内の第1のメッシュの個別の頂点と上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点との間の距離を最小にするように、上記第1のメッシュに適用されるべき剛体変換を判定するステップと、
上記剛体変換を上記第1のメッシュに適用し、変換された第1のメッシュを取得するステップと
によって行われる、ステップと、
上記変換された第1のメッシュ上の第1のクリッピングシームに沿って、および上記第2のメッシュ上の第2のクリッピングシームに沿って、メッシュクリッピングを実施し、上記重複領域内の冗長メッシュ頂点を除去するステップと、
幾何学形状精緻化を上記第1のクリッピングシームおよび上記第2のクリッピングシームの周囲で実施し、メッシュクリッピングによって作成されたメッシュ連結穴を閉鎖するステップと
を含む、方法。
(項目2)
テクスチャブレンディングを上記クリッピングシームに隣接する領域内で実施するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
空間整合を実施するステップはさらに、上記剛体変換を判定する前に、上記複数のマッチングペアのマッチングペア毎に、
上記第1のメッシュの個別の頂点の第1の法線ベクトルおよび上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点の第2の法線ベクトルを推定するステップと、
上記第1の法線ベクトルと上記第2の法線ベクトルとの間の差異が第2の所定の閾値を上回ることの判定に応じて、上記第1のメッシュの個別の頂点および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を誤マッチングペアとして分類するステップと、
上記誤マッチングペアを上記複数のマッチングペアから除去するステップと
を含む、項目1に記載の方法。
(項目4)
メッシュクリッピングを実施するステップは、
上記重複領域の境界ボックスをボクセルのグリッドとしてラスタライズするステップと、
データ項、境界項、交差項、およびテクスチャ項を含むエネルギー関数を使用して、エネルギー最小化プロシージャを適用することによって、上記ボクセルのグリッド内の各ボクセルを第1のメッシュボクセルおよび第2のメッシュボクセルのうちの1つとしてラベル付けするステップと、
上記第1のメッシュの個別の頂点が第2のメッシュボクセルとしてラベル付けされたボクセル内にあるときの上記第1のメッシュの各個別の頂点と、上記第2のメッシュの個別の頂点が第1のメッシュボクセルとしてラベル付けされたボクセル内にあるときの上記第2のメッシュの各個別の頂点とをクリッピングオフするステップと
を含む、項目1に記載の方法。
(項目5)
上記重複領域の境界ボックスをテクセルのグリッドとしてラスタライズするステップと、
上記第1のメッシュの個別のテクセル毎に、上記第2のメッシュの対応するテクセルを識別するステップと、
上記個別のテクセルから上記クリッピングシームまでの距離の減少に伴って増加するブレンディング加重を使用して、上記第1のメッシュの各個別のテクセルのテクスチャと、上記第2のメッシュの対応するテクセルのテクスチャとをブレンディングするステップと
によって、上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュのテクスチャブレンディングを実施するステップをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目6)
1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップは、法線ベクトルサンプリングアルゴリズムを適用することによって実施される、項目1に記載の方法。
(項目7)
3次元(3D)テクスチャ処理されたメッシュをマージする方法であって、上記方法は、
第1のメッシュおよび第2のメッシュを受信するステップと、
空間整合を実施し、上記第1のメッシュを上記第2のメッシュに対して整合させるステップと、
メッシュクリッピングを上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュ上で実施し、冗長メッシュ頂点を除去するステップと、
幾何学形状精緻化をクリッピングシームの周囲で実施し、メッシュクリッピングによって作成されたメッシュ連結穴を閉鎖するステップと、
テクスチャブレンディングを上記クリッピングシームに隣接する領域内で実施し、マージされたメッシュを取得するステップと
を含む、方法。
(項目8)
空間整合を実施するステップは、
上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュが重複する重複領域を識別するステップと、
上記重複領域を含有する上記重複領域の境界ボックスを識別するステップと、
上記境界ボックス内の上記第1のメッシュの個別の頂点毎に、上記第2のメッシュ内の対応する最近傍頂点を検索し、それによって、複数のマッチングペアを確立するステップであって、各マッチングペアは、上記第1のメッシュの個別の頂点および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を備える、ステップと、
上記複数のマッチングペアから1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップと、
上記複数のマッチングペアの各マッチングペア内の第1のメッシュの個別の頂点と上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点との間の距離を最小にするように、上記第1のメッシュに適用されるべき剛体変換を判定するステップと、
上記剛体変換を使用して、上記第1のメッシュを回転および平行移動させるステップと
を含む、項目7に記載の方法。
(項目9)
収束に到達するまで、数回にわたって、上記境界ボックス内の上記第1のメッシュの個別の頂点毎に、上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を検索するステップと、上記複数のマッチングペアのマッチングペア毎に、1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップと、剛体変換を判定するステップと、上記剛体変換を使用して、上記第1のメッシュを回転および平行移動させるステップとを反復するステップをさらに含む、項目8に記載の方法。
(項目10)
上記境界ボックスを識別するステップは、
上記重複領域を含有する初期境界ボックスを識別するステップと、
上記初期境界ボックスをスケーリング係数でスケーリングし、上記境界ボックスを取得するステップと を含む、項目8に記載の方法。
(項目11)
上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を検索する前に、エッジ分割を通して、上記境界ボックスの内側のメッシュ三角形を密化させ、上記境界ボックスの内側の上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュの密化された頂点を取得するステップをさらに含む、項目8に記載の方法。
(項目12)
上記1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップは、
上記第1のメッシュの個別の頂点の第1の法線ベクトルおよび上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点の第2の法線ベクトルを推定するステップと、
上記第1の法線ベクトルと上記第2の法線ベクトルとの間の差異が所定の閾値を上回ることの判定に応じて、上記第1のメッシュの個別の頂点および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点を誤マッチングペアとして分類するステップと、
上記第1のメッシュ内の個別の頂点および上記第2のメッシュ内の対応する最近傍頂点を上記複数のマッチングペアから除去するステップと
を含む、項目8に記載の方法。
(項目13)
上記1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップは、
上記第1のメッシュの個別の頂点の第1の法線一致接続群(NCNG)および上記第2のメッシュの対応する最近傍頂点の第2のNCNGを推定するステップと、
上記第1のNCNGの面積と上記第2のNCNGの面積との間の比率が所定の閾値を上回ることの判定に応じて、上記第1のメッシュ内の個別の頂点および上記第2のメッシュ内の対応する最近傍頂点を上記1つまたはそれを上回る誤マッチングペアのうちの1つとして分類するステップと、
上記第1のメッシュ内の個別の頂点および上記第2のメッシュ内の対応する最近傍頂点を上記複数のマッチングペアから除去するステップと
を含む、項目8に記載の方法。
(項目14)
上記1つまたはそれを上回る誤マッチングペアを除去するステップは、法線ベクトルサンプリングアルゴリズムを適用することによって実施される、項目13に記載の方法。
(項目15)
メッシュクリッピングを実施するステップは、
上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュが重複する重複領域を識別するステップと、
上記重複領域を含有する上記重複領域の境界ボックスを識別するステップと、
上記重複領域の境界ボックスをボクセルのグリッドとしてラスタライズするステップと、
エネルギー関数を使用して、エネルギー最小化プロシージャを適用することによって、上記ボクセルのグリッド内の各ボクセルを第1のメッシュボクセルおよび第2のメッシュボクセルのうちの1つとしてラベル付けするステップと、
上記第1のメッシュの個別の頂点が第2のメッシュボクセルとしてラベル付けされたボクセル内にあるとき、上記第1のメッシュの各個別の頂点をクリッピングオフするステップと、
上記第2のメッシュの個別の頂点が第1のメッシュボクセルとしてラベル付けされたボクセル内にあるとき、上記第2のメッシュの各個別の頂点をクリッピングオフするステップと
を含む、項目7に記載の方法。
(項目16)
上記エネルギー関数は、上記ボクセルが上記第2のメッシュとのみ交差するとき、ボクセルを第1のメッシュボクセルとしてラベル付けし、上記ボクセルが上記第1のメッシュとのみ交差するとき、ボクセルを第2のメッシュボクセルとしてラベル付けするための正コスト値を割り当て、そうでなければ、ゼロ値を割り当てる、データ項を含む、項目15に記載の方法。
(項目17)
上記エネルギー関数は、上記ボクセルと上記第1のメッシュの境界との間の距離を減少させるために、ボクセルを第1のメッシュボクセルとしてラベル付けし、上記ボクセルと上記第2のメッシュの境界との間の距離を減少させるために、ボクセルを第2のメッシュボクセルとしてラベル付けするための増加正コスト値を割り当てる境界項を含む、項目15に記載の方法。
(項目18)
上記エネルギー関数は、交差項およびテクスチャ項を含み、
上記交差項は、上記第1のメッシュのみまたは上記第2のメッシュのみと交差するボクセルより低いコスト値を上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュの両方と交差するボクセルに割り当て、
上記テクスチャ項は、より低い色変動を有するボクセルより高い色変動を有するボクセルにより高いコスト値を割り当てる、
項目15に記載の方法。
(項目19)
テクスチャブレンディングを実施するステップは、
上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュが重複する重複領域を識別するステップと、
上記重複領域を含有する上記重複領域の境界ボックスを識別するステップと、
上記重複領域の境界ボックスをテクセルのグリッドとしてラスタライズするステップと、
上記第1のメッシュの個別のテクセル毎に、上記第2のメッシュの対応するテクセルを識別するステップと、
上記個別のテクセルから上記クリッピングシームまでの距離の減少に伴って増加するブレンディング加重を使用して、上記第1のメッシュの各個別のテクセルのテクスチャと、上記第2のメッシュの対応するテクセルのテクスチャとをブレンディングするステップと
を含む、項目8に記載の方法。
(項目20)
コンピュータ可読記憶媒体上で有形に具現化される複数のコンピュータ可読命令を備える非一過性コンピュータ可読記憶媒体であって、上記複数の命令は、コンピュータプロセッサによって実行されると、3次元(3D)テクスチャ処理されたメッシュをマージするステップを実施し、上記複数の命令は、
上記コンピュータプロセッサに、第1のメッシュおよび第2のメッシュを受信させる命令と、
上記コンピュータプロセッサに、空間整合を実施し、上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュを共通世界座標系内で位置合わせさせる命令と、
上記コンピュータプロセッサに、メッシュクリッピングを上記第1のメッシュおよび上記第2のメッシュ上で実施し、冗長メッシュ頂点を除去させる命令と、
上記コンピュータプロセッサに、幾何学形状精緻化をクリッピングシームの周囲で実施し、メッシュクリッピングによって作成されたメッシュ連結穴を閉鎖させる命令と、
上記コンピュータプロセッサに、テクスチャブレンディングを上記クリッピングシームに隣接する領域内で実施し、マージされたメッシュを取得させる命令と
を備える、非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
2つのメッシュを正確にマージするために、2つのメッシュは、3D空間内の連結領域内で正しく位置合わせされる必要があり得る。2つの入力メッシュは、異なる走査から生じ得、したがって、非関連配向および平行移動を有してもよい。図2は、一実施形態による、2つのメッシュの画像を図示する。2つのメッシュは、家の内部の画像を含む。2つのメッシュは、家内に階段を含む、領域210内で重複する。図示されるように、2つのメッシュは、重複領域210内で相互に対して不整合である。
3D走査から生成されたメッシュは、不十分な捕捉、不適切な照明、極端な視野角、および同等物等、種々の理由から実際の幾何学形状を良好に表さない、いくつかの低品質三角形を含有し得る。スプリアス三角形と称され得る、これらの低品質三角形は、潜在的に、ICPアルゴリズムを正しくない変換に収束させることにつながり得る。したがって、ICPアルゴリズムを適用する前に、スプリアス三角形から生じた誤マッチングペアを除去することが、有利であり得る。スプリアス三角形の検出は、いくつかの理由から困難であり得る。例えば、メッシュは、多くの場合、恣意的形状、複雑なトポロジ、ならびに変動する場所および配向を有する、面積を含み得る。加えて、スプリアス三角形を実際の幾何学形状詳細をエンコードする良好な品質の三角形から区別することも困難であり得る。
2つのメッシュが、3D空間内で相互に対して整合された後、重複領域内のいくつかのメッシュ頂点は、両メッシュによって捕捉され得るため、冗長であり得る。いくつかの実施形態によると、冗長頂点は、クリッピングオフ(すなわち、除去)されてもよい。いくつかの理由から、冗長頂点をクリッピングオフすることが、有利であり得る。例えば、冗長メッシュ三角形は、相互に対して異なる幾何学形状およびテクスチャを有し得、したがって、クリッピングされない場合、潜在的に、明らかなアーチファクトとして示され得る。加えて、許容走査範囲に隣接する領域は、不正確な幾何学形状およびテクスチャを有し得る。したがって、それらの領域内の頂点をクリッピングオフすることが、有利であり得る。
式中、N⊂V×Vは、ボクセルのN6近傍系である。各ボクセルは、ボクセルがどのようにメッシュと交差するかに応じて、ボクセルの4つのセットのうちの1つに事前に分類されてもよい。すなわち、Vaは、メッシュAのみと交差する、ボクセルのセットであって、Vbは、メッシュBのみと交差する、ボクセルのセットであって、Vsは、メッシュAおよびメッシュBの両方と交差する、ボクセルのセットであって、Veは、メッシュAまたはメッシュBのいずれとも交差しない、ボクセルのセットである。例えば、図7Aに図示される実施例では、左斜線平行線で充填されたボクセルは、Vaボクセルとして事前に分類され、右斜線平行線で充填されたボクセルは、Vbボクセルとして事前に分類され、交差線で充填されるボクセルは、Vsボクセルとして事前に分類され、白色ボクセルは、Veボクセルとして事前に分類される。
式中、cdは、正コスト値である。言い換えると、ラベルをボクセルに関する既知のラベルと矛盾する非交差領域内のボクセルに割り当てることは、正「コスト」cdを被り得る。
中、dvは、ボクセルvからメッシュ境界までのメッシュ表面に沿った測地線距離であって、cminおよびcmaxは、それぞれ、最小境界「コスト」および最大境界「コスト」を表す、正定数であって、dmaxは、メッシュ境界面積内で考慮されるボクセルに関する最大測地線距離である。
域内にカッティングシームを設置することが、有利であり得る。したがって、交差項H(fvi,fvj)は、その累積エネルギーが、依然として、VaまたはVb内の1つのボ
クセルより低くなるように、はるかに低いエネルギーをボクセルVSに割り当てるように構築されてもよい。加えて、Ve内の空ボクセルは、さらにより低いエネルギーを割り当てられ、その累積エネルギーが、依然として、VS内のボクセルより低いことを確実にしてもよい。実施例として、交差項H(fvi,fvj)は、以下のように定義されてもよ
い。
式中、nは、ボクセルの総数であって、kは、VS内のボクセルの数である。
スにおいてメッシュの色特徴の破綻または干渉を回避することが、有利であり得る。したがって、カッティングされるべき面積は、殆ど色特徴が存在しないメッシュ面積であってもよい。例えば、屋内の部屋を表すメッシュに関して、白色壁を表すメッシュ面積上のカッティングは、多彩壁面を表すメッシュ面積上のカッティングよりはるかに平滑な色遷移を生成し得る。いくつかの実施形態によると、テクスチャ項T(fvi,fvj)は、判
別可能色特徴を伴う面積上のクリッピングにペナルティを課すように構築されてもよい。実施例として、テクスチャ項(fvi,fvj)は、以下のように定義されてもよい。
式中、ciは、ボクセルviに心合されるテクスチャパッチ色の標準偏差であって、kは、VS内のボクセルの数である。
メッシュクリッピングプロシージャ後、2つのメッシュは、マージされ、単一のマージされたメッシュを形成してもよい。可能な限りシームレスに現れるマージされたメッシュを作成するために、クリッピング境界の周囲のマージされたメッシュを調節し、クリッピングシームの周囲の幾何学形状およびテクスチャの両方を改良することが、有利であり得る。
式中、PV0およびPV1は、それぞれ、マッチングされた頂点v0およびv1の位置であって、dbmaxは、マージ面積内のメッシュ境界までの最大測地線距離であって、d0は、v0からメッシュ境界までの測地線距離である。wは、メッシュ境界からの頂点の測地線距離に依存する、加重係数と見なされ得る。
メッシュクリッピングプロシージャ後のマージ面積内の2つのメッシュは、例えば、異なる角度から見られるにつれた異なる照明のため、同一テクスチャを有し得ない。図10Aは、マージ面積の近傍のマージされたメッシュの例示的画像を図示する。マージ面積内の第1の面積1010および第2の面積1020における色は、異なる。より平滑な色遷移を生成するために、マージ面積内のテクスチャをブレンディングすることが有用であり得る。
Claims (13)
- 3次元(3D)テクスチャ処理されたメッシュをマージする方法であって、前記方法は、
第1のメッシュおよび第2のメッシュを受信することと、
空間整合を実施することにより、前記第1のメッシュを前記第2のメッシュに対して整合させることと、
前記第1のメッシュおよび前記第2のメッシュに対してメッシュクリッピングを実施することにより、冗長メッシュ面を除去することと、
幾何学形状精緻化をクリッピングシームの周囲で実施することにより、前記クリッピングシームに沿って前記第1のメッシュおよび前記第2のメッシュを後方に成長させることによって、メッシュクリッピングによって作成されたメッシュ連結穴を閉鎖することと
を含む、方法。 - 前記第1のメッシュおよび前記第2のメッシュを後方に成長させることは、前記除去された冗長メッシュ面のうちの1つ以上を後方に成長させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のメッシュおよび前記第2のメッシュを後方に成長させることは、前記クリッピングシームの周囲にマージ帯を作成する、請求項1に記載の方法。
- 幾何学形状精緻化を実施することは、前記第1のメッシュおよび前記第2のメッシュの対応する重複領域を屈曲させることにより、前記第1のメッシュと前記第2のメッシュとの間の空間を低減することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 幾何学形状精緻化を実施することは、前記第1のメッシュの1つ以上の頂点を前記第2のメッシュの対応する1つ以上のマッチング頂点に向かって平行移動させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のメッシュの1つ以上の頂点を前記第2のメッシュの対応する1つ以上のマッチング頂点に向かって平行移動させることは、前記第1のメッシュの前記1つ以上の頂点のうちの第1の頂点の位置を平行移動させることを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記平行移動は、式
に従って実施され、ここで、
は、前記第1のメッシュの前記1つ以上の頂点のうちの前記第1の頂点
の位置であり、
は、前記第2のメッシュの前記1つ以上のマッチング頂点のうちの第2の頂点
の位置であり、
は、加重である、請求項6に記載の方法。 - 前記加重
は、式
に従って決定され、ここで、
は、マージ面積内のメッシュ境界までの最大測地線距離であり、
は、前記第1のメッシュの前記1つ以上の頂点のうちの前記第1の頂点
の位置から前記メッシュ境界までの測地線距離である、請求項7に記載の方法。 - 境界項
を画定することをさらに含む、請求項6に記載の方法。 - 境界項を画定することは、メッシュ境界からメッシュ面までの距離が増加することと同時に、メッシュ面に対するボクセルエネルギーを徐々に低減させる、請求項9に記載の方法。
- 前記第1のメッシュの前記1つ以上の頂点を前記第2のメッシュの前記対応する1つ以上のマッチング頂点に向かって平行移動させることは、
荷重
を前記境界項内の頂点に適用することと、
荷重
を前記境界項を越える頂点に適用することと
を含む、請求項10に記載の方法。 -
は、
よりも大きい、請求項11に記載の方法。 - 前記クリッピングシームに隣接する領域内でテクスチャブレンディングを実施することにより、マージされたメッシュを取得することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
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