3D Warp Brush Modeling

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1 3D Warp Brush Modeling Yong Joo Kil, Pietro Renzulli, Olivier Kreylos, Bernd Hamann, Guiseppe Monno, Oliver Staadt 2006 / 2007 Manuel Veit

2 Plan 2 1. Introduction Principe Travaux précédents 2. Description de la méthode Pinceaux de déformations Transformée de distance Fonction de pondération Opérateurs de déformation Modélisation des surfaces 3. Utilisation 4. Conclusion Structure de données Raffinement automatique

3 Plan 3 1. Introduction Principe Travaux précédents 2. Description de la méthode Pinceaux de déformations Transformée de distance Fonction de pondération Opérateurs de déformation Modélisation des surfaces 3. Utilisation 4. Conclusion Structure de données Raffinement automatique

4 Introduction : principe 4 > Modélisation interactive de formes objet = surface > Utilisation environnement de réalité virtuelle Support adapté à ce type de modélisation Interaction bi-manuelle Retour visuel 3D temps-réel > Paradigme du pinceau Pinceau Zone d'influence Fonction de déformation > Surface à maillage triangulaire Structure de données («Arêtes coupées») Raffinement automatique > Générateur de pinceau

5 Introduction : travaux précédents 5 > Basé essentiellement sur : Two Hand Design System Computer sculpting of polygonal models using virtual tool > Computer Sculpting of Polygonal Models using Virtual Tool basé sur le principe de la sculpture outils virtuels définis par : zone d'influence type de modification apporté à l'objet : > lissage > raffinement > déformations fonction déterminant l'importance de la modification pour un point et ses voisins

6 Plan 6 1. Introduction Principe Travaux précédents 2. Description de la méthode Pinceaux de déformations Transformée de distance Fonction de pondération Opérateurs de déformation Modélisation des surfaces 3. Utilisation 4. Conclusion Structure de données Raffinement automatique

7 Description de la méthode > Déformation basée sur les FFD (Free-Form Deformation) avantage : déformation indépendante des structures de données sous-jacentes inconvénient : utilisation de points de contrôles manipulation indirecte 7

8 Description de la méthode > Pas de déformations indirectes t-ffd utilisation d'un maillage de contrôle triangulaire déformations plus directes pour l'utilisateur 8

9 Description de la méthode > Déformations effectuées via des opérateurs de déformations : les pinceaux de déformations caractérisés par : le pinceau l'opérateur de déformation Pinceau détermine la forme de l'espace qui va être déformé combiné avec le rayon d'influence h ils définissent la zone d'influence 9 Opérateur de déformation permet de déterminer comment les sommets se trouvant dans la zone d'influence vont être déplacés

10 Les pinceaux de déformations > Pinceau défini par une transformée de distance > Pas le même degré de déformation pour les points dans la zone d'influence > Lors d'une déformation, pour chaque point l'opérateur de déformation est pondéré > Fonction de pondération calculée en utilisant la transformée de distance 10

11 La transformée de distance > d S (x) : transformée de x par rapport à une surface S = distance entre x et s le point le plus proche de x se trouvant sur la surface S > S = surface du pinceau ou l'objet > Transformée de distance signée 11

12 Gradient de la transformée > Certains opérateurs de déformations utilisent le gradient de la transformée d > Vecteur dans la direction avec un changement maximal d = δd δx, δd δy, δd δz > Calcul de la transformée et des gradients associés : closest point transform 12

13 Fonctions de pondérations > Utilise la transformée de distance > Définit l'importance de la transformation à appliquer en un point > Idée : valeur 1 sur la surface du pinceau valeur 0 au bord de la zone d'influence décroissance de 1 vers 0 en partant de la surface du pinceau vers le bord de la zone d'influence > Libre choix de la fonction de décroissance 13

14 Fonctions de pondérations > Pondération de la fonction de pondération par le paramètre de pression Peut être modifiée par l'utilisateur > Contrôle global de l'opérateur de déformation > [0, 1] > La fonction de pondération finale : w(x) = w i (x). 14

15 Les opérateurs de déformations > Décrit par un champ vectoriel Définit localement autour du pinceau un champ vectoriel 15 > Fonction f : R 3 R 3 > Modification de la position x d'un sommet s : x' = x + w(x). f(x) > Opérateurs de déformations quelconques > Trois opérateurs de déformations définis : déplacement éclatement et effondrement lissage

16 Opérateur de déplacement > Pousser, tirer et tourner la surface 16 objet d'origine, objet tiré, object tiré tourné, déformation plus complexe > Se base uniquement sur le déplacement du pinceau

17 Opérateur de déplacement > Nouvelle position d'un sommet s x' = p i + o i. (x p i ) + p i o i = rotation effectuée p i = déplacement effectué rotation autour de la position courante p i > La fonction de déformation : f drag (x) = p i + o i. (x p i ) + p i - x 17

18 18 Opérateur de déplacement

19 19 Opérateur de déplacement

20 Opérateur d'éclatement/effondrement > Analogie gonfler / dégonfler un ballon contenant le pinceau tamponner le pinceau sur la surface > Déplacement des sommets dans la direction du gradient de la transformée de distance > Formulation : f explodecollapse (x) = h. d(x). 20

21 Opérateur d'éclatement/effondrement 21

22 Opérateur de lissage > Lisse localement la surface Bruits sur la surface dus aux interfaces d'interaction (gants de données) et aux trackers > Lissage Laplacien chaque sommet est remplacé par le centroïde de ses voisins x la position du sommet s {s 1,..., s n } les voisins de s et x i la position du sommet s i > Formulation sous forme de vecteur n 22 x'= 1 n i=1 x i > Définition sous forme d'un champ de vecteur en chaque sommet de l'objet se trouvant dans la zone d'influence, on définit un vecteur de déplacement (x x')

23 Opérateur de lissage 23

24 Générateur de pinceau > Pinceau est décrit par une transformée de distance > Pinceaux prédéfinis la transformée est précalculée > Transformation d'un objet en un pinceau calculer la transformée de distance de l'objet en temps-réel 24

25 Générateur de pinceau 25

26 Représentation du maillage > Critère de la structure de données compromis entre simplicité du rendu facilité de manipulation > Maillage triangulaire insertion d'un sommet suppression d'un sommet > Raffinement automatique du maillage 26

27 Représentation du maillage > Maillage triangulaire implanté en utilisant des «arêtes coupées» > Arêtes coupées basées sur les «arêtes aîlées» 27

28 Représentation du maillage > Objet représenté par des arêtes aîlées et coupées 28

29 Représentation du maillage > Remarques une arête de l'objet est représentée par deux arêtes coupées une face de l'objet est une boucle fermée d'arêtes coupées > Avantages des arêtes coupées représentation plus claire traversé d'un triangle et des triangles adjacents en temps constant l'objet peut-être constitué de polygônes arbritraires, pratique lors d'insertions et suppressions de sommets de l'objet > Pour effectuer le rendu, calculer les normales à chaque face 29

30 Raffinement du maillage > Automatique > Deux cas où le raffinement est nécessaire : localement la densité de points est trop faible, de nouveaux points doivent être automatiquement insérés localement la densité de points est trop élevée, des points doivent être automatiquement supprimés > Maillage doit rester le plus uniforme possible > Idée dans les zones manipulées augmenter automatiquement et localement la résolution de la surface lorsque le maillage est manipulé, tous les triangles qui ont été modifiés vont être vérifiés 30

31 Raffinement du maillage > La vérification arête la plus longue du triangle > longueur maximale autorisée, l'arête va être divisée (donc insérer un nouveau point dans le maillage) arête la plus courte du triangle < longueur minimale autorisée cette arête va être fusionnée avec une autre arête (donc supprimer un point du maillage) 31

32 Raffinement du maillage objet initial objet initial raffiné objet raffiné récursivement 32

33 Plan Introduction Principe Travaux précédents 2. Description de la méthode Pinceaux de déformations Transformée de distance Fonction de pondération Opérateurs de déformation Modélisation des surfaces Structure de données Raffinement automatique 3. Utilisation 4. Conclusion

34 Utilisation 34 > Environnement immersif > Interaction : gants de données un pinceau pour chacun des quatre doigts interaction bi-manuelle main gauche : orienter la surface main droite : modification de la surface mise à l'echelle : distance entre les deux mains > Modification des paramètres pression taille de la zone d'influence... > Possibilité de undo

35 35 Interface

36 Plan Introduction Principe Travaux précédents 2. Description de la méthode Pinceaux de déformations Transformée de distance Fonction de pondération Opérateurs de déformation Modélisation des surfaces 3. Utilisation Structure de données Raffinement automatique 4. Conclusion

37 Conclusion > Modélisation de surfaces > Avantages Interactions directes Raffinement automatique Création des pinceaux Exploite les avantages d'un environnement immersif (interaction bi-manuelle, stéreoscopie) > Extension Placage de textures interactif Interface haptique 37

38 Conclusion Objet d'origine = une sphere Moins de deux heures pour arriver au premier buste 10 minutes pour arriver au dernier 38

39 Fin >Merci de votre attention >Questions? 39