392130 3D-Scannen und Geometrieverarbeitung (V) (WiSe 2016/2017)

Nach digitalem Audio, Bildern und Video stellen 3D-Modelle die nächste Stufe von digitalen Multimedia-Inhalten dar. Virtuelle geometrische Objekte sind aus Computerspielen und computergenerierten Filmen nicht mehr wegzudenken. Aber auch in CAD-Systemen, numerischen Simulationen und vielen anderen Anwendungen sind geometrische Modelle von elementarer Bedeutung. Die Standard-Repräsentation für virtuelle Objekte sind Dreiecksnetze, da ihre Einfachheit eine sehr effiziente Verarbeitung ermöglicht.

In dieser Veranstaltung lernen wir die komplette Pipeline für Geometrie-Akquisition und -verarbeitung kennen: Wir fangen an mit dem 3D-Scannen, wo typischerweise eine große Menge von Meßpunkten aufgenommen wird, aus welcher dann eine Oberfläche, d.h. ein Dreiecksnetz, rekonstruiert wird. Dieses Netz wird danach bzgl. verschiedener Kriterien optimiert: Netzglättung entfernt unvermeidbares Meßrauschen; Netzdezimierung passt die Zahl der Dreiecke an die Leistungsfähigkeit der Hardware an; Remeshing entfernt numerisch instabile spitze Dreiecke. Mit Hilfe von Parameterisierung lässt sich ein UV-Layout für die Texturierung erstellen, und mittels Netzdeformation kann die Form des Objektes angepasst werden. Zu guter Letzt können selbst sehr komplexe Modelle durch Netzkompression überraschend kompakt gespeichert und übertragen werden.

Natürlich diskutieren wir neben diesen anwendungsnahen Methoden auch einige fundamentale Konzepte der Geometrieverarbeitung, auf denen die meisten Ansätze basieren, wie z.B. diskrete Differentialgeometrie und dem Lösen von Differentialgleichungen auf einem Dreiecksnetz.

Um die in der Vorlesung besprochenen Techniken besser zu verstehen, wird ein Großteil von ihnen in den Programmierübungen implementiert. Die Übungen bestehen aus ein paar aufeinander aufbauenden Mini-Projekten, welche alleine oder in Gruppen programmiert werden können. Unser Ziel wird sein, die Gesichter bzw. Köpfe der Teilnehmer im Rahmen der Übungen zu scannen, rekonstruieren und "aufzuhübschen".

Requirements for participation, required level

• Grundkenntnisse in linearer Algebra und Analysis werden vorausgesetzt.
• Das Modul "Grundlagen der Computergrafik" ist notwendige Voraussetzung.
• Das Bearbeiten der praktischen Übungsaufgaben erfolgt in C++.

Bibliography

• Botsch, Kobbelt, Pauly, Alliez, Levy: Polygon Mesh Processing, AK Peters, 2010.

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