การปรับพื้นผิวโดยนัยให้เหมาะสมกับจุดที่ตั้งไว้


13

ฉันมีคำถามเกี่ยวกับรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสพอดีกับชุดของจุดและบรรทัดฐานที่สอดคล้องกัน (หรือเทียบเท่าแทนเจนต์) มีการสำรวจพื้นผิวรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่เหมาะสมกับข้อมูล ผลงานบางส่วนมีดังนี้:

เหมาะสมกับรูปทรง projective ยังถูกปกคลุมด้วยผลงานบางอย่างเช่นนี้

จากผลงานทั้งหมดนี้ฉันคิดว่าวิธีการของ Taubin สำหรับ Quadric fitting ค่อนข้างเป็นที่นิยม:

ขอสรุปสั้น ๆ A Quadric Qสามารถเขียนในรูปแบบพีชคณิต:

f(c,x)=Ax2+By2+Cz2+2Dxy+2Exz+2Fyz+2Gx+2Hy+2Iz+J
โดยที่cคือเวกเตอร์สัมประสิทธิ์และxเป็นพิกัดสามมิติ จุดใด ๆxอยู่บนสมการQถ้าxTQx=0โดยที่:
Q=[ADEGDBFHEFCIGHIJ]

โดยหลักการเกี่ยวกับพีชคณิตเราต้องการแก้ปัญหาสำหรับพารามิเตอร์ที่ลดผลรวมของระยะทางเรขาคณิตกำลังสองระหว่างจุดและพื้นผิวกำลังสอง โชคไม่ดีที่ปรากฎว่านี่เป็นปัญหาการหาค่าเหมาะที่สุดแบบไม่มีนูนโดยไม่มีวิธีการวิเคราะห์ที่รู้จัก แต่วิธีการมาตรฐานคือการแก้เพื่อให้พอดีกับพีชคณิตนั่นคือการแก้สำหรับพารามิเตอร์ cที่ย่อเล็กสุด:

i=1nf(c,xi)2=cTMc
กับ
M=i=1nl(xi)l(xi)T
ซึ่ง{xi}เป็นจุดในคลาวด์พอยต์และ
l=[x2,y2,z2,xy,xz,yz,x,y,z,1]T

โปรดสังเกตว่าการลดขนาดโดยตรงลงนั้นจะทำให้ได้ผลเฉลยเล็กน้อยกับcที่จุดกำเนิด คำถามนี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในวรรณคดี วิธีแก้ปัญหาหนึ่งที่พบว่าใช้งานได้ดีในทางปฏิบัติคือวิธีของ Taubin (ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น) โดยแนะนำข้อ จำกัด :

xf(c,xi)2=1

สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้ดังนี้: อนุญาต: ที่ตัวห้อยแสดงถึงอนุพันธ์ การแก้ปัญหาคือให้โดยทั่วไป Eigen สลายตัว0 เวกเตอร์พารามิเตอร์แบบพอดีนั้นมีค่าเท่ากับ Eigenvector ซึ่งสอดคล้องกับ Eigenvalue ที่น้อยที่สุด

N=i=1nlx(xi)lx(xi)T+ly(xi)ly(xi)T+lz(xi)lz(xi)T
(MλN)c=0

คำถามหลัก ในหลาย ๆ แอปพลิเคชันบรรทัดฐานของคลาวด์พอยต์จะพร้อมใช้งาน (หรือคำนวณ) บรรทัดฐานของ quadricสามารถคำนวณได้โดยการแยกความแตกต่างและทำให้พื้นผิวโดยนัยเป็นปกติ:N(x)

N(x)=f(c,x)f(c,x)
โดยที่
f(c,x)=2[Ax+Dy+Fz+GBy+Dx+Ez+HCz+Ey+Fx+I]

อย่างไรก็ตามวิธีการของ Taubin ใช้เฉพาะจุดเรขาคณิตและไม่ใช่พื้นที่แทนเจนต์ และฉันไม่ได้ตระหนักถึงวิธีการมากมายซึ่งเหมาะสำหรับการหารูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่เหมาะสมเช่นแทนเจนต์ของรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสยังตรงกับแทนเจนต์ของเมฆจุดพื้นฐาน ฉันกำลังมองหาส่วนขยายที่เป็นไปได้ของวิธีการด้านบนหรืออื่น ๆ เพื่อครอบคลุมอนุพันธ์ลำดับแรกเหล่านี้

สิ่งที่ฉันต้องการจะประสบความสำเร็จอาจได้รับการกล่าวถึงเพียงบางส่วนในพื้นที่ที่มีมิติต่ำกว่าพร้อมกับพื้นผิวแบบดั้งเดิม (เส้นโค้ง) ยกตัวอย่างเช่นกระชับเส้นขอบภาพโดยคำนึงถึงข้อมูลการไล่ระดับสีที่ปกคลุมไปที่นี่ เครื่องบินที่เหมาะสม (รูปแบบง่าย ๆ ของ quadric) ไปยังเมฆสามมิติเป็นเรื่องธรรมดามาก ( ลิงค์ 1 ) หรือทรงกลมที่เหมาะสมหรือทรงกระบอกสามารถพอดีกับชุดจุดที่มุ่งเน้น ( ลิงค์ 2 ) ดังนั้นสิ่งที่ฉันสงสัยคือสิ่งที่คล้ายกัน แต่ดั้งเดิมที่ติดตั้งเป็นรูปสี่เหลี่ยม

ฉันยินดีต้อนรับการวิเคราะห์วิธีการที่เสนอเช่น:

  • จำนวนจุดโฟกัสขั้นต่ำที่ต้องการคือเท่าใด
  • เคสเสื่อมสภาพคืออะไร?
  • จะพูดอะไรเกี่ยวกับความทนทานหรือไม่

อัปเดต : ฉันต้องการนำเสนอทิศทางในการติดตาม อย่างเป็นทางการสิ่งที่ฉันต้องการบรรลุ:

fn=0
ที่จุด{x} อาจเป็นไปได้หรือที่จะหลอมรวมกับวิธีของ Taubin เพื่อหาข้อ จำกัด เพิ่มเติมและลดการใช้ตัวคูณแบบ Lagrange?x


องค์ประกอบของ Q จำนวนมากอยู่ในตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องใน Q หรือไม่
Muse

คุณพูดถูกและตอนนี้ฉันได้แก้ไขสิ่งนี้แล้ว
Tolga Birdal

คำตอบ:


5

ฉันรู้สึกประหลาดใจที่ไม่ได้รับคำตอบที่น่าพอใจสำหรับคำถามข้างต้นและการสอบสวนของฉันแสดงให้ฉันเห็นว่านี่เป็นพื้นที่ที่ไม่ได้สำรวจ ดังนั้นฉันใช้ความพยายามในการพัฒนาวิธีแก้ไขปัญหานี้และเผยแพร่ต้นฉบับต่อไปนี้:

T. Birdal, B. Busam, N. Navab, S. Ilic และ P. Sturm "วิธีการที่เรียบง่ายเพื่อการตรวจจับแบบไม่เชื่อเรื่องพระเจ้าของ Quadrics ใน Point Clouds" การดำเนินการประชุม IEEE ด้านการมองเห็นคอมพิวเตอร์และการจดจำรูปแบบ 2018 http://openaccess.thecvf.com/content_cvpr_2018/html/Birdal_A_Minimalist_Approach_CVPR_2018_paper.html

T. Birdal, B. Busam, N. Navab, S. Ilic และ P. Sturm, "การตรวจจับแบบดั้งเดิมทั่วไปใน Point Clouds โดยใช้นวนิยาย Quadric Minimal Quadric Fits" ในธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับการวิเคราะห์รูปแบบและความฉลาดของเครื่อง https://arxiv.org/abs/1901.01255

ฉันจะสัมผัสความคิดหลักที่นี่:

วิธีนี้คล้ายกับการไล่ระดับสีที่เหมาะสม ( ) เราจัดเวกเตอร์ลาดของ quadricกับปกติของเมฆจุด 3 อย่างไรก็ตามต่างจากชุดเราเลือกที่จะใช้ข้อ จำกัด เชิงเส้นเพื่อเพิ่มอันดับแทนที่จะปรับแก้ปัญหาเป็นประจำ นี่ดูเหมือนจะไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยในขณะที่เวกเตอร์ - เวกเตอร์การจัดเรียงนำข้อ จำกัด ที่ไม่ใช่เชิงเส้นอย่างใดอย่างหนึ่งของแบบฟอร์ม: 1Q(xi)niR31

Q(xi)Q(xi)ni=0orQ(xi)Q(xi)ni=1.
ความไม่เชิงเส้นเกิดจากการทำให้เป็นมาตรฐานเนื่องจากเป็นการยากที่จะทราบขนาดและทำให้มีขนาดเป็นเนื้อเดียวกันล่วงหน้า เราแก้ปัญหานี้โดยการแนะนำสเกลแบบกลุ่มที่ไม่รู้จักและเขียน: โดยที่ สิ่งนี้สำหรับจุดทั้งหมดและ normalsนำไปสู่ระบบของฟอร์ม : αi
Q(xi)=viTq=αini
v=[x2y2z22xy2xz2yz2x2y2z1]T
NxiniAq=0
[v1T000v2T000vnT000v1Tn10303v2T03n203vnT0303nn][ABIJα1α2αn]=0
- \ mathbf {n} _n \ end {bmatrix} \ start {bmatrix} A \\ B \\ \ vdots \\ ฉัน \\ J \\ \ alpha_1 \\ \ alpha_2 \\ \ alpha_n \ end { bmatrix} = \ mathbf {0} \ end {สมการ} โดยที่ ,คือviT=v(xi)TR3×10033×1คอลัมน์เวกเตอร์ของศูนย์คือและเป็นเกล็ดที่ไม่รู้จักเหมือนกันA4N×(N+10)α={αi}

ในขณะที่วิธีการแก้ปัญหาของสูตรนี้อยู่ใน nullspace ของให้ผลลัพธ์ที่ยอมรับได้ระบบจะไม่มีข้อ จำกัด ในสิ่งที่มันสามารถทำได้ (ตัวประกอบสเกลนั้นฟรีเกินไป) มันจะดีกว่าที่จะหา regularizer ที่เหมาะสมที่ไม่ซับซ้อนเกินไปที่จะใช้ ในทางปฏิบัติอีกครั้งหนึ่งคล้ายกับการไล่ระดับสีที่เหมาะสมเราสามารถชอบการไล่ระดับสีแบบพหุนาม - หน่วยและทำให้สามารถเขียนหรือเทียบเท่าซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยระดับ ข้อ จำกัด ที่อ่อนนุ่มนี้Aαi=1αiα¯จะพยายามบังคับชุดพหุนามให้เคารพศูนย์ต่อเนื่องของข้อมูล การทำให้เป็นมาตรฐานดังกล่าวช่วยให้เราไม่สามารถแก้ไขระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ละเอียดอ่อนและช่วยให้เราเขียนระบบในรูปแบบที่กะทัดรัดมากขึ้น :Aq=n

[x12y12z122x1y12x1z12y1z12x12y12z11x22y22z222x2y22x2z22y2z22x22y22z212x1002y12z10200002y102x102z10200002z102x12y100202x2002y22z20200002y202x202z20200002z202x22y20020][ABCDEFGHIJ]=[00nx1ny1nz1nx2ny2nz2]

ทั้งหมดในทุกการแก้ระบบสมการนี้พร้อมกันจะนำรูปสี่เหลี่ยมที่เกิดขึ้นกับเมฆจุดในขณะที่การไล่ระดับสีของมันไปสู่บรรทัดฐาน นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะชั่งน้ำหนักการมีส่วนร่วมของคะแนนและบรรทัดฐานแตกต่างกัน ในบางกรณีเพื่อให้ได้พอดีแบบเฉพาะการออกแบบใหม่ของปรับให้เหมาะกับความพอเพียงดั้งเดิมที่ต้องการ สำหรับรายละเอียดทั้งหมดเหล่านี้รวมถึงการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีและการหลอกรหัสฉันแนะนำคุณไปยังสิ่งตีพิมพ์ดังกล่าวข้างต้นA


มันเยี่ยมมาก! เราจะแก้ไข A เพื่อให้น้ำหนักการมีส่วนร่วมของคะแนนและบรรทัดฐานแตกต่างกันอย่างไร
Muse

เพียงแค่คูณแถวแรกที่เป็นสมการจุดด้วยน้ำหนักที่ต้องการ เลือกที่จะไต่แถวที่สอดคล้องกับภาวะปกติหนึ่งยังจะต้องปรับขนาดด้านขวามือของสมการ:{n} n
Tolga Birdal

ขอบคุณ ไม่ควรลบสัญลักษณ์การแปลงจาก q และ n ในสมการสุดท้ายหรือไม่?
รำพึง

ขอบคุณอีกครั้ง. ลบออก
Tolga Birdal

1

ฉันรู้ตัวอย่างหนึ่งซึ่งบรรทัดฐานได้รวมอยู่ในขั้นตอนการฟิตติ้ง มันไม่ได้เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสโดยตรง แพทช์ parametrized ในท้องถิ่นจะติดตั้งกับจุดและบรรทัดฐาน การใช้ normals ให้สมการมากขึ้นในปัญหาการกระชับทำให้สามารถใช้ชื่อพหุนามสูงขึ้นได้

  1. อัลกอริธึมสั่งลูกบาศก์ใหม่สำหรับการประมาณเวกเตอร์ทิศทางหลัก

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.