Fitting multiple surfaces with geometric constraints  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101845
Type K
Principal investigator Várady, Tamás
Title in Hungarian Felületcsoportok illesztése geometriai kényszerekkel
Title in English Fitting multiple surfaces with geometric constraints
Keywords in Hungarian számítógéppel segített geometriai tervezés, digitális alakzat rekonstrukció (mérnöki visszafejtés), felületillesztés, geometriai kényszerek
Keywords in English computer aided geometric design, digital shape reconstruction (reverse engineering), surface fitting, geometric constraints
Discipline
Automation and Computer Science (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Automation
Information Technology (Council of Physical Sciences)25 %
Ortelius classification: Applied informatics
Computing Science (Council of Physical Sciences)25 %
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent Department of Control Engineering and Information Technology (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Karikó, György
Salvi, Péter
Starting date 2012-02-01
Closing date 2017-01-31
Funding (in million HUF) 17.465
FTE (full time equivalent) 5.95
state closed project
Summary in Hungarian
A számítógépes alakzatrekonstrukció (mérnöki visszafejtés) célja konzisztens számítógépes modellek létrehozása mért adathalmazok alapján. A jelenleg ismert rekonstrukciós eljárások során az adatpontokra illesztett háromszöghálót tartományokra bontják, amelyekre egyesével - típus szerinti osztályozást követően - felületeket illesztenek. Az alakzatrekonstrukciós eljárások új generációja geometriai kényszerekkel összekapcsolt felületcsoportok együttes illesztésén alapszik. Ez egyrészt a mérési hibák kompenzálását és a létrejövő számítógépes modell - mérnöki értelemben vett - tökéletesítését szolgálja, másrészt az egész eljárás hatékonyabbá válik, hiszen felületcsoportokat egyszerre lehet illeszteni, és az illesztési szekvenciák ismétlésére nincs szükség.

Jelen projekt célkitűzése egy új modellezési koncepció és a hozzátartozó nagyszámú algoritmus kidolgozása, amely lehetővé teszi

(i) különböző geometriai kényszerek és kapcsolódó felületcsoportok felismerését, valamint
(ii) diszjunkt ponthalmazok optimális approximációját különböző felületek együttes illesztése során.

A projekt fő feladatai a következők:

1. tartományok osztályozása, elsődleges paraméterek becslése
2. valószínűsíthető geometriai kényszerek felismerése
3. felületcsoportok létrehozása, és a kényszer egyenletek rendezése prioritás szerint (az esetleges ellentmondások kizárása)
4. a legfontosabb kényszerek matematikai megfogalmazása - egybevágó, hasonló, szimmetrikus, párhuzamos, merőleges, simán kapcsolódó, közös felület, közös irány vagy tengely, kerekített mennyiségek stb.
5. az illesztési (súlyozott legkisebb négyzetek) és kényszer egyenletek optimális reprezentálása, segédelemek bevezetése a hatékonyság növelése érdekében
6. megfelelő numerikus módszer kidolgozása a kapott nemlineáris egyenletrendszer megoldására
7. a legfontosabb geometriai kényszerek implementálása egy egységes keretrendszeren belül; célcsoportok: 2D-s görbék, 3D-s analitikus és profilokon alapuló felületek, szabadformájú felületek
8. Tesztelés és kiértékelés.
Summary
The goal of digital shape reconstruction (reverse engineering) is to create consistent digital models based on measured datasets. In the current practice of shape reconstruction data points are approximated by a triangular mesh which is partitioned into disjoint regions. Then these regions are classified by surface type and approximated by surfaces one by one. The new generation of shape reconstruction is going to be based on the simultaneous fitting of groups of surfaces, being connected through a set of geometric constraints. This is to compensate the error of measurements and create perfected models to meet engineering requirements. Moreover, this makes the whole process more efficient, as groups of surfaces can be fitted at the same time, and there is no need to repeat fitting sequences.

The current project aims at elaborating a new modeling concept and a wide range of algorithms that support

(i) detecting various geometric constraints and connected groups of surfaces, and
(ii) optimal approximation of disjoint point sets through simultaneous surface fitting.

The main tasks of the project are the following:

1. classifying regions, estimating primary parameters
2. detecting the most likely geometric constraints
3. creating surface groups, ordering constraint equations by priority (resolving potential ambiguities)
4. mathematical formulation of the most important constraints - entities are identical, congruent, symmetric, parallel, perpendicular, smoothly connected, lie on common surface, share a common direction or rotational axis, have rounded parameters etc.
5. optimal representation of least-squares fitting and constraint equations; introducing auxiliary elements to increase computational efficiency
6. elaborating an adequate numerical method to solve the nonlinear system of equations obtained
7. implementing the most important geometric constraints in a united framework; targeted entities: 2D curves, 3D surfaces - analytic and profile based, free-form surfaces
8. testing and evaluation




 

Final report

  
Results in Hungarian
Jelen projekt a számítógépes alakzatrekonstrukció (mérnöki visszafejtés) tématerülethez kapcsolódik. Zajos, mért ponthalmazok alapján létrehozott modellek a szegmentálás és az alkalmazott numerikus eljárások következményeként mérnöki szempontból pontatlanok, ezeket különböző kényszerek alapján tökéletesíteni kell - pl. párhuzamos/merőleges síkok, tengelyek, stb. Egy speciális technika alkalmazására van szükség, mely különböző felületcsoportok együttes illesztéséhez vezet. Legfontosabb eredményeink: - kényszereket leíró nagy egyenletrendszerek felállítása és megoldása - speciális geometriai segédelemek alkalmazása; az egyenletrendszerek egyszerűsítése és hatékony megoldása - hipotetikus kényszerek kiválasztása és érvényesítése - globális kényszerek értelmezése és alkalmazása - legjobban illeszkedő koordinátarendszerek, szerkesztő rácsok és szimmetria síkok - felületek reprezentálása határgörbék és keresztderivált függvények alapján, optimalizált paraméterezés - kényszeregyenletek alkalmazása szabadformájú görbék és felületek összekapcsolására - 3D-s grafikus prototípus tesztprogram kifejlesztése; az elméleti eredmények és az új algoritmusok tesztelése szimulált és mért adatokon Jelen OTKA projektben 26 publikációnk jelent meg: 5 impakt-faktoros folyóirat cikk (összes IF: 6.335), 5 nemzetközi konferencia közlemény, 14 hazai konferencia cikk és 2 TDK dolgozat. Az eredmények publikálása lezárult; még egy, a témával foglalkozó folyóirat cikk benyújtás alatt van.
Results in English
This project has focused on digital shape reconstruction (reverse engineering). Most of the created digital models are inaccurate from engineering point of view due to uncertainty in segmentation and numerical algorithms, and need to be "perfected" by engineering constraints, such as, parallel/perpendicular planes, axes, and so on. A special technique needs to be applied based on simultaneous fitting of various sets of surfaces. The most important results are the following: - definition and solution of large system of constraint equations - application of auxiliary elements in order to simplify the system of equations and make it computationally efficient - introducing and enforcing hypothetical constraints - introducing and processing global constraints - best fit (aligned) coordinate systems, construction grids, symmetry planes, etc. - representing free-form surfaces by means of boundaries and cross-derivatives; optimal parameterization - applying constraints for connecting free-form curves and surfaces - developing a large 3D graphic program to test theoretical results and new algorithms on simulated and measured data sets. In this project 26 papers were published: 5 papers in leading technical journals with impact factor (total IF: 6.335); 5 international conference papers; 14 domestic conference papers and 2 TDK papers (student research competition). The publication of the results has been completed, except one journal paper that is under submission.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101845
Decision
Yes





 

List of publications

  
Tamás Várady, Péter Salvi, György Karikó: A Multi-sided Bézier Patch with a Simple Control Structure, COMPUTER GRAPHICS FORUM 35:(2) pp. 307-317. (2016) EuroGraphics. Lisszabon, Portugália: 2016.05.09 -2016.05.13., 2016
Kovács István, Várady Tamás, Salvi Péter: Applying geometric constraints for perfecting CAD models in reverse engineering, GRAPH MODELS 82: 44-57, 2015
Peter Salvi, Tamás Várady, Alyn Rockwood: Multi-sided Transfinite Surfaces Based on Ribbons, COMPUT AIDED GEOM D 31: (9) 613-630, 2014
Péter Salvi, Tamás Várady: G2 Surface Interpolation Over General Topology Curve Networks, COMPUT GRAPH FORUM 33: (7) 151-160, 2014
Tamás Várady, Péter Salvi, Alyn Rockwood: Transfinite surface interpolation with interior control, GRAPH MODELS 74: (6) 311-320, 2012
Kovács István, Várady Tamás: Case studies for fitting B-spline surfaces with constraint, In: Szirmay-Kalos L, Renner G (szerk.) VIII. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia, GRAFGEO 2016. Konferencia helye, ideje: Budapest, Magyarország, 2016.03, 2016
Péter Salvi, Tamás Várady: Multi-sided Surfaces with Fullness Control, In: Szirmay-Kalos L, Renner G (szerk.) VIII. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia, GRAFGEO 2016. Konferencia helye, ideje: Budapest, Magyarország, 2016.03, 2016
Kovács István, Várady Tamás, Salvi Péter: Applying geometric constraints for perfecting CAD models in reverse engineering, GRAPH MODELS 82: 44-57, 2015
Kovács István, Várady Tamás: Case studies for fitting B-spline curves with constraints, In: B Kiss, L Szirmay-Kalos (szerk.) Proceedings of the Workshop on the Advances of Information Technology: WAIT 2015., 2015
Márton Vaitkus, Tamás Várady: A General Framework for Constrained Mesh Parameterization, Proceedings of the 31st Spring Conference on Computer Graphics, Smolenice, pp 15-21, 2015
István Kovács: Applying Engineering Constraints in Digital Shape Reconstruction, Proceedings of the 18th Central European Seminar on Computer Graphics, May 25 - 27, 2014 Smolenice, Slovakia, 2014
Péter Salvi, Tamás Várady, Alyn Rockwood: New Schemes for Multi-sided Transfinite Surface Interpolation, VI. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia, pp. 56-63, 2012
Tamás Várady, Péter Salvi, Alyn Rockwood: 3D shape design using curve networks with ribbons, VI. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia, pp. 34-41, 2012
Tamás Várady, Péter Salvi, Alyn Rockwood: Transfinite surface interpolation with interior control, GRAPHICAL MODELS 74:(6) pp. 311-320, 2012
Tamás Várady, Péter Salvi: New multi-sided patches for curve network-based design, Képfeldolgozók és Alakfelismerők 9. országos konferenciája, pp. 566-579, 2013
Tamás Várady: Digital Shape Reconstruction - Creating CAD Models from Measured Data, The XXI. Conference of GTE on Manufacturing and Related Technologies, 2012
Kovács István, Várady Tamás: Söpört felületek rekonstrukciója mért adatok alapján, Képfeldolgozók és Alakfelismerők 9. országos konferenciája, pp. 1-14, 2013
Várady Tamás, Salvi Péter, Alyn Rockwood: Transfinite Surface Patches Using Curved Ribbons., Eurographics 2013 - Short Papers., Girona, Spain, pp. 5-8. ISBN: 1017-4656, 2013
Salvi Péter, Várady Tamás, Alyn Rockwood: Transfinite surface interpolation over specific curvenet configurations., The Mathematics of Surfaces - XIV. Birmingham, UK, pp. 309-326. ISBN: 978-0-905091-30-3, 2013
Kovács István, Várady Tamás: Reconstructing swept surfaces from measured data., The Mathematics of Surfaces - XIV. Birmingham, pp. 327-344. ISBN: 978-0-905091-30-3, 2013
Vaitkus Márton: Háromszöghálók paraméterezése geometriai kényszerek figyelembevételével, BME VIK, TDK, 2013
Kovács István: Mért pontfelhők alapján rekonstruált 3D-s számítógépes modellek tökéletesítése, BME VIK, TDK konferencia, 2013
Kovács István, Salvi Péter, Várady Tamás: Strukturális alaksajátosságok érvényesítése CAD modellek rekonstrukciója során, In: Képfeldolgozók és Alakfelismerők Társaságának 10. országos konferenciája . Kecskemét, Magyarország, 2015.01.27-2015.01.30. Kiadvány: 2015. pp. 625-640., 2015
Kovács István, Várady Tamás: Söpört felületek rekonstrukciója mért adatok alapján, In: Czúni László (szerk.) (szerk.) Képfeldolgozók és Alakfelismerők 9. országos konferenciája . Bakonybél, Magyarország, 2013.01.29-2013.02.01. Kiadvány: 2013. pp. 1-14. (Képfeldolgozók és Alakfelismerők 9. országos konferenciája), 2013
Kovács István, Várady Tamás: Reconstructing swept surfaces from measured data, In: Robert J Cripps, Glen Mullineux, Malcolm A Sabin (szerk.) (szerk.) The Mathematics of Surfaces - XIV. Essex: [s. n.], 2013. pp. 327-344. (The Mathematics of Surfaces - XIV), 2013
Kovács István, Várady Tamás: Perfecting 3D computer models reconstructed from measured data, In: Szirmay-Kalos László, Renner Gábor (szerk.) (szerk.) VII. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia. Budapest: Neumann János Számítógép-tudományi Társaság, 2014. pp. 109-115., 2014
Péter Salvi, Tamás Várady: G2 Surface Interpolation Over General Topology Curve Networks, COMPUT GRAPH FORUM 33: (7) 151-160, 2014
Péter Salvi, Tamás Várady: Comparison of Two n-Patch Representations in Curve Network-Based Design, In: Képfeldolgozók és Alakfelismerők Társaságának 10. országos konferenciája . Kecskemét, Magyarország, 2015.01.27-2015.01.30. Kiadvány: 2015. pp. 612-624., 2015
Péter Salvi, Tamás Várady, Alyn Rockwood: New Schemes for Multi-sided Transfinite Surface Interpolation, In: Szirmay-Kalos László, Renner Gábor (szerk.) (szerk.) VI. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia. Budapest: Neumann János Számítógép-tudományi Társaság, 2012. pp. 56-63. (VI. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia), 2012
Peter Salvi, Tamás Várady, Alyn Rockwood: Multi-sided Transfinite Surfaces Based on Ribbons, COMPUT AIDED GEOM D 31: (9) 613-630, 2014
Salvi Péter, Várady Tamás: Multi-sided Surfaces with Curvature Continuity, In: Szirmay-Kalos László, Renner Gábor (szerk.) (szerk.) VII. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia. Budapest: Neumann János Számítógép-tudományi Társaság, 2014. pp. 13-20., 2014
Salvi Péter, Várady Tamás, Alyn Rockwood: Transfinite surface interpolation over specific curvenet configurations, In: Robert J Cripps, Glen Mullineux, Malcolm A Sabin (szerk.) (szerk.) The Mathematics of Surfaces - XIV. Essex: [s. n.], 2013. pp. 309-326. (The Mathematics of Surfaces - XIV), 2013
T Várady: Digital Shape Reconstruction - Creating CAD Models from Measured Data, In: Kundrák János (szerk.) (szerk.) The XXI. Conference of GTE on Manufacturing and related technologies. Budapest: GTE, 2012. pp. ., 2012
Tamás Várady, Péter Salvi: New multi-sided patches for curve network-based design, In: Czúni László (szerk.) (szerk.) Képfeldolgozók és Alakfelismerők 9. országos konferenciája . Bakonybél, Magyarország, 2013.01.29-2013.02.01. Kiadvány: 2013. pp. 566-579. (Képfeldolgozók és Alakfelismerők 9. országos konferenciája), 2013
Tamás Várady, Péter Salvi, Alyn Rockwood: 3D shape design using curve networks with ribbons, In: Szirmay-Kalos László, Renner Gábor (szerk.) (szerk.) VI. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia. Budapest: Neumann János Számítógép-tudományi Társaság, 2012. pp. 34-41. (VI. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia), 2012
Tamás Várady, Péter Salvi, Alyn Rockwood: Transfinite surface interpolation with interior control, GRAPH MODELS 74: (6) 311-320, 2012
Vaitkus Márton, Várady Tamás: Mesh Parameterization with Geometric Constraints, In: Szirmay-Kalos László, Renner Gábor (szerk.) (szerk.) VII. Magyar Számítógépes Grafika és Geometria Konferencia. Budapest: Neumann János Számítógép-tudományi Társaság, 2014. pp. 37-45., 2014
Vaitkus Márton, Várady Tamás: Labeled parameterization for high-quality surface fitting, In: Csetverikov D (szerk.) (szerk.) A Képfeldolgozók és Alakfelismerők Társaságának 10. országos konferenciája - KÉPAF 2015 . Kerekegyháza, Magyarország, 2015.01.27-2015.01.30. Kiadvány: 2015. pp. 645-653., 2015
Várady Tamás, Salvi Péter, Alyn Rockwood: Transfinite Surface Patches Using Curved Ribbons, In: M.- A. Otaduy, O. Sorkine (szerk.) (szerk.) Eurographics 2013 - Short Papers. Girona: Eurographics, 2013. pp. 5-8. (Eurographics 2013 - Short Papers), 2013




 

Events of the project

  
2013-04-12 09:17:45
Résztvevők változása



Back »