已经广为人知,3 d形状模型是综合使用点云网格参数化。点云特别处理与网格相比,更简单的形状信息,它也包含一个3 d模型。在这篇文章中,我们将介绍我们的新方法生成三维点云的位置重要性的关键尺寸和形状。为了找到形状和测量之间的对应关系,我们引入了一个代表3 d数据的方法称为片结构。神经网络模式的分层学习模式提出了兼容的数据表示。主片是由匹配整个点云测量之前设置调谐卷积神经网络。我们进行了三维人体数据集上的实验包含1706例。我们的研究结果证明了该框架的有效性和平均误差7.72%,良好的可视化。本研究表明,注重地方特色是值得的在处理3 d形状。
一个bstract>计算机模型的一个基本特征是详细描述能力的现实对象的拓扑和几何结构。3 d建模技术越来越成为计算机辅助设计社区的纪律。此外,许多应用程序需要3 d模型等人类的动画,服装行业,医学研究产生巨大影响人类生活的各个方面。
gydF4y2Ba尽管大量的研究一直致力于实用性和可视化的三维形状,则较少受到关注的问题自动生成三维模型。在实践中,测量参数,如长度,周长,曲率被广泛用于描述现实对象的形状。然而,从这些测量重建一个计算机模型仍有很多空白的方法。的主要原因是,一组稀疏测量不能捕获所需的复杂形状变化的现实。另一方面,它是不切实际的诉诸扫描耗时和昂贵的设备。
gydF4y2Ba本研究的目的是制定一个小说表示基于点云的三维模型,可以很容易地探索之间的关系测量和三维形状使用神经网络系统。总的来说,我们提出的框架创建的3 d点云在考虑一组测量数据作为输入。我们的方法的关键是把物体分成独立的组件和切片。这种分离让我们专门为每个切片定义体系结构神经网络的形状,而不是在整个三维形状。点云不仅简单和统一的纹理与网格的多样性和复杂性,但仍有意义的对象的边界和骨架的结构。以三维人体模型为应用程序,我们在这里演示一个端到端的程序合成一个新的人类模型给定的人体测量从训练数据和一组参数。
年代ec>第一个试图解决3 d模型重建问题是基于模板模型。更准确地说,这种方法会产生一个新的模型的变形模板模型。艾伦el制定一个优化的问题找到一个仿射变换在设计模板的每个顶点模型拟合三维人体扫描。他们定义了三种类型的错误和联合创建目标函数。他们的方法也处理不完整的表面数据,填写失踪和占领地区的扫描仪(造成的
gydF4y2Ba另一种方法是2 d - base重建。这种方法降低了成本,因为它只需要一组图像。然而,图像数据往往包含噪声和背景是很难消除的。Blanz的方法人脸彩色图像作为输入,生成相应的三维模型。新面孔和表达可以被形成的线性组合原型(
gydF4y2Ba大多数的解决方案来自于统计数据的方法。类似于我们的方法,这些方法使用训练集学习输入和输出之间的关系,或构建一个示例空间外推。鼓舞人心的形式成立等的工作(
在本节中,我们证明我们的方法包括两个主要步骤:生成主片和精炼的3 d点云。3 d对象是由一组平面垂直于轴向的对象。换句话说,建筑三维形状相当于建筑这些飞机。通常情况下,如果表面顺利划分(两个相邻面之间的距离非常小),相邻的表面将几乎相似的形状。此外,并不是所有的测量可以在实践中;因此,我们只考虑了一些可用的测量与主要的飞机。因此,选择主要飞机帮助我们减少必要的计算和测量。
让我们假设的集合的所有表面垂直于轴向高度的3 d对象<我nl我ne-formula>
gydF4y2Ba从主要的表面,我们可以插入整个3 d对象自表面之间的两个主要片的形状逐渐改变以适应这两个主片的形状。然而,插入表面不像实际的实用。我们克服了这个问题通过调整模型,将在下一节澄清。
<年代ec id="sec3.1">我们限制我们的研究可以编写类的表面下三角公式。代表一个表面的3 d点云的点集<我nl我ne-formula>
基于上述步骤的结果,我们在所有剩下的切片进行插值。详细考虑<我nl我ne-formula>
插值中间片。
这个问题损失函数的理性选择是均方误差(MSE)。在这项研究中,MSE计算生成之间的差异和实际的价值每片各点距离。我们使用这个指标来评估两个学习模型(算法上的错误
输入:集生成的主片<我nl我ne-formula>
输出:学参数集<我nl我ne-formula>
为每个样本<我nl我ne-formula>
初始化<我nl我ne-formula>
为<我nl我ne-formula>
为<我nl我ne-formula>
开始= max<我nl我ne-formula>
结束=敏<我nl我ne-formula>
这项工作中所使用的数据集被两所大学在越南独立开发的表
gydF4y2Ba每个样本在两个数据集生成的三维扫描设备并保存在“。obj文件格式。每个人只提供一个3 d扫描的身体;因此,参与者和样本的数量是相等的。参与者建议穿着紧身西装,符合标准的姿势当扫描他们的身体。我们将3 d《阿凡达》分为五个部分:躯干,左腿,右腿,左手臂和右手臂
汇总的数据集。
在细节,这些数据集是由不同的设备;因此,他们有不同的功能(图
阿凡达在男性和女性的数据集和它的点云。
男性模型的一些解剖地标。
三维人体模型的分区。
我们整个三维人体模型分割成五个部分(图
躯干
上半身:从颈部到腋窝,限于左手肘和右手肘。
降低躯干:从腋窝到臀部,左和右髋关节或受到限制左和右胃。
臂(左/右)
上臂:从腋窝到肘部,有限的腋窝和肘部。
下臂:从肘部到手腕,手肘和手腕的限制。
腿(左/右)
大腿:从臀部到膝盖,限于胯部和膝盖。
大腿:从膝盖,脚踝,膝盖和脚踝的限制。
后决定人类模型的所有部分,我们做了分度片基于飞机垂直于高轴。让我们假设所有点的集合包含在一个人类的一部分<我nl我ne-formula>
如果
预处理步骤。(一)原始片。(b)在选择片组件。(c)后填充缺失的数据。
下一步是构建切向量。首先,我们计算每片一个锚点的位置。均值公式适用于找到这些点:
然而,也有一些缺点在上面讨论的方法。首先,一些片计数的点不够足够近似实际的中心点。第二件事是人类当构建一个新的模型,我们需要一个骨架。换句话说,它需要一个可用的锚点。多亏了里程碑式的设置,我们可以近似的男性角色的骨骼。躯干,例如,我们的中心构成的骨架线连接四个脖子地标和裤裆顶(图
锚的人体模型。
鉴于<我nl我ne-formula>
的<我nl我ne-formula>
男性和女性角色缺失数据问题。在女性的数据集,原因是在扫描过程中粗心大意和过时的设备。另一方面,在预处理男模特的缺失值问题是不可避免的,因为他们的原始点云并不理想。此外,点密度并不足够致密将男性身体成很多片。我们解决这个问题对网格数据进行线性插值的切向量(图
美国男性数据集提供一组人体测量与178个类别包括片周边,宽度,和身体部位的高度。然而,测量不相同的单位距离计算点云。与此同时,女性数据集没有提供测量。由于这些原因,我们决定重新计算测量数据是一致的。简单的方法计算一片围求和所有距离的两个相邻点,但它似乎不现实在测量凸形状。我们提议用一片的凸包的周长测量。这些尺寸是计算主片(图
主片的位置。
总之,有28片测量,但我们可以减少措施17因为相似的左、右两侧。此外,有必要记录每个身体的高度(长度)完全建立三维人体模型。这将导致20测量。主要职位是基于统计数据和人体的标准比
构建主幻灯片,我们建立了与一个隐层神经网络(NN)模型中描述的部分
神经网络模型生成主片。
这些模型将最初的圆作为输入和学习从输入到目标形状变形形状。最初的圆的半径<我nl我ne-formula>
gydF4y2Ba一旦发现整个主片,线性插值是用来推断所有剩余的片。这些内插片的输入第二节中描述神经网络模型
神经网络模型来调整整个片。
卷积层帮助学习相邻切片的本地相关性模型。因此,剩下的部分将基于主片纠正。最谨慎的在构建CNN对这个问题是填充。保留数据传输通过多个层时的大小,我们在垂直反射进行填充,对称的填充水平(图
填充策略。
我们定义了损失函数在这第二个模型通过使用MSE:
我们训练的神经网络模型在Linux服务器上24 GB RAM, GPU 12 GB内存,并与2.2 GHz Xeon处理器。我们使用Python的使用在我们的实验中实现语言和主库pytorch numpy。我们使用亚当算法(
平均误差在每个主要部分男性和女性的训练数据集(完整的数据集)。
学习形状和相应的块大小之间的关系是一个难题,因为诅咒的维度。尽管输入是标量,我们必须预测切向量与至少20组件。为了解决这个问题,我们使用初始形状。最初的形状不仅是一个粗略的近似为目标片,而且也帮助神经网络模型参数的数量增加,避免underfitting。在我们的工作中,我们限制了类的初始形状圆的半径的计算周长。几何,第一个图变形控制的神经网络模型作为片大小。神经网络模型的非线性转换从直线到特定的“切矢量曲线”,后片形状转换成切向量表示。这些曲线有类似的形状,如果他们被放置在相同的位置(图
切向量的“曲线”的手腕,臀部,大腿20的例子在男性的数据集。
躯干部分,脖子片最高平均误差,因为这些片不清楚地分开,和解剖标志在颈部位置放置在错误的位置像衣领或下巴。这个原因导致颈部的形状片存在着很大的差别。同样的事情也发生在自由式的片。手臂和肩膀之间的界限并不准确确定基于地标。另一个问题是缺乏大量的组件自由式的切向量,因为阻塞位置如腋窝忽略的3 d扫描仪(图
切向量的“曲线”的脖子上,左,右肩10的例子在男性的数据集。
表
平均误差在3 d的每一部分男性和女性模型后激活CNN模型(测试集是由受损和损伤样本)。
在分析数据库,我们意识到有很多损坏的样品在这两个数据集。女性的数据集的问题几乎来自扫描装置,而男性的数据集的问题是由于参与者(图的不合作
损坏的三维人体模型的例子。
平均误差在3 d的每一部分男性和女性在激活之前和之后的数据集模型CNN模型。
每个部位的平均培训和测试时间如表所示
平均数据集的训练和测试时间。
一旦所有必要片准备建立3 d模型,我们对三角网格执行再啮合计算方法。这个简单的规则构成网格通过使用三分。点在<我nl我ne-formula>
基于三角网再啮合。
生成3 d模型近年来已经成为一个有吸引力的领域。毫无疑问多功能性的3 d模型在计算机图形学中应用,如游戏、电影和服装等。然而,构建一个三维形状并不是一个微不足道的任务因为模型的复杂性通常要求精心设计,计算机硬件的力量,和现代扫描设备。为了解决这个问题,我们引入了一个新颖的方法来创建一个新的3 d模型简单地通过测量作为输入。我们的主要贡献包括:(1)描述一个公式来表示三维数据点云切片下,(2)引入两步框架基于神经网络生成主片和刺击整个切片,和(3)进行实验和推出一个基准IUH和HUST 3 d人体数据集。
gydF4y2Ba很难比较本研究的发现与其他先前的研究,因为不同的数据集和评价指标。然而,结果证实了我们的方法的有效性,因为生成的三维点云模型很好足够的可视化与小的误差在合理的运行时间(图
3 d的男性和女性的化身。第一行:生成的形状;第二行:原始形状。
片结构,我们在这项研究中的应用是在静态情况下不受限制。也是有效申请通过morphable骨架三维动态模型。生成一个新的片形状的关键思想是变形初始形状根据训练数据集。因为我们每一步的方法不需要改变坐标或降低维度,我们仍然确保生成的点云看起来像在训练数据样本。我们的方法的主要缺点是数据不足。我们遭受underfitting问题;因此,神经网络系统不能实现理想的泛化。第二个弱点是我们专注于构建点云,而不是网格。因此,任何应用程序需要与全网状三维模型重建可能需要更多的处理步骤。虽然片结构非常简单,实现其状态是具有挑战性的,尤其是3 d形状和复杂的设计相互脱节。
总之,这项研究表明,三维点云构建完全当给一组基本的测量。另一方面,有必要考虑详细的形状在处理复杂3 d结构如人类的身体。我们建议的框架揭示这种担忧的,因为它有能力分析当地的形状特征。
年代ec>使用的数据来支持本研究的发现没有可用的,因为他们是私有的。
年代ec>作者宣称没有利益冲突。
年代ec>三维人体数据集是由工业大学胡志明市(IUH)和河内科技大学(公司),越南。作者非常感谢这些代理提供我们这些数据集的信息。特别是,作者要感谢学院服装技术和时装设计,工业大学胡志明市,强大的设备帮助完成这项研究。
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