РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ ДАННЫХ ТРЕХМЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

ГЛОССАРИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 10
1.1. Анализ существующих алгоритмов для реализации проекта 10
1.1.1. Базовый алгоритм ICP 10
1.1.2. Модификации алгоритма ICP 12
1.2. Анализ аналогичных проектов 19
Вывод по главе 1 21
2. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ 22
2.1. Функциональные требования 22
2.2. Нефункциональные требования 22
2.3. Варианты использования системы 23
Вывод по главе 2 24
3. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ 25
3.1. Реализация предметной области 25
3.2. Компоненты системы 26
3.3. Представление архитектуры системы 28
Вывод по главе 3 30
4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ 31
4.1. Средства реализации 31
4.2. Структура системы 31
4.3. Реализация модулей системы 33
4.3.1. Реализация модуля совмещения облаков 33
4.3.2. Реализация интерфейса 40
Вывод по главе 4 41
5. ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 42
5.1. Тестирование предложенного алгоритма на синтетических данных 42
5.2. Тестирование устойчивости предложенного алгоритма 44
5.3. Сравнительное тестирование алгоритма ICP и его модификаций .... 46
Вывод по главе 5 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 52

Купить

Актуальность темы
Многие сферы человеческой жизни не мыслимы без трехмерных цифровых моделей объектов. Существует два подхода создания моделей: «с нуля» при помощи пакетов компьютерного моделирования и при помощи SD-сканеров с последующим совмещением нескольких частей одной модели. Первый способ является трудоемким и подходит далеко не во всех случаях. Второй способ является альтернативой, потому что трехмерные сканеры позволяют зарегистрировать любую форму объекта за короткое время и с высокой точностью. В настоящее время SD-модели, полученные при помощи сканирования, находят широкое применение в самых разных областях.
Большой интерес уделяется SD-моделям человеческого тела [24, 29], т.к. они могут широко применяться в кинематографе, приложениях виртуальной реальности, видеоиграх. SD-моделирование человека упрощает создание анимационных фильмов, т.к. предоставляет все требуемые пропорции и позволяет накладывать нарисованный образ на актера. Также SD-моделирование используется в медицине, позволяя устанавливать диагноз и создавать различные трехмерные модели внутренних органов и костей человека, в последующем используя их во время операции. Таким образом, появляется возможность под контролем навигационной системы сопоставить результат выполнения операции по конкретному клиническому примеру и сравнить с прототипом.
Задача регистрации облаков актуальна в области построения трехмерного окружающего пространства для определения местоположения роботов и планирования их оптимального пути [21, 23]. При помощи сканера строится SD-модель части сцены (локальная реконструкция), полученной из определенной точки. Затем полная модель создается посредством объединения локальных реконструкций. Таким образом, получается трехмерная модель всего окружающего пространства робота, в котором уже рассчитывается оптимальный путь.
SD-сканирование и SD-моделирование также применяются в музейном деле и археологии для точного восстановления и реконструкции скульптур и памятников, в дизайне для получения формы объекта и его последующей обработки, в ортодонтии для качественного моделирования объектов небольшого размера, в геологии для исследования оползней [25].
В любой области применения принцип построения трехмерных моделей при помощи SD-сканирования одинаков и заключается в совмещение отсканированных частей объекта в одной системе координат. Таким образом, задача совмещения трехмерных облаков точек актуальна на сегодняшний день, т.к. позволяет получать полноценные SD-модели как объектов большого размера со сложной формой, состоящей из множества выпуклостей и впадин, так и трехмерные модели объектов простой формы небольшого размера.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является разработка системы совмещения данных трехмерного сканирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) ознакомиться с теоретическим основами совмещения данных трехмерного сканирования;
2) проанализировать существующие решения, смежные проекты и выбрать алгоритм для реализации поставленной цели;
3) спроектировать архитектуру системы;
4) реализовать систему совмещения данных трехмерного сканирования;
5) провести тестирование реализованной системы совмещения данных трехмерного сканирования.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и библиографии. Объем работы составляет 55 страниц, объем библиографии - 32 источника.
В первой главе, «Анализ предметной области», проведен обзор существующих алгоритмов совмещения данных трехмерного сканирования и смежных проектов.
Во второй главе, «Требования к системе», описаны функциональные и нефункциональные требования к системе и варианты использования системы.
В третьей главе, «Архитектура системы», описано проектирование системы. Подробно рассмотрена общая архитектура системы и ее компоненты.
В четвертой главе, «Реализация системы», описаны используемые инструменты реализации и представлены детали реализации системы.
В пятой главе, «Тестирование системы», представлены результаты тестирования предложенного алгоритма и проведено сравнительное тестирование с другими алгоритмами.
В заключении сделаны выводы о проделанной работе.

Купить