We present a method to reconstruct a canal surface from a point cloud (a set of unorganized points). A canal surface is defined as a swept surface of a moving sphere with varying radii. By using the shrinking and moving least-squares methods, we reduce a point cloud to a thin curve-like point set which can be approximated to the spine curve of a canal surface. The distance between a point in the thin point cloud and a corresponding point in the original point set represents the radius of the canal surface.
We present an algorithm to reconstruct a pipe surface from a set of unorganized points. A pipe surface is defined by a spine curve and a radius of a swept sphere. In this paper, by using the shrinking and moving least-squares methods, a point cloud is reduced to a thin curve-like point set that can be easily approximated with a spine curve of a pipe surface. The distance between a point in the thin point cloud and a corresponding point in the original point set represents the radius of a swept sphere of a pipe surface.
As the point sampling technology evolves rapidly, there has been increasing need in generating tool path from dense point set without creating intermediate models such as triangular meshes or surfaces. In this paper, we present a new tool path generation method from point set using Euclidean distance fields based on Algebraic Point Set Surfaces (APSS). Once an Euclidean distance field from the target shape is obtained, it is fairly easy to generate tool paths. In order to compute the distance from a point in the 3D space to the point set, we locally fit an algebraic sphere using moving least square method (MLS) for accurate and simple calculation. This process is repeated until it converges. The main advantages of our approach are : (1) tool paths are computed directly from point set without making triangular mesh or surfaces and their offsets, and (2) we do not have to worry about no local interference at concave region compared to the other methods using triangular mesh or surface model. Experimental results show that our approach can generate accurate enough tool paths from a point set in a robust manner and efficiently.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1312-1314
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2004
This paper proposes a new simplification algorithm that simplifies reconstructed polygonal mesh from 3D point set considering an original point set. Previous method computes error using mesh information, but it makes to increase error of difference between an original and a simplified model by reason of implementation of simplification. Proposed method simplifies a reconstructed model using an original point data, we acquire a simplified model similar an original. We show several simplified results to demonstrate the usability of our methods.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.11
no.5
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pp.335-343
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2006
Design changes for an original surface model are frequently required in a manufacturing area: for example, when the physical parts are modified or when the parts are partially manufactured from analogous shapes. In this case, an efficient 3D model updating method by locally adding scan data for the modified area is highly desirable. For this purpose, this paper presents a new procedure to update an initial model that is composed of combinatorial triangular facets based on a set of locally added point data. The initial surface model is first created from the initial point set by Tight Cocone, which is a water-tight surface reconstructor; and then the point cloud data for the updates is locally added onto the initial model maintaining the same coordinate system. In order to update the initial model, the special region on the initial surface that needs to be updated is recognized through the detection of the overlapping area between the initial model and the boundary of the newly added point cloud. After that, the initial surface model is eventually updated to the final output by replacing the recognized region with the newly added point cloud. The proposed method has been implemented and tested with several examples. This algorithm will be practically useful to modify the surface model with physical part changes and free-form surface design.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.16
no.1
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pp.31-49
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2012
In this paper, we propose a very efficient method which reconstructs the high resolution surface from a set of unorganized points. Our method is based on the level set method using adaptive octree. We start with the surface reconstruction model proposed in [20]. In [20], they introduced a very fast and efficient method which is different from the previous methods using the level set method. Most existing methods[21, 22] employed the time evolving process from an initial surface to point cloud. But in [20], they considered the surface reconstruction process as an elliptic problem in the narrow band including point cloud. So they could obtain very speedy method because they didn't have to limit the time evolution step by the finite speed of propagation. However, they implemented that model just on the uniform grid. So they still have the weakness that it needs so much memories because of being fulfilled only on the uniform grid. Their algorithm basically solves a large linear system of which size is the same as the number of the grid in a narrow band. Besides, it is not easy to make the width of band narrow enough since the decision of band width depends on the distribution of point data. After all, as far as it is implemented on the uniform grid, it is almost impossible to generate the surface on the high resolution because the memory requirement increases geometrically. We resolve it by adapting octree data structure[12, 11] to our problem and by introducing a new redistancing algorithm which is different from the existing one[19].
In the process of visualizing a point set representing a smooth manifold surface, global illumination techniques can be used to render a realistic scene with various effects of lighting. Thanks to the continuous demand for ray tracing and the development of graphics hardware, dedicated GPUs and programmable pipeline for ray tracing have been introduced in recent years. In this paper, real-time global illumination rendering is studied for a point-set model using ray-tracing GPUs. We apply the moving least-squares (MLS) method to approximate the point set to a smooth implicit surface and render it using global illumination by performing massive ray-intersection tests with the surface and generating shading effects at the intersection point. As a result, a complicated point-set scene consisting of more than 0.5M points can be generated in real-time.
As three-dimensional range scanners make large point clouds a more common initial representation of real world objects, a need arises for algorithms that can efficiently process point sets. In this paper, we present a method for extracting smooth surfaces from dense point clouds. Given an unorganized set of points in space as input, our algorithm first uses principal component analysis to estimate the surface variation at each point. After defining conditions for determining the geometric compatibility of a point and a surface, we examine the points in order of increasing surface variation to find points whose neighborhoods can be closely approximated by a single surface. These neighborhoods become seed regions for region growing. The region growing step clusters points that are geometrically compatible with the approximating surface and refines the surface as the region grows to obtain the best approximation of the largest number of points. When no more points can be added to a region, the algorithm stores the extracted surface. Our algorithm works quickly with little user interaction and requires a fraction of the memory needed for a standard mesh data structure. To demonstrate its usefulness, we show results on large point clouds acquired from real-world objects.
This paper presents an algorithm of optimal cutting tool selection for machining of the point-based surface that is defined by a set of surface points rather than parametric polynomial surface equations. As the ball-end and fillet-end mills are generally used for finish machining in a 3-axis computer numerical control machine, the algorithm is applicable for both cutters. The optimum tool would be as large as possible in terms of the cutter radius and/or corner radius which maximise (s) the material removal rate (i.e., minimise (s) the machining time), while still being able to machine the entire point-based surface without gouging any surface point. The gouging are two types: local and global. In this paper, the distance between the cutter bottom and surface points is used to check the local gouging whereas the shortest distance between the surface points and cutter axis is effectively used to check the global gouging. The selection procedure begins with a cutter from the tool library, which has the largest cutter radius and/or corner radius, and then adequacy of the point-density is checked to limit the accuracy of the cutter selection for the point-based surface within tolerance prior to the gouge checking. When the entire surface is gouge-free with a chosen cutting tool then the tool becomes the optimum cutting tool for a list of cutters available in the tool library. The effectiveness of the algorithm is demonstrated considering two examples.
The inverse offset method (IOM) is widely used for generating cutter paths from the point-based surface where the surface is characterised by a set of surface points rather than parametric polynomial surface equations. In the IOM, cutter path planning is carried out by specifying the grid sizes, called the step-forward and step-interval distances respectively in the forward and transverse cutting directions. The step-forward distance causes the chordal deviation and the step-forward distance produces the cusp. The chordal deviation and cusp are also functions of local surface slopes and curvatures. As the slopes and curvatures vary over the surface, different step-forward and step-interval distances are appropriate in different areas for obtaining the machined surface accurately and efficiently. In this paper, the chordal deviation and cusp height are calculated in consideration with the surface slopes and curvatures, and their combined effect is used to estimate the machined surface error. An adaptive grid generation algorithm is proposed, which enables the IOM to generate cutter paths adaptively using different step-forward and step-interval distances in different regions rather than constant step-forward and step-interval distances for entire surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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