Journal of Construction Engineering and Project Management
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v.2
no.3
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pp.1-7
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2012
The reconstruction of surfaces from unorganized point clouds can provide very useful information for construction managers. Although point clouds are generally created using 3D scanners, they can also be generated via the structure-from-motion technique using a sequence of images. Here we report a novel surface reconstruction technique for modeling and quantifying earthworks that can be used for preliminary planning, project updates and estimating of earthwork quantities, as well as embedded planning systems in construction equipment. The application of structure-from-motion techniques in earth works is examined and its advantages and limitations identified. Data from 23 earthwork excavation construction sites were collected and analyzed. 3D surface reconstructions during the construction phase were compared to the original land form. Similar experiments were conducted with piles of earth and the results analyzed to determine appropriate ranges of use for structure-from-motion surface reconstructions in earthwork applications. The technique was found to be most suited to pile of materials with volumes less than 2000 m3. Piles up to 10 m in height and with base areas up to $300m^2$ were also successfully reconstructed. These results should be of interest to contractors seeking to utilize new technology to optimize operational efficiency.
We present an algorithm for surface reconstruction from the second-derivative data for free-form aspherics, which uses a subaperture scanning system that measures the local surface profile and determines the three second-derivative values at those local sampling points across the free-form surface. The three second-derivative data were integrated to get a map of x- and y-slopes, which went through a second Southwell integration step to reconstruct the surface profile. A synthetic free-form surface 200 mm in diameter was simulated. The simulation results show that the reconstruction error is 19 nm RMS residual difference. Finally, the sensitivity to noise is diagnosed for second-derivative Gaussian random noise with a signal to noise ratio (SNR) of 16, the simulation results proving that the suggested method is robust to noise.
Environment perception and three-dimensional (3D) reconstruction tasks are used to provide unmanned ground vehicle (UGV) with driving awareness interfaces. The speed of obstacle segmentation and surrounding terrain reconstruction crucially influences decision making in UGVs. To increase the processing speed of environment information analysis, we develop a CPU-GPU hybrid system of automatic environment perception and 3D terrain reconstruction based on the integration of multiple sensors. The system consists of three functional modules, namely, multi-sensor data collection and pre-processing, environment perception, and 3D reconstruction. To integrate individual datasets collected from different sensors, the pre-processing function registers the sensed LiDAR (light detection and ranging) point clouds, video sequences, and motion information into a global terrain model after filtering redundant and noise data according to the redundancy removal principle. In the environment perception module, the registered discrete points are clustered into ground surface and individual objects by using a ground segmentation method and a connected component labeling algorithm. The estimated ground surface and non-ground objects indicate the terrain to be traversed and obstacles in the environment, thus creating driving awareness. The 3D reconstruction module calibrates the projection matrix between the mounted LiDAR and cameras to map the local point clouds onto the captured video images. Texture meshes and color particle models are used to reconstruct the ground surface and objects of the 3D terrain model, respectively. To accelerate the proposed system, we apply the GPU parallel computation method to implement the applied computer graphics and image processing algorithms in parallel.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.273-276
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2011
표면의 물성은 표면효과를 고려한 나노 스케일의 구조물의 기계적 거동 해석에 있어서 필수적인 요소이다. 이러한 해석을 위한 방법론 중 surface relaxation model을 이용하여 박막의 표면 물성을 계산하는 방법은 이미 FCC 모델에서는 검증된 바 있으나, 동일한 방법론을 diamond 구조를 가지는 실리콘에 일괄적으로 적용할 수는 없다. 이는 FCC 구조를 갖는 금속과는 달리 실리콘이 공유결합 물질이라는 점과, 박막표면에서 다양한 surface reconstruction이 가능하다는 점, 그리고 실리콘의 diamond lattice가 FCC lattice에 비해 추가적인 자유도가 존재한다는 점으로부터 기인한다. 본 논문에서는 이와 같은 조건을 고려하여 Si 박막의 표면 물성을 해석하기 위한 surface relaxation 모델을 제시한다.
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].
The SWBF(shrink-wrapped boundary face) algorithm is a recent mesh reconstruction method for constructing a surface model from a set of unorganized 3D points. In this paper, we point out the surface duplication problem of SWBF and propose an improved mesh reconstruction scheme. Our method tries to classify the non-boundary cells as the inner cell or the outer cell, and makes an initial mesh without surface duplication by adopting the improved boundary face definition. To handle the directional unbalance of surface sampling density arise in typical 3D scanners, two dimensional connectivity in the cell image is introduced and utilized. According to experiments, our method is proved to be very useful to overcome the surface duplication problem of the SWBF algorithm.
The demand for accurate freeform apsheric surface is increasing to satisfy the optical performance. In this paper, we develop the algorithm for opto-mechatronics convergence, that reconstruct the surface 3D profiles from the curvarure data along two orthogonal directions. A synthetic freeform surface with 8.4 m diameter was simulated for the testing. The simulation results show that the reconstruction error is 0.065 nm PV(Peak-to-valley) and 0.013 nm RMS(Root mean square) residual difference. Finally the sensitivity to noise is diagnosed for probe position error, the simulation results proving that the suggested method is robust to position error.
The structure and electronic properties of the Si(100) surface is studied using the atom superposition and electron delocalization method. The energy released when the symmetric dimer surface is reconstructed to form the buckled dimer surface with p(2X2) symmetry is calculated to be 0.99 eV per dimer in the case of ideal clean surfaces. This indicates that the surface dimer buckling is intrinsic from the viewpoint of thermodynamics. The relaxation energy, when water is adsorbed on the clean symmetric dimer surface to form the buckled dimer surface, is 2.25 eV per dimer for appropriate coverages. These results show that H2O molecule could induce a reconstruction of the surface structure through adsorption. The buckling of the surface dimer is, therefore, more favorable under the existence of water vapour. This conclusion supports the recently obtained experimental observations by Chander et al.
We propose efficient methods for implementing 3-D reconstruction algorithms for Compton camera. Since reconstructing Compton scattered data involves the surface integral over the cone associated with the measurement bin, it is crucial to develop a computationally efficient surface integration method. In this work we assume that a cone is made up of a series of ellipses (or circles) stacked up one o top of the other. In order to reduce computational burden for tracing ellipses formed by the intersection of a cone and an image plane, we construct a series of imaginary planes perpendicular to the cone axis so that each plane contains a circle, not an ellipse. In this case the surface integral can be performed by adding uniform samples along each circle. The experimental results demonstrate that our method using imaginary planes significantly improves computational efficiency while keeping reconstruction accuracy.
X-ray photoelectron diffraction (XPD) is used to characterize the crystallographically cleaved GaAs(110) surface. By using polar and azimuthal scans of the usual angle-resolved x-ray photoelectron spectroscopy, we get the reconstruction geometry of the clean GaAs(110) surface from the intensity ratio of Ga 3d core-level peaks. The reconstruction parameters are determined by fitting the diffraction pattern with the single scattering cluster (SSC) model, and the results show similar tendencies to those obtained by other techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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