Pablo C.Elias e Thiago Bastos, Dezembro de 2006

Reconstrução de Ruínas em Tempo Real

Problema: Reconstrução de Ruínas

- Imagens do projeto Archeoguide

Abordagem

• Calibração de câmera através de rastreamento de pontos detectados na ruína.

• Pré-requisitos:– Definição do modelo da ruína (pontos 3D);– Rastreamento dos pontos do modelo na

imagem da câmera;

Definição da Ruína

• Um modelo de ruína é definido por:– Modelo virtual da ruína;– Modelo virtual da ruína reconstruída;– Amostras de pontos 3D da ruína;

• Uma visão da ruína é definida por:– Um conjunto de pontos 2D associados a

pontos 3D do modelo da ruína.

Processo de Reconstrução

• Passo 1: posicionar a câmera próxima a uma das “visões” definidas para a ruína.

• Passo 2: detectar pontos na imagem da câmera e associar com os pontos de uma visão.

• Passo 3: detectar e rastrear os pontos a cada quadro.

• Passo 4: calibrar a câmera usando os pontos 2D rastreados e os pontos 3D do modelo.

• Passo 5: reconstruir a ruína.

Workflow

Posicionamento Inicial da Câmera

Reconstrução da Ruína

Calibração de Câmera

Mapeamento de Pontos

Acompanhamento de Pontos

Escolha de uma “visão” para ser usada

Detecção de Pontos

• FAST Corner Detector:– Baseado em aprendizado de máquina;– Extremamente rápido (30fps, 50% CPU);– Não rastreia pontos (mas a detecção é

razoavelmente estável).

• Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker:– Detecta pontos através do gradiente da luminância;– Rastreia pontos pela minimização da diferença entre

janelas usando Newton-Rhapson.– Bem mais lento (10fps);

• Também é possível entrar com os pontos com o mouse.

Acompanhamento de Pontos

• Busca pelos pontos detectados que melhor representem a posição de um ponto sendo rastreado.

• Método simples:– Descarte dos pontos detectados que estão muito

longe do ponto sendo rastreado.– Classificação da confiabilidade do ponto:

• Grandes ocilações resultam em redução da qualidade;• Estabilidade do ponto resulta em aumento da qualidade;• Ponto é descartado caso tenha qualidade reduzida abaixo

de um certo limite;– Possível evolução: usar os pontos com boa

confiabilidade para estimar a posição dos pontos com baixa confiabilidade.

Calibração de Câmera

• Primeira versão: Tsai3D– Precisava de muitos pontos para ficar bom.

• Segunda versão: método do Juiz Virtual– Com 8 pontos já apresenta resultados bons.

Reconstrução da Ruína

• Oclusão entre a ruína real e o modelo virtual utilizando depth-buffer:

1. Desabilita color buffer;

2. Desenha ruína;

3. Habilita color buffer;

4. Desenha a ruína reconstruída com depth-test ligado;

Resultados

Resultados

Trabalhos Futuros

• Utilizar linhas para explorar assertivas geométricas de paralelismo, direção e pontos de fuga.

• Ampliar campo de ação fazendo transição entre “visões” da ruína.

• Testar filtro de Kalman…

• Pintar a ruína :-)