Extraction d’information dans les formes 3D à partir de graphes de Reeb et d’un indice de forme spécifique, avec la librairie TTK

Table des matières

• Extraction d’information dans les formes 3D à partir de graphes de Reeb et d’un indice de forme spécifique, avec la librairie TTK
  • Table des matières
  • Sujet
  • Environnements
  • Installer la librairie TTK
  • Comment tester le projet
    • Création du répertoire build
    • Génération du projet
    • Lancement du projet avec un objet
    • En cas de lecture de main.cpp sur un IDE
  • Fonctionnalités
  • A modifier
  • Références
    • Auteurs

Sujet

TTK (Topological Toolkit) est une librairie très puissante en ce qui concerne l’analyse de données topologiques. Il est par exemple aisé de calculer des graphes de Reeb d’une forme, en utilisant tous types de fonctions scalaires qui va “traverser” l’objet.

Dans ce projet, il sera question de poursuivre des travaux élaborés dans l’équipe G-Mod concernant l’analyse d’objets 3D par graphes de Reeb. La librairie TTK sera utilisée pour le calcul des graphes de Reeb, et nous utiliserons la fonction Shape Index [Koenderink et al. 1992]. Cet indice de forme fournit une représentation intrinsèque des caractéristiques géométriques locales de la surface 3D (forme convexe, concave, ornière, crête, selle, etc.) à partir des courbures principales. De plus, il est invariant à l’échelle, à la rotation et aux translations. Ce descripteur propose un bon score pour retrouver des surfaces similaires.

Sur la base des graphes de Reeb produits, le projet pourra se poursuivre par :

• La détection de similarité et de symétries au sein d’un maillage ;
• La segmentation d’objets ;
• La classification d’objets ;
• La simplification de formes.

Environnements

• TTK : Topological Toolkit https://topology-tool-kit.github.io/
• Paraview

Installer la librairie TTK

Avec Ubuntu :
Récupérer ici la librairie TTK. Ce projet est sous la version Ubuntu Linux 22.04.

$ sudo apt install ./ttk-1.1.0-ubuntu-22.04.deb 
$ sudo apt install ./ttk-paraview-v5.10.1-ubuntu-22.04.deb 

Comment tester le projet

Création du répertoire build

mkdir build
cd build
cmake ../

Génération du projet

Attention à bien être situé dans le répertoire /build. Cette étape est à répéter en cas de modification du script.

make

Lancement du projet avec un objet

Attention à bien être situé dans le répertoire /build.

./nom_projet ../obj/cowhead.obj
paraview ShapeIndexMap.vtp

Où nom_projet correspond au nom donné dans le fichier CMakeLists.txt, aux lignes 4, 10, 12 et 20.

Cette dernière commande va lancer le programme ParaView avec l'objet donné.

Une fois dans le logiciel, penser à check l'icône avec l'œil fermé à côté de ShapeIndexMap.vtp dans la fenêtre Pipeline Browser afin d'afficher le résultat.
Modifier dans la fenêtre Properties la valeur du menu déroulant sous Coloring par Shape_Index (indice de forme). Enfin, dans le menu Color Map Editor à droite, cliquer sous Mapping Data pour sélectionner la color map nommée Turbo.

L'exemple précédent montre comment ouvrir l'affichage avec ShapeIndexMap.vtp, mais on peut aussi ouvrir ReebGraphArcs.vtp et ReebGraphNodes.vtp :

ReebGraphArcs.vtp : contient les arcs du graphe de Reeb d’indice de forme au format vtp. Pout une meilleure visualisation, les arêtes du graphe sont représentés par des Tubes, objet de la librairie VTK.
ReebGraphNodes.vtp : contient les noeuds du graphe de Reeb d’indice de forme au format vtp, notons que ces noeuds sont colorés suivant leur valeur d’indice de forme.
ShapeIndexMap.vtp : permet l’affichage de notre maillage coloré selon l’indice de forme sur sa surface.

En cas de lecture de main.cpp sur un IDE

Penser à renseigner les chemins suivants pour les #include (sous Ubuntu) :

/usr/include/ttk/vtk
/usr/include/paraview-5.10
/usr/include/ttk/base

Fonctionnalités

• Lecture de fichier .obj passé en entrée et traduction du maillage en "VTKPolyData", le modèle de donnée de VTK.
• Calcul des courbures principales du modèle, courbure minimale et courbure maximale.
• Récupération des courbures afin de calculer l'indice de forme en chaque point du maillage. Ajout de l'indice de forme au modèle de données comme caractéristique du modèle.
• Filtrage des données en fonction d'un seuil pour que le graphe de Reeb ne soit pas trop imposant.
• Génération de graphe de Reeb en fonction de la caractéristique d'indice de forme du modèle.
• Récupération des informations du graphe et écriture dans le format .vtp.

A modifier

• Généraliser le format d'entrée
  • Rendre tous les OBJ lisibles par le programme.
  • Pouvoir lire les fichiers OFF afin de généraliser le format d'entrée.
  • Pouvoir lire les fichiers FBX.
• Améliorer l'outil de filtrage.

Références

• Florian Beguet. Modélisation et description par graphes pour des formes géométriques complexes. Thèse de doctorat, Aix-Marseille Université, 2021.
• Jan J. Koenderink et Andrea J. Van Doorn. « Surface shape and curvature scales ». Image and vision computing, 10.8, p. 557-564, 1992.

Auteurs

Un sujet proposé par Jean-Luc MARI
Lucie CLERAND et Eve REGA (PFE Master 2 Informatique)
Astrid BEYER (avril 2023 - juin 2023)