Création de modèles virtuels précis et complets d'arbres et de plantes à partir de scans

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Création de modèles virtuels précis et complets d'arbres et de plantes à partir de scans

Labo LJK/INRIA
Equipe EVASION
Encadrants Franck.Hetroy@imag.fr

Thème général

Pour représenter virtuellement des objets 3D, il existe deux options : soit créer de toutes pièces ces objets, à partir notamment de règles et d'algorithmes géométriques (c'est le but de la modélisation géométrique), soit partir d'objets réels que l'on transforme en une représentation virtuelle. Une façon très répandue pour créer une représentation virtuelle d'un objet réel est d'utiliser un scanner laser 3D (l'Ensimag en possède un, qui est notamment utilisé pour des projets de spécialité en fin de 2A). Il s'agit d'un appareil qui envoie des rayons lasers sur l'objet et récupère ainsi les positions 3D des points intersections des rayons avec l'objet. On obtient ainsi un nuage de points 3D.

Compétences attendues

Bon niveau en algorithmique, programmation et géométrie. Intérêt pour la réalité virtuelle et le traitement d'images.

Contexte du travail

Dans le cadre du projet PlantScan3D, des chercheurs de l'INRIA travaillent avec des biologistes afin de créer des représentations virtuelles très précises de plantes et d'arbres, à partir de données réelles scannées. Nous disposons ainsi de plusieurs scans (nuages de points 3D) pour une dizaine de modèles différents. Néanmoins, ces scans comportent de nombreux défauts. Le but de ce TER est de proposer une solution permettant d'obtenir des représentations virtuelles utilisables (nuages de points complets voire maillages).

Olivier.png

Un scan d'olivier, avec zoom sur une branche de l'arbre.

Sujet

Un scan correspond à une vue de l'objet par le scanner. Il faut donc tourner l'objet et faire plusieurs acquisitions de scans pour obtenir une représentation virtuelle complète de l'objet de départ. Fusionner plusieurs scans s'appelle la mise en correspondance, ou mise en repérage (registration en anglais). De nombreux algorithmes existent pour faire cette mise en correspondance.

Dans notre cas, le problème est particulièrement délicat pour les raisons suivantes :

  • données gigantesques (1.5 million de points par scan, pour certains modèles) ;
  • données bruitées, avec un nombre significatif de points ne correspondant pas du tout au modèle scanné, à cause d'erreurs de mesures du scanner ;
  • mouvement des petites branches et des feuilles du modèle scanné entre deux acquisitions.

Le but du TER sera donc :

  • d'étudier les solutions classiques pour la mise en correspondance et de voir si l'une d'entre elle fonctionne dans notre cas (peu probable) ;
  • de proposer une amélioration d'une solution existante (à choisir) afin de résoudre au mieux le problème ;
  • si l'étudiant est motivé et performant, étudier le passage d'une représentation par nuage de points à une représentation par maillage de

l'arbre ou de la plante. C'est un problème très difficile car certaines branches/feuilles peuvent être très proches, et distinguer quels points correspondent à quelles branches/feuilles peut être particulièrement délicat.

Résultats attendus

Un algorithme pour mettre en correspondance plusieurs scans d'un arbre ou d'une plante, et une représentation virtuelle complète de chacun

des arbres et plantes scannés.