عنوان پایان‌نامه
تلفیق داده های سنجنده ی کینکت برای مدل سازی سه بعدی بدن انسان
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - نقشه برداری - فتوگرامتری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3013;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69703
- تاریخ دفاع
- ۲۴ مرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- سروش جهاندیده
- استاد راهنما
- محمد سعادت سرشت
- چکیده
- امروزه مدل‌سازی سه بعدی بدن انسان به یکی از موضوعات تحقیقاتی پراهمیت در گرافیک رایانه تبدیل شده است. علت این امر اهمیت نمایش مجازی بدن انسان در کاربردهایی نظیر پویانمایی، بازی های رایانه ای، اتاق پرو مجازی و مانند آن می باشد که در بستر پیشرفت‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری صورت گرفته در گرافیک رایانه حاصل آمده است. در این رابطه، مدل‌سازی سه بعدی بدن انسان با هزینه‌ی پایین، کیفیت بالا و قابل دسترس بودن برای همه‌ی افراد بدون پیچیدگی و نیاز به تخصص خاص برای پردازش از اهمیت فراوانی برخوردار است. هدف از این پایان‌نامه ارائه‌ی روشی به‌منظور حل چالش های موجود در روند تولید مدل سه بعدی بدن انسان می‌باشد. بدین منظور با توجه به معرفی سنجنده‌ی کینکت توسط شرکت ماکروسافت باقابلیت‌هایی نظیر هزینه‌ی پایین، عدم پیچیدگی در کار با آن، تولید تصاویر عمق و رنگی با سرعت فریم بالا و قابلیت استفاده در شرایط نوری متفاوت، می‌توانست ابزار مناسبی به‌منظور این هدف باشد. اما استفاده از سنجنده کینکت به‌منظور مدل‌سازی بدن انسان با چالش‌هایی نظیر قدرت تفکیک پایین و سطح نویز بالا داده‌های اولیه‌ی سنجنده، ثابت نبودن شخص در طول اسکن، وجود نواحی پنهان و همچنین عدم اتصال بین داده‌های عمق و رنگی می‌باشد. در این راستا ایده استفاده از موتور دوران سنجنده کینکت در سه زاویه به‌منظور کاهش فاصله‌ی سنجنده از کاربر به‌منظور افزایش کیفیت داده‌های اولیه مطرح شد. همچنین روش هم مرجع سازی غیرصلب پیشنهادی به‌منظور حل مشکل عدم ثبات شخص در طول اسکن در کنار کالیبراسیون هندسی سنجنده به منظور هم مرجع سازی دقیق داده های عمق و رنگی مطرح شد. روش کار در این پایان‌نامه بدین‌صورت است که ابتدا شخص در فاصله‌ی مشخص‌شده از کینکت قرارگرفته در سه زاویه و هشت ایستگاه مورد اسکن قرارگرفته، سپس با هم مرجع سازی تصاویر عمق و رنگی و استخراج شخص از پس زمینه‌ی ابر نقاط رنگی به‌دست آمد. در ادامه هم-مرجع سازی صلب صورت گرفته و به‌منظور حل مشکل عدم ثبات شخص در طول اسکن، هم-مرجع سازی غیرصلب انجام می‌گیرد. در نهایت یک مدل رویه کلی از داده‌های هممرجع سازی شده ایجاد شده و بافت به آن برازش داده می‌شود. نتایج تجربی در این تحقیق، قابلیت بالای سیستم طراحی شده را نشان می‌دهد. این سیستم نسبت به سیستم های طراحی شده تا کنون از هزینه‌ی پایین و قابلت اسکن در فاصله‌ی کمتر بدون نیاز به تجهیزات اضافی مانند میزگردان برخوردار بوده بطوریکه کیفیت مدل سه بعدی نهایی به حدی است که جزئیاتی نظیر چین چروک‌ها و مدل مو قابل تشخیص می-باشد. همچنین در نواحی پاها و مدل‌سازی کفش که به علت حرکت‌های بیشتر پاها در طول اسکن، مشکل کیفیت پایین مدل سه بعدی حاصل از سیستم‌های مشابه را تا حد زیادی حل نموده است. بنابراین به طور کلی می‌توان گفت روش پیشنهادی ضعف سیستم‌های مشابه را در مراحل برداشت و پردازش داده تا حد زیادی مرتفع نموده است بطوریکه امکان به‌کارگیری آن در شرایط محیطی مختلف برای کاربرد های متنوع وجود دارد. این امر به‌واسطه هزینه‌ی حداقلی سیستم (کمتر از 500 هزار تومان) و کیفیت حداکثری خروجی (تراکم نقاط 3.7 میلی‌متر با ضخامت ابر نقطه با انحراف معیار 1.43 میلی‌متر) حاصل آمده است. واژه‌های کلیدی: مدل‌سازی سه بعدی بدن انسان، سنجنده کینکت، هم مرجع سازی غیرصلب، اسکنر های سه بعدی، اتاق پرو مجازی.
- Abstract
- Three-dimensional modeling of the human body has become one of the important research topics in computer graphics. This is due to the importance of virtual representation of the human body in applications such as animation, computer games, virtual fitting room and cases etc. This has been obtained in the context of software and hardware developments in computer graphics. In this regard, three-dimensional modeling of the human body with low cost, high quality and accessible to everyone without the complexity and the need for specific expertise for processing is of great importance. The aim of this thesis is proposing a method for solving 3D human body modeling. Since the introduction of Kinect by Microsoft with features including low cost, no complexity, depth and color images production with a high frame rate and possibility of using in different lighting conditions, it could be a useful tool for our this purpose. But using the Kinect sensor for human body modeling confronts challenges such as raw data with low resolution and high noise, users movement during the scan, hidden areas and also a lack of accurate connection between depth and color data. In this regard, the idea of using the Kinect rotation motor in vertical angles in order to reduce the distance from the user to increase the quality of primary data was presented. The proposed non-rigid registration method was utilized for solving the problem of user instability during the scan. Also the sensor geometry calibration for accurate alignment of color and depth data was used. In this thesis, the procedure for 3D human body reconstruction is as follow: at the first, person is stayed on a specified distance from the Kinect and is scanned in the eight stations at three vertical angles. Then, colored point cloud are achieved by aligning color and depth images and extracting user data from background. Then rigid registration between sequential data stations is performed automatically. In order to solve the problem of instability during the scans, non-rigid registration is done between data station pairs. Finally, a general mesh was generated from the final point cloud and texture mapping is done to produce a realistic 3D body model. The experimental results show that our rapid 3D human body modeling system has a high capability comparing to other similar systems. This system has a lower cost (less than 150 dollars), capacity of scanning in near distance without additional equipment such as rotation tables, and a higher quality of the final 3D model so that the details such as wrinkles and hair style is recognizable. The final 3D model generated from point cloud with about 4 mm density and 4mm noise thickness. Also the problem of low-quality in modeling of legs and shoes caused by a high movement during the scan, have been largely resolved. Therefore, we can generally say that the proposed method resolves the similar system’s weaknesses in data collection and processing steps. This makes our system proper for diverse applications and different environment. Keywords: 3D human body modelling, Kinect sensor, Non-rigid registration,3D scanner, Virtual fitting room.
