EpipolarGeo

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eglise de Nogent le Phaye

Présentation EpipolarGeo

Cette page est un embryon du site qui sera dédié au programme EpipolarGeo. EpipolarGeo est un programme de modélisation 3D à partir de photographies. Il est basé sur la géométrie projective, la géométrie épipolaire et la photogrammétrie.

INTERFACE UTILISATEUR

La fenêtre principale de l'interface utilisateur est divisée en 4 carreaux qui peuvent être soit en mode 2d et recevoir une photo soit en mode 3d pour visualiser le résultat de la reconstruction

Fenêtre Epipolargeo Fenêtre Epipolargeo

La barre d'outils est divisée en plusieurs segments. Chaque segment regroupe les outils associés à une fonctionnalité : gestion projet,fenêtrage, calibrage,pose, triangle; courbe; ligne; surface; plan; groupe; mesure; 3d

La barre de gauche possède 2 onglets:

  1. l'onglet Résumé donne dans son carreau supérieur l'ensemble des éléments du projet et dans son carreau inférieur le détail de l'élément sélectionné.
  2. l'onglet Photo contient l'ensemble des vignettes des photos du projet

GUIDE DE CREATION D'UN NOUVEAU PROJET

Pour simplifier l'usage d'EpipolarGeo les premières étapes d'un projet sont dirigées par un guide.

nouveau projet

wizard page de départ

Un nouveau projet commence par la sélection du mode de calcul des poses :

  1. 5-8 points : mise en correspondance de points saillants
  2. Homographie : présence d'une mire rectangulaire de dimensions connues sur chacunes des photos
  3. Epure: les images du projet sont les projections orthogonales du modèle sur les faces d'un cube

PROJET 5/8 POINTS

LES ETAPES D'UNE MODELISATION 3D A PARTIR DE PHOTOS : ALGORITHME 5-8 POINTS

  1. nouveau projet"CREATION NOUVEAU PROJET"
    1. calibration"CALIBRAGE"
  2. calcul poses "CALCUL DES POSES"
    1. outil marqueur outil sélection "MARQUAGE"
    2. carreau 00 carreau 01 carreau 10 carreau 11 outil association "ASSOCIATION"
    3. contrainte angle droit contrainte parallélogramme "CONTRAINTE"
    4. paramètres "PARAMETRES CALCUL DES POSES"
  3. surface triangle "CONSTRUCTION MODELE 3D"
    1. groupe courant "GROUPE"
    2. plan courant "PLAN"

    3. "MATERIAU"

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NOUVEAU PROJET

La modélisation 3d avec EpipolarGeo demande un ensemble de photographies. Cet ensemble doit :
  1. avoir été fait avec le même appareil photo numérique , la même définition (de préférence la meilleure), et au plus 4 focales ( de préférence toutes les photos sont prises avec la même focale)
  2. ne pas avoir été retouché . les entêtes EXIF doivent être intactes
  3. recouvrir circulairement l'objet à modéliser. Le nombre de photo est limité à 64.
  4. pour chaque paire de photographies adjacentes posséder un nombre de points saillants communs supérieur par défaut à 13
  5. pour chaque triplet de photographies adjacentes posséder un nombre de points saillants communs supérieur par défaut à 7

Le démarrage d'un nouveau projet se fait en cliquant sur nouveau projet . On ouvre les premières photos du projet 2 à 4(limitation pratique). (l'ajout des autres photos du projet se fait d'une manière incrémentaleajout d'une photo) Les vignettes des photos apparaissent dans la barre à gauche de la fenêtre principale. On met une photo dans l'un des 4 carreaux de la fenêtre principale par "Glisser et Déposer".Le carreau doit être dans le mode 2d. Le basculement entre les modes 2d-3d se fait soit globalement 2d<->3d soit carreau par carreau carreau:2d<->3d

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CALIBRAGE

Le calibrage est fait automatiquement à partir de l'entête EXIF (Mais il faut soit sélectionner soit entrer la taille du capteur si celle-ci n'est pas dans l'entête EXIF ou si elle est cachée dans la zone propriétaire).

Dans le cas de l'Olympus X200 la diagonale du capteur 7212/1000 est malheureusement cachée dans la zone propriétaire ("Olympus Tags"). En sélectionnant manuellement la taille du capteur 1/2.5" trouvée dans la brochure de l'appareil , les paramètres intrinsèques calculés pour une distance focale de 5.8 mm sont : 2059,2059,0,1024,768

GeoEpipolar calibration exif

Il est aussi possible d'importer directement les paramètres intrinsèques de l'appareil photo calculés au moyen d'un logiciel de calibrage. Le programme de calibrage gratuit "Manual Camera Calibration Software v1.0" de Engin Tola donne pour l'Olympus X200 avec une distance focale de 5.8 mm: la matrice intrinsèque 2062.37,2048.20,0,1015.50,783.03, la distorsion radiale -0.06,-0.83, 0.00 et la distorsion tangentielle 0.00, 0.01 L'importation des paramètres doit être faite avant le calcul des poses de l'appareil photo.

GeoEpipolar calibration software

EpipolarGeo corrige les distorsions à chaque fois que les paramètres k1,k2,k3,p1,p2 sont modifiés, il travaille uniquement sur les photos corrigées. Lors d'une sauvegarde les photos corrigées sont enregistrées avec le préfixe Distorsion_. Les exemples de corrections ci-dessous ont été faits avec des paramètres intentionnellement exagérés.

distorsion radiale négative distorsion radiale positive

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PLACEMENT DES MARQUEURS

Sur chaque photo on place des marqueurs sur les points saillants visibles dans au moins 2 photos avec l'outil outil marqueur

Les marqueurs doivent être placés le plus précisément possible outil sélection Les marqueurs utilisés pour la détermination des poses appartiennent au groupe 0. Gestion des groupes

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ASSOCIATION DES MARQUEURS REPRESENTANT LE MEME SOMMET 3D

Un marqueur du carreau maître est associé aux marqueurs qui lui correspondent dans les autres carreaux au moyen de l'outil outil association.

Le choix du carreau maître se fait au moyen du bouton : carreau 00 carreau 01 carreau 10 carreau 11

GeoEpipolar correspondance GeoEpipolar correspondance

Une croix bleue indique un marqueur solitaire, une croix verte un marqueur déjà associè, une croix rouge un marqueur dans le carreau maître en cours d'association avec d'autres marqueurs.

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CONTRAINTES GEOMETRIQUES

Des contraintes géométriques que possède le modèle peuvent être entrées au moyen des outils angle droit contrainte angle et parallélogramme contrainte parallelogramme. L'ajout de ces contraintes permet d'améliorer le calcul des poses.

GeoEpipolar revue

REVUE DU POSITIONNEMENT DES MARQUEURS ET DES ASSOCIATIONS AVANT LE CALCUL DES POSES DE L'APPAREIL PHOTO

Une commande spéciale (bouton droit de la souris) permet de passer en revue l'ensemble des marqueurs pour vérifier:

  1. la précision de leurs positions
  2. l'absence de fausse association
Cette vérification est essentielle pour le calcul des poses

contrainte angle droit

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CALCUL DES POSES DE L'APPAREIL PHOTO

Le calcul des poses se fait selon l'ordre des vignettes ...i-1,i,i+1.... on peut réordonner l'ordre des vignettes par "glisser et déposer" Quand les nombres d'associations entre paires (i,i-1) et triplets (i,i-1,i-2 )sont supèrieures aux seuils imposés(par défaut 13 et 7) le calcul des poses devient possible (cette possibilité est visualisée par une suite de triangles verts sur les vignettes et le passage de l'outil pose de nombre d'associations insuffisant à calcul pose .

Tous les paramètres pris pour le calcul des poses sont modifiables paramètres calcul pose

  1. les algorithmes
    1. Montecarlo : Consensus - Médiane
    2. Matrice Essentielle - Fondamentale : 5 points - 8 points
  2. les nombres d'itérations : Montecarlo,Levenberg-Marquardt
  3. les pondérations : contraintes calibrations , géométriques
  4. Les seuils de terminaisons et d'acceptation

pose_page0 pose_page1 pose_page2 pose_page3

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LANCEMENT DU CALCUL DES POSES

Le lancement du calcul des poses se fait alors en cliquant sur l'outil pose calcul pose

L'évolution du calcul des poses est visualisé par une boîte de dialogue

Evolution Calcul pose

La validation des poses est soumise à plusieurs critères (seuils paramétrables)sur :

  1. matrice fondamentale (écart résiduel entre paire de marqueurs associés et lignes épipolaires)
  2. matrice de projection (écart résiduel entre rétroprojection et position marqueur)
  3. distance focale de Bougnoux (écart résiduel avec les distances focales paramètres intrinsèques fu,fv)
  4. matrice Essentielle calculée(écart résiduel par rapport à une matrice Essentielle théorique : 2 valeurs singulières égales et la troisième nulle)
  5. contraintes géométriques (écart par rapport au respect de la contrainte)
  6. mise à l'échelle (disparité des coefficients de mise à l'échelle)
  7. point aberrant (absence de point qui s'écarte de plusieurs ordres de grandeur des autres points du modèle)

GeoEpipolar résultats

GeoEpipolar résultats RTXYZ

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CONSTRUCTION DU MODELE 3D

  1. nouveaux sommets avec l'aide des lignes épipolaires.

    Lignes Epipolaires

  2. définition des surfaces et des textures : pour la version alpha la texture est prise sur la photo où la surface a été définie.Un triangle est défini par la sélection de 3 sommets.

    3ieme sommet d'un triangle

Côté gauche de l'église de Nogent le Phaye

Côté gauche de l'église de Nogent le Phaye 3D

Porche de l'église de Nogent le Phaye

Clocher Porche de l'église de Nogent le Phaye 3D

Côté droit de l'église de Nogent le Phaye

Côté droit de l'église de Nogent le Phaye 3D

MODELISATION COMPLETE DE L'EGLISE DE NOGENT LE PHAYE

La modélisation a été faite moyen de 22 photographies, avec un appareil photographique OLYMPUS C-350 ZOOM non calibré en utilisant uniquement les informations du constructeur. Le dos de l'église n'est pas modélisé faute de recul permettant la prise de photos.

eglise de Nogent le Phaye

Vue aérienne de l'église de Nogent Le Phaye

vue aérienne Eglise de Nogent Le Phaye

LA PORTE SAINT-MARTIN

Modélsation de la Porte Saint Martin au moyen de 8 photographies :

modélisation Porte Saint-Martin

CAS D'UN MODELE 3D SYMETRIQUE

On peut définir le plan de symétrie d'un modèle. Un plan est défini au moyen de sommets appartenant au plan ou de paires de sommets symétriques par rapport au plan..

définition du plan de symétrie

Le symétrique de la partie modélisée manuellement est calculé automatiquement. Il suffit de modéliser la moitié de l'objet pour obtenir un modèle complet.

génération de la partie symétrique

Enzo Ferrari modélisée avec un petit nombre de triangles

Enzo Ferrari

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JFA3D Le PORTRAITISTe