Struktur-erhaltende Manipulation von geometrischen 3D Modellen

Abstract

Durch die in den letzten Jahren steigende Verbreitung von 3D-Druckern und ähnlicher Hardware, werden Anwender immer öfter mit 3D-Modellierungsaufgaben konfrontiert. Dies kann besonders für ungeübte Benutzer zu einem Problem werden. Structure-Aware Shape-Processing bietet genau für solche Anwender die Möglichkeit 3D-Modelle anzupassen und zu verändern, ohne mit der Komplexität der 3D-Modellierung vertraut zu sein. Solche Systeme unterstützen den Anwender dadurch, dass sie die 3D-Inhalte an User-Änderungen anpassen wobei globale Charakteristika des Modells erhalten bleiben. In dieser Arbeit wird eine neue Formulierung für Symmetrie in 3D-Geometry gezeigt, welche die Anordnung der symmetrischen Elemente entlang einer parametrischen Kurve beschreibt. Um dies umsetzen zu können wird außerdem das Part-Relation Model, welches als Basis für viele Modellierungs-Programme verwendet wird, so erweitert, dass es mittels eines Layered-Graphen solche Symmetrien besser darstellen kann. Des weiteren wird ein Algorithmus gezeigt, welcher mit Hilfe einer Connected-Component-Analyse solche direkten Relationen findet, die die Verbindung zwischen zwei Teilen des Modells am besten beschreiben. Alle diese Algorithmen werden im Anschluss in einem, auf Übertragung basierendem, Framework umgesetzt, welches sowohl mit einer Maus als auch über einen Touchscreen bedient werden kann. Um die Qualität dieser Anwendung zu bestätigen wird danach eine User-Study gezeigt, welche im Speziellen überprüft ob das System von ungeübten Anwendern bedient werden kann.

Inexperienced users get more and more exposed to 3d-modelling applications due to the wider availability of 3d printers and other such hardware. Structure-aware shape manipulation is one way to help them adapting and extending 3d models without having to handle the complexity of a traditional 3d-modelling environment. Such systems support the user by adapting an object to changes introduced by the user while retaining global shape characteristics. This thesis presents a new method for describing symmetries in geometry The method describes the arrangement of parts in terms of a parametrized curve. Additionally, the part-relation system used to describe models in structure-aware modelling applications is extended to a layered graph model that can describe symmetries better. In this thesis, also an extension for finding better binary relations between adjacent parts is shown, which uses a connected-component search to identify binary relations that approximate the connectivity between the parts best. It is shown how all these methods are implemented in a propagation-based framework, which can handle user input via mouse and via touchscreen. Using this framework, a user study is presented, which came to the result that the system is well usable by inexperienced users.