An approach for automated rigging to facilitate 3D modeling in mobile augmented reality

Abstract

3D modeling has become more popular among novice users in the recent years. The ubiquity of mobile devices has led to the need to view and edit 3D content even beyond the traditional desktop workstations. This thesis develops an approach for editing mesh-based 3D models in mobile augmented reality.

The developed approach takes a static 3D model and automatically generates a rig with control handles so that the user can pose the model interactively. The rig is generated by approximating the model with a structure called sphere mesh. To attach the generated spheres to the model, a technique called bone heat skinning is used.

A direct manipulation scheme is presented to allow the user to pose the processed model with intuitive touch controls. Both translation and rotation operations are developed to give the user expressive power over the pose of the model without overly complicating the controls.

Several example scenes are built and analyzed. The scenes show that the developed approach can be used to build novel scenes in augmented reality. The implementation of the approach is measured to be close to real time with the processing times around one second for the used models. The rig generation is shown to yield semantically coherent control handles especially at lower resolutions. While the chosen bone heat skinning algorithm has theoretical shortcomings, they were not apparent in the built examples.

3D-mallinnus on kasvattanut suosiotaan ei-ammattimaisten käyttäjien keskuudessa viime vuosina. Mobiililaitteiden yleistyminen on johtanut tarpeeseen katsella ja muokata 3D-malleja myös perinteisten työasemien ulkopuolella. Tämä diplomityö kehittää menetelmän verkkorakenteisten 3D-mallien muokkaamiseen lisätyssä todellisuudessa mobiililaitteilla.

Kehitetty menetelmä luo staattiselle 3D-mallille animaatiojärjestelmän ohjauskahvoineen automaattisesti. Näin käyttäjä voi interaktiivisesti muuttaa 3D-mallin asentoa. Animaatiojärjestelmä luodaan muodostamalla mallille likiarvoistus pallomallirakenteella. Luodut pallot kiinnitetään malliin nk. luulämpöpinnoitusmenetelmällä.

Mallin asennon muokkaamiseksi esitellään suorakäyttöjärjestelmä, jossa käyttäjä voi käsitellä mallia helppokäyttöisin kosketusnäyttöelein. Työssä kehitetään sekä siirto- että pyöritysoperaatiot, jotta käyttäjä voi muokata mallia monipuolisesti ja vaivattomasti.

Menetelmän toimivuuden osoittamiseksi työssä luodaan ja analysoidaan esimerkkejä, jotka eivät olisi mahdollisia ilman menetelmän hyödyntämistä. Menetelmän tekninen toteutus on mittausten perusteella lähes tosiaikainen ja käytettyjen mallien käsittelyajat ovat lähellä yhtä sekuntia. Luodut animaatiojärjestelmät ovat semanttisesti merkittäviä erityisesti alhaisemmilla tarkkuuksilla. Vaikka luulämpöpinnoitukseen liittyy teoreettisia ongelmia, ne eivät näkyneet luoduissa esimerkeissä.