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signedDistanceMap3D

Almacenar la distancia firmada en una región 3D de tamaño variable

Desde R2024b

Descripción

El objeto signedDistanceMap3D crea y almacena un campo de distancia firmado en 3D truncado sobre un espacio en 3D voxelizado.

Creación

Sintaxis

SDF = signedDistanceMap3D

SDF = signedDistanceMap3D(Name=Value)

Descripción

SDF = signedDistanceMap3D crea un campo de distancia firmado en 3D vacío con resolución predeterminada y configuraciones de transmisión de rayos.

SDF = signedDistanceMap3D(Name=Value) establece propiedades utilizando uno o más argumentos de nombre-valor. Por ejemplo, Resolution=2 establece la resolución de la cuadrícula del campo de distancia con signo 3-D en 2 celdas por metro.

Propiedades

Resolution — Resolución de cuadrícula

Solo lectura: 1 (predeterminado) | escalar numérico positivo

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Resolución de cuadrícula, especificada como un escalar numérico positivo. Las unidades están en celdas por metro.

Puede configurar esta propiedad durante la creación del objeto.

FullTracing — Tipo de Raycasting para actualizaciones de valores de distancia de vóxel

Solo lectura: false o 0 (predeterminado) | true o 1

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Tipo de Raycasting para actualizaciones de valores de distancia de vóxel, especificado como 0 (false) o 1 (true):

• true — La función insertPointCloud actualiza todos los vóxeles a lo largo del rayo en el rango [RayOrigin, RayEnd+TruncationDistance]. Los valores de distancia que calcula la función dependen del segmento del rango en el que se encuentra el vóxel:

  • [RayOrigin, RayEnd-TruncationDistance] — El valor de la distancia es TruncationDistance.

  • [RayEnd-TruncationDistance, RayEnd] — Los valores de distancia comienzan desde TruncationDistance a las RayEnd-TruncationDistance y disminuyen a 0 a las RayEnd.

  • [RayEnd, RayEnd+TruncationDistance] — Los valores de distancia comienzan desde 0 a las RayEnd y disminuyen a -TruncationDistance a las RayEnd+TruncationDistance.

• false — La función de objeto insertPointCloud actualiza solo los vóxeles a lo largo del rayo en el rango [RayEnd-TruncationDistance, RayEnd+TruncationDistance]. Los valores de distancia que asigna la función dependen de en qué segmento del rango se encuentra el vóxel:

  • [RayEnd-TruncationDistance, RayEnd] — Los valores de distancia comienzan desde TruncationDistance a las RayEnd-TruncationDistance y disminuyen a 0 a las RayEnd.

  • [RayEnd, RayEnd+TruncationDistance] — Los valores de distancia comienzan desde 0 a las RayEnd y disminuyen a -TruncationDistance a las RayEnd+TruncationDistance.

  La función ignora los vóxeles en el rango [RayOrigin, RayEnd-TruncationDistance].

Nota

Los vóxeles conservan el valor de distancia más bajo que han observado. Si ya se ha visitado un vóxel, su valor de distancia se promedia con el nuevo valor de distancia. Si el vóxel no ha sido visitado antes, se sobrescribe el valor predeterminado.

Puede configurar esta propiedad durante la creación del objeto.

TruncationDistance — Distancia máxima desde el límite ocupado

Solo lectura: 3/Resolution (predeterminado) | escalar numérico mayor o igual a 3/Resolution

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Distancia máxima desde el límite ocupado, especificada como un escalar numérico mayor o igual a 3/Resolution. Las unidades se establecen en metros.

La distancia de truncamiento predeterminada garantiza que la región del campo de distancia con signo truncado (TSDF) se extienda al menos tres vóxeles desde cada lado del límite ocupado.

TruncationDistance también es el valor de distancia predeterminado asignado a cada vóxel hasta que el rayo insertado cambia el valor del vóxel.

Al insertar rayos, el mapa ignora los valores de distancia de vóxel que exceden TruncationDistance positivos.

Puede configurar esta propiedad durante la creación del objeto.

NumActiveVoxels — Número de vóxeles activos en el mapa

Solo lectura: 0 | número entero positivo

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Número de vóxeles activos en el mapa, almacenado como un entero positivo.

MapLimits — Límites del mapa que contiene todos los vóxeles activos

Solo lectura: zeros(2,3) (predeterminado) | matriz de 2 por 3

Esta propiedad o parámetro es de solo lectura.

Límites del mapa que contiene todos los vóxeles activos, almacenados como una matriz de 2 por 3. La primera fila representa los límites mínimos x, y y z. La segunda fila representa los límites máximos x, y y z.

MapLimits representa el cuadro delimitador que encierra todos los vóxeles activos actuales en el mapa. Los límites del mapa cambian a medida que cambian los vóxeles.

Funciones del objeto

distance	Encuentre la distancia al conjunto de nivel cero para los puntos de consulta
activeVoxels	Información sobre vóxeles activos
gradient	Encuentre el gradiente para los puntos de consulta en un mapa de distancias con signo 3D
insertPointCloud	Insertar datos de nube de puntos en un mapa de distancias con signo 3D
mesh	Generar malla de isosuperficie a partir de vóxeles activos
show	Mostrar mapa de distancias firmadas en 3D

Ejemplos

Crear un mapa de distancias firmadas a partir de datos de nubes de puntos

Lea y grafique los datos de triangulación del STL de membrana L. Puedes usar esto para comparar con el mapa de distancia firmado.

triL = stlread("L-Membrane.stl");
trisurf(triL)
title("L-Membrane STL")
[az,el] = view;
axis equal

Cree un campo de distancia firmado 3-D vacío (SDF) y cargue los datos de la nube de puntos para la membrana L desde un archivo MAT. El archivo MAT contiene datos de la nube de puntos y el origen del sensor asociado con cada dato de la nube de puntos.

sdm3D = signedDistanceMap3D(Resolution=50);
load LMembranePC.mat

Inserte cada nube de puntos en el campo de distancia firmado y muestre la SDF 3-D actualizada.

for i = 1:size(ptcloud,1)
    insertPointCloud(sdm3D,origin(i,:),ptcloud{i});
    show(sdm3D,Colorbar="on");
    view(az,el)
    axis equal
    drawnow
    pause(.25)
end
title(["3-D SDF of L-Membrane"])

Obtenga todos los vóxeles activos en el SDF 3-D.

vox = activeVoxels(sdm3D)

vox = struct with fields:
           ID: 1
      Centers: [49889×3 double]
    Distances: [49889×1 double]
        Sizes: [49889×1 double]

Para fines demostrativos, utilice un desplazamiento xyz aleatorio desde los centros de los vóxeles de los primeros tres vóxeles como puntos de consulta. Luego obtenga la distancia y la pendiente utilizando esos puntos de consulta.

querypts = vox.Centers(1:3,:) + 0.1*rand(3,3);
d = distance(sdm3D,querypts)

d = 3×1

    0.0379
   -0.0447
    0.0600

g = gradient(sdm3D,querypts)

g = 3×3

    0.1924    1.5773   -1.4002
    0.1689    1.6524   -0.8267
   -0.0715   -0.2335    0.3677

Genere una malla a partir del campo de distancia firmado en 3D.

[vertices,faces] = mesh(sdm3D)

vertices = 18860×3

   -0.0100    0.0068    0.1500
   -0.0300    0.0059    0.1500
   -0.0100    0.0100    0.1610
   -0.0300    0.0100    0.1565
    0.0100    0.0047    0.1500
   -0.0100   -0.0100    0.1409
    0.0100   -0.0100    0.1421
    0.0100    0.0025    0.1700
   -0.0010    0.0100    0.1700
    0.0100    0.0094    0.1900
    0.0089    0.0100    0.1900
    0.0100    0.0100    0.1909
   -0.0100    0.0187    0.1700
   -0.0300    0.0259    0.1700
   -0.0100    0.0552    0.1500
      ⋮

faces = 37094×3

     2     1     3
     4     2     3
     7     1     6
     5     1     7
     9     3     1
     9     1     8
     8     1     5
     8    10    11
     9     8    11
    10    12    11
     3    14     4
    13    14     3
    15    16    17
    16    18    17
     9    13     3
      ⋮

Visualizar los datos de la malla.

meshTri = triangulation(faces,vertices);
trisurf(meshTri)
axis equal
title("Mesh from 3-D SDF")

Si es necesario, puede utilizar estos datos de malla para crear una malla de colisión utilizando V-HACD. Consulte collisionVHACD (Robotics System Toolbox) para obtener más información.

Referencias

[1] Lorensen, William E., and Harvey E. Cline. “Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm.” ACM SIGGRAPH Computer Graphics, vol. 21, no. 4, Aug. 1987, pp. 163–69. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1145/37402.37422.

[2] Museth, Ken. “VDB: High-Resolution Sparse Volumes with Dynamic Topology.” ACM Transactions on Graphics, vol. 32, no. 3, June 2013, pp. 1–22. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1145/2487228.2487235.

Capacidades ampliadas

Generación de código C/C++
Genere código C y C++ mediante MATLAB® Coder™.

Historial de versiones

Introducido en R2024b

Consulte también

signedDistanceMap | meshtsdf