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Type: Dissertação
Title: Reconstrução tridimensional com múltiplas câmeras e sistema distribuído sob o paradigma fog
Author: Silva, Luiz Augusto Zillmann da
First Advisor: Honório, Leonardo de Mello
Co-Advisor: Dantas, Mario Antonio Ribeiro
Referee Member: Marcato, André Luís Marques
Referee Member: Petry, Marcelo Roberto
Resumo: Seja para geração de jogos eletrônicos ou para ferramentas de auxílio a profissionais, o estudo e desenvolvimento de sistemas de realidade virtual e/ou aumentada vem atingindo grandes proporções. Existem alternativas para geração de objetos e cenários tridimensionais, dentre elas os softwares padrão de design, com maior custo em tempo e mão-de-obra especializada, e os métodos de reconstrução 3D, mais rápidos e menos onerosos. Existem diversas formas de realizar a reconstrução 3D de objetos apresentadas na literatura, cada qual com sua características e peculiaridades, como através de visão estéreo, SLAM monocular, ou mesmo com câmeras RGB-D. Esta dissertação propõe uma abordagem híbrida, utilizando as vantagens de diferentes métodos, como a qualidade da odometria obtida com uma câmera estéreo aliada ao mapa bem definido obtido com o sensor RGB-D, utilizando, para isto, um sistema distribuído no paradigma FOG. A comunicação é realizada por meio do modelo publicador-subscritor, utilizando o framework ROS para a troca de mensagens no sistema. A utilização desta composição permite uma divisão do custo computacional, além de aumentar a escalabilidade, fazendo com que novos sensores e métodos possam ser agregados ao sistema de forma facilitada. Os modelos 3D obtidos, em forma de nuvens de pontos, se mostraram compatíveis com os melhores softwares apresentados na literatura, principalmente quando utilizado para reconstrução de ambientes e objetos de maior escala. Além disso, a utilização da visão estéreo para odometria se apresentou mais eficiente que estes métodos nas trajetórias testadas com relação às nuvens de pontos, justificando a utilização de múltiplos sensores. Os erros médios obtidos com as comparações entre a odometria visual e o braço robótico utilizado como ground truth são de ordem milimétrica. A implementação do sistema distribuído foi realizada com exito, porém obtendo um maior tempo de processamento devido à troca de mensagens via rede LAN. Os resultados obtidos sugerem a possibilidade da utilização da etapa de aquisição em sistemas embarcados. Através das nuvens obtidas, é possível aplicar algoritmos de geração de malhas, obtendo o objeto ou cenário a ser utilizado em um ambiente virtual ou em realidade aumentada.
Abstract: Whether being for generating electronic games or tools of assistance to professional operators, the study and development of virtual and augmented reality systems has reached great proportions. As ways of reproducing three-dimensional objects and scenarios in virtual environments, there is reconstruction software as a faster and less costly alternative in specialized labor when compared with the standard form of generating these objects, through graphic design with specific software. There are several ways to perform 3D reconstruction presented in the literature, each with its characteristics and peculiarities, such as stereo vision, monocular SLAM, or even with RGB-D cameras. Therefore, in this work is proposed a mixed approach, using advantages of different methods, such as the accurate odometry from the stereo cameras allied with the well-defined map from the RGB-D sensor, through a distributed FOG system. The communication between processes and machines is done through the publisher-subscriber model, using the framework ROS for the message exchange. This composition allows the division of the computational costs, as well as increasing the scalability, which makes possible that new sensors and methods could be added in the future in an easy way. The obtained 3D models, in point cloud format, were comparable to the presented by the best software within the literature, mainly when used for large objects or environments reconstruction. Moreover, the stereo vision applied to obtain the odometry has shown to be more effective in the tested paths concerning the point clouds, justifying the application with multiple sensors. The odometry error, when compared to the robotic arm as the ground truth, was approximately 5 millimeters in the worst result. The implementation of the distributed system was realized successfully, having, however, a greater processing time due to the message exchange through a LAN network. The obtained results suggest the possibility of applying the acquisition step with embedded systems. Through these clouds, it is possible to apply mesh generation algorithms, obtaining the objects or scenarios to be used in virtual or augmented reality applications.
Keywords: Realidade virtual
Reconstrução 3D
SLAM denso
Virtual reality
3D reconstruction
Dense SLAM
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10118
Issue Date: 25-Feb-2019
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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