3D 근사 매칭(멀티 모델)

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기능 설명

멀티 모델을 사용하여 시나리오에 있는 물체에 대해 근사 매칭을 진행하여 대상 물체의 초기 후보 포즈를 출력합니다.

응용 시나리오

이 스텝은 멀티 모델을 사용하여 시나리오에 있는 초기 물체 포즈에 대해 계산합니다. 3D 근사 매칭 스텝의 확장 버전이고 파라미터 조절 방법도 이와 거의 일치합니다.

이 스텝은 멀티 모델 시나리오에 사용할 수 있고 또 다양한 유형의 작업물을 인식하거나 분류하는 데 사용됩니다. 매칭을 통해 더 정확한 포즈를 획득하기 위해 일반적으로 뒤에 3D 상세 매칭(멀티 모델) 스텝을 사용합니다.

입력 및 출력

3d coarse matching multiple models input and output

파라미터 설명

모델 및 픽 포인트 설정

모델 파일 및 픽 포인트 파일 경로 설정.

모델 파일(필수)

기본값: model.ply

설명: ply 형식의 모델 포인트 클라우드. 여러 파일 경로를 선택할 수 있으며 파일 사이는 쌍반점으로 구분합니다.

기하학적 중심 파일(필수)

설명: json 형식의 기하학적 중심 파일. 여러 파일 경로를 선택할 수 있으며 파일 사이는 쌍반점으로 구분합니다.

설명: 각 파라미터 아래에 입력된 파일의 순서가 일치한지 확인하십시오. 즉, 모델 파일기하학적 중심의 파일 경로가 같은지 확인해야 합니다. 아래 그림과 같이 다른 파일은 ``;`` 로 간격을 표시해야 합니다.

3d coarse matching multiple models input path

포인트 클라우드 중 포인트의 방향 계산

포인트가 위치한 평면의 법선 방향의 계산 모드

기본값: Origin

값 리스트 조절 설명

Origin

입력된 포인트 클라우드의 원시 법선 방향을 직접 사용합니다.

StandardMode

CPU를 사용하여 입력된 포인트 클라우드의 법선 방향을 다시 계산하여 모델에 법선 방향이 없을 때 사용하는 것을 권장합니다. 목표 포인트 근처에서 목표 포인트와 가장 가까운 k 개 포인트를 검색하고 PCA(주성분 분석 법) 를 사용해 최소 특징 벡터를 구하여 이 포인트의 법선 방향으로 간주합니다.

EdgeTangent

입력한 에지 포인트 클라우드의 접선을 계산하여 이 접선의 방향을 법선 방향으로 사용합니다. 외부 윤곽이 서로의 거울상인 다른 물체를 구별할 수 있으며 평면 물체의 에지 포인트 클라우드를 매칭시킬 때 사용하는 것이 좋습니다.

EdgeNormal

입력한 에지 포인트 클라우드의 법선 방향을 계산하고, 점의 접선 방향을 법선 방향으로 사용하며 평면 물체의 에지 포인트 클라우드를 매칭할 때 사용하는 것을 권장합니다.

EdgeTangent 혹은 EdgeNormal 방법을 사용할 때 각 에지 포인트 클라우드에 여러 물체가 포함되어 있지 않은지, 즉 각 물체 포인트 클라우드가 분할되었는지 확인하십시오.

선택된 인접 포인트의 수

기본값: 10

설명: 이 파라미터는 포인트 방향의 인접 포인트의 수, 즉 StandardMode 모드에서 k 값을 설정하는 데 사용됩니다.

알고리즘 유형

기본값: SurfaceMatchingEasyMode

값 리스트: SurfaceMatchingEasyMode, SurfaceMatching

설명: 이 알고리즘은 두 가지 유형이 있습니다. 시각화 결과는 두 알고리즘이 다 조절할 수 있는 파라미터로 설정합니다. 알고리즘 유형의 파라미터 조절은 아래 그림의 입력한 포인트 클라우드를 예로 들어 정(正)반(反)모델의 각 매칭을 합니다. 먼저 SurfaceMatchingEasyMode 알고리즘에서 조절 가능한 파라미터를 소개합니다.

SurfaceMatchingEasyMode 알고리즘: 조절 가능한 파라미터 모듈은 속도 조절 파라미터 및 출력 설정입니다.

SurfaceMatching 알고리즘: 조절 가능한 파라미터 모듈은 샘플링 설정, 투표 설정, 클러스터링 설정 및 포즈 검증 설정입니다.

3d coarse matching multiple models input cloud

SurfaceMatchingEasyMode 파라미터 설명

속도 조절 파라미터

메인 속도 컨트롤러

기본값: 2

설명: 이 파라미터는 알고리즘 속도를 조절하는 데 사용됩니다. 값을 높이면 알고리즘 속도는 빨라지지만 매칭 정확도는 떨어집니다. 그 효과는 보조 속도 컨트롤러 보다 더 뚜렷합니다. 이 파라미터의 유효 범위는 1~6입니다.

조절 예시: 아래 그림과 같습니다. 왼쪽은 파라미터의 기본값이 2일 때의 결과이고 오른쪽은 이 파라미터를 6으로 조절한 결과입니다. 증가 후 매칭 정확도가 감소하는 것을 분명히 알 수 있습니다.

3d coarse matching multiple models main speed comparison 1
3d coarse matching multiple models main speed comparison 2
보조 속도 컨트롤러

기본값: 10

설명: 이 파라미터는 알고리즘 속도를 조절하는 데 사용됩니다. 값을 높이면 알고리즘 속도는 빨라지지만 매칭 정확도는 떨어집니다. 그 효과는 메인 속도 컨트롤러 보다 약합니다. 이 파라미터의 유효 범위는 1~20입니다.

조절 예시: 아래 그림과 같습니다. 왼쪽은 파라미터의 기본값이 10인 결과이고, 오른쪽은 파라미터를 15로 조절한 결과입니다. 조절한 후 매칭 정확도가 감소하지만 메인 속도 컨트롤러보다 영향이 작음을 알 수 있습니다.

3d coarse matching multiple models secondary speed comparison 1
3d coarse matching multiple models secondary speed comparison 2

출력 설정

각 포인트 클라우드에서 감지된 최대 포즈 수

기본값: 3

설명: 이 파라미터는 각 포인트 클라우드 매칭에 대한 출력 수를 예상하는 데 사용됩니다. 이 값이 클수록 매칭하는 출력 결과가 더 많아집니다.

조절 예시: 비교 결과는 아래 그림과 같습니다. 왼쪽은 파라미터 값이 1일 때의 결과이고, 오른쪽은 파라미터를 3으로 조절한 결과입니다.

3d coarse matching multiple models number of output comparison

SurfaceMatching 파라미터 설명

샘플 설정

자동 다운 샘플링

기본값: 선택함

설명: 이 파라미터는 자동 다운 샘플링을 사용할지를 결정하는 데 사용되며 이 파라미터를 선택하면 샘플링 후 모델 포인트 수의 목표값에 따라 모델 포인트 클라우드 다운 샘플링 간격 파라미터를 자동으로 조정합니다.

샘플링 후 모델 포인트 수의 목표값

기본값: 1000

설명: 이 파라미터는 샘플링된 포인트 클라우드의 포인트 수를 조절하는 데 사용되며 자동 다운 샘플링을 선택해야 이 파라미터를 설정할 수 있으며 획득한 포인트 클라우드의 포인트 수가 이 값에 가깝습니다. 값이 작을수록 샘플링된 포인트 클라우드에 있는 포인트 수가 적어 추정된 포즈의 정확도가 낮아집니다.

샘플링된 모델 포인트 수의 최대값

기본값: 4000

설명: 이 파라미터는 모델 포인트 클라우드 다운 샘플링 후 포인트 클라우드의 포인트 수의 최대값을 설정하는 데 사용됩니다. 즉, 다운 샘플링 후 모델 포인트 클라우드의 포인트 수에 대한 상한을 설정하는 데 사용됩니다. 매칭 효과가 이상적이지 않으면 이 파라미터를 늘리는 것이 좋습니다. 매칭 속도에 대한 요구 사항이 더 높으면 이 파라미터를 줄이는 것이 좋습니다.

샘플링된 시나리오 모델 포인트 수의 최대값

기본값: 3000

설명: 이 파라미터는 시나리오 포인트 클라우드 다운 샘플링 후 포인트 클라우드의 최대 포인트 수를 설정하는 데 사용됩니다. 즉, 다운 샘플링 후 시나리오 포인트 클라우드의 포인트 수에 대한 상한을 설정하는 데 사용됩니다. 매칭 효과가 이상적이지 않으면 이 파라미터를 늘리는 것이 좋습니다. 매칭 속도에 대한 요구 사항이 더 높으면 이 파라미터를 줄이는 것이 좋습니다.

샘플링 간격

기본값: 10.000 mm

설명: 이 파라미터는 샘플링된 포인트 클라우드의 포인트 사이의 최대 거리(단위는 mm)를 조절하는 데 사용됩니다. 모델 포인트 클라우드 다운 샘플링 간격이 최소 샘플링 간격보다 작은 경우 최소 샘플링 간격을 실제 샘플링 간격으로 사용합니다. 이 값이 클수록 샘플링 후 계산에 사용되는 포인트 클라우드의 수가 적고 매칭 정확도가 낮아지며 알고리즘을 실행하는 데 걸리는 시간이 줄어듭니다.

조절 예시: 아래 그림과 같습니다. 왼쪽 그림은 기본값이 0.01일 때의 결과이고, 오른쪽 그림은 이 파라미터가 0.02로 조정된 결과입니다.

3d coarse matching multiple models sample interval
최소 샘플링 간격

기본값: 3.000 mm

설명: 이 파라미터는 샘플링 간격(단위:mm)을 계산하는 데 사용됩니다. 자동 다운 샘플링을 선택한 후에만 이 파라미터를 설정할 수 있습니다. 계산된 샘플링 간격이 이 값보다 작으면 이 값이 실제 샘플링 간격으로 사용됩니다.

투표 설정

거리 양자화

기본값: 1

설명: 이 파라미터는 포인트 사이의 거리를 양자화하는 데 사용됩니다. 거리 간격 = 거리 양자화 × 샘플링 간격이기 때문에 이 파라미터가 클수록 거리 간격이 커지고 매칭 정확도가 떨어집니다.

각도 양자화

기본값: 60

설명: 이 파라미터는 포인트 사이의 벡터의 협각 파라미터를 양자화하는 데 사용됩니다. 각도 간격 = 2 × 3.14 / 각도 양자화이기 때문에 이 파라미터가 클수록 각도 간격이 커지고 매칭 정확도가 낮아집니다.

최대 투표 비율

기본값: 0.8

설명: 이 파라미터는 최대 투표수에 대한 투표수의 비율 역치를 설정하는 데 사용됩니다. 이전 단계에서 각 포즈에 해당하는 투표수를 구합니다. 최대 투표수에 이 파라미터를 곱하여 역치를 구합니다. 한 포즈에 대한 투표수가 역치보다 크면 해당 포즈가 보류되 클러스터링 작업을 진행합니다. 값이 작을수록 정확히 매칭하는 항목을 찾을 가능성이 높아지지만 그에 따라 실행시간이 늘어납니다. 이 파라미터의 유효 범위는 0~1입니다.

기준점 샘플링 보폭

기본값: 5

설명: 이 파라미터는 기준점의 샘플링 보폭을 조정하는 데 사용됩니다. 포인트 클라우드에서 이 보폭을 간격으로 샘플링합니다. 이 값이 클수록 간격 샘플링 포인트가 적어지고 실행 속도가 빨라지지만 매칭 정확도가 떨어집니다.

비교점 샘플링 보폭

기본값: 1

설명: 이 파라미터는 비교점의 샘플링 보폭을 조정하는 데 사용됩니다. 포인트 클라우드에서 이 보폭을 간격으로 샘플링합니다. 이 값이 클수록 간격 샘플링 포인트가 적어지고 실행 속도가 빨라지지만 매칭 정확도가 떨어집니다.

  • 기준점비교점은 한 쌍을 이루며, 샘플링 간격이 클수록 기준점과 비교점이 적어지고 점쌍이 적을수록 실행 속도가 빨라집니다.

  • 기준점은 매칭 모델에 있는 샘플 포인트입니다. 비교점은 매칭 모델에 없는 샘플 포인트입니다.

클러스터링 설정

클러스터링 비율

기본값: 0.1

설명: 이 파라미터는 클러스터링에 사용된 포즈 수와 계산된 전체 포즈의 비율을 조정하는 데 사용됩니다. 모든 포즈는 계산 과정에서 점수를 얻게 되며 모든 포즈는 점수의 크기에 따라 정렬됩니다. 이 파라미터는 클러스터링에 사용되는 포즈의 비례를 결정합니다. 기본값은 0.1, 즉 상위 10%를 취하여 클러스터링을 위한 포즈로 사용됩니다. 이 값이 클수록 정확히 매칭하는 항목을 찾을 가능성이 높아지지만 그에 따라 실행시간이 늘어납니다.

각도 차이 역치

기본값: 15

설명: 이 파라미터는 클러스터링 과정에서 각도 증분 크기를 조정하는 데 사용됩니다. 최종 계산 결과 동일한 물체의 가능한 계산은 여러 포즈를 얻을 수 있으며, 매우 가까운 파라미터를 가진 포즈가 융합될 때 이 파라미터가 각도 파라미터의 증분을 결정합니다. 파라미터가 클수록 각도 차이가 큰 포즈도 최종 결과에 융합되어 매칭 정확도가 감소합니다.

거리 차이 역치

기본값: 0.02

설명: 이 파라미터는 클러스터링 과정에서 거리 증분 크기를 조정하는 데 사용됩니다. 최종 계산 결과 동일한 물체의 가능한 계산은 여러 포즈를 얻을 수 있습니다. 매우 가까운 파라미터를 가진 포즈가 융합될 때 이 파라미터는 거리 파라미터의 증분을 결정합니다. 파라미터가 클수록 거리가 커집니다. 크게 다른 포즈 또한 최종 결과에 융합되어 매칭 정확도가 감소합니다.

높은 점수를 가진 상위 N개의 클러스터링 결과를 출력하기

기본값: 5

설명: 이 파라미터는 클러스터링 후 얻은 여러 매칭 결과 중 가장 높은 점수를 가진 상위 N개의 결과를 최종 결과로 조정하는 데 사용됩니다.

포즈 검증 설정

포즈 검증 기능을 사용하기

기본값: 선택함

설명: 이 파라미터는 포즈 검증을 사용할지를 결정합니다. 이 파라미터를 선택하면 클러스터링의 모든 파라미터가 실효됩니다. 자세 검증 및 클러스터링은 최종 매칭 결과의 검증 및 선별의 두 가지 다른 방법이며 동시에 사용할 수 없습니다.

인접 포인트의 검색 반경

기본값: 1

설명: 이 파라미터는 자세 검증 시 검증 영역의 크기를 컨트롤 하는데 사용되며, 단일 복셀이 단위입니다. 값이 증가하면 포즈 검증에 사용되는 표시 영역이 커지고 최종 결과 검증에 포함되는 해당 포인트가 증가하여 매칭 정확도가 감소합니다.

복셀 길이

기본값: 3

설명: 포인트 클라우드가 위치하는 공간은 3D 격자로 분할되는데, 이 파라미터는 3D 격자의 가장 작은 사이즈(단위:mm) 입니다. 이 값을 높이면 프레임 선택 범위가 커지고 자세 검증을 위해 더 많은 포인트를 선택하게 되며 알고리즘 속도는 빨라지지만 매칭 정확도는 떨어집니다.

각 포인트 클라우드에서 감지된 최대 포즈 수

기본값: 3

설명: SurfaceMatching 알고리즘에서 이 파라미터 효과는 SurfaceMatchingEasyMode와 같습니다.

예시: 아래 그림과 같이 왼쪽이 이 파라미터 기본값이 3인 경우의 결과이고, 오른쪽이 이 파라미터를 1로 조정된 결과입니다.

3d coarse matching multiple models number of output

결과 시각화

다운 샘플링된 포인트 클라우드 모델 표시

기본값: 선택하지 않음.

설명: 이 파라미터는 다운 샘플링된 모델 포인트 클라우드를 표시하는 데 사용됩니다.

다운 샘플링된 시나리오 포인트 클라우드 표시

기본값: 선택하지 않음.

설명: 이 파라미터는 다운 샘플링된 시나리오 포인트 클라우드를 표시하는 데 사용됩니다.

매칭 결과를 표시하기

기본값: 선택함

설명: 이 파라미터는 매칭 후의 모델과 시나리오 포인트 클라우드를 표시하는 데 사용됩니다.

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