3d model

MeshLab является довольно популярной программой для манипуляции и визуализации трехмерных моделей, предоставляющий широкий набор инструментов. Он среди прочего предоставляет возможности по восстановлению и устранению проблем и ошибок в 3D моделях. О некоторых таких возможностях я бы хотел рассказать в статье. Кого заинтересовало, прошу под кат.

Довольно популярной проблемой при работе с 3D моделями является возникновение отверстий (holes, gaps). Такие проблемы возникают из-за несовершенной процедуры реконструкции сцены или недостаточной точности и качества 3D камер типа Microsoft Kinect.

Мы можем восстановить поврежденные поверхности моделей и закрыть дыры в программе Meshlab. Meshlab включает специальный фильтр для задачи закрытия отверстий в 3D моделях.

В начале откроем Meshlab и импортируем модель: File > Import Mesh.

Здесь показан пример модели с отверстием

Применим фильтр. Откроем в верхнем меню Filters > Remeshing, Simplification > Close Holes

Откроется диалог настройки параметров

Введем значение для параметра Max size to be closed и нажмем Apply. В моем случае хороший результат дало значение 210.

Результат применения фильтра

Выглядит неплохо, не правда ли?

Как мы видим не нужно писать специальный скрипт для закрытия отверстий. Все работает "из коробки".

Решение проблемы с дубликат вершины в модели

После применения фильтра Close Holes при экспорте модели в obj файл могут возникнуть вершины-дубликаты, т.е. вершины с одинаковыми координатами. Это может привести к некорректной обработке модели при использовании библиотек типа OpenMesh.

Давайте создадим obj файл со следующим содержимым:

v 0 0 0
v 1 0 0
v 0 1 0
v 1 1 0
f 0 1 2
f 1 2 3

Создадим скрипт test_duplicates.py с использованием библиотеки OpenMesh (туториалы по ней можно посмотреть здесь)

import openmesh as om import numpy as npmesh_3 = om.read_trimesh('duplicate_vert_test.obj')print('Test duplicate vertices')for i, vh in enumerate(mesh_3.vertices()):    print('Vertices adjacent to vertex ', i)    for vh_n in mesh_3.vv(vh):        print(vh_n.idx())

Запустим его

Vertices adjacent to vertex  021Vertices adjacent to vertex  102Vertices adjacent to vertex  210Vertices adjacent to vertex  3Vertices adjacent to vertex  4

Добавим дубликат вершины

v 0 0 0
v 1 0 0
v 0 1 0
v 1 1 0
v 1 0 0
f 0 1 2
f 4 2 3

Здесь мы добавили еще одну вершину с координатами 1 0 0.

Запустим скрипт еще раз

Vertices adjacent to vertex  0Vertices adjacent to vertex  132Vertices adjacent to vertex  213Vertices adjacent to vertex  321Vertices adjacent to vertex  4

Сейчас мы видим, что для вершины 0 нет соседних вершин, зато для вершины 3 появились две соседние вершины 2 и 1. Кажется, что вершина 4 перетянула к себе всех соседей вершины 0, с которой имеет одинаковые координаты.

Попробуем удалить дубликаты вершин на модели из примера выше. Импортируем модель

Здесь мы видим множество цветных граней.

Применим специальный фильтр для удаления дубликатов вершин

Filters -> Cleaning and Repairing -> Remove duplicate Vertices

Результат применения фильтра

Если мы применим фильтр на нашей первоначальной простой модели после экспорта модели мы получим obj файл следующего содержания

vn 0.000000 -nan(ind) 0.000000
v 0.000000 0.000000 0.000000
vn 0.000000 0.000000 -0.785398
v 1.000000 0.000000 0.000000
vn 0.000000 0.000000 -0.785398
v 0.000000 1.000000 0.000000
vn 0.000000 0.000000 -1.570796
v 1.000000 1.000000 0.000000
# 4 vertices, 0 vertices normals
f 4//4 2//2 3//3
# 1 faces, 0 coords texture

На этом все. Удачи в использовании MeshLab для манипуляции с 3D моделями и до новых встреч.

Есть очень удобная и мощная библиотека, которая значительно упрощает работу с полигональными 3D моделями или мешами под названием OpenMesh. Она предоставляет широкий набор операций для работы с 3D моделями и имеет версию в Python. В этой статье я покажу как работать с 3D моделями используя обертку OpenMesh для Python. Кому интересно, прошу под кат.

Начало работы с OpenMesh

Изначально OpenMesh написан на C++, но имеет обертку на языке Python, которую можно использовать для быстрой и легкой разработки. Давайте посмотрим какие операции предоставляет эта обертка.

Для начала установим пакет с помощью pip:

pip install openmesh

Создадим новый Python скрипт и импортируем модуль openmesh

import openmesh as omimport numpy as np

Создадим объект, представляющий 3D меш

mesh = om.TriMesh()

Добавим несколько вершин

# add a a couple of vertices to the meshvh0 = mesh.add_vertex([0, 1, 0])vh1 = mesh.add_vertex([1, 0, 0])vh2 = mesh.add_vertex([2, 1, 0])vh3 = mesh.add_vertex([0,-1, 0])vh4 = mesh.add_vertex([2,-1, 0])

и несколько полигонов

fh0 = mesh.add_face(vh0, vh1, vh2)fh1 = mesh.add_face(vh1, vh3, vh4)fh2 = mesh.add_face(vh0, vh3, vh1)

В OpenMesh вершина представлена объектом VertexHandle. Объекты VertexHandle передаются во многие методы библиотеки OpenMesh в качестве параметра.

Есть также альтернативный способ через питоновский список вершин

vh_list = [vh2, vh1, vh4]fh3 = mesh.add_face(vh_list)

Стоит отметить, что OpenMesh также вводит специальный тип элемента в модели под названием Half-edge. Я не буду его рассматривать в данной статье. Подробнее о нем можно почитать здесь.

Манипуляция с отображением текстуры и координатами вершин

Я не буду раскрывать тему отображения текстуры (texture mapping) полигонов. Читатель может прочитать детальное объяснение этой темы здесь.

Получим координаты текстуры (UV texture coordinates) вершины:

tc = mesh.texcoord2D(vh)

tc представляет собой tuple. Значения координат u и v можно получить по индексу 0 и 1 соответственно.

Изменим координаты текстуры

uv_coords = [0.5, 0.2]mesh.set_texcoord2D(vh, uv_coords)

Здесь vh - объект типа VertexHandle.

Получим точку с координатами вершины

point = mesh.point(vh)

point представляет собой tuple. Координаты точки можно получить по индексу 0 и 1

x, y = tc[0], tc[1]

Можно получить все точки вершин модели

point_array = mesh.points()

и использовать их для сдвига модели вдоль оси (например X)

point_array += np.array([1, 0, 0])

Важные замечания по работе с OpenMesh

Не советую использовать enumerate() при итерировании вершин в цикле. Вы можете получить неожиданное поведение, например одинаковые координаты текстуры UV для разных вершин.

При сохранение меша в файл OpenMesh по умолчанию не сохраняет координаты текстур для вершин (vt строки) в файле obj. Чтобы решить эту проблему нужно передать параметр vertex_tex_coord в метод write_mesh (источник):

om.write_mesh(test_out.obj, mesh, vertex_tex_coord=True)

Также OpenMesh не сохраняет файл материалов mtl в файле obj. Для сохранения информации о материале используйте параметр face_color при чтении файла obj

mesh = openmesh.read_trimesh('test.obj', vertex_tex_coord=True, face_color=True)

и записи в файл

openmesh.write_mesh('test_out.obj', mesh, vertex_tex_coord=True, face_color=True)

То же касается и нормалей. Чтение модели obj с нормалями

mesh = openmesh.read_trimesh('test.obj', vertex_normal=True)

и записи в файл

openmesh.write_mesh('test_out.obj', mesh, vertex_normal=True)

Здесь важно использовать одинаковые параметры и при чтении и при записи. Например, если мы хотим получить и сохранить информации о материале нужно использовать параметр face_color в обоих методах read_trimesh и write_mesh.

При работе с OpenMesh я сделал интересное наблюдение: порядок индексов координат текстур вершин (индексы строк vt) меняется. Например для такой строки в исходном файле obj

f 1/1 2/2 3/3

Соответствующая строка в выходном файле obj может выглядеть примерно так

f 1/3 2/1 3/2

Итерации и циклы

Итерации над вершинами в меше

for vh in mesh.vertices():    print(vh.idx())

Цикл for возвращает объекты vh типа VertexHandle. idx() возвращает индекс вершины.

Итерации над полигонами и гранями

# iterate over all edgesfor eh in mesh.edges():    print eh.idx()# iterate over all facesfor fh in mesh.faces():    print fh.idx()

Аналогично итератору над вершинами цикл for возвращает объекты fh типа FaceHandle.

Итерация над всеми half-edge в меше

for heh in mesh.halfedges():    print heh.idx()

Над вершинами соседними с заданной

for vh_n in mesh.vv(vh):    print(vh_n.idx())

Над гранями выходящими из заданной вершины

for eh in mesh.ve(vh1):    print eh.idx()

Над полигонами, смежными с заданной вершиной

for fh in mesh.vf(vh1):    print fh.idx()

Все то же самое можно проделать и с полигоном

# iterate over the face's verticesfor vh in mesh.fv(fh0):    print vh.idx()   # iterate over the face's halfedgesfor heh in mesh.fh(fh0):    print heh.idx()# iterate over the face's edgesfor eh in mesh.fe(fh0):    print eh.idx()    # iterate over all edge-neighboring facesfor fh in mesh.ff(fh0):    print fh.idx()

Это все. Не так сложно, не правда ли. Удачи вам в работе с 3D мешами с использованием OpenMesh и до новых встреч.