Autonome 3D-Objektmodellierung durch aktive Szenenexploration mit einem UR5 Greifarm

Abstract

Der Prozess der 3D-Modellierung ist oft zeitaufwendig. Das zu modellierende Objekt muss von allen Seiten untersucht werden, um eine 3D-Kopie dieses Objekts zu erstellen. Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit einem Prozess der 3D-Objektmodellierung der kleinen Objekten, der autonome Verläufe hat. Dabei wird das Objekt mit einer Tiefenkamera, die auf einem Greifarm UR5 befestigt ist, untersucht. Während der Untersuchung werden die Punktwolken von der Objektoberfläche mit der Kamera aufgenommen und gespeichert. Diese Arbeit beschäftigt sich zuerst mit der Lösung des Registrierungsproblems und danach mit der Umwandlung der registrierten Punktwolken zu einem festen 3D-Objekt. In dieser Bachelorarbeit werden unterschiedliche Methoden zur Lösung dieser Probleme gezeigt. Die Punktwolkenregistierung erfolgt mit verschiedenen Varianten des ICP Algorithmus. Die 3D-Objekte aus diesen Punktwolken werden mithilfe der Poisson Surface Rekonstruktion und Alpha Shape Algorithmus gemacht. Die vorgestellten Methoden werden zusammen mit mathematischen Grundlagen dieser Methoden ausführlich erklärt.

The 3D modeling process is often time-consuming. The object, that needs to be modeled, must be examined from all sides in order to create a 3D copy of this object. This bachelor thesis deals with a process of 3D modeling of small objects, this process is autonomous. The object is examined with a depth camera that is attached to a UR5 gripper arm. During the examination, the pointclouds from the object surface will be recorded with the camera and saved. This thesis deals first with the solution of the registration problem and then with the conversion of registered pointclouds to a solid 3D object. This bachelor thesis shows different methods of solving these problems. The pointcloud registration is done with different variants of the ICP algorithm. The 3D objects from the pointclouds were made using the Poisson Surface Reconstruction and the Alpha Shape algorithm. The presented methods are explained in detail together with their mathematical basics.