MSPA-MCS: 3D Fluid Surface Reconstruction Using A Multi-Camera System

MSPA-MCS:使用多摄像头系统进行 3D 流体表面重建

基本信息

  • 批准号:
    0625931
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-09-01 至 2010-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Modeling and reconstructing time-varying 3D fluid surfaces is achallenging problem. First, accurately measuring 3D fluid surfaces isdifficult because their features can be highly varying in space and time,and the measuring device should not be intrusive to the fluid. Second, theevolution of fluid surfaces is governed by complex physical mechanismsthat need to be incorporated into the reconstruction methods. In thisresearch, the PIs propose a novel approach for accurately reconstructing3D fluid surfaces from sampled data. This project consists of two keycomponents: a fluid surface acquisition method and a fluid surfacereconstruction method. For data acquisition, the PIs propose to design anovel experimental system using a light field camera array that cansimultaneously capture different views of a fluid surface. A known patternis placed beneath the surface and each camera observes a distincttime-varying distortion pattern. A sampled fluid surface can then bemeasured by analyzing these distortions. For surface reconstruction, thePIs propose to develop an iterative optimization algorithm which minimizesthe error relative to the sampled data and finds the reconstructed surfaceby solving the full Euler equations for 3D free-surface flows. Solutionsof these equations are computed by using an efficient numerical method.The results of this research have many applications in Fluid Mechanics aswell as in Computer Graphics and Vision, such as the validation ofexisting fluid models and the integration of reconstructed fluid surfacesinto animations and film footage to reproduce realistic phenomena. Thisinterdisciplinary project will promote the training of graduate studentson mathematical modeling, laboratory experiments, and computersimulations. The PIs will also develop courses and seminars for bothundergraduate and graduate students interested in these topics.
时变三维流体表面的建模和重建是一个棘手的问题。首先,精确测量3D流体表面是很困难的,因为它们的特征在空间和时间上可能有很大的变化,并且测量设备不应该干扰流体。其次,流体表面的演化是由复杂的物理机制决定的,需要将其纳入重建方法。在这项研究中,PI提出了一种从采样数据精确重建三维流体表面的新方法。该项目由两个关键部分组成:流体面获取方法和流体面重建方法。在数据采集方面,PI建议设计一种新的实验系统,使用光场相机阵列,可以同时捕获流体表面的不同视图。一个已知的图案被放置在表面之下,每个相机观察到一个明显的随时间变化的扭曲图案。然后,可以通过分析这些失真来测量采样的流体表面。对于表面重建,PI提出了一种迭代优化算法,该算法使相对于采样数据的误差最小,并通过求解三维自由表面流动的全欧拉方程来找到重建的表面。本文的研究成果在流体力学、计算机图形学和视觉等领域有着广泛的应用,例如验证现有的流体模型,将重构的流体表面整合到动画和电影片段中以再现逼真的现象。这一跨学科项目将促进研究生在数学建模、实验室实验和计算机模拟方面的培训。PIS还将为对这些主题感兴趣的本科生和研究生开发课程和研讨会。

项目成果

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知道了