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Anisotropic Delaunay Meshes of Surfaces

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Anisotropic Delaunay Meshes of Surfaces

Jean-Daniel Boissonnat

Inria

Mael

Rouxel-Labbé GeometryFactory

Inria

Jane Tournois

GeometryFactory

Mariette Yvinec

Inria

(2)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

• Problem & Applications

• State of the Art

• Algorithm

• Conclusions & Perspectives

Outline

(3)

Generate an anisotropic simplicial mesh

• with simplicial elements (triangles)

• elongated along prescribed directions

Anisotropic metric at each point

• everywhere in the domain Ω metric field

Problem : Anisotropic Mesh Generation

(4)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

• Accuracy of surface discretization anisotropy ~ curvature tensor

• Reduction of function interpolation error anisotropy ~ Hessian

Adaptation

solving PDE’s for anisotropic phenomena

Motivation

Courtesy C.Dobrzynski

(5)

How to prescribe anisotropy

(6)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Anisotropic surface mesh generator

Large variety of inputs

• Geometries

• Metric fields

Quality of output

(shape, size, approximation, complexity)

Delaunay framework

• Restricted Delaunay triangulation

• Delaunay refinement

Contributions

guarantees

(7)

• Problem & Applications

• State of the Art

• Algorithm

• Conclusions & Perspectives

Outline

(8)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Heuristics for 2D or 3D meshes

Ellipses packing [Li et al.99], [Yamakawa,Shimada.03]

Anisotropic Delaunay refinement [Borouchaki et al.99], [Frey,Alauzet.04], [Dobrzynski,Frey.08]

Continuous mesh [Loseille,Alauzet.09]

Anisotropic mesh optimization [Heckbert.96], [Li et al.05]

Previous work (1/3)

(9)

Heuristics for surface meshes

Quad meshing based on principal curvature lines

[Alliez et al. 03]

Anisotropic adaptation [Labelle,Shewchuk’03], [Boissonnat et al.’05], [Du,Wang’05],[Cheng et al.’06]

Locally uniform anisotropic Delaunay meshes

[Boissonnat et al.’10]

Previous work (2/3)

(10)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Voronoi approaches

Voronoi diagram on Riemannian manifold

[Leibon,Letscher’00], [Bougleux et al.’08]

Anisotropic Voronoi diagram [Jiao et al.06]

Grid based [Azernikov, Fischer.05]

Previous work (3/3)

(11)

• Problem & Applications

• State of the Art

• Algorithm

• Conclusions & Perspectives

Outline

(12)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

 

 

 

(13)

Definitions – Delaunay triangulation

in a uniform anisotropic metric

   

empty sphere property

empty M-sphere

property

(14)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Definitions – Delaunay triangulation

in a uniform anisotropic metric

 

(15)

Our Approach :

Locally Uniform Anisotropic Delaunay Meshes

Build a mesh s.t. the star of each vertex is Delaunay

wrt the metric at that vertex

(16)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Star set

Courtesy J.R.Shewchuk

(17)

Star set - Inconsistencies

 

 

(18)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Meshing Algorithm

(19)

Definitions - Simplex Quality

in Anisotropic metric

 

A

C

(20)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Meshing Algorithm

M-surface

Delaunay

ball center

pick valid

point

(21)

Quasi-cospherical configurations

 

« quasi-cospherical » for short

In (isotropic) Delaunay refinement :

refinement points are circumcenters

(22)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Pick a valid refinement point

creates no new (and small) quasi-cospherical configurations

 

(23)

• implemented with

• store a « small triangulation » per vertex : its star

• to avoid degeneracies (e.g. planar regions) Insert points on the medial axis [Amenta’98]

Implementation details

(24)

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Curvature-driven metric field

(25)

Results – Stretched ellipsoids

a 10 50 100 200 500 1000 10000

#iso 24872 126298 250941 502272 1257633 2512782 ~20m /surf.unit 250.85 255.88 254.24 254.45 254.85 254.60 ~250

fixed approximation error Curvature tensor

#aniso 6502 6734 6866 6900 7119 7300 7835

/surf.unit 65.58 13.64 6.96 3.50 1.44 0.74 0,079

(26)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Results – Stretched ellipsoids

 

zoom

(27)

Results – Stretched ellipsoids

 

(28)

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Results - Implicit surface & Scalar field

(29)

Results - Polyhedral surface

Curvature metric field

Implicit

metric field

(30)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

• Problem & Applications

• State of the Art

• Algorithm

• Conclusions & Perspectives

Outline

(31)

Anisotropic surface mesh generator

• provably correct

• conceptually simple

(Delaunay triangulation & restricted Delaunay)

• works in any dimension Advantages

• much fewer points than isotropic mesh for same approx.

Conclusions

(32)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Wait a minute...!

Conveniently overlooked:

• negative curvatures values...?

(33)

Wait a minute...!

Conveniently overlooked:

• negative curvatures values... Convexify the metric field

(34)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Wait a minute...!

Conveniently overlooked:

• negative curvatures values... Convexify the metric field

• parabolic points...?

(35)

Wait a minute...!

Conveniently overlooked:

• negative curvatures values... Convexify the metric field

• parabolic points... Prevent null curvatures with an ε

(36)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Wait a minute...!

Conveniently overlooked:

• negative curvatures values

• parabolic points

• optimal ratio...?

(37)

Ongoing work

Curvature metric field variations

• bound on the eigenvalues: ε

(38)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Ongoing work

Curvature metric field variations

• heuristic approach: rebuild an adapted metric field

(39)

Ongoing work

Curvature metric field variations

• smoothing approach: locally smooth to lower the distortion to an

“acceptable” value

(40)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Ongoing & Future work

3D anisotropic mesh

(41)

Ongoing & Future work

3D anisotropic mesh

(42)

Mael Rouxel-Labbé - Journées de Géométrie Algorithmique – 16-20 décembre 2013

Future work

• handle boundaries and sharp features

• handle discontinuous metric fields

• parallelize

(43)

Thank you !

Références

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