• 생성자와 generateMesh 메서드가 중요

1. 코드 레벨 설명

• 이 클래스는 TSDF (Truncated Signed Distance Field) 데이터를 기반으로 3D 메쉬를 생성하는 데 사용
• 이 과정은 Marching Cubes 알고리즘을 사용하여 voxel 데이터로부터 표면을 추출하는 방식으로 이루어집니다.
  • 이 메쉬는 로봇이 탐색하는 환경의 3D 표현을 제공하는 중요한 데이터입니다.

주요 역할

• TSDF 데이터를 메쉬로 변환: MeshIntegrator는 TSDF와 기타 레이어 데이터를 기반으로 메쉬를 생성하는 클래스입니다.
• 내부 및 외부 처리:
  • processInterior() 및 processExterior() 메서드를 통해 TSDF 데이터의 내부와 외부 영역을 처리하여 메쉬를 생성
• Marching Cubes 알고리즘: 8개의 voxel을 사용하여 Marching Cubes 알고리즘을 통해 메쉬를 생성합니다.
  • marching cube: https://velog.io/@jk01019/Marching-Cube

코드의 로직 설명

1. 메쉬 생성의 전체 흐름

   • TSDF 레이어로부터 Marching Cubes 알고리즘을 사용해 메쉬를 생성
   • generateMesh()에서 먼저 메쉬가 생성될 블록을 할당하고, 해당 블록의 내부(voxel 내부)와 외부(voxel 경계) 영역을 처리합니다.
   • 내부 영역은 주로 블록 내의 voxel을 처리하고, 외부 영역은 블록의 경계와 이웃 블록을 처리하여 메쉬가 끊기지 않도록 합니다.
   • 메쉬가 생성되면, 업데이트된 블록은 Occupancy 레이어에서 추적되어 메쉬 표면에 위치하는 voxel이 기록됩니다.

2. Marching Cubes 기반 메쉬 생성

   • 각 voxel의 TSDF 값을 기준으로 Marching Cubes 알고리즘을 적용하여 메쉬를 생성합니다.
   • TSDF 값은 voxel이 물체 표면에 얼마나 가까운지를 나타내며, 이를 기반으로 표면이 추출됩니다.
   • 이 과정에서 8개의 voxel을 사용하여 한 개의 큐브 단위로 메쉬가 생성됨

3. Occupancy 레이어 처리

   • Occupancy 레이어는 각 voxel이 메쉬 표면에 속하는지 여부를 추적하는 데 사용됩니다.
   • 메쉬 생성 중, 표면에 속하는 voxel은 OccupancyVoxel에 기록되어 이후 참조할 수 있습니다.

1. 생성자 (MeshIntegrator::MeshIntegrator(const MeshIntegratorConfig& config))

역할:

• 이 생성자는 MeshIntegrator 객체를 초기화하는 데 사용되며, 주로 메쉬 통합에 필요한 설정(config)을 전달받아 해당 인스턴스를 설정
• 핵심 요소:
  • config: 메쉬 통합 작업에서 사용될 다양한 설정 값을 담고 있습니다. 이는 MeshIntegratorConfig 구조체를 통해 정의되며, 최소 가중치, 사용 스레드 수, 메쉬를 업데이트할 조건 등 다양한 설정을 포함합니다.

2. generateMesh() 메서드

역할:

• 이 메서드는 TSDF 데이터를 기반으로 3D 메쉬를 생성하는 핵심 함수
• TSDF 레이어의 데이터에 따라 내부 블록(voxel)과 외부 블록(voxel 경계)를 처리하여, Marching Cubes 알고리즘을 사용해 메쉬를 생성
• 메쉬 통합 과정을 제어하는 주요 함수이며, 멀티스레드를 이용해 병렬 처리로 성능을 최적화합니다.

로직:
1. cube_coord_offsets_ 초기화:

• cube_index_offsets_라는 사전에 정의된 행렬을 기반으로, voxel의 좌표 오프셋을 계산합니다.
• 각 voxel은 3D 공간에서 8개의 코너를 가지며, 이 코너의 위치를 오프셋으로 나타냅니다.
• 이를 통해 voxel의 각 꼭짓점 좌표를 정의하고, Marching Cubes 알고리즘에서 이를 사용해 메쉬를 생성합니다.
• cubecoord_offsets는 voxel의 크기(voxel_size)를 고려하여 좌표 오프셋을 계산합니다.

2. 블록 할당 (allocateBlocks):

   • 메쉬를 생성할 블록들을 먼저 할당합니다.
   • TSDF 레이어에서 메쉬가 업데이트된 블록(mesh_updated 플래그가 true인 블록)만 처리할지 여부는 only_mesh_updated_blocks에 의해 결정됩니다.
   • tsdf.blockIndicesWithCondition(TsdfBlock::meshUpdated): 메쉬가 업데이트된 블록의 인덱스를 가져옵니다.
   • tsdf.allocatedBlockIndices(): 할당된 모든 블록의 인덱스를 가져옵니다.
   • 이후 allocateBlocks() 함수에서는 각 블록에 대해 메쉬 레이어와 occupancy 레이어에서 필요한 메모리를 할당하고 초기화합니다.

3. 내부 및 외부 처리 (launchThreads):

   • 내부 처리와 외부 처리를 별도로 나누어 메쉬를 생성합니다. 내부 처리는 블록 내부의 voxel을, 외부 처리는 블록 경계의 voxel을 처리합니다.
   • launchThreads()를 사용하여 블록 인덱스에 따라 멀티스레드를 통해 내부와 외부 처리를 나누어 병렬 처리합니다. 각 스레드는 내부/외부 블록을 나누어 처리하고 메쉬를 생성합니다.
   • 내부와 외부를 구분하는 이유는 경계에서의 voxel 처리가 매우 중요하기 때문입니다. 외부 경계에서는 이웃한 블록의 voxel과의 연계성이 필요하므로 처리가 다소 복잡합니다.

4. 메쉬 업데이트 플래그 처리:

   • 메쉬가 생성된 후, clear_updated_flag가 true인 경우에는 TSDF 블록의 mesh_updated 플래그를 false로 설정하여 해당 블록이 메쉬 생성이 완료되었음을 나타냅니다.
   • 이 플래그는 이후 메쉬가 다시 업데이트되거나 재생성될 때 유용하게 사용됩니다.

세부적으로

• cube_index_offsets_와 cube_coord_offsets_:

  • cube_index_offsets_는 3D voxel에서 각 꼭짓점(corner)의 상대적인 위치를 정의하는 정수 오프셋입니다.
  • 예를 들어, 한 voxel의 코너는 (0, 0, 0)에서 (1, 1, 1)로 이어지는 8개의 포인트로 구성되며, 이러한 좌표를 정의하는 것이 cube_index_offsets_입니다.
  • cube_coord_offsets_는 이 인덱스를 voxel의 크기와 곱하여 실제 공간에서의 좌표 오프셋을 계산합니다.

• 내부/외부 처리:

  • 내부 처리(processInterior)는 TSDF 블록의 내부 voxel을 처리합니다. 이는 일반적으로 경계에 속하지 않는 voxel이므로 처리가 비교적 단순합니다.
  • 외부 처리(processExterior)는 블록 경계를 처리하며, 이는 이웃 블록의 voxel과 연관이 있기 때문에 경계 voxel에 대한 특별한 처리가 필요합니다.
  • 내부와 외부 처리를 각각 나누어 처리하는 이유는 메쉬의 경계 처리가 매우 중요하기 때문입니다. 외부에서의 처리는 이웃 블록과의 연결성을 고려해야 하기 때문에 별도로 다루어집니다.

• 멀티스레드 처리:

  • launchThreads() 함수는 각 블록에 대해 내부와 외부의 메쉬 생성을 병렬로 처리합니다. 주어진 블록 인덱스에 대해 내부 또는 외부 처리를 각각 멀티스레드로 나누어 진행합니다.
  • 각 스레드는 BlockIndexGetter를 사용하여 다음에 처리할 블록 인덱스를 가져옵니다. 이를 통해 스레드 간 충돌을 방지하고 블록을 효율적으로 분배합니다.

• Marching Cubes 알고리즘:

  • MarchingCubes::meshCube() 함수는 8개의 voxel 데이터를 기반으로 하나의 큐브에서 메쉬를 생성합니다. 이때 각 voxel의 TSDF 값이 사용됩니다.
  • TSDF 데이터는 각 voxel이 물체의 표면에서 얼마나 떨어져 있는지를 나타내므로, 거리 정보(distance)와 가중치(weight)를 기반으로 표면을 추출합니다.

결론

• 생성자에서는 메쉬 통합에 필요한 설정을 받고, TSDF 데이터를 메쉬로 변환할 준비를 합니다.
• generateMesh()는 TSDF 데이터를 기반으로 메쉬를 생성하는 주요 함수입니다. 이를 위해 내부와 외부 voxel을 각각 처리하고, Marching Cubes 알고리즘을 사용해 메쉬를 생성합니다.
• 내부와 외부 처리를 병렬로 나누어 멀티스레드로 처리하며, 성능을 최적화합니다. 경계 처리는 이웃 블록과의 연결성을 유지하기 위해 외부 처리에서 신중하게 다루어집니다.