Detail předmětu
Rekonstrukce a analýza 3D scén
FSI-SR0-A Ak. rok: 2022/2023 Letní semestr
Předmět se zabývá zpracováním mračna bodů (point cloud). Tato oblast je velmi důležitá v reverzním inženýrství, ale také v dalších oblastech jako robotika, geografie, autonomní systémy v dopravě, atd. V první části kurzu se studenti seznámí s typy snímání a algoritmy pro zpracování mračna bodů, například detekce objektů, registrace. Část algoritmů bude prakticky programována v softwaru Matlab (studenti mohou používat libovolný programovací jazyk).
V laboratoři bude provedeno skenování modelu pomocí optického skeneru ATOS a dále v učebně s pomocí ručních skenerů. Studenti se seznámí se softwarem na zpracování mračna bodů GOM Inspect, Rhinoceros a softwarem Voxelizer pro 3D tisk. Jedna přednáška bude věnována také 3D tisku a ve cvičení provedeme 3D tisk navržených nebo skenovaných modelů.
Pro otestování naprogramovaných algoritmů bude využita sada Arduino Engineering Kit. V závěru semestru budou studenti pracovat na implementaci některé z metod podle svého zájmu, kterou na závěr obhájí.
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
4
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Hlavní přínosem pro studenty je porozumění problematice mračna bodů, jejich snímání (3D skenování), využití (3D tisk, analýza scény při použití platformy Arduino) a následném zpracování (algoritmy detekce hran, detekce objektů, sesazování, atp.).
Prerekvizity
základní znalosti analýzy a algebry (matice, derivace) a základy počítačové grafiky, doporučená je znalost jakéhokoliv programovacího jazyka (C, C++, Pascal, atd. ) nebo programu (Matlab apod.)
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Přednáška seznámí studenty s metodami pro snímání a zpracování mračna bodů. Cvičení jsou propojena s praktickými ukázkami v softwaru Matlab. Dvě cvičení se uskuteční v laboratoři s optickým skenerem ATOS (kalibrace a snímání modelu). Jedno cvičení bude věnováno 3D tisku s použitím tiskárny Voxelizer. Dále bude použit Arduino Engineering Kit pro demonstraci a praktické ověření algoritmů zpracování okolí.
V závěru semestru budou studenti pracovat na vybraném tématu, případně provedeme dodatečná skenování pro potřeby projektu.
Způsob a kritéria hodnocení
Studenti vypracují projekt ze studované problematiky, který na konci semestru obhájí.
Učební cíle
Hlavním cílem předmětu je získat přehled v oblasti snímání mračen bodů a jejich zpracování, které se v praxi používají. Praktická část předmětu seznámí studenty s principy 3D skenování, 3D tisku a návrhu algoritmu pro práci se 3D scénou. Studenti se také seznámí s platformou Arduino pro test některých metod.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast na cvičeních je povinná, přednášky doporučené (souvisí přímo s cvičením).
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-MAI-A: Mathematical Engineering, magisterský navazující, povinně volitelný
Program N-AIM-A: Applied and Interdisciplinary Mathematics, magisterský navazující, volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Osnova
Přednášky:
1. týden: Popis metod pro získávání 3D mračna bodů (point cloud), pasivní (Structure from Motion) a aktivní metody (Time of Flight, laser).
2. týden: Registrace mračna bodů (metody Principal Component Analysis, Singular Value Decomposition, Iterative Closest Point).
3. týden: RANSAC – algoritmus a jeho využití, feature extraction – hledání významných částí v mračnech bodů.
4. – 5. týden: Optický skener ATOS (laboratoř), skenování ručním skenery.
6. týden: Software pro zpracování dat (GOM Inspect, Rhinoceros, atp.)
7. týden: 3D tisk – principy, nastavení, problémy.
8. týden: Arduino Engineering Kit – programování vozítka Rover a jeho orientace v prostoru a funkce.
9. – 12. týden: Konzultace k zápočtovému projektu.
13. týden: Prezentace zápočtového projektu.
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Osnova
Cvičení:
1. týden: Metody snímání dat (Terrain, Mobile, Airborne) a jejich využití, programování pasivních algoritmů v Matlabu.
2. týden: Registrace mračna bodů – programování algoritmů v Matlabu, eventuelně jiném programovacím jazyku.
3. týden: RANSAC programování.
4.-5. týden: Snímání různých objektů pomocí optického skeneru ATOS (laboratoř) a skenování s ručními skenery.
6. týden: Zpracování a úprava nasnímaných dat v různých softwarech – GOM Inspect, Voxelizer, Rhinoceros. Vytváření vlastních modelů pro 3D tisk.
7. týden: 3D tisk vytvořených modelů na 3D tiskárně Voxelizer.
8. týden: Arduino Engineering Kit – programování vozítka Rover
9.-12. týden: Práce na zápočtovém projektu – zpracování mračna bodů vybranou technikou a konzultace zajímavých témat podle zájmu studentů.
13. týden: Prezentace zápočtového projektu.