Detail předmětu
Rekonstrukce a analýza 3D scén
FSI-QRA Ak. rok: 2024/2025 Zimní semestr
Předmět se zabývá zpracováním mračna bodů (tzv. point clouds), což jsou trojrozměrná neuspořádaná data, která se získávají 3D skenováním pomocí hloubkových kamer nebo Lidarem. Tato oblast je velmi důležitá v reverzním inženýrství, ale také v dalších oblastech jako je robotika nebo autonomní systémy v dopravě.
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.
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 a Rhinoceros pro 3D modelování a tisk.
Dále bude využita sada Arduino Engineering Kit pro řízení jednoduchého vozítka. V závěru semestru budou studenti pracovat na implementaci některé z metod, kterou na závěr obhájí.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
základní znalosti analýzy a algebry (matice, derivace) a základy počítačové grafiky, doporučená je znalost jakéhokoliv programovacího jazyka (C, C++, Pascal, atd. ) a programu (Matlab apod.)
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Studenti vypracují projekt ze studované problematiky (projekty budou zadány během semestru), který na konci semestru obhájí. Tato obhajoba bude doplněna o ústní otázky k danému tématu. Výslednou známku student obdrží na základě této obhajoby.
Účast na cvičeních je povinná, přednášky doporučené (souvisí přímo s cvičením).
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.
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.).
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-AAE-P: Pokročilé automobilové inženýrství, magisterský navazující, povinně volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Osnova
Přednášky:
1. Popis metod pro získávání 3D mračna bodů (point cloud), pasivní (Structure from Motion) a aktivní metody (Time of Flight, laser)
2. RANSAC – algoritmus a jeho využití, feature extraction – hledání významných částí v mračnech bodů
3.-4. Registrace mračna bodů (metody Principal Component Analysis, Singular Value Decomposition, Iterative Closest Point, FPFH deskriptor)
5. Detekce pozemních bodů, clustering
6. Porovnání prostorových metod s obrazovými metodami
7. Optický skener ATOS (laboratoř), skenování ručním skenery.
8. Software pro zpracování dat (GOM Inspect, Rhinoceros, atp.), práce se získanými daty
9. 3D tisk – principy, nastavení, problémy
10. Arduino Engineering Kit – programování vozítka Rover a jeho orientace v prostoru a funkce
11. – 12. Konzultace k zápočtovému projektu
13. Prezentace zápočtového projektu
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Osnova
Cvičení s počítačovou podporou:
1. Metody snímání dat (Terrain, Mobile, Airborne) a jejich využití, programování SFM Matlabu, snímání dat pomocí Intel Real Sense, IPad Pro
2. RANSAC programy – proložení dat přímkou, rovinou, testování
3.-4. Programování registračních metod s použitím předdefinovaných funkcí, vliv parametrů na výsledky
5. Detekce pozemních bodů, clustering
6. Metody zpracování obrazu a jejich srovnání s metodami používanými pro 3D (derivace, hranové detektory, atp.)
7. Skenování v laboratoři – ATOS
8. Praktické cvičení se získanými daty
9. 3D tisk – návrh modelu v Rhinoceros, tisk
10. Arduino Engineering Kit – programování vozítka Rover a jeho orientace v prostoru a funkce, jednoduché obvody s Arduinem 11.-12. Konzultace k semestrálnímu projektu
13. Prezentace závěrečných prací