Detail předmětu
Rekonstrukce a analýza 3D scén
FSI-SR0 Ak. rok: 2021/2022 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.
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.
Jazyk výuky
čeština
Cíl
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).
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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
Vyučující / Lektor
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.