Akademický rok 2023/2024 |
Garant: | Mgr. Jana Procházková, Ph.D. | |||
Garantující pracoviště: | ÚM | |||
Jazyk výuky: | čeština | |||
Cíle předmětu: | ||||
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. | ||||
Výstupy studia a kompetence: | ||||
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.) | ||||
Obsah předmětu (anotace): | ||||
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. |
||||
Metody vyučování: | ||||
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. | ||||
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 × 1 hod. | nepovinná | ||
Cvičení s počítačovou podporou | 13 × 2 hod. | povinná | ||
Osnova: | ||||
Přednáška | 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 | 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. |
|||
Literatura - základní: | ||||
1. WEINMANN, Martin. Reconstruction and Analysis of 3D Scenes. Switzerland: Springer, 2016. | ||||
2. HUGHES, John F. Computer graphics: principles and practice. Third edition. ISBN 978-0-321-39952-6. | ||||
3. SHIRLEY, Peter. Fundamentals of Computer Graphics. 2nd ed. Welesley: A K Peters, c2005. ISBN 1-56881-269-8. |
Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
N-MAI-P | prezenční studium | --- bez specializace | -- | kl | 4 | Povinně volitelný | 2 | 1 | L |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile