Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

    A tantárgy angol neve: 3D Geometry and Shape Recognition

    Adatlap utolsó módosítása: 2014. október 3.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Mérnökinformatikus Szak, Vizuális Informatika
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIMA01 1 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Várady Tamás László, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Várady Tamás

    Egyetemi tanár

    Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    Dr. Salvi Péter

    Egyetemi adjunktus

    Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Lineáris algebra, analízis, geometriai alapismeretek, C++ alapismeretek
    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    ---
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy háromdimenziós pontfelhők, poligonhálók, görbék és felületek, valamint szilárd testek számítógépes reprezentációjával, legfontosabb algoritmusaival és ezek alkalmazásával foglalkozik. Az elméleti alapok mellett, a tudásanyag jól hasznosítható 3D-s számítógépes szoftver rendszerek fejlesztése és integrálása során, az alábbi területeken: számítógéppel segített tervezés, műszaki informatika, digitális alakzatrekonstrukció, 3D nyomtatás, virtuális valóság létrehozása.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. hét
    • Bevezetés; vektorműveletek és lineáris algebra alapismeretek; implicit és parametrikus görbék elemi differenciálgeometriája
    2. hét
    • Felületek differenciálgeometriája; az implicit és parametrikus reprezentáció összehasonlítása
    • Háromszöghálók létrehozása 2D-ben: Voronoi diagram, Delaunay háromszögelés; háromszöghálók létrehozása 3D-ben nagyméretű pontfelhők alapján; implicit és parametrikus felületek háromszögelése
    3. hét
    • Háromszöghálók egyszerűsítése; progresszív háromszöghálók; normál vektorok és görbületek becslése; háromszöghálók simítása
    4. hét
    • Háromszögháló algoritmusok számítógépes implementációja (Gyakorlat)
    • A 3D_SzGA tárgy grafikus keretrendszerének bemutatása (Gyakorlat)
    5. hét
    • 3D modellezés: a ParaView és az OpenFlipper rendszerek - komplex operációk háromszöghálókkal, háromszöghálók megjelenítése és grafikus kiértékelése (Gyakorlat)
    6. hét
    • Polinomiális interpoláció; Bernstein polinomok; Bézier görbék és tulajdonságaik; egyszerű algoritmusok; Bézier felületek és tulajdonságaik;
    • B-spline görbék, csomópontok és bázisfüggvények; poláris forma; kontroll poligonok; egyszerű algoritmusok; tulajdonságok; B-spline felületek és tulajdonságaik
    7. hét
    • Interpoláló felületek: Coons (transzfinit) felületek; általános n-oldalú felület reprezentációk; Demó: Görbeháló alapú formatervezés (Sketches rendszer)
    8. hét
    • Felosztásos felületek
    • Procedurális (CSG) és kiértékelt (B-rep) reprezentáció, Euler szabály, regularizált halmazműveletek, határoló elem adatstruktúra; Demó: tömör testek parametrikus modellezése (SolidWorks rendszer)
    9. hét
    • Görbe és felület algoritmusok számítógépes implementációja I. (Gyakorlat)
    10. hét
    • Görbe és felület algoritmusok számítógépes implementációja II. (Gyakorlat)
    • 3D modellezés I: a Blender rendszer - görbék, felületek, poliéderek modellezése (Gyakorlat)
    11. hét
    • Görbe3D modellezés II: az OpenCAD rendszer - görbék, felületek, merev testek modellezése (Gyakorlat)
    12. hét
    • Algoritmusok: görbeinterpoláció; felület metszések; eltolásos (offset) felületek; lekerekítő felületek
    • A digitális alakzatrekonstrukció célja és folyamata; 3D-s méréstechnika
    13. hét
    • Egyszerű implicit görbék és felületek illesztése; 3D-s poligonhálók szegmentálása: tartománynövesztés, direkt szegmentáció, Morse szegmentáció
    14. hét 
    • Sűrű ponthalmazok közelítése szabadformájú görbék és felületek segítségével; paraméterezés, simítása.
    • Demó: Digitális alakzatrekonstrukció a gyakorlatban (Geomagic Studio rendszer); 3D nyomtatás és additív megmunkáló eljárások
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    A tantárgy oktatása öt blokkra bontható. Az első, a harmadik és az ötödik blokk (összesen 14 alkalom) elméleti ismeretek bemutatására szolgál előadások keretében. A második és a negyedik blokk (összesen 7 alkalom) gyakorlati ismeretek megszerzésére irányul: egyszerű 3D-s geometriai algoritmusok fejlesztése, valamint 3D-s modellezési feladatok végrehajtása nyitott forrású rendszerek használatával. Több ipari rendszert is demonstrálunk a 3D-s felület- és testmodellezés, valamint a digitális alakzatrekonstrukció területéről.

    10. Követelmények

    1.      A hallgatók két kisebb házi feladatot kapnak. Ezek egyszerű 3D-s modellezési feladatok, amelyeket egy letölthető interaktív, grafikus keretrendszerben kell megvalósítani, C++ nyelven.

    2.      Az érdemjegy vizsgán kerül megállapításra.

    3.      A félév során a hallgatók önálló projektekre vállalkozhatnak, amely egy  programozási feladat implementálásából és egy szemináriumi előadás megtartásából áll. Sikeres projektért megajánlott jegy jár, és a hallgató a vizsgakötelezettség alól mentesül.

    11. Pótlási lehetőségek

    Az önálló projekteket legkésőbb a 12. hét végéig kell benyújtani. A kis házi feladatok pótolhatók a pótlási héten a TVSZ szerint. 

    12. Konzultációs lehetőségek

    Hallgatói igény szerint, előre egyeztetett időpontban, elsősorban a házi feladatokkal és az önálló projektekkel kapcsolatban.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    1. G. Farin: Curves and Surfaces for Computer Aided Geometric Design, A Practical Guide, Morgan Kaufmann, 2001

    2. M. Botsch et al.: Geometric Modeling Based on Polygonal Meshes, SIGGRAPH 2007

    3. J. Hoschek, D. Lasser: Computer Aided Geometric Design, A K Peters, 1993

    4. C. M. Hoffmann: Geometric and solid modeling: an Introduction, Morgan-Kaufman, 1989

    5. T. Varady, R. R. Martin: Reverse Engineering, Chapter 26, In: Handbook of Computer Aided Geometric Design, (Eds.: G. Farin, J. Hoschek, M.-S. Kim), North Holland, 2002

    (5a. T. Varady: Introduction to 3D Digital Shape Reconstruction, in preparation)

     

    Az előadás slide-jai és a bemutatott applet-ek megtalálhatók a tárgy honlapján:

                http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312 

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra26
    Felkészülés zárthelyire---
    Házi feladat elkészítése20
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása---
    Vizsgafelkészülés32
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék

    Dr. Várady Tamás

    egyetemi tanár

    Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    Egyéb megjegyzések

    Jelen tárgy a korábbi hasonló nevű tárgyak (VIIIAV01, VIIIAV08, VIIIAV54) folyamatosan bővülő változata: (i) tágabb elméleti áttekintés, (ii) 3D-s modellezési gyakorlatok, (iii) geometriai algoritmusok implementációs  kérdései, (iv) ipari rendszerek demonstrációja. Új tematikai kiegészítés a 3D nyomtatás.