ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra speciální geodézie

Ing. Bronislav Koska

OPTOELEKTRONICKÉ METODY 3D ZAMĚŘENÍ POVRCHŮ PŘEDMĚTŮ OPTOELECTRONIC METHODS OF 3D MEASURING SURFACES OF OBJECTS

Doktorský studijní program: GEODÉZIE A KARTOGRAFIE Studijní obor: Geodézie a kartografie

Teze disertace k získání akademického titulu „ doktor“, ve zkratce Ph.D.

Praha, září 2009

Disertační práce byla vypracována v kombinované formě doktorského studia na katedře speciální geodézie Fakulty stavební ČVUT v Praze Uchazeč: Ing. Bronislav Koska Katedra speciální geodézie Fakulta stavební ČVUT v Praze Thákurova 7, Praha 6 Školitel: prof. Ing. Jiří Pospíšil, CSc. Katedra speciální geodézie Fakulta stavební ČVUT Thákurova 7, Praha 6

Oponenti:

Teze byly rozeslány dne: ................................. Obhajoba disertace se koná dne v ................. hod. před komisí pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru Geodézie a kartografie v zasedací místnosti č. Fakulty stavební v Praze S disertací je možno se seznámit na děkanátě Fakulty stavební ČVUT V Praze na oddělení pro vědeckou a výzkumnou činnost, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, místnost C106

předseda komise pro obhajobu disertační práce ve studijním oboru Geodézie a kartografie Fakulta stavební ČVUT v Praze Thákurova 7, 166 29 Praha 6

OBSAH 1

ÚVOD ......................................................................................................................................................................... 2

2

CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE................................................................................................................................... 3

3

SOUČASNÝ STAV ................................................................................................................................................... 3 3.1 3.2 3.3 3.4

4

SOUČASNÝ STAV V OBLASTI ZÁKLADNOVÝCH SKENOVACÍCH SYSTÉMŮ ............................................................... 3 SOUČASNÝ STAV ORTOGONÁLNÍHO PROKLÁDÁNÍ ................................................................................................. 5 ALLTRAN .............................................................................................................................................................. 5 DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................... 6

METODY ŘEŠENÍ ................................................................................................................................................... 6 4.1 LORS41................................................................................................................................................................ 6 4.1.1 Princip.................................................................................................................................................. 6 4.1.2 Řešení ................................................................................................................................................... 6 4.1.3 Výpočet parametrů roviny v libovolné poloze točny............................................................................. 7 4.2 SPATFIG ................................................................................................................................................................ 8 4.3 ALLTRAN .............................................................................................................................................................. 8 4.4 DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................... 9

5

VÝSLEDKY............................................................................................................................................................... 9 5.1 LORS41................................................................................................................................................................ 9 5.1.1 Hardwarové řešení ............................................................................................................................... 9 5.1.2 Softwarové řešení ................................................................................................................................. 9 5.1.2.1 5.1.2.2 5.1.2.3 5.1.2.4

Kalibrace .......................................................................................................................................................9 Teoretické řešení .........................................................................................................................................10 LORS41 – Scanning....................................................................................................................................10 LORS41 – Processing .................................................................................................................................10

5.1.3 Provedené experimenty ...................................................................................................................... 11 5.1.4 Testování přesnosti............................................................................................................................. 11 5.1.5 Budoucí vývoj ..................................................................................................................................... 12 5.2 SPATFIG .............................................................................................................................................................. 12 5.3 ALLTRAN ............................................................................................................................................................ 13 5.4 DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................. 14 5.4.1 Aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii .................................................. 14 5.4.2 Ostatní projekty .................................................................................................................................. 14 6

NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VLASTNÍ PŘÍNOSY V BODECH...................................................................................... 15 6.1 6.2 6.3 6.4

LORS.................................................................................................................................................................. 15 SPATFIG .............................................................................................................................................................. 15 ALLTRAN ............................................................................................................................................................ 15 DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................. 15

7

ZÁVĚR ..................................................................................................................................................................... 16

8

ŘEŠENÉ GRANTY A VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY.................................................................................................. 17 8.1 GRANTOVÁ AGENTURA ČESKÉ REPUBLIKY ......................................................................................................... 17 8.2 INTERNÍ GRANTOVÁ SOUTĚŽ ČVUT.................................................................................................................... 17 8.3 VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY A OSTATNÍ PROJEKTY ......................................................................................................... 17

9

LITERATURA POUŽITÁ V TEZI ....................................................................................................................... 18

10 VLASTNÍ PUBLIKACE......................................................................................................................................... 19 10.1 CITACE V ZAHRANIČNÍCH PUBLIKACÍCH.............................................................................................................. 22 11 SUMMARY.............................................................................................................................................................. 24

1

1 ÚVOD

1

ÚVOD

Technologie prostorového skenování je revoluční v několika ohledech. Nejedná se pouze o vysokou rychlost sběru dat a automatizaci tohoto procesu, kde je v geodézii srovnatelná snad jen technologie dálkového průzkumu země nebo fotogrammetrie. Jedná se zejména o bezprecedentně širokou oblast využití a rozmanitost principů i funkčního rozsahu přístrojového vybavení. Z hlediska přístrojového vybavení existují komerční přístroje pro skenování předmětů rozměrů a detailnosti v řádu mikrometrů určené například ke kontrole tištěných spojů až po letecké skenování ze vzdálenosti několika kilometrů k určení digitálního modelu terénu velkých území. To co spojuje tyto rozsahově a přístrojově diametrálně rozdílné aplikace je výstupní produkt měření v podobě prostorového mračna bodů a podobnost jeho zpracování. Existuje celá řada principů prostorového skenování s typickým nasazením v určitém funkčním rozsahu. Jmenujme nejzákladnější, kterými se zabývám v této práci. Jsou to polární skenovací systémy s funkčním rozsahem od jednotek metrů po několik kilometrů a systémy základnové, které fungují na triangulačním principu a jejichž funkční rozsah je standardně od jednotek centimetrů do desítek metrů. Existuje mnoho variant základnových skenovacích systémů. Další principy jsou použitelné pro řádově menší funkční rozsahy a pro ilustraci jmenujme skenování na základě zaostřování (například mikroskopu). Velkému funkčnímu rozsahu (10-6 až 103 metru) odpovídá velmi široký rozsah aplikační. V oboru geodézie jsou komerčně nejúspěšnější aplikace srovnání skutečného stavu podzemních liniových staveb s projektem, kontrola objemu zemních prací, určování digitálního modelu terénu velkých území leteckým laserovým skenováním, zaměřování složitých průmyslových objektů a zaměřování komplexních zejména historických fasád budov. Dále v geodézii existují aplikace, ve kterých je prostorové skenování používáno zatím omezeně, ale které mají velký potenciál se v budoucnu významně prosadit. Z jiných oborů jmenujme například strojírenství a stavitelství, kde prostorové skenování slouží k získávání podkladu, ve formě trojúhelníkových 3D modelů, pro statické výpočty nebo speciálně ve strojírenství je možné použít 3D model k výrobě funkční kopie na 3D tiskárně tzv. "rapid prototyping". V archeologii je skenování používáno například k získávání 3D modelů pro dokumentaci a nekontaktní průzkum složitých artefaktů, virtuální rekonstrukce z úlomků, mapování a vizualizace již neexistujících historických budov a celých sídel nebo k tvorbě 3D kopií rapid prototypingem například pro zpřístupnění vzácných předmětů zrakově handicapovaným občanům. Dříve spíš okrajové využití ve filmovém a herním průmyslu se stává stále významnějším odvětvím. Skenují se slavní herci, tvrze, formule, závodní okruhy a další předměty. V kriminalistice se dokumentují místa činu a provádí se jejich virtuální rekonstrukce a studie. 3D modely vytvořené na základě prostorového skenování byly již například ve Velké Británii použity jako důkazní materiály u soudu. Poslední obor, ale nikoliv významem, který bych zde rád jmenoval je robotika a počítačové vidění. Zde jsou 3D skenovací systémy používány k "vidění" robotů a rozpoznávání objektů. Předložená práce se zabývá několika z mnoha aspektů prostorového skenování. V první části se věnuji popisu hardwarového a softwarového řešení finančně nenákladného, ale přesného, 3D skenovacího systému LORS, dále návrhu vyspělejšího systému FOS3D a návrhu maximálně automatizovaného pracovního postupu tvorby finálního modelu založeného na volně dostupném softwaru. V druhé a třetí části se zabývám vlastním softwarovým řešením několika z častých úloh v procesu vyhodnocení dat z 3D skenerů. Jedná se o ortogonální prokládání obecných geometrických útvarů realizované v knihovně Spatfig a dále o transformace používané v základnových 2

2 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE skenovacích systémech nebo k vyhodnocení mračen bodů, které jsou realizované v knihovně Alltran. V poslední části se věnuji výsledkům zkušebních aplikací 3D skenovacích systémů v různých náročných úkolech, kde řešení jinou technologií buď nebylo výhodné, anebo nebylo vůbec možné. Vždy je provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a analýzou aposteriorních odchylek.

2

CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE

Prvním a původním cílem mé práce bylo vytvoření prototypu 3D skenovacího systému, který začal vznikat v rámci grantového projektu GA ČR 103/02/0357 "Moderní optoelektronické metody topografie ploch". Základní koncepce i první hardwarové komponenty byly při mém zapojení do projektu již navrženy. V původním konceptu bylo finálním výstupem ze systému mračno bodů. Při řešení tohoto cíle se vyskytly problémy, které vedly ke stanovení dalších cílů. Podrobné zdůvodnění tohoto kroku je uvedeno v disertační práci.

Cíle disertační práce v bodech: 1. Vytvoření prototypu a otestování 3D skenovacího systému. 2. Navržení a naprogramování softwarového řešení ortogonálního prokládání, které splňuje naše požadavky, minimálně pro geometrické útvary nutné k řešení 3D skenovacího systému LORS a obsažené v normě [5], lépe pro libovolné geometrické útvary zadané implicitní nebo parametrickou funkcí. Základní požadavky jsou: Znalost použitého algoritmu, možnost použití kovarianční matice vstupních bodů, možnost získání kovarianční matice výstupních parametrů, možnost dávkového řešení pro potřeby testování. 3. Navržení a naprogramování softwarového řešení pro transformace minimálně v rozsahu nutném k řešení a testování výstupů prvního cíle a se snadnou implementací nových transformací. 4. Řešení dílčích cílů v rámci výzkumných projektů řešených mým školitelem [#1], [#2], [#3] a [#7].

3

SOUČASNÝ STAV

Pro práci bylo stanoveno několik cílů, které spolu sice úzce souvisejí a spadají do oblasti 3D skenování, ale jejich spojení v jediný a vyvážený souhrn skutečného stavu by vedl k příliš obsáhlé studii. Proto byl v práci současný stav rozdělen do řešených kapitol.

3.1 Současný stav v oblasti základnových skenovacích systémů V současné době je nabídka hardwaru v základnových skenovacích systémech velmi bohatá a nepřehledná. Na internetu je možné najít stovky různých systémů. Nejúplnější a nejaktuálnější jsou různé webové přehledy jako například www.3dlinks.com (odkaz "3D Hardware" → "3D Scanners") nebo www.simple3d.com. Poznámka: V oblasti polárních skenovacích systémů použitelných ve stavebnictví existuje na globálním trhu pouze několik málo výrobců a modelů a skupina laserového skenování na Katedře speciální geodézie jejich nabídku průběžně sleduje a dokumentuje, viz např. publikace [*36]. Opravdu vyčerpávající a aktuální přehled současného stavu z hlediska principů a aplikací jsem nalezl v článku [10]. Z důvodu svého zaměření (program Geodézie a kartografie) se ve své práci věnuji zejména systémům založeným na technologiích s nejpřesnějšími výstupy a současně aplikovatelných 3

3 SOUČASNÝ STAV zejména v oborech s mým zaměřením tradičně spojenými jako je archeologie, památková péče a strojírenství. Jedná se o technologie laserové triangulace, strukturovaného světla a fotogrammetrie. Technologie laserové triangulace je detailně vysvětlena při popisu systému LORS41, který ji používá, technologie strukturovaného světla v kapitole popisující nově navržený systém FOS3D a klasickou fotogrammetrii je možné najít jednak [9] a [8], ale moderní přístupy lépe v [11] a [13]. Dále je v práci popsáno několik nejrozšířenějších a nejznámějších základnových 3D skenovacích systémů (posouzeno subjektivně na základě citací v odborných publikacích i dalších médiích). S některými z nich jsem měl možnost se osobně seznámit a použít je pro praktická měření. V tezi jsou pouze vyjmenovány (v závorkách je uveden výrobce): Handyscan EXAscan (Creaform), Konica Minolta VI-9 (Konica Minolta), NextEngine, GOM Atos (GOM), FlexScan3D (3D3 Solution) a David – Laserscanner. Poznámka: U každého jmenovaného systému jsou v disertační práci uvedeny informace o principu fungování. Tyto informace jsou neověřené, neboť výrobci je z konkurenčních důvodů tají a jsou založeny na zkušenosti a hloubce poznání dané problematiky autorem této práce.

Obr. 1 – Kopie sousoší Svaté Ludmily na Karlově mostě a sousoší v bodové fázi zaměřené systémem EXAscan autorem této práce Dále je v práci stručněji zpracován i stav v oblasti softwaru na zpracování naměřených dat. Poznámka: Autor práce ani jeho kolegové doposud nezaregistrovali žádnou publikaci, která by podrobně srovnávala na trhu dostupné softwary pro zpracování mračen bodů a sítí. Vznik takové publikace je velmi problematický, protože použitelných softwarových produktů jsou desítky, jejich cena se pohybuje v řádu desítek až stovek tisíc korun a jimi používané algoritmy jsou z konkurenčních důvodů utajovány. Není pravděpodobné, že by jedno pracoviště nakoupilo desítky softwarů a provedlo jejich důkladné testování a porovnání. Jsou vyzdvihnuty open source projekty, které se velmi intenzivně vyvíjejí i v současné době, a které jsou mnohem vhodnější pro poznání dané problematiky. Kromě zdrojových kódů bývají k 4

3 SOUČASNÝ STAV dispozici i odkazy na vědecké práce vedoucí k implementovaným nástrojům a nové "myšlenky" bývají implementovány výrazně rychleji. V současné době je nejzajímavějším projektem software MeshLab (http://meshlab.sourceforge.net/). Jedná se o uživatelsky, ale zejména funkčně, vyspělý software, jehož vývoj v současné době aktivně probíhá (29. 4. 2009 byla po zhruba roce vydána nová verze označená 1.2.0). Software je vyvíjen v jazyce C++, používá multiplatformní framework pro uživatelské rozhraní Qt.

Obr. 2 – Model andělíčka zaměřený systémem LORS41 v prostředí MeshLabu

3.2 Současný stav ortogonálního prokládání Současný stav v algoritmech a softwarech ortogonálního prokládání byl teoreticky nejnáročnější částí předkládané práce. Na této problematice pracovalo několik skupin zejména z matematicko-fyzikálních fakult a fakult informačních technologií různých univerzit po celém světě. Z důvodu značně rozsáhlého a detailního zpracování této části ve studii disertační práce [*13] není tento text již uveden ani v disertační práci a je přiložen pouze v elektronické podobě. Nejúplnější a podle mého názoru nejlepší zpracování ortogonálního prokládání bylo publikováno v disertační práci [3], ze které jsem vycházel. Z hlediska softwaru nebylo nalezeno žádné řešení s licencí freeware ani open source, které by splňovalo naše požadavky. Existující komerční řešení nám nevyhovovaly zejména z následujících důvodů: Neznámá metoda a algoritmus výpočtu, nemožnost použití kovarianční matice vstupních bodů a výstupních parametrů, nemožnost implementace dalších geometrických útvarů, nemožnost dávkového řešení pro potřeby testování.

3.3 Alltran Pouze v tomto projektu jsem si z časových důvodů dovolil průzkum současného stavu, v některých případech, omezit pouze na program Geodézie a kartografie na Stavební fakultě ČVUT v Praze, i když původní průzkum (zejména hledání softwarového řešení) probíhal především na platformě internetu celosvětově. 5

4 METODY ŘEŠENÍ Knihovna Alltran implementuje transformace, které jsou známy, ale neznámé jsou pro některé z nich obecné metody výpočtu přibližných hodnot. Pro výpočet přibližných hodnot pro transformace souřadnic mezi kartézskými souřadnicovými systémy jsem nalezl ve skriptech Fakulty stavební, zcela chybné "řešení", které vede k řešení singulární matice. Singularita řešení je odvozena v kapitole "Singulární řešení podle skript" předložené práce. Jedná se o skripta: 1. Ingeduld, M. – Jandourek, J. – Ratiborský, J. – Blažek, R.: GEODÉZIE – Metody výpočtu a vyrovnání geodetický sítí. In: Praha: ČVUT, dotisk prvního vydání, 1993. 2. Jandourek, J. – Ratiborský, J.: GEODÉZIE VI – Způsoby vyrovnání účelových geodetických sítí v E2 a v E3. In: Praha: ČVUT, první vydání, 1995. Další řešení uvedené v publikaci [7] zase vyžaduje vyšší než nutný počet bodů a v některých ohledech se zdá zbytečně složité. Pro projektivní transformaci jsem nalezl řešení v základní knize klasické fotogrammetrie [9]. Řešení je relativně velmi komplikované a hlavně získané přibližné hodnoty nejsou v některých případech dostatečně přesné. Z hlediska softwaru byl problém najít volně dostupné nástroje i k nejjednodušším geometrickým transformacím, a pokud nějaké existovali, tak nesplňovali ani základní požadavky na operativnost použití.

3.4 Další projekty Průzkum současného stavu v dalších řešených projektech probíhal vždy celosvětově a z důvodu velkého rozsahu je přístupný pouze v příslušných publikacích uvedených pro jednotlivé projekty v kapitole 5.4 strana 14.

4

METODY ŘEŠENÍ

4.1 LORS41 4.1.1 Princip Systém je složen ze tří hardwarových komponent. Jedná se o digitální kameru, laserový modul a točnu. Laserový modul je umístěn na točně a vytváří rovinu. Snímkové souřadnice jednotlivých pixelů laserové stopy na měřeném objektu definují, při známých parametrech vnější a vnitřní orientace digitální kamery, záměrné přímky v prostoru. Parametry vnitřní orientace jsou určeny kalibrací a parametry vnější orientace jsou určeny na základě projektivní transformace. Jsou známy parametry točny (bod na ose a vektor osy). Je znám vztah mezi aktuální polohou točny a parametry laserové roviny. Prostorový bod je definován jako průsečík laserové roviny a záměrné přímky.

4.1.2 Řešení Postupnými inovacemi se dospělo k současné verzi LORS41. Řešení je možné pro přehlednost rozdělit na hardwarovou a softwarovou část. Softwarovou část je možné dále dělit na software ke kalibraci, k měření a k vyhodnocení. Vytvoření každého softwaru předcházelo řešení teoretické. Postup řešení byl následující. Byla navržena inovace v oblasti software nebo hardwaru. 6

4 METODY ŘEŠENÍ V případě hardwaru byl proveden průzkum trhu s ohledem na plánované využití. Například v případě kamery (nebo motoru) je nutnou podmínkou existence možnosti programového ovládání, což představuje existenci tzv. "software development kit" (dále SDK). Jen malá část z neprůmyslových digitálních kamer SDK obsahuje. V případě softwaru, je nutné nejprve ověřit a odvodit řešení. Není vždy dopředu zřejmé, jestli navržené teoretické řešení je skutečně matematicky řešitelné. Jako příklad bych uvedl přechod od řešení tzv. direktní lineární transformací (dále DLT) k řešení plnou projektivní transformací. DLT je matematická transformace jejíž geometrická interpretace je složitá [8]. Hlavní výhodou DLT je její lineární forma z hlediska jejich parametrů a tedy možnost jejího výpočtu bez znalosti přibližných hodnot. Naopak její významnou nevýhodou je, že její parametry nelze vypočítat pro body ležící v rovině a je zřejmé, že je jednodušší vytvořit, určit a udržovat rovinné kalibrační bodové pole než prostorové. Projektivní transformaci je možné geometricky interpretovat jako středové promítání ideální (dírkovou) kamerou. Řešení oběma metodami vede k jiným rovnicím řešení průsečíku laserové roviny a optické přímky. Největší problém této inovace je nalezení přibližných hodnot pro nelineární rovnice projektivní transformace. Původní řešení tohoto problému bylo posléze vyvinuto a publikováno v [*32] a je možné jej najít v kapitole "Původní řešení 3D resekce – získání přibližných hodnot pro projektivní transformaci" v disertační práci.

4.1.3 Výpočet parametrů roviny v libovolné poloze točny Jako příklad řešení provedeného samostatně autorem předkládané práce uvádím řešení parametrů roviny v libovolné poloze točny, které se nachází v disertační práci v kapitole stejného názvu jako tato. Jak již bylo uvedeno, rovina je zaměřena v jedné poloze točny. Úkolem je určit parametry této roviny v libovolné poloze točny. Rovina je dána rovnicí: A ⋅ X + B ⋅Y + C ⋅ Z + D = 0 ,

(1)

Jsou vhodně automaticky vypočteny tři body v této rovině v globálním (kalibračním) systému XYZ. Tyto body je ale nutné znát i v lokální rotující souřadnicové soustavě xyz. Proto byla provedena jejich transformace. Základní vztah prostorové transformace je: X i = X CR + R ⋅ xi ,

(2)

kde Xi je bod i v souřadnicové soustavě XYZ, XCR je posun, R je rotační matice a xi je bod i v lokálním souřadnicovém systému xyz. V naší situaci přepíšeme rovnici (2) na tvar:

x0i = RT ⋅ ( X 0i − X CR ) ,

(3)

R = RZ' (α1 ) ⋅ RY' (α 2 ) ⋅ RZ' (α 3 ) ,

(4)

kde:

RZ' (α 1

⎛ cos α ⎜ ) = sin α ⎜⎜ ⎝ 0

1

− sin α 1

1

cos α 1 0

0⎞

⎟ ⎟⎟ 1⎠

0 , RY' (α 2

⎛ cos α ⎜ 0 )= ⎜⎜ ⎝ − sin α

2

2

⎛ nRPx α1 = arccos ⎜ ⎜ nRPx 2 + nRPy 2 ⎝

0

sin α 2

1

0

0

cos α 2

⎞ ⎟, R ⎟⎟ ⎠

Z'

(α 3

⎛ cos α ⎜ ) = sin α ⎜⎜ ⎝ 0

⎞ ⎟ , α 2 = arccos(nRPz ) , ⎟ ⎠

3

− sin α 3

3

cos α 3 0

0⎞

⎟, ⎟⎟ 1⎠ 0

(5)

(6)

kde nRP je vektor osy otáčení točny, úhel α3 je aktuální směr natočení točny, který je v okamžiku zaměření roviny nulový a index 0 u X0i a x0i znamená právě nulový α3. Výsledná transformace bodů v rovině má tvar: 7

4 METODY ŘEŠENÍ x0i = RY'T (α 2 ) ⋅ RZ'T (α1 ) ⋅ ( X 0i − X CR ) .

(7)

Pokud bude laserová rovina natočena o nějaký nenulový α3 je transformace bodů do systému XYZ definována jako: X iα3 = X CR + RZ' (α1 ) ⋅ RY' (α 2 ) ⋅ RZ' (α 3 ) ⋅ x0i .

(8)

Pokud obě transformace spojíme, získáme výsledný vztah ve tvaru: X iα3 = X CR + RZ' (α1 ) ⋅ RY' (α 2 ) ⋅ RZ' (α 3 ) ⋅ RY'T (α 2 ) ⋅ RZ'T (α1 ) ⋅ ( X 0i − X CR ) .

(9)

Nyní je již možné získat rovnici laserové roviny v dané poloze točny proložením rovnice roviny třemi transformovanými body například podle [2] vztahem: x − x1

y − y1

z − z1

x2 − x1

y2 − y1

z2 − z1 = 0 ,

x3 − x1

y3 − y1

z3 − z1

(10)

a tedy A = ( y2 − y1 ) ⋅ ( z3 − z1 ) − ( y3 − y1 ) ⋅ ( z2 − z1 ) ,

(11)

B = − [ ( x2 − x1 ) ⋅ ( z3 − z1 ) − ( x3 − x1 ) ⋅ ( z2 − z1 ) ] ,

(12)

C = ( x2 − x1 ) ⋅ ( y3 − y1 ) − ( x3 − x1 ) ⋅ ( y2 − y1 ) ,

(13)

D = − x1 ⋅ A − y1 ⋅ B − z1 ⋅ C .

(14)

4.2 Spatfig Nejprve byl proveden důkladný průzkum současného stavu v zahraniční literatuře, který byl publikován ve studii k této disertační práci [*13]. Byly vybrány metody popsané v práci [3]. Dále řešení probíhalo navržením objektové architektury knihovny, napsáním zdrojových kódů a jejím testováním. Na základě seznámení se s programovacím jazykem C++ autorem této práce během studií, obecném hodnocení tohoto programovacího jazyka jako výkonného pro numerické výpočty viz například aktuální verze publikace [4] v tomto jazyce a jeho minimální závislosti na operačním systému byl zvolen tento programovací jazyk. Jako knihovna pro operace s maticemi, byla na základě již existujících zkušenosti s ní, osobní známostí s jejím autorem, která umožňuje pružné konzultace a řešení problémů, a vhodné licenci GNU GPL [1] zvolena knihovna MatVec, která je modulem projektu GNU Gama viz [6].

4.3 Alltran Softwarové řešení probíhalo velmi podobně jako u projektu Spatfig. Z důvodu větší různorodosti implementovaných transformací, bylo nutné samostatně vyřešit několik teoretických problémů. Jednalo se o řešení přibližných hodnot pro transformace kartézských souřadnic v prostoru, které je v jediném výskytu ve skriptech programu Geodézie a kartografie na Fakultě stavební uvedeno chybně a v publikaci [7] není uvedeno řešení pro dostačující tři body, nebo již zmíněné "původní řešení 3D resekce".

8

5 VÝSLEDKY

4.4 Další projekty Jedná se zejména o projekty aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii. Byly řešeny speciální aplikace, kde řešení jinou technologií buď není výhodné, anebo není vůbec možné. V těchto projektech byl postup řešení následující. Nejprve byl proveden průzkum současných metod řešení dané problematiky. Dále byl navrhnut způsob řešení s využitím technologie laserového skenování. Vždy následoval praktický experiment v laboratorních a/nebo reálných podmínkách. Bylo provedeno vyhodnocení naměřených dat. Vždy bylo provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a analýzou aposteriorních odchylek.

5

VÝSLEDKY

5.1 LORS41 Byl vytvořen a otestován laserový skenovací systém LORS41, který je v aktuální konfiguraci určen k měření objektů rozměrů až 1.3 x 0.9 x 1.0 metru (šířka, výška, hloubka). Systém se skládá z hardwarových a softwarových komponent.

5.1.1 Hardwarové řešení Systém tvoří pevná metrová základna. Na jednom konci základny je upevněna točna, s pevně uchyceným laserovým modulem. Na druhém konci je umístěna digitální kamera. Systém je koncipován na skenování ve vzdálenosti přibližně dva metry od základny a proto je kamera stočena ke středu základny viz obrázek níže.

Obr. 3 – Systém LORS41

Konkrétní hardwarové složky jsou: Digitální kamera Canon E350D s objektivem Sigma 18–50 mm F3.5–5.6 DC v krajní širokoúhlé poloze, točna ovládaná krokovým motorem Microcon SX231012 s řídící deskou CD30M (čip M1486B) a šnekovou převodovkou TOS Znojmo MRTK30A s převodovým poměrem 60:1 a laserový modul DPGL-3005L-45 (výkon 5 mW, vlnová délka 532 nm) s clonou. Konkrétní složky můžou být nahrazeny obdobnými.

5.1.2 Softwarové řešení 5.1.2.1 Kalibrace Kalibrací systému je myšleno určení všech parametrů systému nutných pro měření a zahrnuje metody, postupy, pomůcky, algoritmy a programy. 9

5 VÝSLEDKY Zejména se jedná o parametry prostorové konfigurace systému, kdy je v jednom souřadnicovém systému nutné určit pozici všech komponent systému (kamera, točna, rovina). Souřadnice všech bodů nutných pro kalibraci systému byly určeny metodou prostorového protínání z úhlů totální stanici Topcon GPT 2006 (směrodatná odchylka ve směru 0.0020 gon). Směrodatná odchylka ve vzájemné poloze takto určených bodů byla vypočtena na základě zákona hromadění směrodatných odchylek a je přibližně 0.08 mm. Pro určení polohy laserové roviny, vektoru osy točny a bodu na ose točny byla použita knihovna Spatfig. Pro určení vnější orientace a s ní spojené transformace byly použity objekty knihovny Alltran.

5.1.2.2 Teoretické řešení Hlavní části jsou řešení rovnice roviny v libovolné poloze točny, popsané v kapitole 4.1.3, a "průsečík záměrné přímky a roviny" popsaný ve stejnojmenné kapitole disertační práce.

5.1.2.3 LORS41 – Scanning Program LORS41 – Scanning je jednoduchý program, který řídí digitální kameru a krokový motor točny. Nastavuje se pouze interaktivně pravý a levý okraj skenování a velikost kroku točny v gonech. Před najetím laseru do oblasti skenování se provede referenční snímek a poté systém již automaticky provede měření.

5.1.2.4 LORS41 – Processing Pro vyhodnocení je použit program nazvaný LORS41 – Processing. Program umožňuje provést veškeré nutné operace pro získání výsledných 3D souřadnic. Program je napsán v jazyce C++ ve vývojovém prostředí "Microsoft Visual C++ 2008 Express Edition". V tomto prostředí je možné kombinovat C++ společně s interpretovaným "Microsoft .NET Frameworkem".

Obr. 4 – Pracovní prostředí LORS41 – Processing

10

5 VÝSLEDKY

5.1.3 Provedené experimenty Bylo provedeno několik experimentů k ověření správné funkčnosti celého systému a srovnání s dostupnými komerčními systémy. Níže je uveden výsledek zaměření sochy barokního andělíčka. Socha byla zaměřena celkem 13–ti skeny. V první etapě bylo provedeno devět skenů. Protože socha je velmi tvarově členitá, bylo nutné provést vyhodnocení naměřených částí a zjistit, které části sochy ještě nejsou naskenovány. V druhé etapě bylo naměřeno pět skenů. Byl vyhotoven finální model, který obsahuje po redukci přibližně 400 tisíc trojúhelníků.

Obr. 5 – Model sochy barokního andělíčka zaměřený systémem LORS41

5.1.4 Testování přesnosti Přesnost celého systému byla určena zaměřením kalibračního přípravku (relativní přesnost v malé části pracovní oblasti) a kalibračního pole (obsažena celá pracovní oblast) systémem LORS41 a jeho porovnáním s přesnými souřadnicemi shodnostní prostorovou transformací. Jako terče byly použity koule známého poloměru. Důvod a metodika této metody testování je popsán v kapitole "Použití transformací k posuzování přesnosti množin bodů" v disertační práci. Směrodatná odchylka jednotková aposteriorní pro kalibrační přípravek této transformace vyšla 0.5 mm. Směrodatná odchylka transformace pro kalibrační pole byla 0.9 milimetru. V obou případech bylo použito proložení koule se zadaným poloměrem (v knihovně Spatfig). Na základě těchto výsledků lze posuzovat celkovou přesnost systému LORS41, i když je nutné si uvědomit, že se nejedná o přesnost jednoho bodu, ale přesnost vymodelované koule z několika desítek bodů.

11

5 VÝSLEDKY

5.1.5 Budoucí vývoj Z důvodu náročnosti kalibrace systému LORS byl verzí 41 jeho vývoj ukončen. Na základě praktických zkušeností získaných při jeho vývoji a na základě studia "fotogrammetrických" metod používaných v komunitě počítačového vidění [13], [11] a [12] (fundamentální matice, epipolární geometrie, homogenní souřadnice, ...) byl navržen a detailně popsán vyspělý skenovacího systému FOS3D, který myšlenkově navazuje a v určitých ohledech zdokonaluje současné komerční systémy. Na základě zkušeností získaných při tvorbě modelů z různých 3D skenovacích systémů (Leica HSD3000, Creaform Handyscan EXAscan, Konica Minolta VI-9i, LORS, ...) a v různých softwarech (Cyclone, Geomagic, 3Dipsos, MeshLab, ...) byl navržen pracovní postup tvorby výsledného modelu s maximální mírou automatizace a maximální kvalitou výstupu postavený na volně dostupných softwarech se známými algoritmy výpočtu např. viz [14] a software MeshLab (http://meshlab.sourceforge.net/). S využitím dvou výše uvedených komponent je možné vytvořit 3D skenovací systém, který by, podle názoru předkladatele, mohl být i na vysoce konkurenčním trhu 3D skenovacích systémů komerčně úspěšný.

5.2 Spatfig Byla vytvořena a otestována knihovna tříd a funkcí Spatfig, určená k prokládání obecných geometrických útvarů v 2D (přímka, kružnice, ...) a 3D (rovina, přímka, koule, válec, kužel, ...) metodou ortogonálního prokládání v souladu s metodou nejmenších čtverců. Implementovány jsou zejména geometrické útvary, které jsou používané v oblasti terestrického laserového skenování. V knihovně jsou řešeny odhady směrodatných odchylek vyrovnaných určovaných parametrů, jejich kovarianční matice a jsou uvažovány případné kovarianční matice měření. Knihovna je napsaná v jazyce C++ a je dostupná pod všeobecnou veřejnou licencí GNU [1]. Byl vytvořen jednoduchý konzolový program pro použití této knihovny a vypracována její podrobná dokumentace. Vše je dostupné na webových stránkách předkladatele disertační práce. Byly vytvořeny metody pro parametrizaci vhodnou k vykreslení v CAD aplikaci a bylo realizováno základní propojení se systémem Microstation.

Obr. 6 – Vizualizace první a poslední iterace proložení válce mračnem bodů v systému Microstation (červeně je označen nejbližší bod na tělese od daného bodu)

Jako další výsledky je možné uvést: •

Odhaleni použití chybného algoritmu prokládání v softwaru 3Dipsos viz [*13]. 12

5 VÝSLEDKY •

Zjištění nedostatečného řešení vah v použitém algoritmu převzatém z [3] a návrh jeho nápravy.

•

Použití v projektech LORS a projektech aplikací laserového skenování v inženýrské geodézii viz kapitola 5.4.1.

Knihovna Spatfig byla jedním z hlavních výstupů grantového projektu [#2].

5.3 Alltran Byla vytvořena knihovna pro výpočet transformačního klíče a transformaci souřadnic pro různé transformace založené na metodě nejmenších čtverců. Knihovna obsahuje přibližně čtyřicet jednoduchých a dvacet složených transformací zejména z oborů geodézie a fotogrammetrie. Byla vypracována její podrobná dokumentace. Pro ilustraci je níže uveden seznam a stručný popis obsažených jednoduchých transformací: Základní typ Základní

Distorze Polynomické Přímá lineární (DLT)

TPS Projektivní

Konkrétní typ obecná afinní – lineární obecná afinní afinní podobnostní shodnostní shodnostní rovinná korekce radiálních distorzí korekce radiálních distorzí 2 korekce radiálních a tangenciálních distorzí kvadratická kubická čtvrtého stupně DLT (2D) – lineární DLT (2D) DLT (2D) s rd DLT (2D) s rd2 inverze DLT 2D s rd2 DLT 2D rd_td DLT 2D s cubic_2d Thin Plate Splines Projektivní (fixní x0, y0, f) Projektivní (fixní f) Projektivní (fixní x0, y0) Projektivní (fixní x0, y0, f) s rd2 Projektivní (fixní f) s rd Projektivní (fixní f) s rd_td Projektivní (fixní x0, y0, f) Projektivní (fixní f) Projektivní ze dvou snímků Projektivní ze dvou snímků (fixní x0, y0, f) Projektivní (fixní f) s rd Projektivní (fixní f) s rd_td Projektivní (fixní x0, y0, f, rd_td)

Označení v knihovně general_affine_linear general_affine_m affine_2d, affine_3d similarity_2d (_3d) identity_2d (_3d) identity_3d_planar rd rd2 rd_td quadratic_2d cubic_2d quartic_2d dlt_app, dlt_2d_app dlt, dlt_2d dlt_rd, dlt_2d_rd dlt_rd2, dlt_2d_rd2 inv_dlt_2d_rd2 dlt_2d_rd_td dlt_2d_cubic_2d thin_plate_spline_2d projective projective_x0y0 projective_f projective_rd2 projective_x0y0_rd projective_x0y0_rd_td projective_planar projective_planar_x0y0 projective_double_inner projective_double projective_planar_x0y0_rd projective_planar_x0y0_rd_td projective_planar_ rd_td

Dimenze multidim. multidim. 2D, 3D 2D, 3D 2D, 3D 3D 2D 2D 2D 2D 2D 2D 2D, 3D->2D 2D, 3D->2D 2D, 3D->2D 2D, 3D->2D 2D 2D 2D 2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D 3D->2D

Tab. 1 – Implementované jednoduché transformace

Knihovna je napsaná v jazyce C++ s využitím jeho objektových vlastností a je dostupná pod všeobecnou veřejnou licencí GNU viz [1]. Zdrojový kód knihovny obsahuje přibližně sedm tisíc řádků. Byly vytvořeny jednoduché konzolové programy pro použití této knihovny a pro testování vhodnosti jednotlivých transformací. 13

5 VÝSLEDKY Jako další výsledky je možné uvést: •

Návrh původního řešení 3D resekce.

•

Vyšetření optimálního postupu získání přibližných hodnot pro prostorové transformace kartézských souřadnic.

•

Navržení metodiky k posuzování přesnosti komplexních souřadnicových systémů na základě aposteriorního rozboru transformací.

5.4 Další projekty 5.4.1 Aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii Navržení metodiky, provedení praktických experimentů v laboratorních a/nebo reálných podmínkách a analýza dosažených výsledků ve speciálních aplikacích. Jsou uvedeny pouze projekty, kde se metoda terestrického laserového skenování ukázala jako výhodná alternativa ke klasickým metodám. V závorkách je uveden odhad mého podílu na řešení jednotlivých projektů. Jedná se o následující projekty (název projektu je taky názvem příslušené kapitoly disertační práce): •

Plošné monitorování dynamických deformací vrat plavební komory viz [*34] nebo [*40] (40%).

•

Zaměření jeřábové dráhy viz [*35] (20%).

•

Možnosti využití technologie laserového skenování pro měření nerovnosti povrchu vozovek viz [*37] (50%).

•

Kontrola provedení zemních prací technologií pozemního skenování viz [*39] (10%).

•

Použití technologie laserového skenování pro měření deformací viz [*25] (30%).

5.4.2 Ostatní projekty V rámci ověřování parametrů polárních laserových skenovacích systémů byla navržena a ověřena původní metoda testování úhlové přesnosti polárních skenovacích systémů s velkou možností zobecnění. Detaily je možné najít v publikaci [*17]. Na základě této publikace byl článek vyžádaný pro otištění v mezinárodním časopise GIM International [*26] (podíl předkladatele cca 30%). Byl proveden výzkum vhodných metod pro odstranění vad digitálních komor. Byla testována řada jednoduchých i složených transformací implementovaných pro tuto potřebu do knihovny Alltran. Výsledky experimentů je možné najít v publikaci [*38] (podíl předkladatele 50%). Dalším projektem bylo "Srovnání možností vyhodnocení historické fasády zaměřené laserovým skenovacím systémem nebo fotogrammetricky" viz [*18], [*27] a [*28] (podíl předkladatele cca 30%).

14

6 NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VLASTNÍ PŘÍNOSY V BODECH

6

NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VLASTNÍ PŘÍNOSY V BODECH

6.1 LORS Na vývoji se podílelo více autorů, a můj podíl na řešení jednotlivých verzí je podrobně popsán v disertační práci. Obecně platí, že můj podíl na jednotlivých vývojových verzích významně rostl a v práci popsaná verze LORS41 je již téměř výhradně mým dílem. Jsem autorem následujících konkrétních prvků a inovací, které jsou podrobně popsány v práci: •

Použití počítačově řízeného krokového motoru a digitální kamery (standardní zrcadlovky) s programově řízeným nekontinuálním snímkováním.

•

Konfigurace systému na pevné základně a z toho plynoucí řešení rotace roviny v obecné poloze v prostoru kolem obecně umístěné osy.

•

Použití projektivní transformace místo původně používané direktní lineární transformace, což umožnilo použití stabilnějšího rovinného kalibračního pole místo kalibrační klece.

•

Vytvoření programu pro měření (automatické programové řízení krokového motoru a digitální kamery) a softwaru pro automatické vyhodnocení naměřených dat.

•

Vytvoření programů potřebných pro kalibraci s použitím projektů Spatfig a Alltran.

•

Návrh vyspělého skenovacího systému FOS3D.

6.2 Spatfig •

Důkladný průzkum současného stavu vývoje v celosvětovém měřítku a výběr nejvhodnějšího řešení viz [*13].

•

Naprogramování zdrojového kódu knihovny Spatfig s využitím objektových vlastností jazyka C++. Zdrojový kód obsahuje přibližně čtyři tisíce řádků.

•

Vypracování podrobné dokumentace knihovny Spatfig.

•

Vytvoření funkcí pro parametrizaci geometrických útvarů vhodnou k vykreslení v CAD aplikaci a realizace základního propojení se systémem Microstation.

•

Odhalení použití chybného algoritmu prokládání v softwaru 3Dipsos viz [*13], zjištění nedostatečného řešení vah v použitém algoritmu převzatém z [3] a návrh jeho nápravy.

6.3 Alltran •

Návrh původního řešení 3D resekce (ve spolupráci s Ing. J. Řezníčkem).

•

Vyšetření optimálního postupu získání přibližných hodnot pro prostorové transformace kartézských souřadnic.

•

Naprogramování rozsáhlého zdrojového kódu knihovny Alltran s využitím objektových vlastností jazyka C++. Zdrojový kód obsahuje přibližně sedm tisíc řádků.

•

Vypracování podrobné dokumentace knihovny Alltran.

6.4 Další projekty Tyto projekty vznikaly ve spolupráci s kolegy z domovské Katedry speciální geodézie, jiných kateder, ale i jiných vysokých škol a firem (Control System International). Vždy se jednalo o původní metodu řešení daného problému. Konkrétní přínosy je možné najít v publikacích uvedených v kapitole 5.4 strana 14. Ve stejné kapitole je možné najít i odhad mého podílu na nich. 15

7 ZÁVĚR

7

ZÁVĚR

Prostorové skenování zahrnuje velmi širokou problematiku jak konstrukčně tak zejména aplikačně. Stručné shrnutí několika nejvýznamnějších aplikací bylo zařazeno do úvodu. Práce samotná se zabývá pouze několika konkrétními aspekty z této problematiky, které byly stanoveny v kapitole 2 "Cíle disertační práce". Prvním cílem práce bylo vyvinutí nenákladného, ale přesného, základnového 3D skenovacího systému zejména pro testovací účely. Nejprve je podrobně popsán současný stav v této oblasti. Z důvodu bohatých aplikačních možností tohoto typu systémů je nabídka na globálním trhu velmi bohatá až nepřehledná. Problémem průzkumu současného stavu je taky velmi vysoká cena některých systémů. Protože se v této oblasti pohybuji již delší dobu a spolupracuji s řadou podobně zaměřených odborníků, měl jsem možnost několik z nejvýznamnějších systémů osobně vyzkoušet a otestovat. Díky tomu mohu posoudit vlastnosti námi vyvinutého systému porovnáním s nejlepšími komerčně dostupnými systémy. Dále je v práci podrobně popsáno hardwarové a softwarové řešení poslední verze systému označené LORS41. Jsou uvedeny ukázky modelů vytvořených tímto systémem a je prezentováno testování přesnosti. Uvedené výsledky deklarují kvality a praktickou použitelnost systému. Jeho hlavní nevýhodou je náročná kalibrace. Díky rozsáhlým zkušenostem získaným při vývoji systému LORS a při práci s jinými komerčními systémy byl navržen a podrobně popsán nový systém označený FOS3D, který náročnost kalibrace významně snížil. Při návrhu systému FOS3D bylo, na rozdíl o LORSu, řešeno i softwarové řešení zpracování získaných dat do podoby 3D modelu, které je založené na volně dostupném softwaru. V závěru kapitoly "Vývoj skenovacího systému LORS" v disertační práci je shrnut vlastní přínos předkladatele. Jedná se zejména o významně rostoucí podíl v pozdějších verzích vývoje systému LORS. Jsou uvedeny konkrétní softwarové i hardwarové řešení a inovace navržené a realizované předkladatelem. Druhým cílem bylo vytvoření knihovny k ortogonálnímu prokládání. Tento požadavek vznikl z počátku na základě potřeb při vývoji systému LORS, ale později došlo k jeho zobecnění. Po rozsáhlém průzkumu současného stavu v této oblasti prezentovaném ve studii [*13] byla vybrána metoda popsaná v publikaci [3]. Byla naprogramována, otestována a dokumentována knihovna Spatfig. Knihovna byla a je používána v projektu LORS a v řadě dalších projektů řešených v rámci Laboratoře laserového skenování. Třetím cílem bylo vytvoření softwarového nástroje k řešení geometrických transformací potřebných při provozu, kalibraci a testování systému LORS. Zadání bylo později zobecněno na knihovnu se snadným zavedením, použitím a řetězením transformací založených na metodě nejmenších čtverců. Byly řešeny různé varianty fotogrammetrických transformací založených na projektivní transformaci. Konkrétně se jedná o projektivní, direktní lineární a kolineární transformaci, dále základní geometrické transformace kartézských systémů a řadu dalších. Vytvořené nástroje byly použity ve výzkumu vhodných metod k odstranění vad digitálních kamer. Některé aspekty zaváděných transformací nebyly známy a musely být řešeny předkladatelem. Jedná se například o původní metodu řešení 3D resekce. Byla naprogramována, otestována a dokumentována knihovna Alltran. Konkrétní přínosy překladatele jsou uvedeny v závěru kapitoly. V kapitole "Další projekty" se věnuji rozsahem, nikoli významem, menším projektům, které vznikali převážně ve spolupráci členů Laboratoře laserového skenování většinou jako součást řešení různých grantových projektů a výzkumných záměrů. Z důvodu již tak značného rozsahu disertační práce jsou tyto projekty jen stručně představeny a je uveden odkaz na publikaci s podrobným popisem. První část "Aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii" je popsaná svým názvem. Jedná se zejména o experimentální aplikování 3D skenovacích systémů v různých speciálních aplikacích, kde řešení jinou technologií buď není výhodné, anebo není vůbec možné. Vždy je provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a 16

8 ŘEŠENÉ GRANTY A VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY analýzou aposteriorních odchylek. U některých aplikací je možné očekávat komerční nasazení. V druhé podkapitole jsou uvedeny ostatní zajímavé projekty, kterých jsem se zúčastnil. Zde bych vyzdvihl projekt popsaný v kapitole "Ověřování parametrů polárních laserových skenovacích systémů" disertační práce, kde byla navržena a ověřena původní metoda testování parametrů laserových skenerů s velkou možností zobecnění. Na konci kapitoly je uveden odhad mého podílu na jednotlivých projektech a příslušných publikacích. Publikace z těchto projektů patří "bodově" k mým nejhodnotnějším. Je možné konstatovat, že původní i později vytyčené cíle se podařilo naplnit. Na základě zkušeností a potřeb při řešení popsaných projektů byla stanovena řada cílů pro další vývoj. Na závěr každé kapitoly byl umístěn odstavec "Budoucí vývoj", který tyto cíle shrnuje a je stručně navrhnut způsob řešení. Z nejvýznamnějších cílů bych jmenoval nový skenovací systém FOS3D, softwarové zpracování mračen bodů s použitím volně dostupných softwarů, kde bude pravděpodobně nutné některé části vyřešit vlastními prostředky, řešení "omezených" a složených geometrických útvarů u projektu Spatfig, návrh lepší architektury knihovny Spatfig a Alltran bez použití podmínek pro vyrovnávané parametry a začlenění váženého ICP "Iterative closest point" do knihovny Alltran, což implikuje zavedení prostorových indexů.

8

ŘEŠENÉ GRANTY A VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY

Jsou uvedeny základní údaje v pořadí: název grantového projektu, číslo, hlavní řešitel, roky, v kterých jsem se na projektu podílel.

8.1 Grantová agentura České republiky [#1] Využití 3D skenerů v geodézii a památkové péči, 205/04/1398, doc. Dr. Ing. Karel Pavelka, 2005 – 2006. [#2] Zpracování a analýza produktů hromadného sběru 3D dat terestrickými skenovacími systémy, 103/06/0094, prof. Ing. Jiří Pospíšil, CSc., 2006 – 2008. Webové stránky projektu "k154.fsv.cvut.cz/~GACR_103060094/". [#3] Vliv použití progresivní techniky na urychlení technologických a měřících procesů, 103/06/0617, prof. Ing. Věra Voštová, CSc., 2007 – 2008.

8.2 Interní grantová soutěž ČVUT [#4] Testování možností využití neměřické digitální kamery pro laserový a optický rotační skener. Zkoumání metodiky posuzování přesnosti 3D skenerů, Ing. B. Koska, 2005. [#5] Prezentace výsledků vývoje laserového a optického rotačního skeneru LORS a představení veřejné knihovny tříd a funkcí Spatfig, Ing. B. Koska, 2005.

8.3 Výzkumné záměry a ostatní projekty [#6] Podzemní výukové středisko Josef, prof. Ing. Jaroslav Pacovský, CSc., 2007 – 2008. [#7] Udržitelná výstavba, MŠM 6840770005, prof. Ing. Ivan Vaníček, DrSc., 2007 – 2009. [#8] Nové možnosti pro dokumentaci a prezentování nejcennějších památek dědictví národa pomocí technologie 3D scanování, Ing. Martin Dvořák, 2008 – 2009. Stránky projektu "http://www.3d-pamatky.com/". Dokument v pořadu České televize Planeta věda "http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/208411058200042-planeta-veda/" a zkrácená verze v hlavním zpravodajství "http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/208411000101226udalosti/?index%5B%5D=69177".

17

9 LITERATURA POUŽITÁ V TEZI

9

LITERATURA POUŽITÁ V TEZI

[1]

GNU General Public Licence [online]. Verze 2, červen 1991 [cit. 11.11.2005] .

[2]

Rektorys, K. a spolupracovníci: Přehled užité matematiky I (a druhý díl Přehled užité matematiky II). Sedmé vydání: Nakladatelství Prometheus, 1995.

[3]

Ahn, S. J.: Least Squares Orthogonal Distance Fitting of Curves and Surfaces in Space. In: Lecture Notes in Computer Science, vol. 3151, p. 1-125, doctoral thesis, 2004.

[4]

Press, W. H. – Teukolsky, S. A. – Vetterling, W. T. – Flandery, B. P.: Numerical Recipes in C – The Art of Scientific Computing – Second Edition. Cambridge University Press, 1992.

[5]

ISO 13060-6: Geometrical Product Specifications (GPS) – Acceptance and reverification test for coordinate measuring machines (CMM) – Part 6: Estimation of errors in computing Gaussian associated features. In: Standard ISO 10360-6, Geneva, Switzerland, 2001.

[6]

Čepek, A.: MatVec – C++ matrix/vector template library. Software, modul projektu GNU Gama. .

[7]

Pavelka, K. – Štroner, M.: Lineární prostorová transformace. In: Geodetický a kartografický obzor. Roč. 47, č. 5, s. 93-116., ISSN 0016-7096, 2001.

[8]

Pavelka, K.: Fotogrammetrie 10. 2. vyd. Praha: ČVUT, 191 s., ISBN 80-01-02649-3, 2002.

[9]

Kraus, K.: Photogrammetry Volume 2 - Advanced Methods and Applications. Duemmler/Bonn, Germany, 4th edition, ISBN 3-427-78694-3, 1993.

[10] Sansoni, G. – Trebeschi, M. – Docchio, F.: State-of-The-Art and Applications of 3D Imaging Sensors in Industry, Cultural Heritage, Medicine, and Criminal Investigation. In: Sensors, č. 9, s. 568-601, 2009. [11] Hartley, R. – Zisserman, A.: Multiple View Geometry in Computer Vision. Cambridge University Press, 2000. [12] Šonka, M. – Hlaváč, V. – Boyle, R.: Image processing, analysis and machine vision. 2nd ed., PWS, Boston, 1998. [13] Pollefeys, M.: Visual 3D Modeling from Images. Tutorial notes. [14] Curless, B.: New Methods for Surface Reconstruction from Range Images. Doctoral thesis, 1997.

18

10 VLASTNÍ PUBLIKACE

10 VLASTNÍ PUBLIKACE Všechny níže uvedené publikace jsou v plném rozsahu dostupné na webových stránkách předkladatele "k154.fsv.cvut.cz/~koska/" a na přiloženém CD. V případě více autorů je v závorce uveden podíl předkladatele podle VVVS (databáze publikací ČVUT v Praze www.vvvs.cvut.cz). [*1] Koska, B.: Měřická fotodokumentace objektu metodou průsekové fotogrammetrie včetně vizualizace a animace. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, Katedra mapování a kartografie, díl 1, s. 24-31, ISBN 80-01-02832-1, 2003. [*2] Koska, B. – Štroner, M. - Pospíšil, J.: Algoritmus určování rovnice roviny pro laserové skenování. In: Stavební obzor. Ročník 12, č. 10, s. 309-313, ISSN 1210-4027, 2003. (34%) [*3] Koska, B.: Laserový a optický rotační skener. In: Juniorstav 2004 [CD-ROM]. Brno: VUT Brno, Fakulta stavební, ISBN 80-214-2560-1, 2004. [*4] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Algoritmus určování rovnice obecné roviny pro laserové skenování včetně rozborů přesnosti. In: Stavební obzor. Ročník 13, č. 2, s. 55-60, ISSN 1210-4027, 2004. (34%) [*5] Koska, B. – Kašpar, M. – Pospíšil, J. – Štroner, M. – Křemen, T.: Development of Rotation Scanner, Testing of Laser Scanners. In: INGEO 2004 [CD-ROM]. Bratislava: Slovak University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ISBN 87-90907-34-5, 2004. (English) (20%) [*6] Koska, B.: Veřejná knihovna tříd a funkcí SPATFIG a její aplikace. In: Proceedings of Juniorstav 2005. Brno: VUT Brno, Fakulta stavební, díl 9, s. 235-239, ISBN 80-214-2833-3, 2005. [*7] Koska, B.: Odhad přesnosti rotačního laserového skeneru a optimalizace jeho konfigurace. In: Geodetický a kartografický obzor. Ročník. 51, č. 2, s. 27-39, ISSN 0016-7096, 2005. [*8] Koska, B.: Testing Possibilities of Using a Standard Digital Camera at Laser and Optic Rotating Scanner. Investigating Method to Evaluate Accuracy of 3D Scanning Systems. In: Proceedings of Workshop 2005. Prague: CTU, p. 996-997, ISBN 80-01-03201-9, 2005. (English) [*9] Pospíšil, J. – Štroner, M. – Koska, B. – Křemen, T. – Kašpar, M.: Development of the Laserscanner, Testing of the Influence of the Materials and the Configuration. In: Proceedings of Workshop 2005. Prague: CTU, p. 988-989, ISBN 80-01-03201-9, 2005. (English) (20%) [*10] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Laserový skenovací systém LORS - vývoj a ověřování přesnosti. In: Stavební obzor. Ročník 14, č. 4, s. 123-126, ISSN 1210-4027, 2005. (34%) [*11] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: The Result Presentation of the Development of Laser and Optic Rotating Scanner LORS and Introduction of Public Library of Classes and Functions SPATFIG. In: Optical 3-D Measurement Techniques. Wien: Vienna University of Technology, vol. 1, p. 63-73, ISBN 3-9501492-2-8, 2005. (English) (50%) [*12] Koska, B.: Veřejná knihovna tříd a funkcí SPATFIG k ortogonálnímu prokládání obecných geometrických útvarů mračnem bodů. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ 2005. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, Katedra mapování a kartografie, s. 29-33, ISBN 80-0103417-8, 2005. [*13] Koska, B.: Optoelektronické metody 3D zaměření povrchů předmětů. Studie k disertační práci, 2005. 19

10 VLASTNÍ PUBLIKACE [*14] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: The Results of Development and Planned Innovations of the Laser and Optic Rotating Scanner LORS. In: Workshop 2006 [CD-ROM]. Prague: CTU, p. 768-769, ISBN 80-01-03439-9, 2006. (English) (34%) [*15] Koska, B.: Library of Classes and Functions SPATFIG under Public Licence GNU GPL. In: Workshop 2006 [CD-ROM]. Prague: CTU, p. 770-771, ISBN 80-01-03439-9, 2006. (English) [*16] Koska, B. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Innovations in the Development of Laser and Optic Rotating Scanner LORS. In: XXIII International FIG Congress. Munich, Germany, ISBN 8790907-52-3, 2006. (English) (34%) [*17] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Verification of Laser Scanning Systems Quality. In: XXIII International FIG Congress. Munich, Germany, ISBN 87-90907-52-3, 2006. (English) (33%) [*18] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J.: Srovnání možností zaměření a vyhodnocení historické fasády. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ. Praha: České vysoké učení technické v Praze, s. 11-16, ISBN 80-01-03619-7, 2006. (40%) [*19] Koska, B. – Obr, V.: Dvoukroková metoda kalibrace digitální kamery s využitím nelineárních transformací. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ. Praha: České vysoké učení technické v Praze, s. 38-41, ISBN 80-01-03619-7, 2006. (60%) [*20] Pospíšil, J. – Štroner, M. – Koska, B. – Křemen, T. - Raška, M.: Geodetické práce pro udržitelnou výstavbu. In: Udržitelná výstavba 2. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, s. 229-237, ISBN 80-01-03605-7, 2006. (20%) [*21] Pospíšil, J. – Koska, B. – Křemen, T. - Štroner, M.: Využití skenovacích systémů pro měření posunů. In: Sborník workshopu VZ Udržitelná výstavba. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, s. 154-158, ISBN 978-80-01-03977-9, 2007. (25%) [*22] Koska, B. – Obr, V.: The Two-step Method Calibration of Digital Camera Utilizing Nonlinear Transformation. In: Proceedings of Workshop 2007. Praha: ČVUT, Fakulta dopravní, vol. A, p. 18-19, ISBN 978-80-01-03667-9, 2007. (English) (60%) [*23] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Calculation Modules for PointClouder. In: Proceedings of Workshop 2007. Praha: ČVUT, Fakulta dopravní, vol. B, p. 634-635, ISBN 978-80-0103667-9, 2007. (English) (34%) [*24] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Verification of Laser Scanning Systems Quality. In: Proceedings of Workshop 2007. Praha: ČVUT, Fakulta dopravní, vol. A, p. 256-257, ISBN 978-80-01-03667-9, 2007. (English) (33%) [*25] Pospíšil, J. – Koska, B. – Křemen, T.: Using Laser Scanning Technologies for Deformation Measuring. In: Optical 3-D Measurement Techniques. Zurich: Swiss Federal Institute of Technology Zurich, vol. 2, p. 226-233, ISBN 3-906467-67-8, 2007. (English) (33%) [*26] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Leica HDS 3000 in the Lab. In: GIM International,vol. 21, no. 8, ISSN 1566-9076, 2007. (English) (33%) [*27] Haličková, J. – Chlepková, M. – Koska, B.: Porovnanie metódy laserového skenovania a digitálnej fotogrametrie pri dokumentácii historickej fasády. In: Zborník referátov zo seminára k 50. výročiu sústredenej výučby na Počúvadle. Bratislava: STU, Stavebná fakulta, Katedra geodézie, ISBN 978-80-227-2727-3, 2007. (Slovak) (33%) [*28] Koska, B. – Haličková, J. – Chlepková, M.: Posúdenie presnosti metódy laserového skenovania a digitálnej fotogrametrie pri dokumentácii historickej fasády. In:

20

10 VLASTNÍ PUBLIKACE Interdisciplinárne aplikácie fotogrametrie a geodézie. Bratislava: STU, Stavebná fakulta, Katedra geodézie, 2007. (Slovak) (33%) [*29] Štroner, M. – Koska, B.: Software na zpracování mračen bodů z laserového skenování. In: 43. Geodetické informační dny [CD-ROM]. Brno: Spolek zeměměřičů Brno, s. 94-100, ISBN 978-80-86433-42-4, 2007. (50%) [*30] Pospíšil, J. – Křemen, T. – Koska, B.: Programové možnosti zpracování prostorových dat v oblasti inženýrské geodézie. In: 43. Geodetické informační dny [CD-ROM]. Brno: Spolek zeměměřičů Brno, s. 102-114, ISBN 978-80-86433-42-4, 2007. (33%) [*31] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Laserové skenování ve speciálních průmyslových aplikacích. In: Workshop fotogrammetrie, DZP a laserového skenování. Telč: ČVUT v Praze a Společnost pro fotogrammetrii a DPZ, s. 1-15, ISBN 978-80-01-03969-4, 2007. (25%) [*32] Koska, B. – Řezníček, J.: Solving Approximate Values of Outer Orientation Parameters for Projective Transformation. In: In: Proceedings of Workshop 2008. Prague: CTU, vol. A, p. 162 - 163, ISBN 978-80-01-04016-4, 2008. (50%) [*33] Křemen, T. – Pospíšil, J. – Koska, B.: Check Execution of Earthmoving Works by an Automatically Controlled Dozer. In: Proceedings of Workshop 2008. Prague: CTU, vol. B, p. 622 - 623, ISBN 978-80-01-04016-4, 2008. (English) (20%) [*34] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Kyrinovič, P. – Haličková, J.: Monitoring of Lock Chamber Dynamic Deformation. In: Proceeding of Measuring the Changes - 13th FIG Symposium on Deformation Measurements and Analysis and 4th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC: Lisabon, 2008. (English) (40%) [*35] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J. – Kyrinovič, P. – Haličková, J. – Kopáčik, A.: Checking of Crane Rails by Terrestrial Laser Scanning Technology. In: Proceeding of Measuring the Changes - 13th FIG Symposium on Deformation Measurements and Analysis and 4th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC: Lisabon, 2008. (English) (20%) [*36] Křemen, T. – Koska, B.: Výběrový přehled: Terestrické skenovací systémy. In: Zeměměřič. Ročník 15, č. 5+6, s. 10-12, ISSN 1211-488X, 2008. (50%) [*37] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J.: Možnosti využití technologie laserového skenování pro měření nerovnosti povrchu vozovek. In: Workshop fotogrammetrie, DZP a laserového skenování a GIS. Praha: ČVUT v Praze, Fakulta stavební, s. 1-8, ISBN 978-80-01-04199-4, 2008. (50%) [*38] Koska, B. – Pospíšil, J. – Obr, V.: Eliminations of Some Defects of the Digital Cameras Used in the Laser Scanning Systems. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, Slovak University of Technology in Bratislava, p. 1-10, ISBN 978-80-227-2971-0, 2008. (English) (50%) [*39] Křemen, T. – Pospíšil, J. – Koska, B.: Laser Scanning for Checking Earth Moving Works. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, Slovak University of Technology in Bratislava, 2008, p. 1-10, ISBN 978-80-227-2971-0, 2008. (English) (20%) [*40] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Haličková, J. – Kyrinovič, P.: Monitoring Lock Chamber Dynamic Deformation. In: Civil Engineering Surveyor. Vol. 12, no. 11, p. 41-44, ISSN 0266-139X, 2008. (English) (40%) 21

10 VLASTNÍ PUBLIKACE [*41] Koska, B.: Alltran. In: Online. Autorizovaný software. Verze 1.02 (24. 4. 2009). [*42] Koska, B. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Spatfig. In: Online. Autorizovaný software. Verze 1.01 (24. 4. 2009). (80%) [*43] Koska, B. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Laserový a optický rotační skener LORS2. Prototyp. (60%)

10.1 Citace v zahraničních publikacích [*17] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Verification of Laser Scanning Systems Quality. In: XXIII International FIG Congress. Munich, Germany, ISBN 87-90907-52-3, 2006. (English) (33%) 1. Soudarissanane, S. – Lindenbergh, R. – Gorte, B.: Reducing the Error in Terrestrial Laser Scanning by Optimizing the Measurement Set-up. In: The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5. Beijing 2008, ISSN 1682-1750, s. 615-620. 2. Bucksch, A. – Lindenbergh, R. – Ree, J.: Error budget of terrestrial laserscanning: influence of the intensity remission on the scan quality. In: GeoSiberia 2007 - International Exhibition and Scientific Congress, 2007. 3. Yapo, T. – Stewart, Ch. – Radke, R.: A Probabilistic Representation of LIDAR Range Data for Efficient 3D Object Detection. S3D Workshop, Egan Convention Center in Anchorage, Alaska, 27. 6. 2008. 4. Urban, R. – Štroner, M. – Křemen, T.: The Test of Distance Accuracy Dependence on Angle of Incidence. In: Optical 3-D Measurement Techniques, Wien, 2009. [*5] Koska, B. – Kašpar, M. – Pospíšil, J. – Štroner, M. – Křemen, T.: Development of Rotation Scanner, Testing of Laser Scanners. In: INGEO 2004 [CD-ROM]. Bratislava: Slovak University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ISBN 87-90907-34-5, 2004. (English) (20%) 5. Jaszcak, P., J.: Terrestrial Laser Scanning for Landslides Deformation Monitoring. Thesis project, Institut de Geomàtica, 14.12.2006, Castelldefels, Spain. 6. Reshetyuk, Y.: Investigation and Callibration of Pulsed time-of-flight terrestrial laser scanner. Licentiate thesis in geodesy, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, 2006. 7. Čepek, A. – Pytel, J.: Collaborative Academy. In: FIG Workshop on eGovernance, Knowledge Management and eLerning, Budapešť, Hungary, 2006, s. 271-275. 8. Pavelka, K. – Řezníček, J.: 3D Documentation of Sculptures by Using Image Correlation Techniques. 24. congress ASPRS, Kuala Lumpur, 11.-16.11. 2007, s. 372-378. [*34] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Kyrinovič, P. – Haličková, J.: Monitoring of Lock Chamber Dynamic Deformation. In: Proceeding of Measuring the Changes - 13th FIG Symposium on Deformation Measurements and Analysis and 4th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC: Lisabon, 2008. (English) (40%) 9. Paffenholz, J-A. – Vennegeerts, H. – Kutterer, H.: High Frequency Terrestrial Laser Scans for Monitoring Kinematic Processes. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on

22

10 VLASTNÍ PUBLIKACE Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, SUT in Bratislava, 2008, ISBN 978-80-227-2971-0, s. 1-13. [*38] Koska, B. – Pospíšil, J. – Obr, V.: Eliminations of Some Defects of the Digital Cameras Used in the Laser Scanning Systems. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, Slovak University of Technology in Bratislava, p. 1-10, ISBN 978-80-227-2971-0, 2008. (English) (50%) 10. Urban, R. – Štroner, M.: Scanning System Bimatrik. In: Optical 3-D Measurement Techniques, Wien, 2009. [*11] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: The Result Presentation of the Development of Laser and Optic Rotating Scanner LORS and Introduction of Public Library of Classes and Functions SPATFIG. In: Optical 3-D Measurement Techniques. Wien: Vienna University of Technology, vol. 1, p. 63-73, ISBN 3-9501492-2-8, 2005. (English) (50%) 11. Čepek, A. – Pytel, J.: Collaborative Academy. In: FIG Workshop on eGovernance, Knowledge Management and eLerning, Budapešť, Hungary, 2006, s. 271-275. [*4] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Algoritmus určování rovnice obecné roviny pro laserové skenování včetně rozborů přesnosti. In: Stavební obzor. Ročník 13, č. 2, s. 55-60, ISSN 1210-4027, 2004. (34%) 12. Pavelka, K. – Řezníček, J.: New Low-Cost 3D Scanning Techniques for Cultural Heritage Documentation. In: Proceedings of the ISPRS XXI Congress [CD-ROM]. Beijing: ISPRS, 2008, vol. 8, p. 222-225, ISSN 1682-1750.

23

11 SUMMARY

11 SUMMARY Spatial scanning includes very wide knowledge field both from the construction side and especially from the application side. The thesis deals with some of many aspects of 3D scanning. In the first part the hardware and software solution of inexpensive but accurate 3D scanning system LORS is described, the new more advanced 3D scanning system FOS3D is designed and the design of maximally automated workflow of final 3D model creation based on free available software is suggested. In the second and third part my own software solutions of some common tasks in 3D data processing is presented. At first the orthogonal fitting of general geometrical figures is solved in the library Spatfig. At second the transformations used in the baseline 3D scanning systems or used for the 3D data processing are realized in the library Alltran. The last part is engaged in experimental application of 3D scanning systems in some challenging special tasks. The different solution for these tasks either is unsuitable or doesn't exist. The objective evaluation is done for all the applications by means of the comparison with different technology and a posteriori deviations analysis. The state of the art research, my own contribution and the brief suggested future development is stated for all projects.

SHRNUTÍ Prostorové skenování zahrnuje velmi širokou problematiku jak konstrukčně tak zejména aplikačně. Předložená práce se zabývá několika z mnoha aspektů prostorového skenování. V první části je popsáno hardwarové a softwarové řešení finančně nenákladného, ale přesného, 3D skenovacího systémů LORS, dále návrh vyspělejšího systému FOS3D a návrh maximálně automatizovaného pracovního postupu tvorby finálního modelu založeného na volně dostupném softwaru. V druhé a třetí části je představeno vlastní softwarové řešení několika z častých úloh v procesu vyhodnocení dat z 3D skenerů. Jedná se o ortogonální prokládání obecných geometrických útvarů realizované v knihovně Spatfig a dále o transformace používané v základnových skenovacích systémech nebo k vyhodnocení mračen bodů, které jsou realizované v knihovně Alltran. Poslední část je věnována výsledkům experimentálních aplikací 3D skenovacích systémů v různých náročných úkolech, kde řešení jinou technologií buď není výhodné, anebo není vůbec možné. Vždy je provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a analýzou aposteriorních odchylek. Ve všech projektech je uveden důkladný průzkum současného stavu, uveden vlastní přínos autora práce a stručně navržen budoucí vývoj.

24