Interactive real-time three-dimensional visualisation of virtual textiles

Virtual textile databases provide a cost-efficient alternative to the use of existing hardcover sample catalogues. By taking advantage of the high performance features offered by the latest generation of programmable graphics accelerator boards, it is possible to combine photometric stereo methods with 3D visualisation methods to implement a virtual textile database. In this thesis, we investigate and combine rotation invariant texture retrieval with interactive visualisation techniques. We use a 3D surface representation that is a generic data representation that allows us to combine real-time interactive 3D visualisation methods with present day texture retrieval methods. We begin by investigating the most suitable data format for the 3D surface representation and identify relief-mapping combined with Bézier surfaces as the most suitable 3D surface representations for our needs, and go on to describe how these representation can be combined for real-time rendering. We then investigate ten different methods of implementing rotation invariant texture retrieval using feature vectors. These results show that first order statistics in the form of histogram data are very effective for discriminating colour albedo information, while rotation invariant gradient maps are effective for distinguishing between different types of micro-geometry using either first or second order statistics.Engineering and physical Sciences Research (EPSRC

Development of a mixed reality application to perform feasibility studies on new robotic use cases

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia e Gestão IndustrialManufacturing companies are trying to affirm their position in the market by introducing new concepts and processes to their production systems. For this purpose, new technologies must be employed to ensure better performance and quality of their processes. Robotics has evolved a lot in the past years, creating new hardware and software technologies to answer the increasing demands of the markets. Collaborative robots are seen as one of the emerging and most promising technologies to answer industry 4.0 necessities. However, the expertise needed to implement these robots is not often found in small and medium-sized enterprises that represent a large share of the existing manufacturing companies. At the same time, mixed reality represents a new and immersive way to test new processes without physically deploying them. To tackle this problem, a mixed reality application is developed from top to bottom, aiming to facilitate the research and feasibility studies of new robotic use cases in the pre-study implementation phase. This application serves as a proof-of-concept, and it is not developed for the end user. First, the application's requirements are set to answer the manufacturing companies’ needs, providing two testing robots, an intuitive robot placement method, a trajectory modeling and parameterization system, and a result framework. Then the development of the application’s functionalities is explained, answering the requirements previously established. A collision detection system was defined and developed to perceive self and environmental collisions. Furthermore, a novel process to configure the robot based on imitation learning was developed. In the end, a painting tool was integrated into the robot's 3D model and used for a use-case study of a painting task. Then, the results were registered, and the application was accessed according to the non-functional requirements. Finally, a qualitative analysis was made to evaluate the fields where this new concept can help manufacturing companies improve the implementation success of new robotic applications.As empresas de manufatura estão a tentar afirmar sua posição no mercado introduzindo novos conceitos e processos nos seus sistemas de produção. Para isso, novas tecnologias devem ser empregues para garantir um melhor desempenho e qualidade dos seus processos. O campo da robótica evoluiu bastante nos últimos anos, criando novas tecnologias de hardware e software para atender à crescente procura dos mercados. Neste sentido, os robots colaborativos surgem como uma das tecnologias mais promissoras para atender às necessidades da indústria 4.0. No entanto, o conhecimento necessário para implementar este tipo de robots não é frequentemente encontrado em pequenas e médias empresas que representam grande parte das empresas de manufatura existentes. Ao mesmo tempo, a realidade mista representa uma maneira nova e imersiva de testar novos processos sem implementá-los fisicamente. Para fazer face ao problema, uma aplicação de realidade mista é desenvolvida com o objetivo de facilitar a pesquisa e realização de estudos de viabilidade de novos casos de uso de robótica na fase de pré-estudo da sua implementação. A aplicação serve como prova de conceito e não é desenvolvida para o utilizador final. Primeiramente, os requisitos da aplicação são definidos de acordo com as necessidades das empresas de manufatura, sendo fornecidos dois robots de teste, um método intuitivo de posicionamento, um sistema de modelagem e parametrização de trajetórias e uma estrutura de resultados. Em seguida é apresentado o processo de desenvolvimento das funcionalidades da aplicação, tendo em conta os requisitos previamente estabelecidos. Um sistema de deteção de colisões foi pensado e desenvolvido para localizar e representar colisões do robot com a sua própria estrutura física e com o ambiente real. Além disso, foi desenvolvido um novo processo para definir a pose inicial do robot baseado na aprendizagem por imitação. No final, uma ferramenta de pintura foi desenvolvida e integrada no modelo 3D do robot com o objetivo de estudar o desempenho da aplicação numa tarefa de pintura. Em seguida, os resultados foram registados e a aplicação avaliada de acordo com os requisitos não funcionais. Por fim, foi realizada uma análise qualitativa para avaliar os campos em que este novo conceito pode ajudar as empresas de manufatura a melhorar o sucesso da implementação de novas aplicações robóticas