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3D graphics solutions in biometric applications

01UDTMV

A.A. 2019/20

Course Language

Italian

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Biomedical Engineering - Torino

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01UDTOV

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 21
Esercitazioni in laboratorio 39
Tutoraggio 21
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Sanna Andrea Professore Associato ING-INF/05 7.5 0 0 0 1
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/15
ING-INF/05
4
2
D - A scelta dello studente
D - A scelta dello studente
A scelta dello studente
A scelta dello studente
2019/20
Il continuo sviluppo dei sistemi di digitalizzazione e modellazione 3D avanzata, oltre alle più recenti innovazioni nelle soluzioni per la fruizione di realtà virtuale o aumentata, quali le diverse tipologie di Head-Mounted Display e sensoristica, e la loro sempre più massiccia accessibilità sul mercato, rende indispensabile la formazione di una figura di connessione, capace di unire le specificità dell’anatomia umana, grazie ad una conoscenza approfondita del contesto applicativo, alle tecnologie digitali 3D disponibili per fornire una risposta tecnologica precisa ed avanzata. Al fine di fornire una visione delle tematiche anche da un punto di vista pratico e esemplificativo, sono stati previsti degli interventi/seminari tenuti da professionisti in ambito ospedaliero e aziendale.
The continuous development of 3D Scanners and Advanced 3D modeling, in addition to the most recent innovations in the virtual or augmented reality, such as the different types of Head-Mounted Display and sensors, and their increased massive accessibility on the market makes necessary the design of a new skill able to combine the specificities of human anatomy, thanks to a thorough knowledge of the application context, to the 3D digital technologies available to provide a precise and advanced technological response. In order to provide an overview of the issues also from a practical and illustrative point of view, interventions / seminars held by professionals in the hospital and business field have been planned.
Il corso mira a fornire una conoscenza degli strumenti e dei metodi 3D di acquisizione, modellazione, visualizzazione e gestione dei dati dell’anatomia umana per sviluppare applicazioni intelligenti in differenti campi di applicazione quali: diagnostica medica, chirurgia e security. Lo studente, sfruttando le più recenti tecnologie digitali 3D, le testimonianze dei professionisti del settore e disponendo di una conoscenza approfondita delle caratteristiche morfometriche dell’anatomia umana, sarà in grado sviluppare soluzioni concrete di supporto alla realizzazione di protocolli medici avanzati, nuove strategie di sicurezza ed autenticazione (face recognition), per supportare l’interazione tra l’uomo e la macchina sotto differenti prospettive.
The course aims to provide a knowledge on 3D tools and methods for data acquisition, modeling, visualization and management of human anatomy for developing smart applications in different fields of application such as: medical diagnostics, surgery and security. The student, taking advantage of the latest 3D digital technologies, professionals’ experiences, and having in-depth knowledge of the morphometric characteristics of human anatomy, will be able to develop operative solutions to support the implementation of advanced medical protocols, new safety strategies and authentication (face recognition), to support the interaction between man and machine under different perspectives.
Nessuno
None
Il corso prevede di affrontare i seguenti argomenti: Metodi e sistemi per la digitalizzazione 3D del corpo umano (2 CFU): acquisizione dei dati tramite sensori quali sensori 3D, camere di profondità, telecamere plenottiche. Gestione di dati medici di tipo DICOM estrapolati da TAC e risonanza magnetica. Formalizzazione ed analisi dei dati anatomici 3D digitali e definizione di parametri di sintesi (2 CFU): elaborazione di nuvole di punti, feature extraction, anche su base geometrica, e identificazione di descrittori di sintesi. Soluzioni di machine learning e pattern recognition applicati ai modelli 3D digitali. Metodi e strumenti di visualizzazione 3D avanzata (2 CFU): cenni di Computer Grafica (modellare, rendering, pipeline grafica). Sistemi e strumenti di visualizzazione per mixed-reality, Augmented Reality in open e robotic surgery.
The course plans to address the following topics: Methods and Tools for human body 3D digitalisation (2 CFU): data acquisition through sensors such as 3D sensors, depth and plenoptic cameras. DICOM medical data management coming from CT and magnetic resonance. Formalization and analysis of 3D digital anatomical data and definition of descriptors (2 CFU): point cloud processing, feature extraction, also on a geometric basis, and identification of descriptors. Machine learning and pattern recognition solutions applied to digital 3D models. Advanced 3D visualization methods and tools (2 CFU): foundations of Computer Graphics (modeling, rendering, graphic pipeline). Visualization systems and tools for mixed-reality, Augmented Reality in open and robotic surgery.
Si prevede di strutturare il corso con lezioni frontali (20 ore) ed esercitazioni di aula e laboratorio (40 ore) durante le quali gli studenti, attraverso l’organizzazione di lavori di gruppo, provvedono allo sviluppo di project work a partire da specifici contesti applicativi e da spunti forniti dai professionisti durante gli interventi seminariali previsti, come ad esempio: -) sviluppo di una applicazione di visualizzazione in AR utile come supporto al medico in ambito preoperatorio che integri head-mounted display e interfacce innovative; -) progettazione di un sistema per il confronto fra specifiche zone del volto basato sull'identificazione di uno o più parametri discriminativi di sintesi. Essendo le tematiche di interesse aziendale e ospedaliero, saranno proposti anche alcuni argomenti di tesi e tirocinio per gli studenti, in modo da poter proseguire gli argomenti del corso anche nel contesto della tesi magistrale e/o di un’attività di stage.
The course will be structured by lectures (20 hours) and laboratory (40 hours) during which students, through the organization of teamwork, will develop projects working on open issues of specific application contexts discussed by professionals during the seminars, such as: -) development of a visualization tool in Augmeted Reality (AR) useful as a support to the physician in the pre-operative tasks that integrates head-mounted display and innovative interfaces: -) design of a system for comparing specific facial areas for the identification of one or more morphometric descriptors. With the aim of allowing the student to continue the course topics also in the context of the master's thesis and / or an internship, some thesis and internship topics will also be proposed to students during the course.
1. Jain, A. K., & Li, S. Z. (2011). Handbook of face recognition. New York: Springer. 2. Introduction to Computer Graphics, Foley, Van Dan, Feiner, Hughes, Phillips (Addison-Wesley) 3. Materiale e documentazione del software Blender software: http://www.blender.org 4. Dispense del corso sul sito della didattica: http://didattica.polito.it (materiale addizionale come le slide del corso)
1. Jain, A. K., & Li, S. Z. (2011). Handbook of face recognition. New York: Springer. 2. Introduction to Computer Graphics, Foley, Van Dan, Feiner, Hughes, Phillips (Addison-Wesley) 3. Tutorial and documentation for the Blender software: http://www.blender.org 4. Slides and dditional material: http://didattica.polito.it
Modalità di esame: progetto di gruppo;
La verifica dell’apprendimento mira ad accertare le competenze dell'allievo nell'acquisizione, gestione e visualizzazione di dati grafici tridimensionali relativi al corpo umano. La verifica avverrà mediante la valutazione di una attività progettuale/tesina. E’ prevista una presentazione dell’elaborato da tutti i membri del gruppo nella quale verranno discussi i contenuti. Per progetti particolarmente meritevoli è prevista l'assegnazione della lode. Valgono, in generale, le seguenti regole: - È necessario prenotarsi per l'esame (discussione di laboratorio - È necessario presentarsi muniti di un documento d’identità - Durante la discussione del progetto non è possibile consultare né libri né appunti
Exam: group project;
The assessment of the learning outcomes aims to evaluate students' skills in gathering, managing and visualizing 3D graphics data related to the human body. The assessment of the learning outcomes will take place through the evaluation of a team project activity. A presentation of the project work will be udergone by all the members of the team. The final mark "30 cum laude" is assigned only for outstanding projects. In general, the following rules are valid: - students have to enroll for the exam (discussion of the project); - a personal document is necessary for the student identification; - it is not possible to use books and notes during the discussion of the project.


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