Construction of a voxel map of obstacles from sparse beam distance measurements

Bc. Samuel Toman

Master's thesis

Abstract:

Metamorfné roboty ponúkajú obrovský potenciál prispôsobivosti pre rôzne úlohy a prostredia. Aby bolo možné plne využiť ich potenciál, je potrebné integrovať robustný model situačného povedomia. V práci sa skúmajú rôzne metódy generovania 3D mriežok obsadenosti priestoru v reálnom čase pre platformu RoFI so zameraním na výzvy spojené s nízkovýkonným hardvérom a málopočetnými dátami z LiDARu. Pri experimentoch sa využíva vlastné syntetické prostredie, ktoré umožňuje presnú simuláciu meraní LiDAR a vytvorenie referenčného modelu so znalosťou dokonalého stavu prostredia. V rámci syntetického prostredia sa skúmajú tri hlavné prístupy: raycasting, priame priradenie voxelov a metóda založená na sieti (mesh). Každá metóda je analyzovaná z hľadiska presnosti, rýchlosti skúmania prostredia a výpočtovej efektívnosti, ako aj ďalších charakteristík. Cieľom práce je poskytnúť prehľad o silných a slabých stránkach jednotlivých metód a usmerniť tak rozhodovanie pri implementácii vhodného systému pre RoFI alebo pre podobné platformy.

Abstract:

Metamorphic robots offer enormous adaptability potential for diverse tasks and environments. To fully realize their potential requires the integration of a robust situational awareness model. The thesis explores various methods for generating real-time 3D occupancy grids for the RoFI platform, focusing on the challenges of low-performance hardware and sparse LiDAR data. The experimentation utilizes a custom, synthetic mesh environment, enabling accurate simulation of LiDAR measurements and the creation of a perfect ground truth reference model. Three primary approaches are examined within the synthetic environment: raycasting-based, direct voxel assignment, and mesh-based. Each method is analyzed for accuracy, exploration rate, and computational efficiency, among other characteristics. The thesis aims to provide insights into the limitations and strengths of the respective methods, guiding the design decisions in the implementation of a suitable system for the RoFI or similar platforms.

Keywords

LiDAR, 3D occupancy map, point cloud, RoFI, voxel, mesh

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 6. 2024
• Supervisor: prof. RNDr. Jiří Barnat, Ph.D.
• Reader: Mgr. Patrick Ondika

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Software Engineering / Design and development of software systems