Bachelor's Thesis

Gaussian Splatting and Deep learning in Modern COmputer Graphics

Final Thesis 10.08 MB

Author of thesis: Bc. Jan Bartoň

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Adam Herout, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on creating a digital 3D human head avatar from monocular video using 3D Gaussian Splatting and deep learning. The proposed solution combines SMIRK for estimating FLAME parameters with RGBAvatar, which uses them to continuously build and render a Gaussian head representation. The thesis also includes a web interface connected to the computational backend via WebSocket, processing video or webcam input. The resulting application enables continuous head avatar reconstruction and visualization. Qualitative tests show that the avatar is visually stable during common head movements and expression changes and practically usable for interactive head visualization. The main contribution is the practical integration of SMIRK and RGBAvatar into a unified pipeline for interactive 3D visualization.

Keywords:

3D Gaussian Splatting, 3D head reconstruction, digital avatar, monocular video, FLAME, SMIRK, RGBAvatar

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm B.

Topics for thesis defence

  1. Už první věta úvodu zmiňuje syntézu jiných pohledů jako případ užití Vaší práce. V demonstračním videu je ale patrné, že syntéza z jiného úhlu moc nefunguje. Co řešení chybí (co by bylo potřeba vylepšit), aby se řešení více přiblížilo použitelnosti v tomuto případě užití?
  2. Jak jste implementaci vyhodnocoval a testoval a jaké experimenty jste realizoval?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Lukáš Burget, Ph.D. (předseda)
doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D. (místopředseda)
Dr. Ing. Petr Peringer (člen)
Ing. Matěj Grégr, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Husa, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.

Pan Bartoň od počátku projevoval mimořádný zájem o téma, zkoumal existující metody a technologie a pracoval velmi usilovně. Ve své demonstrační aplikaci propojil několik netriviálních dílčích modulů do funkčního celku, což považuji za velmi dobrý výsledek. Hlubší pochopení principů metod a možná i přesnější formulace a uchopení cílů by mu pomohlo akcelerovat tempo práce a posunout se k vlastním návrhům a zajímavějším experimentům.

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Téma souvisí s trendem posledních let, kdy se techniky Gaussian Splatting (GS) prosazují jako efektivní způsob reprezentace 3D scény i ve spojení s metodami hlubokého učení. Konkrétní zaměření práce na tvorbu digitálního 3D avatara tváře a demonstraci současných technik vzniklo iniciativou studenta, kterého aktivně zajímá problematika 3D reprezentace tváře ve spojení s klasifikací výrazu. Bakalářská práce měla být prvním krokem pro porozumění současným metodám. Cílem bylo nalézt a propojit vhodné metody do funkční demonstrační aplikace.

Všechny požadované body zadání byly splněny.

Work with literature

S literaturou student pracoval aktivně a naprosto samostatně. Potřebné metody si sám vyhledal a prostudoval v míře dostatečné pro jejich využití a integraci do funkčního celku.

Hlubší pochopení dílčích metod by studentovi pomohlo rychleji identifikovat chyby a problematické části jeho řešení, a také si uvědomit přínos metod, které využívá, což je důležité pro popis jím navrženého řešení a realizaci vhodných experimentů.

Activity during solution, consultations, communication

Student byl aktivní, průběžně konzultoval aktuální stav řešení bakalářské práce a další kroky.

Activity during completion

Technická zpráva byla dokončena včas. Revize textu byla náročnější. Pan Bartoň píše pěkný text s květnatými větami, ale pro technickou zprávu je stručné technické vyjadřování a přesná odborná terminologie důležitější.

Publication activity, awards

Není známa.

Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
prof. Ing. Adam Herout, Ph.D.

Zadání je náročnější a řešitel pracoval s náročnými a moderními metodami strojového učení a počítačové grafiky a vytvořil funkční, zajímavé řešení. Jistou slabinou je technická zpráva, která se v některých ohledech úplně nedrží zaběhlých zvyklostí (reportování výsledků experimentů, strukturování odborného textu).

Evaluation criteria Verbal classification Points
The difficulty of the assignment

Evaluation level: more difficult assignment

Cílem práce je pracovat a experimentovat s hodně komplexními metodami strojového učení a rekonstrukce 3D scén. Řešitel se seznámil s několika vhodnými metodami, provedl s nimi vlastní experimenty a jistě se při řešení práce mnohému naučil.

Presentation level of the technical report

Technická zpráva je v některých ohledech značně upovídaná; na mnoha místech by bylo vhodnější text více strukturovat a volit úspornější vyjádření. Vyhodnocení experimentů je provedeno formou tabulek, přitom v oboru je zvykem spíše využívat grafů, které umožňují daleko pohodlnější srovnání. Ve vyhodnocení je patrné ne úplně dokonalé pochopení problematiky – například hlásit absolutní hodnoty konkrétních ztrátových funkcí (tab. 5.1) nemá žádný smysl. Text ne dobře odděluje návrh, implementaci a experimenty a celkově nemá ideální strukturu.

70
Formal preparation of a technical report

Po formální stránce je text velice kvalitní a je vidět, že řešitel nespolehl příliš na využití asistentů na bázi umělé inteligence a text sepisoval sám. Text někdy používá kolokviální formulace (velice často "gausovky"). Rozložení tabulek je často nevhodné a místo tabulek by bylo často na místě využívat grafy.

85
Realisation output

Řešitel vytvořil zajímavé řešení s webovým UI a výpočetním backendem, které pracuje v reálném čase. Demonstrační video vhodně ukazuje možnosti (i limity) řešení.

90
Usability of results

Práce nesměřovala k bezprostřednímu nasazení/využití. Řešitel se při řešení práce jistě mnohému naučil a vytvořené řešení by mohlo sloužit jako solidní základ nějaké další aplikace.

The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled

Extent of the technical report

Evaluation level: is within the usual extent

Work with literature

Řešitel cituje velké množství odborných zdorjů a je patrné, že se při řešení bakalářské práce mnohému naučil a do problematiky do značné míry pronikl. Nepodařilo se mu dostatečně si osvojit (a použít) obvyklé způsoby vyhodnocování a reportování výsledků a strukturu odborného textu.

85
Topics for thesis defence:
  1. Už první věta úvodu zmiňuje syntézu jiných pohledů jako případ užití Vaší práce. V demonstračním videu je ale patrné, že syntéza z jiného úhlu moc nefunguje. Co řešení chybí (co by bylo potřeba vylepšit), aby se řešení více přiblížilo použitelnosti v tomuto případě užití?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová