Náměty na projekty

Toto jsou rámcové náměty pro zadání bakalářských/diplomových prací. Pořadí projektů v seznamu není významné. Některá zadání jsou poněkud náročnější (ale lze je doladit).
Pokud máte zájem, ozvěte se na peringer@fit...

Zadání bude mít po upřesnění formu:

1. Prostudujte ..., analyzujte ...
2. Navrhněte ...
3. Implementujte ...
4. Ověřte funkčnost a zhodnoťte přínos ...

Následující text obsahuje 3 části: simulační, programátorskou/verifikační a speciální (HW, bastlení, ...).

• (Bc?) Implementace demo simulátoru pro výuku: super jednoduchý simulátor s možností vizualizace interních procesů (např. jak probíhají události při simulaci modelu SHO, jak funguje spojitá simuace s Eulerovou metodou, atd.) [asi C++/Qt, Webassembly, případně něco pro Android?]
• CUDA/OpenCL: paralelni implementace numerických metod atd... (server s nvidia grafikou mame)
• Computational Science - příklady, simulátory, atd = viz např. kniha: Shiflet A., Shiflet G.: Introduction to Computational Science: Modeling and Simulation for the Sciences , Princeton University Press, 2006
• DP: Paralelní a distribuovaná simulace: otestovat HLA, ...
• DP: Co-simulation, FMI, Openmodelica atd...
• Bylo, ale je co vylepšovat: Implementace a testování kalendáře událostí. Existuje seznam a CQ implementace, je třeba doladit CQ (SNOOPY?), řádně otestovat, porovnat s ostatními.
• Testování SIMLIB/C++. Regresní testy, testy aritmetiky, simulační modely, vizualizace rozdílů/chyb, atd. Porovnání s analytickým řešením a s jinými systémy. (Doplnit benchmarky.)
• Simulace + celulární automaty -- velmi zajímavé téma, jde o experimenty, hledání zajímavých konfigurací (inspirace = hra Life, modely růstu mikroorganismů, atd.).
  Je dobré se zaměřit na nějaké _konkrétní_ aplikace CA.
• Malý "WWW-browser-based" simulační systém v HTML5/WebAssembly/... pro výukové účely, včetně vizualizace výsledků. Inspirace např. zde.
  Možnost specializace (např jen vybrané elektrické obvody nebo jen systémy hromadné obsluhy)
• DP: C++ implementace nástroje pro kvalitativní simulaci podle vzoru QSIM, CQ, atd. Příklady a dokumentace.
• BP: Sbírka příkladů simulačních modelů. Implementace nejen pro SIMLIB/C++ (základ existuje), ale i pro Dymola/OpenModelica, Matlab, SciLab, Octave, atd. Analýza a porovnání použitých simulačních nástrojů.
• Optimalizační metody, knihovna algoritmů, testy, aplikace v SIMLIB [základ již existuje, je třeba podstatně vylepšit].
• Numerické integrační metody pro výuku - knihovna základních algoritmů, _testy_, aplikace v C a C++ (Inspirace: GSL, netlib, ...) [možnost e-learning aplikace]
• Několik souvisejících projektů:
  Simulační systém založený na client-server přístupu [základ serveru existuje].
  • Editor modelů: grafika, XML, ...
  • Řídicí podsystém, komunikační podsystém. [GUI, síť, XML, SOAP?]
  • Databáze modelů, experimentů a výsledků. [XML, SQL?]
  • Simulační server + nadstavby. [SIMLIB/C++, simulace, Linux]
  • Překladače simulačních modelů z různých reprezentací do XML a zpět.
• Simulace někerých jevů v jádru Linuxu s ohledem na výkon OS. Optimalizační studie, analýza výkonnosti I/O podsystému, VM, atd...
  (Náročné, je možné automatické generování modelu ze zdrojových kódů?)
• BP+DP: Simulace na molekulární úrovni (molecular dynamics) -- průzkum bojem. Souvislosti: nanotechnologie, fyzika, chemie, robotika.
• DP: Simulace prostorových systémů -- využití metod: MOL, FDM, FEM, CFD, ... (Výuková aplikace, demo)
• ...

  ---

  ---

  ---

• Verifikace
  • Modul pro načtení struktury kódu a všech dalších informací ze spustitelných souborů a/nebo knihoven. Jde o vytvoření datových struktur (podobných tabulce symbolů), které se budou používat pro verifikaci.
    [= vytvoření symbolické reprezentace programu pro verifikaci] (Podobné jako CIL, CL, ale z binárních souborů.)
    Cíl: databáze mezikódu s anotacemi od různých verifikačních nástrojů (s možností tyto anotace používat dalšími nástroji) + update při změnách
  • Nástroj pro vizualizaci struktury programu a různé analýzy. CFG, call graph, ... (Aplikace: reverse engineering, refactoring, forensics, ...)
  • ? Sestavení programu z modulů v symbolické podobě (mezikód). Motivace: např. jádro Linuxu je třeba analyzovat jako celek (alespoň v minimální konfiguraci)
    Možné souvislosti: využití LTO, debug-info, ...
  • * Generátor programů/testů pro verifikační nástroje: seznamy všeho druhu (ve všech kombinacích ukazatelových operací), stromy, seznamy seznamů, seznamy seznamů seznamů ...
    ("Dynamic-data-structure ZOO", základ bude jednoduchý)

  ---

• Refactoring:
  • Upravit debugger DDD pro Qt toolkit a C++
    (TODO: Existuje jiný volně dostupný debugger se schopností vizualizace datových struktur?) Možnost doplnění umělé inteligence pro (téměř) automatickou volbu režimu zobrazení.
  • Refactoring: Převod existujícího kódu do moderního C++ (C++11,...,C++23) -- cokoli rozumného co je napsané v jazycích jako Java,C#,C (a není už v C++ implementováno) převést do jazyka C++   ( + nový návrh s využitím návrhových vzorů + drobná vylepšení + porovnání efektivity obou implementací )
    např. http://ditaa.sourceforge.net/, https://github.com/asciitosvg/asciitosvg, https://github.com/knsv/mermaid, ...
  • ? Refactoring: Automatizace převodu starších programů do C/C++ kódu. Např. hra pro ZX Spectrum: automatická analýza, generování C++ kódu (+ případné ruční doladění) -- výsledkem je běžná aplikace se zdrojovým kódem, se kterou se dá dále pracovat (na rozdíl od Z80 asm, omezené grafiky, malé paměti, atd.).
• ? Android aplikace pro podporu výuky (např. programování/modelování/simulace/...), dálkové ovládání čehokoli atd. (=Hledání zajímavých/netradičních možností využití tabletů a mobilů. Pozor: s Javou nepomůžu)
• Arduino, STM32, ESP8266, ESP32, ... : optimalizace kódu knihoven (lepší čitelnost, návrh, efektivita, ...) + experimenty + repozitář
  řada knihoven není dobře napsaná (= větší a pomalejší kód)
• ? Experimenty: (skrytá) komunikace přes audio kanál (ne ultrazvuk, ale něco co příliš neruší v normálním audio doprovodu např. v TV. Modulace: změna fáze?, co šum?, ultrazvuk?, "klapání"?, FM?) Může souviset s bezpečností.
• Grafika a vizualizace
  - přehled volně dostupných vizualizačních nástrojů (nejen pro simulaci)
  - heuristiky: jak automaticky popisovat osy grafu (Inspirace: GnuPlot, R, ...), jak co nejlépe zobrazit zadaný průběh a podobné algoritmy pro vizualizaci.
  Specializované aplikace pro logický analyzátor/osciloskop/SDR/... (==Dělat jednu věc, ale na úrovni.)
  Příklady: Vizualizace naměřených hodnot, atd.
• ? Vizualizace obecných dat pro ladění:
  Program dataDUMP -- strukturovaný výpis obsahu souboru. +Knihovna pro strukturovaný výpis obsahu paměti. +Program CONVERT pro převod formátů z/do XML. +Analýza různých protokolů (inspirace viz. sigrok, wireshark, ...)
  Vylepšení UNIX programu "file" (rozpoznávání typu souboru podle jeho obsahu).
• ? VM (Virtual Machines): Metody efektivní implementace interpreterů, JIT pro Python atd... Analýza, porovnání existujících VM, dokumentace -- vhodné pro BP. Experimentální implementace VM -- vhodné do DP,...
• [už asi zbytečné - viz Boost] [Bc] CONFIG file management -- modul/knihovna pro čtení/zápis konfiguračních souborů. Inspirovat se UNIXem: implicitní, globální, uživatelská konfigurace. [Cílem je vyčistit $HOME od .souborů, ponechat jen .config/ adresář]
  Použití: např. konfigurace simulačních experimentů v SIMLIBu atd.
• [Bc] Jednoduchý modulární kalendářní program - náhrada starého programu Ical/Tk/C++ pro X. Implementovat asi v C++/Qt, vylepšit rozhraní, umožnit synchronizaci s mobilem atd. [inspirace: PalmPilot Calendar]
• [Bc] Jednoduchá demo-knihovna pro výpočty v modulární aritmetice. Vhodné pro výuku šifrování/el.podpisu. Objektová nadstavba v C++ a/nebo JavaScriptu. Příklady, testy. [podobné knihovny existují]
• ? Experiment: Simple GUI -- Analýza návrhu Qt,GTKmm,FLTK a nový návrh s využitím nejnovějšího C++. +Prototypová implementace. Nebo alternativa: GUI-wrapper?
• Emulátory/simulátory procesorů - pro experimentální účely a výuku ASM. Existuje qemu, ... (Není to příliš složité, ale dost pracné.)
• Je co vylepšovat: Inteligentní disassembler -- OO návrh a implementace v C++, heuristiky pro hledání funkcí a tabulek, call-graph, (pro Z80,i386,...), XML?tabulka instrukcí/formát výstupu. (Polo)Automatické anotace kódu.
  [Inspirace: DesignPatterns, NASM, IDA, ...]
  (Automatické hledání určitých sekvencí instrukcí, použitelné pro analýzu bezpečnosti kódu, ...)
  Velmi použitelné jako základ pro projekt 'verifikace binárního kódu aplikací'.
• Je co vylepšovat: Poloautomatická analýza a organizace dokumentů -- zdroje: PDF,TXT,HTML,..., cíl: přejmenování souborů, klasifikace+přesun do adresářů, ... Vyžaduje nalezení nebo vytvoření heuristik (= +- umělá inteligence). (Rozdělení do zadaných adresářů podle obsahu: Datasheet, AN, SlashDot, News, atd. Vyřazení vadných souborů, aktualizace zastaralých, odstranění duplicit, ...) + indexování
  Motivace: Mám archivy článků, katalogů, AN, e-knih a ruční třídění je příliš pracné.
  [Bc?] Inteligentní organizace fotografií (a případně dalších dat), odstranění duplicit (i např. po otočení), indexace podle exif-data/času, formátu, obsahu, atd. (Polo)Automatické přerovnání obsahu adresářů, vytvoření HTML indexu a náhledů, "tagy", ...

  ---

  ---

  ---

• Bc: Demo: simulace pro předměty IEL/IMS (zaměření na výukové prezentace: jak funguje el obvod, polovodič, operační zesilovač, ...) + vizualizace/animace + dokumentace
• ? DVB-T: Server pro záznam celého multiplexu do kruhové fronty + klientská knihovna pro čtení + demo aplikace. Možnost vracet se až několik hodin zpět. [netriviální, inspirace MythTV, tvheadend atd., prozkoumat chování flash paměti v SSD při neustálém přepisování 3MBps/multiplex]
• ? DVB-T: prozkoumat způsoby levného vysílání (jen pro výzkumné účely) přes D/A převodníky (VGA výstup, externí HW zařízení, ...). +odpovídající programy viz např. zde
• ? HW+SW: [infra] velmi levné=jednoduché optické spojení dvou počítačů (PPP,TCP/IP) na větší vzdálenost. (Inspirace: RONJA, ale podstatně levněji)
• HW+SW: levný Osciloskop na PC | tablet -- zobrazovací aplikace (nějaké již existují pro zvukovou kartu nebo Nucleo desky), vstupní sonda.
  (zajímavé, experimentální)
• HW+SW: Měření přes zvukový (nebo jiný) vstup - např.: zvuk, f, teplota/f, napětí/f, atd. Galvanické oddělení - asi optočlen s fotodiodou (linka) nebo fototranzistorem (mikrofonní vstup zvukové karty má zdroj). (Experimentální, možnost i jiného levného vstupu do počítače/mobilu/tabletu. Např. audio komunikace odolná proti okolním zvukům.)
  Programy pro visualizaci a zpracování výsledků, ...
  Průzkum: měření fyzikálních veličin (např. teplota vody ve varné konvici) analýzou zvukových projevů (FFT, +-doppler, etc). (Vyžaduje asi kvalitní mikrofon = námět na výzkum.)
  Možnost použití mobilu/tabletu (Android) jako zobrazovače (např. displej pro Arduino).
• Další zajímavosti:
  jednoduchý SDR přijímač (75kHz-čas, ELMG smog, rušení ...)
  Detektor mikrovln? Detekce WiFI, mobilu, (vadné) mikrovlnky v okolí, atd.
  Sledování/analýza/zaměření rušení v DVB-T signálu z pokojové antény/více antén
  Senzory (piezo?) + SW pro detekci pohybu/zemětřesení v okolí (=analýza signálu).
  Měřicí doplňky k mobilu = jak udělat vstup? (audio, přes kameru, ... ?)
  ... Detekce zlodějů + aktivace protiopatření ("armed response").
  ... měření CRI mobilem? (=hranol + kamera + analýza) = spektroskop
  Měření? vzdálenosti podle síly signálu (Bluetooth/Wifi/NRF/cokoli)
• ...

Další možnosti: Zadání RedHat, ...