Bujakiewicz A., Zawieska D., Arcisz M. Wykorzystanie

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 18, 2008
ISBN 978-83-61576-08-2
WYKORZYSTANIE RÓĩNOSKALOWYCH ZDJĉû DO ZASILANIA BAZY
DANYCH 3D OBIEKTÓW ARCHITEKTONICZNYCH
THE USE OF MULTISCALE IMAGES FOR SUPPLEMENTING DATA BASES
OF 3D ARCHITECTURAL OBJECTS
Aleksandra Bujakiewicz, Dorota Zawieska, Magdalena Arcisz
Zakáad Fotogrametrii, Teledetekcji i SIP, Politechnika Warszawska
SàOWA KLUCZOWE: cyfrowy model pokrycia obiektu ,terratriangulacja, produkt wektorowy.
STRESZCZENIE: W artykule zostaną przedstawione wyniki pracy badawczej, dotyczącej
wykorzystania bloku zdjĊü bliskiego zasiĊgu, metrycznych i niemetrycznych, o znacznie
zróĪnicowanej skali, dla pomiaru 3D obiektu, typu oátarz. Orientacja zewnĊtrzna wszystkich zdjĊü
zostaáa wyznaczona jednoczeĞnie, poprzez odpowiednie wagowanie obserwacji w procesie
wyrównania, realizowanym w programie Orient/Orpheus. W wyniku fotogrametrycznego
pomiaru, wygenerowany zostaá produkt wektorowy dla caáego obiektu oraz numeryczne modele
pokrycia obiektu (NMPO) dla jego wybranych detali. Produkty te zostaáy zgromadzone
i zintegrowane w bazie danych 3D GIS (ArcGIS 9.2), do której jest podáączona bezpoĞrednio
stacja fotogrametryczna Summit Evolution firmy DAT/EM. Takie rozwiązanie umoĪliwia
prowadzenie analiz przestrzennych w bazie 3D GIS, z jednoczesnym fotogrametrycznym
pomiarem uzupeániających danych na 3D modelu. Produkty te umieszczone w bazie GIS mogą
posáuĪyü jako archiwum wiedzy dla róĪnych specjalistów, zajmujących siĊ restaurowaniem
zabytków. DokáadnoĞü opracowania i wieloplatformowoĞü, a zarazem prosty dostĊp przez
zintegrowane oprogramowanie, pozwala miĊdzy innymi na dokáadne zrekonstruowanie ksztaátu
powierzchni, gruboĞci i rodzaju materiaáów z jakich skáada siĊ obiekt.
1.
WPROWADZENIE
Dokumentacja fotogrametryczna 3D obiektu bliskiego zasiĊgu, np. architektonicznego czy inĪynierskiego, wymaga zwykle okreĞlenia danych metrycznych,
dotyczących zarówno caáego obiektu jak i jego czĊĞci. Dane mogą byü okreĞlone
w formach nie tylko tych najbardziej popularnych, tj. cyfrowej mapy wektorowej
lub/i ortofotomapy, lecz takĪe w postaci numerycznego wysokoĞciowego modelu
powierzchni obiektu – NMPO (Digital Object Model – DOM), który moĪe byü
tworzony, na przykáad, tylko dla wybranych czĊĞci 3D obiektu. Rozwój
fotogrametrycznych metod cyfrowych, spowodowaá, Īe dziĊki róĪnorodnym
oprogramowaniom moĪna uzyskaü przewaĪającą czĊĞü wyników pomiaru (produktów)
fotogrametrycznych w trybie automatycznym lub póáautomatycznym. Dane te moĪna
takĪe w áatwy sposób z sobą integrowaü w celu zasilania bazy 3D danych obiektu
czy systemu informacji przestrzennej, stworzonego dla danego typu obiektów (np.
Systemu Informacji Architektonicznej) (Kolbl et al, 2000). NaleĪy takĪe zwróciü uwagĊ
na fakt, Īe okreĞlane fotogrametrycznie 3D dane róĪnych czĊĞci obiektu czĊsto muszą
39
Wykorzystanie róĪnoskalowych zdjĊü do zasilania bazy danych 3D obiektów architektonicznych
byü wyznaczone z zróĪnicowaną dokáadnoĞcią. W aspekcie pomiarów
fotogrametrycznych oznacza to, Īe dane Ĩródáowe, czyli zobrazowania wymagają róĪnej
rozdzielczoĞci terenowej, co w przypadku obrazów zaleĪy od ich skali. Dla caáego
obiektu mierzonego, lub wiĊkszej jego wybranej do pomiaru czĊĞci, wykonuje siĊ
zdjĊcia w skali mniejszej, natomiast pomiar wybranych detali tego obiektu, wymaga
obrazów w znacznie wiĊkszej skali. Wszystkie pozyskane dla obiektu obrazy wymagają
okreĞlenia parametrów ich orientacji wewnĊtrznej i zewnĊtrznej, w celu dalszego ich
wykorzystania dla wyznaczenia wymaganych danych o obiekcie.
Optymalnym podejĞciem wyznaczenia tych parametrów, jest jednoczesne
wyrównanie wszystkich obserwacji wykonanych na wszystkich obrazach, poprzez znaną
powszechnie w odniesieniu do zdjĊü bliskiego zasiĊgu – terratriangulacjĊ [Sawicki,
2001]. JeĞli blok zdjĊü charakteryzuje siĊ podobną skalą, wówczas rozwiązanie tego
zadania jest podobne do aerotriangulacji odniesionej do zdjĊü lotniczych. JednakĪe
w przypadku zdjĊü o duĪej róĪnicy skal i nieregularnym pokryciu, proces
terratriangulacji wymaga modyfikacji.
Nowoczesne racjonalne wykorzystanie metod fotogrametrycznych bliskiego
zasiĊgu dla tworzenia baz obiektów, wymaga generowania produktów
fotogrametrycznych w róĪnych formach (cyfrowej mapy wektorowej lub/i ortofotomapy,
numerycznego modelu wysokoĞciowego obiektu - NMPO) i ich odpowiedniej integracji.
w tematycznych bazach danych, tworzonych na platformie GIS lub CAD.
2.
TERRATRIANGULACJA ZDJĉû RÓĩNOSKALOWYCH
W przypadku opracowaĔ w fotogrametrii bliskiego zasiĊgu, czĊsto wystĊpuje
nietypowa geometria zdjĊü. Pozyskiwane obrazy mogą charakteryzowaü siĊ zarówno
zróĪnicowaną skalą i wymiarem piksela obrazu, jak i nieregularnym zasiĊgiem pokrycia
obiektu. Ponadto, zdjĊcia obiektu i jego fragmentów mogą byü wykonywane kamerami
metrycznymi i niemetrycznymi, charakteryzującymi siĊ róĪnymi parametrami geometrii
wiązki. W takich przypadkach, konwencjonalne podejĞcia jednoczesnego okreĞlania
orientacji zdjĊü poprzez terratriangulacjĊ, zakáadające podobne zasady jakie są przyjĊte
w aerotriangulacji lotniczej metodą niezaleĪnych wiązek, muszą byü odpowiednio
dostosowane do przyjĊtej w projekcie geometrii zdjĊü.
Procedury okreĞlenia orientacji zdjĊü dotyczą dwóch podstawowych zadaĔ:
1. OkreĞlenia orientacji wewnĊtrznej zdjĊü, opisującej ich wewnĊtrzną geometriĊ,
2. Wyznaczenia orientacji zewnĊtrznej zdjĊü w odniesieniu do przyjĊtego ukáadu
zewnĊtrznego obiektu.
OkreĞlenie wewnĊtrznej geometrii zdjĊü moĪe byü, jak wiadomo, wykonane
w etapie kalibracji, poprzedzającym terratriangulacjĊ i w przypadku zdjĊü wykonanych
kamerami metrycznymi, o minimalnej dystorsji obiektywu, jest to zwykle orientacja
wewnĊtrzna przyjĊta jako ostateczna.
W przypadku zdjĊü niemetrycznych, wykonanych cyfrowymi aparatami
fotograficznymi, parametry orientacji wewnĊtrznej zdjĊü, zawierają takĪe elementy
dystorsji radialnej i tangencjalnej, które mają zwykle znaczny wpáyw na znieksztaácenie
geometrii wewnĊtrznej zdjĊü (Bujakiewicz, et al, 2006). W takim przypadku kalibracja
aparatu, wykonana przed pomiarem, moĪe byü traktowana jako wstĊpna, dostarczająca
przybliĪone parametry orientacji wewnĊtrznej, które w etapie jednoczesnego
40
Aleksandra Bujakiewicz
wyrównania wszystkich obserwacji poprzez terratriangulacjĊ, mogą byü sprawdzone
i poprawione, jeĞli zachodzi taka koniecznoĞü i jeĞli moduá programowy terratriangulacji
zawiera moĪliwoĞü samokalibracji, tak jak jest to dostĊpne np. w programie
Orient/Orpheus.
Wyznaczenie orientacji zewnĊtrznej bloku zdjĊü o róĪnej geometrii,
charakteryzującej siĊ znacznie zróĪnicowaną skalą i wymiarem piksela obrazu, oraz
nietypowym niesekwencyjnym ich pokryciem zdjĊü, moĪna wykonaü stosując
proponowane etapy:
- sekwencyjne okreĞlenie przybliĪonych parametrów orientacji zewnĊtrznej grup zdjĊü
w bloku (etap I), oraz
- terratriangulacja blokowa, tj ostateczne jednoczesne wyznaczenie elementów
orientacji zewnĊtrznej, oraz orientacji wewnĊtrznej, jeĞli parametry opisujące geometriĊ
wewnĊtrzną zdjĊü, wyznaczone we wstĊpnej kalibracji nie mogą byü traktowane jako
ostateczne (etap II).
Zakáada siĊ, Īe dla obiektu pozyskane zostaáy zdjĊcia, które moĪna wáączyü do
dwóch nastĊpujących grup:
1. ZdjĊcia (dwa lub wiĊcej) obejmujące caáy obiekt i pokrywające siĊ wzajemnie,
na których moĪna zidentyfikowaü punkty osnowy, sáuĪące do wpasowania wszystkich
zdjĊü w przyjĊty ukáad referencyjny, w etapie jednoczesnego wyrównania,
oraz zawierające grupy punktów wiąĪących wykorzystanych dla ich powiązania
z obrazami, wykonanymi dla fragmentów obiektu. Przykáadem mogą byü dwa zdjĊcia
w skali 1:150 (tworzące stereogram), caáego Oátarza NajĞwiĊtszego Sakramentu
(d.ĝw.Felicissimy) KoĞcioáa ĝw. KrzyĪa w Warszawie (rys.1) pozyskane naziemną
kamerą optyczną (i zeskanowane), z pomierzonymi geodezyjnie kilkoma punktami
osnowy, rozmieszczonymi równomiernie na obiekcie.
2. Grupy zdjĊü (co najmniej dwóch) pokrywających siĊ dla kaĪdego poszczególnego
fragmentu (detalu) obiektu, które są wykonane cyfrowymi aparatami fotograficznymi
z odlegáoĞci kilka razy mniejszej niĪ w przypadku zdjĊü dla caáego obiektu, na których
moĪna zidentyfikowaü punkty, wiąĪące zdjĊcia z odpowiadającymi fragmentami
na zdjĊciach obejmujących caáy obiekt.
W wykonanym eksperymencie, aparatem cyfrowym Canon EOS 20D, pozyskano
kilka par zdjĊü w skali okoáo 1: 40, dla czterech ozdobnych pozáacanych
trójwymiarowych páyt o wymiarach 0.44 × 0.85 × 0.12 cm, umieszczonych w dolnej
czĊĞci oátarza (rys. 2).
PrzybliĪone parametry orientacji zewnĊtrznej wszystkich zdjĊü wyznacza siĊ
w etapie I, zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 3.
Rys. 1. ZdjĊcie caáego
oátarza wykonane metryczną
kamerą UMK (Król, 2005)
Rys. 2. Widok wybranych detali oátarza – páyt 3D
wykonanych aparatem cyfrowym Canon EOS 20D
(Arcisz, 2008)
41
Wykorzystanie róĪnoskalowych zdjĊü do zasilania bazy danych 3D obiektów architektonicznych
Pomiar punktów osnowy na zdjĊciach
(metrycznych) dla caáego obiektu
XYZ punktów osnowy w ukáadzie
referencyjnym
Fotogrametryczne wciĊcie wstecz dla
zdjĊü metrycznych dla caáego obiektu
PrzybliĪone elementy orientacji
zewnĊtrznej zdjĊü metrycznych
dla caáego obiektu
Pomiar punktów wiąĪących, wspólnych dla zdjĊü
caáego obiektu (metrycznych) i jego fragmentów
(niemetrycznych), na obu typach zdjĊü
Fotogrametryczne wciĊcie w przód;
wyznaczenie wspóárzĊdnych przybliĪonych
punktów wiąĪących w ukáadzie
referencyjnym w oparciu o ich obrazy na
zdjĊciach metrycznych
Fotogrametryczne wciĊcie wstecz dla zdjĊü
niemetrycznych w oparciu o wyznaczone
przybliĪone wspóárzĊdne przestrzenne punktów
wiąĪących i ich pomierzone obrazy na zdjĊciach
niemetrycznych
PrzybliĪone elementy
orientacji zewnĊtrznej zdjĊü
niemetrycznych dla
fragmentów obiektu
Rys. 3. Schemat wyznaczenia przybliĪonych parametrów orientacji zewnĊtrznej bloku
zdjĊü (etap I) – wykonany w programie Orient/Orpheus
Ostateczne parametry orientacji zewnĊtrznej zdjĊü caáego obiektu (metrycznych)
i jego fragmentów (niemetrycznych) uzyskuje siĊ w etapie II, poprzez jednoczesne
wyrównanie wszystkich obserwacji z uwzglĊdnieniem przybliĪonych parametrów
orientacji zewnĊtrznej wyznaczonych w etapie I (rys. 3).
Stosując moduá terratriangulacji, takiego oprogramowania jak na przykáad
Orient/Orpheus, moĪna przeprowadziü jednoczesne wyrównanie blokowe wszystkich
obserwacji, uwzglĊdniając staáoĞü elementów orientacji wewnĊtrznej (wyznaczonej
we wstĊpnym etapie kalibracji), lub zmiennoĞü elementów orientacji wewnĊtrznej
(samokalibracja). Program Orient/Orpheus pozwala takĪe jednoczeĞnie wyrównywaü
obserwacje wykonane na obrazach charakteryzujących siĊ zróĪnicowanym wymiarem
piksela, oraz w bardzo róĪnych skalach (w omawianym eksperymencie odpowiednio:
14ȝm – obrazy metryczne i 10ȝm – obrazy niemetryczne oraz skale zdjĊü od 1:40
do 1:150). Jednorodną dokáadnoĞü wyrównania (podpikselową) moĪna osiągnąü dziĊki
zasadniczym wáaĞciwoĞciom oprogramowania, polegającym na moĪliwoĞci manipulacji
i wagowania dopuszczalnych odchyáek na pomierzonych punktach. MoĪna wyróĪniü
kilka klas dokáadnoĞci punktów ze wzglĊdu na ich identyfikacjĊ, rodzaj i skalĊ
zobrazowania. Wagowanie odchyáek przyspiesza system komend opracowanych dla tego
programu, powodujący w áatwy sposób, przyporządkowanie grupom punktów
odpowiednie odchyáki, które w trakcie wyrównania moĪna aktualizowaü tak,
42
Aleksandra Bujakiewicz
aby ostatecznie program uznaá je za dopuszczalne w procesie wyrównania. W wyniku
wyrównania uzyskano báĊdy w granicach 0.4 ÷ 0.6 piksela.
3.
INTEGRACJA PRODUKTÓW FOTOGRAMETRYCZNYCH W BAZIE
DANYCH 3D OBIEKTU
Technologie fotogrametryczne stale siĊ rozwijają, idąc naprzeciw wymaganiom
i moĪliwoĞciom jakie stwarzają analizy prowadzone w róĪnego rodzaju bazach danych.
Modernizacja fotogrametrycznych stacji cyfrowych, pod kątem ich bezpoĞredniego
poáączenia z bazami 3D GIS, prowadzi do szybszego zasilania tych baz danymi
fotogrametrycznymi i umoĪliwia, w trybie on-line, analizĊ danych w bazie
z jednoczesnym pomiarem uzupeániającym na modelu fotogrametrycznym. Technologia
naziemnego skaningu laserowego, staáa siĊ juĪ takĪe powszechną metodą pozyskania
danych dla numerycznych modeli powierzchni obiektu, czy innych wtórnych produktów.
Dane fotogrametryczne, opisujące poszczególne produkty muszą byü wyznaczone w
tym samym przestrzennym ukáadzie odniesienia. Tak stworzone produkty, mogą zasilaü
odpowiednie tematyczne 3D bazy danych, tworzone na platformie GIS lub CAD.
Obecnie wdraĪane 3D GIS, mogą zawieraü dane geometryczne reprezentowane
w przestrzeni trójwymiarowej i dla nich generowane fotogrametrycznie obiekty 3D
mogą byü bardzo uĪyteczne. Wykorzystanie baz danych, zarówno CAD jak i GIS,
ma zasadnicze znaczenie dla tworzenia Systemów Informacji Architektonicznej,
które integrują róĪnorodne dane, dotyczące inwentaryzacji obiektów zabytkowych,
w tym sakralnych i mogą byü wykorzystywane przez specjalistów, takich jak architekci
lub archeolodzy, bądĨ jednostki zajmujące siĊ planowaniem.
Na rysunku 4, przedstawione są wybrane produkty fotogrametryczne, które mogą
byü wygenerowane metodami fotogrametrii bliskiego zasiĊgu, które są przydatne
do zasilania bazy danych 3D obiektu (np. architektonicznego typu sakralnego).
Wybrane produkty fotogrametryczne przydatne do
zasilania bazy danych 3D obiektu
Chmura
punktów
obiektu 3D
Numeryczny
Model
Powierzchni
Obiektu
Ortoobraz
Model
wektorowy
Model obiektu
3D,
teksturowanier
endering
Integracja produktów fotogrametrycznych w bazie danych 3D dla obiektu
Rys. 4. Wybrane produkty fotogrametryczne przydatne do zasilania
bazy danych 3D obiektu
43
Wykorzystanie róĪnoskalowych zdjĊü do zasilania bazy danych 3D obiektów architektonicznych
PoniĪej przedstawiono przykáadowe produkty pozyskane eksperymentalnie.
1.
Chmura punktów 3D
Do generowania chmury punktów wybranych fragmentów (páyt) oátarza na podstawie
zdjĊü cyfrowych w duĪej skali, uĪyto programu Match-T firmy Inpho. Mierzone
fragmenty byáy pozáacane, z poáyskującymi ornamentami o doĞü skomplikowanej
strukturze. Spowodowaáo to wiele komplikacji, przy automatycznym generowaniu
chmury punktów programem Match-T. Dla kaĪdego stereogramu zdjĊü kaĪdego
fragmentu oátarza zostaá zaáoĪony oddzielny projekt, poniewaĪ poszczególne pary zdjĊü
nie miaáy miĊdzy sobą wzajemnego pokrycia.
Chmury punktów 3D zostaáy wygenerowane dla trzech ozdobnych páyt, z których
dwie są pokazane na rysunku 5 (wzajemne ich poáoĪenie na oátarzu przedstawia rysunek
2. Dla wszystkich modeli zastosowano te same ustawienia parametrów.
Rys.5. Chmury punktów wygenerowanych dla dwóch fragmentów (páyt ) (Arcisz, 2008)
Algorytm korelacji programu Match-T poradziá sobie z wykryciem krawĊdzi tych
fragmentów, które byáy prawidáowo oĞwietlone, pomimo pozáacanych powierzchni
i zarejestrowanych licznych cieni. Problemy wystąpiáy jednak tam gdzie pojawiáy siĊ
refleksy Ğwietlne. Ponadto wykrycie punktów homologicznych byáo problemem
na powierzchniach páaskich lub wygáadzonych.
2. Numeryczne Modele Powierzchni Obiektu (NMPO)
Produkt zostaá wygenerowany w oparciu o oprogramowanie SCOP++, który zostaá
wykorzystany do róĪnorodnej wizualizacji NMPO dla wybranych obiektów oraz
generowania dla nich modeli róĪnicowych i profili. Do generowania NMPO
wykorzystano pozyskane chmury punktów. Dla przeprowadzenia interpolacji NMPO,
program SCOP++ dysponuje kilkoma strategiami. Wybór strategii interpolacji danych
byáo trudne do rozwiązania ze wzglĊdu na nieregularnoĞü punktów i liczne miejsca
pozbawione punktów. Ostatecznie przyjĊto strategiĊ opartą na przeksztaáceniu liniowym
(linear prediction) oraz nie uwzglĊdniającą filtracji danych. Na rysunku 6 pokazano
wizualizacjĊ numerycznych modeli pokrycia obiektu (NMPO) wygenerowanych
dla jednego fragmentu (páyty) z obrazów pozyskanych w skali 1:40 i 1:90 oraz model
róĪnicowy
44
Aleksandra Bujakiewicz
NMPO ze zdjĊü 1: 40
NMPO ze zdjĊü 1: 90
Model róĪnicowy dla NMPO
Rys. 6. Wizualizacja NMPO przykáadowego fragmentu oátarza w postaci modeli
cieniowanych i modelu róĪnicowego.
Zastosowane róĪnorodne metody wizualizacji Numerycznych Modeli Powierzchni
Obiektów (NMPO) wskazują, Īe wygenerowane wczeĞniej chmury punktów, okazaáy
siĊ dla wszystkich fragmentów niewystarczająco dokáadne, szczególnie w miejscach
odblasków, spowodowanych záoceniem. Pomimo obniĪonych dokáadnoĞci zostaáy one
wykorzystane jako przykáad produktu fotogrametrycznego do zasilania i uzupeániania
bazy danych 3D.
3. Produkty wektorowe
Ekstrakcja produktów wektorowych wykonana na stacji
fotogrametrycznej
DAT/EM Summit-Evolution z bezpoĞrednim poáączeniem do bazy GIS, umoĪliwia
ciągáe pozyskiwanie nowych danych, w tym przypadku danych wektorowych,
gromadzenie ich w bazie z jednoczesną moĪliwoĞcią przeprowadzania analiz
i porównania z produktami juĪ istniejącymi w bazie. W ten sposób moĪna zapewniü
lepszą zgodnoĞü dostarczonych danych fotogrametrycznych.
Stacja ta zostaáa wyposaĪona w nakáadkĊ DAT/EM STEREO CAPTURE
dla programu ArcGIS 9.2, która umoĪliwia gromadzenie ekstrahowanych danych
obiektowych 3D w bazie danych GIS. Takie rozwiązanie umoĪliwia ciągáe pozyskiwanie
nowych danych, w tym przypadku danych wektorowych, oraz gromadzenie ich w bazie
z jednoczesną moĪliwoĞcią przeprowadzania analiz i porównania z produktami
juĪ istniejącymi w bazie. W ten sposób moĪna zapewniü lepszą zgodnoĞü dostarczonych
danych fotogrametrycznych.
W opisywanym eksperymencie bazĊ danych 3D zaáoĪono w oparciu o istniejący
model szkieletowy caáego oátarza (Król, 2005). Wykorzystany produkt powstaá na stacji
fotogrametrycznej Z/I ImageStation w Ğrodowisku CAD przy wykorzystaniu programu
Microstation. CzĊĞü wektorową bazy danych 3D caáego oátarza, uzupeániono modelem
obiektowym, wykonanym dla detali oátarza (Arcisz, 2008). StereodigitalizacjĊ na stacji
DAT/EM Summit - Evolution przeprowadzono na modelu przestrzennym 3D páyty
oátarza, zrekonstruowanym w oparciu o zdjĊcia cyfrowe w skali okoáo 1:40 i ich
parametry orientacji zewnĊtrznej, okreĞlonej na drodze terratriangulacji wszystkich zdjĊü
(Rozdz. 2).
Oprogramowanie stacji umoĪliwia, w czasie rzeczywistym, powiĊkszanie
i przeglądanie jednoczeĞnie modelu w widoku stereo i danych w oknie aplikacji
45
Wykorzystanie róĪnoskalowych zdjĊü do zasilania bazy danych 3D obiektów architektonicznych
ArcMap. Natomiast funkcja superimpozycji umoĪliwia naáoĪenie danych obiektowych
na model stereo. BezpoĞrednie poáączenie stacji fotogrametrycznej z bazą danych
zapewnia zachowanie wzajemnej zgodnoĞci i spójnoĞci miĊdzy mierzonymi elementami,
z danymi juĪ wczeĞniej istniejącymi w bazie.
3.1. Zasilanie bazy danych 3D oraz przykáadowe analizy
FuzjĊ danych fotogrametrycznych przeprowadzono na platformie systemu GIS
w oprogramowaniu ESRI ArcGIS 9.2. Do geobazy zostaáy wprowadzone wektorowe
dane archiwalne caáego oátarza [Król, 2005] oraz pozyskane produkty fotogrametryczne
wygenerowane w prezentowanym eksperymencie, tj. dla fragmentów oátarza - modele
wektorowe, numeryczne modele powierzchni obiektów (NMPO) oraz numeryczne
modele róĪnicowe, zachowując podziaá bazy danych na czĊĞü wektorową oraz czĊĞü
z danymi rastrowymi.
Rysunek 7 przedstawia integracjĊ wybranych produktów fotogrametrycznych
w utworzonej bazie danych w systemie ArcGIS.
W oprogramowaniu ArcGIS w nakáadce ArcMap znajdują siĊ proste i uĪyteczne
funkcje, które mogą byü wykorzystywane do róĪnych analiz. Jedna z funkcji wykonuje
analizy pomiarowe w oparciu o zapytania do bazy danych, którymi dowolnie zarządza
obserwator. Rysunek 8 przedstawia wynik zadanego pytania do bazy o powierzchniĊ
dla pozáacanego liĞcia.
Rys.7. Model wektorowy oraz model rastrowy NMPO wybranych fragmentów
- zintegrowane z modelem szkieletowym caáego oátarza
Rys. 8. Analiza powierzchni pozáacanego liĞcia przy wykorzystaniu
funkcji Measure w ArcMap
46
Aleksandra Bujakiewicz
W przypadku obiektów zabytkowych, które czĊsto podlegają renowacji,
przeprowadzenie analiz pomiarowych, w formie zapytaĔ do bazy są bardzo przydatne
dla konserwatorów zabytków. W przedstawionym na rysunku 8 przykáadzie, tego
rodzaju analiza posáuĪyáa do oszacowania powierzchni záocenia liĞcia, która wynosi 20
cm2, dziĊki czemu konserwatorzy obiektu mogli oszacowaü koszt páatków záota, jaki jest
niezbĊdny do jego renowacji.
4.
PODSUMOWANIE
W opracowaniu przedstawiono etapy pracy generowania (i integracji) produktów
fotogrametrycznych dla wybranych páaskorzeĨb oátarza poprzez wykorzystanie
odpowiednich moduáów specjalistycznego oprogramowania.
Produkty te umieszczone w bazie GIS mogą posáuĪyü jako archiwum wiedzy dla
róĪnych specjalistów, zajmujących siĊ restaurowaniem zabytków. DokáadnoĞü
opracowania i wieloplatformowoĞü, a zarazem prosty dostĊp przez zintegrowane
oprogramowanie, pozwala miĊdzy innymi na dokáadne zrekonstruowanie ksztaátu
powierzchni, gruboĞci i rodzaju materiaáów z jakich skáada siĊ obiekt
Stworzona baza danych 3D integrująca produkty dla obiektów sakralnych,
przedstawiona w tym opracowaniu, moĪe stanowiü czĊĞü Systemu Informacji
Architektonicznej o obiektach sakralnych, zaáoĪonego w oprogramowaniu ArcGIS.
System wáaĞciwie administrowany, moĪe byü áatwo dostĊpny na przykáad poprzez
internet dla specjalistów, zajmujących siĊ planowaniem przestrzennym, turystyką czy
promocją obiektów historycznych. Ponadto z chwilą, gdy fotogrametryczne stacje
cyfrowe są poáączone bezpoĞrednio do systemów lub procesów tworzenia baz danych
GIS, dane fotogrametryczne mogą podlegaü wymianie w ramach systemów Open GIS.
To rozwiązanie znacznie uáatwi wzajemną wymianĊ danych pomiĊdzy jednostkami
operującymi róĪnymi oprogramowaniami systemu GIS, bez koniecznoĞci konwersji
danych na odpowiedni format oraz umoĪliwi dowolne zarządzanie danymi przez wielu
uĪytkowników jednoczeĞnie.
5. LITERATURA
Bartolotta M., Di Naro S., Brutto M., Villa B., 2000. Information Systems for
Preservation of Cultural Heritage. The The International Archives of Photogrammetry
and Remote Sensing, Vol. XXXIII, Part B5. s. 864-871.
Bujakiewicz A., Kowalczyk M., Podlasiak P., Zawieska D., 2006. ‘Calibration of Very
Close Range Digital Cameras’. (in english), Kwartalnik PAN ‘Geodezja i Kartografia’,
Vol. 55, No. 2, s. 95-108.
Kolbl O., Cherradi F., Hostettler H., 2000. Conception of an Integrated 3D GIS for
Primary Data Acquisition and data Management; Applied to an Inventory of Historic
Monuments. The International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing,
Vol.XXXIII, Part B5. s. 446-452.
47
Wykorzystanie róĪnoskalowych zdjĊü do zasilania bazy danych 3D obiektów architektonicznych
Sawicki P., 2001. Rozwiązanie terratriangulacji z samokalibracją cyfrowej kamery
Kodak DC4800. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 11, s. 3/25 –
3/32.
Arcisz M., 2008. Pozyskanie danych fotogrametrycznych dla bazy danych 3D GIS
wybranego obiektu sakralnego.
Praca dyplomowa magisterska, Politechnika
Warszawska.
Król M., 2005. Analiza dokáadnoĞci pomiaru fotogrametrycznego 3D obiektu
architektonicznego typu sakralnego opracowanego na fotogrametrycznej stacji cyfrowej.
Praca dyplomowa magisterska, Politechnika Warszawska.
THE USE OF MULTISCALE IMAGES FOR SUPPLEMENTING DATA
BASES OF 3D ARCHITECTURAL OBJECTS
KEY WORDS: Digital Object Model, Terratriangulation, Vector Product
Summary
The paper presents results of a research project tackling the use of a set of close range images at
very different scales, taken with metric and non-metric cameras, in measuring a three-dimensional
object, exemplified by an altar. The exterior orientation of all the photographs was determined by
simultaneous adjustment in the Orient/Orpheus software, using appropriate observation
weightings. The vector product for the entire altar, and – additionally - the Digital Object Models
(DOM) of some of the altar's ornamental and gold–plated 3D plates, were generated with
photogrammetric software. The products were integrated into a single 3D GIS database (ArcGIS
9.2), directly connected with the photogrammetric workstation (Summit Evolution, DAT/EM).
Such an approach made it possible to conduct spatial analysis in 3D GIS database with
supplementary on-line measurements of some data on a 3D photogrammetric model. The products,
located in a GIS data base, can be used as a source of information by various specialists involved
in conservation and restoration of historical monuments. The measurement accuracy and the
multiplatform approach as well as simple access to the integrated software enable reconstruction of
3D shapes of objects and determination of their size and substance.
prof. dr hab. Aleksandra Bujakiewicz
e-mail: [email protected]
tel: 503086444
mgr inĪ. Magdalena Arcisz
e-mail: [email protected]
tel: 606727558
48
dr inĪ. Dorota Zawieska
e-mail: [email protected]
tel. 605458134