The use of 3D laser scanning technology in preservation of historical
Transkrypt
The use of 3D laser scanning technology in preservation of historical
NAUKA SCIENCE Meltem Vatan, M. Oğuz Selbesoğlu, Bülent Bayram The use of 3D laser scanning technology in preservation of historical structures Wykorzystanie technologii skanowania 3D w konserwacji obiektów zabytkowych 1. Introduction 1. Wprowadzenie Historical structures and monuments are symbols of the cultural identity and they constitute the most important part of the cultural heritage. Besides their artistic value those buildings are open to the public and to large assemble of people. Most historical buildings were made of masonry which is very complex. Depending on the construction period; geometrical typology, construction and organization of the structure, element size and type of construction material used are diverse. Safety and stability of historical structures are of key importance when involved in conservation and preservation studies. The stability and structural behavior depend on the geometry of the building as well as its damage state. Before making any intervention decision, it is very important to make safety evaluation of the building with a multidisciplinary team of specialists on this field. Geometrical survey of a structure is very important for both understanding the present state of the structure including its damages and material decays and modeling the structure for the structural analysis. Realistic modeling of historical masonry structures for those purposes is not easy. Deep knowledge of the geometry of the structure and its elements is required for implementing the appropriate model. Different recording techniques exist to acquire an accurate geometric data and description of the building. Traditionally total stations are used to record data of the structures. This is useful for measuring edges or single point of interest but it is Obiekty historyczne i zabytki są symbolami tożsamości kulturowej i stanowią najważniejszą część dziedzictwa kulturowego. Posiadając wartość artystyczną są także dostępne dla publiczności i dużych zgromadzeń. Większość budynków historycznych to bardzo skomplikowane konstrukcje murowe. W zależności od okresu w którym powstały, mogą się różnić typologią geometryczną, budową i systemem konstrukcji, wielkością elementów i rodzajem stosowanego materiału budowlanego. Problematyka bezpieczeństwa i stabilności konstrukcji historycznych jest niezwykle ważna w badaniach z zakresu konserwacji i ochrony. Stabilność i praca konstrukcji zależą od geometrii budynku oraz stanu jego zachowania. Przed podjęciem jakiejkolwiek decyzji o interwencji, trzeba koniecznie dokonać oceny bezpieczeństwa budynku z udziałem zespołu różnych specjalistów z tej dziedziny. Badanie geometrii konstrukcji jest ważne zarówno dla zrozumienia obecnego stanu konstrukcji, włącznie z uszkodzeniami i zniszczeniem materiału oraz dla modelowania konstrukcji dla potrzeb analiz konstrukcyjnych. W tym ostatnim przypadku, dokładne modelowanie historycznych konstrukcji murowych nie jest zadaniem łatwym. Przed przyjęciem właściwego modelu analitycznego, konieczne jest dogłębne poznanie geometrii konstrukcji i jej poszczególnych elementów. Istnieją różne techniki inwentaryzacji pozwalające na zebranie dokładnych danych geometrycznych i opisanie budynku. Tradycyjnie używa się w tym celu tachimetrów. Są one przydatne do pomiarów krawędzi , Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 659 not easy to acquire complex surfaces by this method. Other techniques are close – range photogrammetry and laser scanning which are faster and precise methods and also there are extensive measuring and surveying techniques on this field [1, 2]. The aim of this study is to point out the importance of realistic geometric modeling of historic structures for evaluating the safety condition and to discuss data acquisition methods using in preservation of historical structures and stress particularly on the laser scanning technology. istotnych punktów, ale trudno zbadać tą metodą złożone powierzchnie. Inne techniki to fotogrametria bliskiego zasięgu oraz skanery laserowe, które są szybsze i dokładne, a także pozwalają na rozległe pomiary i badania [1, 2]. Celem tego badania było wykazanie wagi realistycznego modelowania geometrycznego budynków historycznych dla oceny stanu bezpieczeństwa oraz omówienie metod pozyskiwania danych stosowanych w konserwacji historycznych konstrukcji, ze szczególną uwagą poświęconą technologii skanerów laserowych. 2. Importance of Accurate Geometric Data for Evaluating the Safety Condition of Historical Structures 2. Znaczenie dokładności pomiarów geometrii dla oceny stanu bezpieczeństwa konstrukcji historycznych Historical buildings made of masonry are very complex and to make the realistic model of the overall geometry of a historical building is a difficult task. The geometry of those buildings as well as structural elements, transition elements and load transfer schemes vary depending on the construction period and organization of the structure (fig. 1). Because of this variety each historical building should be evaluated in its own condition. The basic principle of the conservation is to understand the building as a whole. The structural typology is important to make a reliable approach and to choose the most appropriate intervention technique for the restoration and preservation of historical buildings. Different load bearing system, load transition system and behavior of the whole building is directly related to the structural typology. During the intervention decision all these parameters should be taken into account. In seismic areas, beside the geometry of the individual building, if there exist, relation with the other structures is very important in the behavior of the historical structures. Even if the buildings constructed in the same age and have the same typology, isolated building has a different failure mechanism than buildings in a row [3]. The first step of the study of the structural performance of masonry is providing the true data of its geometry. Other parameters are dimension of the elements, shape of the blocks, masonry texture, mortar quantity and quality, characteristics of the section and homogeneity of the material [3]. It is obvious that almost all these required data for the evaluation of the structural condition and damage state of the building are related with the geometrical data. Consequently preservation works include (fig. 2): Murowane budynki historyczne są bardzo skomplikowanymi konstrukcjami i przygotowanie wiernego i całościowego modelu historycznej budowli to bardzo trudne zadanie. Geometria tych budynków oraz ich elementy konstrukcyjne, wypełniające i schematy przenoszenia obciążeń są bardzo różne w zależności od okresu powstania i typu konstrukcji (rys. 1). Z powodu tej różnorodności każdy budynek historyczny powinien być analizowany indywidualnie. Podstawową zasadą konserwacji jest zrozumienie budynku jako całości. Typologia konstrukcji jest istotna dla wyboru właściwego sposobu podejścia i wyboru optymalnej techniki interwencji w celu restauracji i konserwacji historycznych budynków. Różnorodne schematy obciążeń i systemy ich przenoszenia oraz zachowanie się całego budynku są bezpośrednio związane z typologią konstrukcji. Wszystkie te parametry należy uwzględnić przy podejmowaniu decyzji o interwencji. Dla ochrony budynków historycznych położonych w obszarach sejsmicznych ważna jest nie tylko geometria konkretnego budynku, ale także – jeśli istnieje – powiązanie z sąsiednimi konstrukcjami. Nawet jeśli budynki zbudowano w tym samym okresie i mają one te same cechy typologiczne, wolno stojący budynek podlega innym mechanizmom niż budynek usytuowany w pierzei [3]. Pierwszy krok w badaniu stanu konstrukcji murowej to zebranie wiarygodnych danych o jej geometrii. Inne parametry to wymiary elementów, kształt bloków, faktura muru, ilość i jakość zaprawy, cechy przekroju i jednorodności materiału [3]. Jest oczywiste, że niemal wszystkie dane potrzebne do oceny stanu technicznego konstrukcji są związane z danymi geometrycznymi. Dlatego prace konserwatorskie obejmują (rys. 2): 660 Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 Fig. 1. Examples of diverse typology of historical masonry structures in Istanbul Rys. 1. Przykłady typów historycznych konstrukcji murowych w Istambule Fig. 2. (a, b) Plan drawing and façade drawing of the historic building; (c) Crack pattern of the dome of the historic building; (d) FEM model Rys. 2. (a, b) Rzut i elewacja budynku zabytkowego; (c) Rysy na kopule historycznej budowli; (d) Model MES Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 661 As built drawings of the existing building both in plan, sections and facades; The texture of the facades; Damage state of the building (e.g. crack pattern, deterioration); If the detailed inspection is necessary, structural analysis of the building (e.g. FEM). In the following, exciting different recording techniques for obtaining those required data will be described. Dokumentację stanu faktycznego istniejących budynków: rzuty, przekroje i elewacje; Teksturę fasad; Stan niszczenia budynku (np. zarysowania, uszkodzenia); Jeżeli konieczne jest badanie szczegółowe, analizę konstrukcyjną budynku (np. MES). W dalszej części artykułu zostaną opisane różnorodne dostępne techniki inwentaryzacji pozwalające na zebranie tych danych. 3. Architectural Modeling of the Realistic Geometry of the Exciting Building 3. Modelowanie architektoniczne realistycznej geometrii istniejących budowli Numerical modeling of the real geometrical shape of the historic building as part of safety evaluation is the hardest step. Architects are traditionally used to draw all necessary drawings through photos and manual measurements. In the traditional method of numerical modeling of the existing building, all structural elements have to be drawn manually with several drawbacks. The process is time consuming and forced labor; first the architectural plan drawings should be made then if it is possible generating a 3D model through 2D drawings. Generally photos are used for generating the 3D model and inaccuracy of the photos could result with different facades’ and section drawings. It is difficult to verify whether the result model is accurate or not [4]. Recently photogrammetry became a widespread method in architecture, with developing computer industry both software and hardware. In comparison with traditional drawing and modeling techniques, photogrammetry is faster and more precise. Photogrammetry is based on processing of images by generating DTMs, DSMs, orthoimages, 2D and 3D reconstruction [5]. Total station, metric cameras and laser scanning are used as measurement techniques in photogrammetric method. Data collected from both of these techniques is useful in architecture. By this way, time and effort is reduced while making as built drawings in digital format. Recently terrestrial laser scanning technology became widespread in the field of documentation of the historical heritage. Mobile and flexible optical 3D measuring systems based on techniques as photogrammetry, fringe projection, laser scanning and combinations of those image based or range based systems can successfully applied to the measurement and virtual reconstruction of cultural heritage [6]. 3D laser scanner is one of Modelowanie numeryczne wiernego rzeczywistości kształtu geometrycznego budowli historycznej jest najtrudniejszym krokiem w procesie oceny bezpieczeństwa. Architekci są zwykle przyzwyczajeni do rysowania całej dokumentacji na podstawie zdjęć i ręcznych pomiarów. W tradycyjnej metodzie numerycznego modelowania istniejących budowli wszystkie elementy konstrukcyjne trzeba modelować ręcznie i to kilku wersjach. Jest to czaso- i pracochłonny proces; najpierw trzeba przygotować rzut budynku, a następnie, jeśli to możliwe, z pomocą dodatkowych rysunków 2D (przekroje, elewacje), wygenerować model. Zasadniczo do tworzenia modeli 3D używa się zdjęć i ich niedokładność może prowadzić do błędów w dokumentacji elewacji i przekrojów. Trudno zweryfikować, czy stworzony w ten sposób model jest dokładny czy nie [4]. W miarę rozwoju sprzętu i oprogramowania komputerowego, w ostatnich latach popularną wśród architektów metodą stała się fotogrametria, która jest szybsza i dokładniejsza niż tradycyjne techniki inwentaryzacji i modelowania. Fotogrametria opiera się na przetwarzaniu obrazów w celu tworzenia numerycznych modeli terenu, ortofotomap, rekonstrukcji dwu- i trójwymiarowych [5]. Totalstation, kamery metryczne i skanery laserowe to techniki pomiaru stosowane zwykle w metodzie fotogrametrycznej. Dane zebrane za pomocą tych technik są przydatne w architekturze: w ten sposób oszczędza się czas i wysiłek poświęcony na dokumentację stanu faktycznego w formie cyfrowej. Ostatnio, w dziedzinie dokumentacji dziedzictwa historycznego popularną technologią stało się naziemne skanowanie laserowe. Mobilne i wygodne trójwymiarowe, optyczne systemy pomiarowe, oparte na takich technikach jak fotogrametria, triangulacja optyczna, skanery laserowe, a także połączenia technik pomiaru opartych na analizie obrazu i pomiarze odległości, mogą być doskonale stosowane do inwentaryzacji i wirtualnych rekonstrukcji 662 Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 Fig. 3. The data set obtained from laser scanner of the Kovukkemer aqueduct (a) Photo of the aqueduct, (b) 3D point clouds, (c) The west façade of the aqueduct [7] Rys. 3. Zestaw danych uzyskanych w procesie laserowego skanowania akweduktu Kovukkemer (a) Zdjęcie akweduktu, (b) chmura punktów 3D, (c) zachodnia elewacja akweduktu [7] the tools for survey documentation of the overall building in the accurate way. The importance of 3D laser scanning is providing a full surface description instead of measuring some specific points. After an extensive processing phase, the collected data can be used to derive 2D drawings, 3D models useful for architectural drawings and numerical modeling of structural analysis (fig. 3). 3.1. Laser Scanners Due to its simplicity, speed and capability of its use in the extensive applications; laser scanning is getting great interest recently. Laser scanners acquire realistic data of objects by measuring thousands of points with high accuracy in a time efficient way. By extensive processing phase the collected data can be used to construct 2D or 3D models useful in a wide variety of applications. Triangulation based, time of flight based and phase difference based laser scanner principles exist. Triangulation lasers are the devices that project a laser line or pattern onto an object and measure the deformation of that pattern using a visible sensor to determine the geometry of the object. Time of flight scanners compute by measuring the timeframe between sending a short laser pulse and receiving its reflection from an object. These two types of scanners are relatively slow but can measure points up to 1 km from the scanner without loss of accuracy. Phase based scanners use a modulated continuous laser wave instead of laser pulses allowing for faster measuring, but the range of these scanners is limited to approximately 50 – 80 m [2]. Laser scanners have been available for over ten years, but in the last three years their beneficial dziedzictwa kulturowego [6]. Trójwymiarowy skaner laserowy to jedno z narzędzi pozwalających na sporządzenie dokładnej inwentaryzacji budynku jako całości. Ważne jest, że trójwymiarowe skanowanie laserowe pozwala na pełen opis powierzchni, a nie tylko pomiar specyficznych punktów. Po przetworzeniu, zabrane dane można wykorzystać do tworzenia rysunków 2D i modeli 3D, które mogą być pomocne w przygotowywaniu dokumentacji architektonicznej i modeli dla numerycznej analizy konstrukcji (rys. 3). 3.1. Skanery laserowe Dzięki swej prostocie, szybkości i szerokim możliwościom zastosowania skanowanie laserowe budzi ostatnio ogromne zainteresowanie. Skanery laserowe dają realistyczne dane na temat obiektów dzięki bardzo dokładnym pomiarom tysięcy punktów wykonanym w stosunkowo krótkim czasie. W procesie przetwarzania, zebrane dane mogą być użyte do opracowania modeli dwu- i trójwymiarowych, przydatnych w bardzo wielu zastosowaniach. Skanery laserowe mogą opierać się na zasadzie triangulacji, na zasadzie czasu powrotu odbitego sygnału lub różnicy fazowej. Lasery triangulacyjne to urządzenia, które przenoszą laserową linię lub wzór na obiekt i mierzą stopień deformacji wzoru i w ten sposób ustalają geometrię obiektu. Skanery działające na zasadzie czasu powrotu odbitego sygnału opierają się o pomiar czasu pomiędzy wysłaniem krótkiego sygnału laserowego, a odebraniem jego odbicia od obiektu. Te dwa typy skanerów są stosunkowo wolne, ale mogą zmierzyć nawet punkty oddalone o 1 km, nie tracąc przy tym na dokładności. Skanery fazowe wykorzystują modulowaną ciągłą wiązkę laserową zamiast krótkich sygnałów, co pozwala na szybki pomiar, ale zasięg takich skanerów nie przekracza 50 – 80 m [2]. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 663 Skanery laserowe są dostępne od ponad dekady, applicability and improvements move forward. The improvements in software applications to ale ostatnie trzy lata przyniosły duży rozwój ich zastohandle and visualize the point clouds in an effec- sowań i jakości. Rozwój oprogramowania służącego do efektywnej, wydajnej tive and efficient way obsługi i wizualizacji chmur have created a new era punktów zapoczątkował in surveying which is nową erę w dziedzinie called “High Definition pomiarów, zwaną „poSurvey” – HDS. Using miarami wysokiej rozHDS technology the dzielczości” („High Definiphysical reality can be tion Survey” – HDS). Za captured in an efficient, pomocą technologii HDS accurate and reliable można dokumentować way. Inaccurate or stan rzeczywisty w spoeven wrong as built sób wydajny, dokładny information was and i wiarygodny. Niedokładstill is a big problem ne lub nawet błędne dane for the architects. State o stanie faktycznym były of the art laser scanners Fig. 4. Pink Pavilion i nadal są poważnym proare capable to generate Rys. 4. Różowy Pawilon blemem dla architektów. today in a very short time huge data sets. In order to be able to manage Najnowocześniejsze skanery laserowe mogą dziś this huge data set, totally new approaches and tworzyć ogromne zbiory danych w bardzo krótkim concepts are developed. HDS supporting genera- czasie. Opracowuje się zupełnie nowe podejścia i kontion of the data and results with solutions tailored cepcje, aby zarządzać tymi dużymi zbiorami. HDS specifically to the user and combines and inte- wspomaga generowanie danych i wyników zindywigrates various scanning technologies and different dualizowanymi rozwiązaniami, łącząc i integrując software modules [8]. Figure 4 shows an example różne technologie skanowania i moduły oprogramoof HDS data obtained by Leica. wania [8]. Rys. 4 przedstawia przykład danych HDS The manner of using laser scanner is: filtering zebranych za pomocą Leica. of every point for noise removal, removing of Tryb opracowywania danych uzyskanych w proredundant points, generating a mesh and if there cesie skanowania laserowego jest następujący: filexist, filling of small holes by using curvature trowanie chmury punktów w celu eliminacji szubased filling algorithm [2]. mów, usuwanie zbędnych punktów, generowanie modelu siatkowego oraz uzupełnienie nieciągłości w 3.2. The Case Study of the Pink Pavilion modelu za pomocą algorytmu wypełniania śleIn this paper Pink Pavilion is chosen as a case dzącego zakrzywienia powierzchni [2]. study which is one of the Yildiz Palace’s build3.2. Studium przypadku Różowego Pawilonu ings (fig. 5). Yildiz Palace is a vast complex of former imperial Ottoman pavilions and villas in W tym artykule, jako studium przypadku wybrano Istanbul built in the late 19th and early 20th cen- Różowy Pawilon, który jest jednym z budynków w zeturies. It was used as residence by the Sultan spole pałacowym Yildiz (rys. 5). Pałac Yildiz (Pałac and his court. Pink Pavilion is a timber weekend Gwiazd) to rozległy kompleks pawilonów i willi dwelling constructed for Ottoman princes in the w Istambule, powstały pod koniec XIX i na początku XX w. Służył jako rezydencja otomańskiego sułtana late 19th century [9]. In this study geodetic measurement and pho- i jego dworu. Różowy Pawilon jest niewielką drewtogrammetric method are used and results are nianą budowlą wzniesioną jako pawilon rekreacyjny compared. 1/200 scaled stereo photos have dla otomańskich książąt pod koniec XIX w. [9]. W ramach opisywanego projektu wykonano potaken by using Rolley Metric camera in the photogrammetric method and geodetic measure- miary geodezyjne oraz fotogrametryczne, a następments have done by using 1+2 ppm precise To- nie porównano wyniki. W ramach metody fotogrametrycznej wykonano zdjęcia stereo w skali 1/200 tal Station. The Pink Pavilion building has been scanned za pomocą kamery Rolley Metric, zaś pomiary geoby Mensi GS100 laser scanner from 15,25m with dezyjne wykonano za pomocą TotalStation o do1cm point density by sending two pulses to each kładności własnej 1+2 ppm. Budynek Różowego Pawilonu został także zeskacontrol point. Control points on the façade were 664 Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 Fig. 5. Data obtained from the scanning process Rys. 5. Dane uzyskane w procesie skanowania Fig. 6. Mesh generation model of the Pink Pavilion Rys. 6. Model Różowego Pawilonu z wygenerowanej siatki chosen by paying attention to the desired details and avoiding obstacles. Register process hade made by using Mensi – Real Works software (figure 5) and the mesh generation was made by using trial version of Geomagic software (figure 6). Photogrammetric orientation and evaluation have made by Workstation software. Through point clouds 3D model was generated by using 3D Studio Max software. All extent data of the building can be obtained from this model. As a result of this study data obtained from geodetic measurements and photogrammetric method are compared. Consequently, geodetic point clouds in the stereo absolute orientation and point clouds in the registration process are different. Through the data of table 1 the formula (1) and (2) are calculated and differences of the accuracy between geodetic measurements and photogrammetric method are derived. nowany skanerem laserowym Mensi GS100 z odległości 15,25 m przy gęstości punktów 1 cm poprzez wysłanie dwóch impulsów do każdego punktu kontrolnego. Punkty kontrolne na fasadzie zostały wyznaczone tak, aby uwzględnić istotne szczegóły i uniknąć przeszkód. W procesie rejestracji użyto oprogramowania Mensi – Real Works (rys. 5), a model siatkowy wygenerowano za pomocą ewaluacyjnej wersji oprogramowania Geomagic (rys. 6). Do orientacji i opracowania fotogrametrycznego wykorzystano oprogramowanie Workstation. Z chmury punktów wygenerowano model 3D za pomocą oprogramowania 3D Studio Max. Z modelu tego można uzyskać wszystkie dane o wymiarach budynku. Wynikiem badań było porównanie danych uzyskanych za pomocą pomiarów geodezyjnych z danymi uzyskanymi metodą fotogrametryczną. Jak należało przewidywać, otrzymane wyniki różniły się. Podstawiając dane z tabeli 1 do wzorów (1) i (2), wyliczyć można różnice w dokładności między pomiarami geodezyjnymi i metodą fotogrametryczną. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 665 d xyz ( x geo x pocl ) 2 ( y geo y pocl ) 2 ( z geo z pocl ) 2 (1) d xyz ( x stereo x pocl ) 2 ( y stereo y pocl ) 2 ( z stereo z pocl ) 2 (2) Tab. 1. The difference between Geodetic coordinates and point clouds; and stereo model coordinates and point clouds Różnice między geodezyjnymi współrzędnymi i chmurami punktów a współrzędnymi i chmurami punktów modelu stereo Geodetic Coord-Point Cloud Coord Współrzędne geodezyjny-Współrzędne chmury punktów dX (mm) dY (mm) dZ (mm) dX (mm) dY (mm) dZ (mm) -13 14 -12 11 -19 -16 -6 11 -5 6 -14 -2 11 -24 15 -23 -21 3 -9 -5 -13 10 -9 -4 18 24 11 8 17 14 14 -19 -12 22 -10 4 20 19 12 14 10 9 -23 -18 20 -10 -12 11 22 16 -14 4 13 -5 22 23 17 5 12 14 -17 17 15 -6 13 10 10 7 25 14 14 10 -12 8 21 8 -8 8 -26 -13 6 -10 -21 1 -22 19 5 -32 8 -7 12 21 17 -2 8 4 25 24 -11 13 17 -3 19 13 -5 10 1 7 -8 -24 -7 -14 -6 -11 -17 -11 12 -9 3 5 -12 -22 -21 4 -4 -9 -21 -25 -14 -9 -11 -8 20 -23 12 14 -15 6 -9 -13 15 -2 1 8 -16 -10 5 -2 -12 16 According to the calculation of the formulas above, the max difference between geodetic coordinates and point clouds is 26 mm; and the max difference between stereo model coordinates and point clouds is 42 mm. So, the average difference between geodetic measurements and photogrammetric method is 34 mm. The main reason of those different resulting values is choice of 1 cm point density. Mensi GS100 laser scanner is capable to work with 2 mm point density. The choice of min value point density has advantages and disadvantages. Min point density value give more precise measures, but processing and 3D modeling are not time efficient procedures. Due to the fact that the Pink Pavilion building is timber structure and has flat façade 1 cm point 666 Stereo Model Coord-Point Cloud Coord Współrzędne modelu stereo-Współrzędne chmury punktów Z powyższych wyliczeń wynika, że maksymalna różnica między współrzędnymi geodezyjnymi a chmurami punktów wynosi 26 mm, a maksymalna różnica między współrzędnymi modelu stereo a chmurami punktów wynosi 42 mm. Oznacza to, że przeciętna różnica między pomiarami geodezyjnymi a metodą fotogrametryczną wynosi 34 mm. Główną przyczyną różnic w uzyskanych wartościach jest wybór gęstości skanowania jako 1 cm. Skaner laserowy Mensi GS100 może pracować przy gęstości punktów 2 mm. Wybór minimalnej wartości gęstości punktów ma swoje zalety i wady. Minimalna wartość gęstości punktów daje bardziej precyzyjne pomiary, ale przetwarzanie i modelowanie trójwymiarowe są bardziej czasochłonne. Ponieważ Różowy Pawilon jest konstrukcją drewnianą i ma płaską fasadę, gęstość skanowania 1 cm była wła- Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 density was appropriate in this study. If architectural as built drawings are required, it is obvious that in comparison with manual measures both results are satisfying. ściwa dla opisywanego przypadku. Jeśli wynikiem prac ma być architektoniczna dokumentacja stanu faktycznego, oczywiste jest, że w zestawieniu z pomiarami ręcznymi oba wyniki są satysfakcjonujące. 4. Conclusion 4. Wnioski Conservation of cultural heritage as well as historical heritage and forward it to the future generation is human imperative. Properly documentation is the main issue of the preservation. Photogrammetric methods or techniques are successfully used to document historic buildings since many years. Many different recording techniques are available and widely used on this field. By the recent developments in the field of computer technology it is possible to create as built survey documentation in a very time efficient and accurate way. Especially, the emerging of laser scanning technology offers effective, accurate and fast capturing of as built information and subsequent efficient utilization of the captured data for engineering tasks and purposes. Laser scanning technology combines and integrates various data and different software modules which facilitate the digital reconstruction and making realistic models. This integration supports data handling and delivering of the results to the various applications in an effective way. In this paper an attempt was made to explain the state of the art of documentation techniques and the importance of the accurate geometric survey in the field of preservation and conservation of cultural heritage. Photogrammetry as a tool for acquiring geometric data is being used for years. Nevertheless it is possible to say that there is necessity of much work and collaboration among researchers from different research disciplines involved in historical heritage. Progress, already performed studies and also requirement of the improvements on this field can be listed as follows: Lots of researches and studies have been carried out on the field of using photogrammetry in architecture, particularly for acquiring geometrical data, making 3D models and generating as built drawings. In the comparison between photogrammetric method and laser scanning method it is obvious that relatively those methods have advantages and disadvantages. More precise and accurate data could be obtained by integration of both methods. The use of accurate geometrical data for structural analysis objectives is the main application in case of preservation of historical structures. The main goal is to convert point cloud data to 2D or 3D model and into usable information for the structural analysis. Ochrona dziedzictwa kulturowego i historycznego jako przekazywanie tego dziedzictwa kolejnym pokoleniom jest powinnością człowieka. Właściwa dokumentacja to główna kwestia w procesie konserwacji. Metody lub techniki fotogrametryczne są od lat używane z sukcesem do dokumentowania historycznych budynków. W tej dziedzinie istnieje wiele technik inwentaryzacyjnych i są one powszechnie używane. W ostatnich latach, dzięki rozwojowi technologii komputerowej, możliwe jest efektywne czasowo tworzenie szczegółowej dokumentacji stanu istniejącego. Szczególnie nowa technologia skanowania laserowego umożliwia skuteczne, dokładne i szybkie zebranie informacji o stanie faktycznym, a następnie efektywne zastosowanie zebranych danych w zadaniach inżynieryjnych. Technologia skanowania laserowego łączy i integruje różne dane i różne moduły oprogramowania, które ułatwiają cyfrową rekonstrukcję i tworzenie wiernych rzeczywistości modeli. Taka integracja efektywnie wspomaga przetwarzanie danych i ich udostępnianie dla różnorodnych zastosowań. W prezentowanym artykule podjęto próbę opisu aktualnego stanu wiedzy na temat technik dokumentacji i znaczenia dokładnych pomiarów geodezyjnych dla konserwacji i ochrony dziedzictwa kulturowego. Fotogrametria jest narzędziem pozyskiwania danych geodezyjnych używanym już od wielu lat. Można jednak powiedzieć, że potrzeba dużo pracy i współpracy naukowców z różnych dyscyplin związanych z ochroną dziedzictwa kulturowego. Postęp, wykonane już badania oraz potrzeby udoskonalania tej metody można podsumować następująco: Wielu badaczy i wiele badań podejmowało kwestię wykorzystania fotogrametrii w architekturze, szczególnie do uzyskiwania danych geometrycznych, przygotowania modeli 3D i rysunków inwentaryzacyjnych. Porównanie metody fotogrametrycznej z metodą skanowania laserowego dowodzi, że obie mają swoje zalety i wady. Integracja obu tych metod może dostarczyć więcej bardziej precyzyjnych danych. Wykorzystanie dokładnych danych geometrycznych do analizy konstrukcyjnej to główne zastosowanie w dziedzinie konserwacji budowli historycznych. Głównym celem jest przekształcenie danych z chmury punktów w modele dwu- i trójwymiarowe oraz w informacje przydatne w analizach konstrukcyjnych. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 667 It is possible to create as built survey documentation in a very time efficient and accurate way by using laser scanning technology, although the post processing of laser scan data still requires a lot of manual work. It is beneficial due to enabling a full surface description instead of measuring only specific points as with total station survey. Façade drawings and sections can be easily extracted. The use of acquired data by laser scanning is not limited to one application (e.g. as built drawings), but it can be integrated and exported to different software modules for using in different tasks (AutoCAD, MicroStation etc.). Behind, it can be used also for 3D virtual modeling, heritage archiving, deformation and damage monitoring of the historical structures. Integration between different tools and soft wares still need improvements. Integration of the methodology within a decision tool platform by means of a common platform is the focus for future research. Although laser scanning is an evolving technology, data processing and conversion is still time consuming task. Automation is possible but requires specific user algorithms. The development of the software functionality allows managing and visualizing billions of data points in an interactive mode. The capability to handle large data sets offer to combine data from different sources and measurement techniques in a single data set and make the resulting point clouds more valuable for many applications. Accurate and reliable data to be used in the FEM analysis can be generated through the laser scanning data. However, this process needs to develop through joint work of architects, civil engineers and photogrammetry specialists interested in this field. HDS is the new way in reality capturing and will change the way of interacting with a geometrically correct and complete representation of reality. The development of computer technology, tools, workflows and methodologies in the field of accurate data acquisition and the way of capturing reality will continue. In the field of preservation of historical heritage, by means using of laser scanner data, interdisciplinary researches and studies are indispensable. 668 Inwentaryzacja za pomocą technologii skanowania laserowego daje dokładne wyniki w krótszym czasie, pomimo iż późniejsze przetwarzanie danych ze skanowania jest nadal procesem czasochłonnym. Technologia ta jest pomocna, ponieważ pozwala na opis całej powierzchni, a nie tylko na pomiar poszczególnych punktów, jak w przypadku TotalStation. Można łatwo uzyskać widoki elewacji i przekroje. Wykorzystanie danych uzyskanych za pomocą skanera laserowego nie ogranicza się do jednego celu (np. dokumentacja stanu faktycznego), można je integrować i eksportować do różnych modułów oprogramowania i stosować do różnych zadań (AutoCAD, MicroStation itp.). Poza tym, można je wykorzystać do tworzenia wirtualnych modeli trójwymiarowych, archiwizacji dziedzictwa, monitoringu zniekształceń i uszkodzeń konstrukcji historycznych. Integracja różnych narzędzi i programów nadal wymaga wiele pracy. Integracja metodologii na poziomie narzędzi decyzyjnych na wspólnej platformie to centralny punkt przyszłych badań. Chociaż skanowanie laserowe to rozwijająca się technologia, przetwarzanie i konwersja danych to nadal czasochłonne zadanie. Możliwa jest automatyzacja, ale wymaga ona specyficznych i zindywidualizowanych algorytmów. Rozwijanie funkcjonalności oprogramowania pozwala na zarządzanie i interaktywną wizualizację miliardów punktów. Możliwość obsługi wielkich zbiorów danych umożliwia łączenie danych z różnych źródeł i technik pomiaru w jednym zbiorze danych, a uzyskane w ten sposób chmury punktów są przydatne w wielu zastosowaniach. Dokładne i wiarygodne dane do wykorzystania w analizach MES można uzyskać z danych skanowania laserowego, ale proces ten musi być rozwijany we współpracy architektów, inżynierów i specjalistów fotogrametrii pracujących w tej dziedzinie. HDS to nowa technologia dokumentowania stanu rzeczywistego, która odmieni sposób interakcji z geometrycznie poprawnym i wiernym odwzorowaniem rzeczywistości. Rozwój technologii komputerowej, narzędzi, algorytmów i metodologii w dziedzinie pozyskiwania dokładnych danych i dokumentowania stanu faktycznego bynajmniej się nie zakończył. W dziedzinie ochrony historycznego dziedzictwa z pomocą danych ze skanerów laserowych niezbędne są dalsze interdyscyplinarne studia i badania. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 References • Literatura [1] Boeykens S., Santana M., Neuckermans H., Improving Architectural Design Analysis Using 3D Modeling and Visualisation Techniques, In: Proceedings of the 14th International Conference on Virtual Systems and Multimedia – VSMM, Cyprus 2008. [2] Schueremans L., Van Genechten B., The Use of 3D Laser Scanning in Assessing the Safety of Masonry Vaults – A Case Study on the Church of Saint Jacobs, Optics and Lasers in Engineering (Journal of Elsevier), 2009, 47, 329 – 335 [3] L. Binda, A. Saisi, Research on Historic Structures in Seismic Areas in Italy, Journal of Wiley Inter science, 2005 (www.interscience.wiley.com) DOI: 10.1002/pse.194 [4] Debevec P.E., Modeling and Rendering Architecture from Photographs, University of California – Berkeley, PhD Dissertation, 1996. [5] Baltsavias P.E., A Comparison Between Photogrammetry and Laser Scanning, ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, 1999, 54, pp. 83-84. [6] Przybilla H.J., Peipe J., 3D Modeling of Heritage Objects by Fringe Projection and Laser Scanning Systems, XXI International CIPA Symposium, Athens, Greece, 2007. [7] Vatan M., Arun G., Using Photogrammetric Data for Establishing 3D Finite Element Model of a Masonry Aqueduct, In: Proceedings of the XX. CIPA International Symposium, Torino, Italy, 2005. [8] Erwin F., Kung J., Bukowski R., High – Definition surveying (HDS): A New Era in Reality Capture, International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2004, Vol. XXXVI – 8/W2. [9] Encyclopedia of Istanbul (Dünden Bugüne İstanbul Ansiklopedisi), Volume 7, History Foundation of Turkey and Ministry of Culture and Tourism (Tarih Vakfi ve Kültür ve Turizm Bakanlığı), Istanbul 1994. [10] Selbesoglu M.O., Demet A., Yersel Lazer Tarayıcılar ile Üç Boyutlu Modelleme ve Uygulaması, Yildiz Technical University, Civil Engineering Faculty, Division of Photogrammetry, Istanbul (graduation thesis), 2008. *** YTU Faculty of Architecture, Structural Systems Division YTU Wydział Architektury, Zakład Systemów Konstrukcyjnych YTU Institute of Science and Technology YTU Instytut Nauki i Technologii YTU Civil Engineering Faculty, Division of Photogrammetry YTU Wydział Inżynierii Cywilnej, Zakład Fotogrametrii Abstract Streszczenie Accurate geometric data is the most important issue in the filed of safety evaluation and preservation of historical structures. Photogrammetry is successfully used to document historic buildings since many years. By the recent developments in the field of computer technology it is possible to create as built survey documentation in a very time efficient and accurate way. Traditionally total stations are used to record data of the structures and other techniques are close – range photogrammetry and laser scanning which are faster and precise methods. The aim of this study is to point out the importance of realistic geometric modeling of historic structures for evaluating the safety condition and to discuss data acquisition methods using in preservation of historical structures and stress particularly on the laser scanning technology. Dokładne dane geometryczne to najistotniejsza kwestia w dziedzinie oceny bezpieczeństwa i ochrony historycznych konstrukcji. Fotogrametrię od lat wykorzystuje się z sukcesem do dokumentowania historycznych budowli. Dzięki postępowi technologii komputerowej w ostatnich latach możliwe jest tworzenie dokumentacji stanu faktycznego bardzo dokładnie i w stosunkowo krótkim czasie. Tradycyjnie do zapisywania danych konstrukcji stosuje się total stations, zaś inne technologie to fotogrametria bliskiego zasięgu i skanowanie laserowe, które są metodami szybszymi i dokładniejszymi. Celem niniejszego badania było wskazać znaczenie realistycznego modelowania historycznych konstrukcji dla oceny stanu bezpieczeństwa oraz omówić metody uzyskiwania danych używane w dziedzinie konserwacji historycznych budowli ze szczególnym naciskiem na technologię skanerów laserowych. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 669 NAUKA SCIENCE Michał Kędzierski, Anna Fryśkowska Rafał Dąbrowski, Michalina Wilińska Naziemne skanowanie laserowe obiektów sakralnych z zastosowaniem technologii HDS Terrestrial laser scanning of sacred buildings in HDS technology 1. Wstęp 1. Introduction W przeciągu ostatnich kilkunastu lat zauważalny jest bardzo dynamiczny rozwój technologii naziemnego skanowania laserowego (NSL). NSL jest technologią umożliwiającą dokonanie (w pełni automatycznie) precyzyjnego pomiaru obiektu przestrzennego poprzez skanowanie powierzchni budynku, rzeźby etc. W wyniku pomiaru otrzymuje się tzw. „chmurę punktów” (punkty o współrzędnych X, Y, Z oraz intensywność). Pozyskana zostaje w ten sposób informacja o geometrii obiektu, a także o intensywności powracającego sygnału. Na podstawie tak dużej liczby punktów możliwe jest wykonanie bardzo dokładnych modeli elewacji czy wnętrza kościołów, a także niezbędnych rysunków wektorowych czy przekroi, które często są wykorzystywane przez architektów i konserwatorów zabytków do odtworzenia stanu faktycznego obiektu sprzed renowacji lub wizualizacji geometrii obiektu. W artykule przedstawione zostanie wykorzystanie w architekturze sakralnej technologii naziemnego skanowania laserowego na przykładzie opracowania zabytkowego kościoła drewnianego w Żukowie. Pomiary wykonane zostały skanerami: impulsowym ScsanStation2 oraz fazowym HDS6000. Recently, the use of terrestrial laser scanning (TLS) is more and more popular. TLS technology can be used to conduct (fully automatically) precise measurements of space objects by scanning the surface of buildings, sculptures, etc. As a result of the measurement you get so called “point cloud” (points with the X, Y, Z coordinates and the intensity value) This way you can get the information about the geometry of an object as well as about the intensity of the returning signal. On the basis of such a huge number of points it is possible to generate highly accurate models of the facades or interiors of churches as well as necessary vector drawings or cross sections which are often used by architects and art conservators to restore the original condition of buildings from before renovation or for visualization of the geometry of such objects. In this paper we present the use of the terrestrial laser scanning technology in documenting sacred architecture heritage, based on example of the wooden church in Zukow. The survey was performed with two different types of scanners: pulsed scanner (ScanStation2) and phase-based scanner (HDS 6000). 2. Zastosowanie NSL do badania stanu obiektów zabytkowych 2. The application of TLS in surveys of architectural heritage Dzięki NSL możliwy jest bezdotykowy pomiar, czy też badanie struktury lub geometrii obiektów przestrzennych. Wiąże się z to z możliwością wy- With the use of TLS it is possible to remotely measure or study the structure and geometry of spatial objects. This results in a possibility of Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews 670 Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 konania pomiarów nie tylko w miejscach trudnodostępnych (jak np. sklepienia kościelne), ale także pomiaru elementów o skomplikowanej budowie czy kształcie (ornamenty, filary, ołtarze itp.). Ponadto, co jest szczególnie istotne z punktu widzenia architektów – dane te mogą być eksportowane do plików systemów typu CAD (formaty .dxf, .dgn itp.), gdzie na ich podstawie generowane są rysunki wektorowe czy też trójwymiarowe modele. making measurements not only in places with difficult access (such as church vaults) but also the measurements of elements with complicated structure or shape (ornaments, pillars, altars, etc.). Furthermore, which is especially important from the point of view of the architects – the data can be exported to CAD system files (formats .dxf, .dgn, etc.), where 2D vector drawings or 3D models can be generated. 2.1. Pozyskiwanie danych 2.1. Data collection W ramach prac badawczych wykonane zostało skanowanie zabytkowego drewnianego kościoła w Żukowie k. Warszawy za pomocą dwóch typów skanerów: impulsowego – Leica ScanStation2 oraz fazowego – HDS6000. Skaner Leica ScanStation2 jest skanerem impulsowym o zasięgu kilkuset metrów umożliwiającym wykonanie pomiarów z milimetrową precyzją. Jego wysoka produktywność jest zapewniona poprzez wysoką dokładność wyznaczenia współrzędnych punktów w przestrzeni (6 mm), pomiaru odległości (4 mm), a przede wszystkim niespotykaną dotąd zdolność zagęszczenia ścieżki skanowania poniżej 1 mm. Jest to szczególnie przydatne przy precyzyjnych pomiarach niewielkich elementów architektonicznych lub przemysłowych. Przewagą systemu jest również możliwość wizualnego umiejscowienia pojedynczego, specyficznego punktu czy wybranego elementu obiektu na badanej powierzchni i wykonanie bardzo dokładnego pomiaru tego elementu. Skaner posiada również wbudowaną kamerę cyfrową o rozdzielczości 6,4 mln pikseli. Z kolei skaner HDS6000 jest skanerem fazowym o prędkości skanowania do 500 tys. pkt/s i zasięgu do 80 m. Jest ultraszybkim skanerem nowej generacji i pozwala na wyznaczenie współrzędnych punktu z dokładnością do 6 mm na odległości 25 m i odpowiednio 10 mm na odległości 50 m. Oba systemy skanujące sterowane są z wykorzystaniem oprogramowania Cyclon. The survey included scanning of the historical wooden church in Zukow near Warsaw with the use of two types of scanner: pulsed scanner – Leica ScanStation2 and phase-based scanner – HDS6000. Leica ScanStation2 is a pulsed scanner with the range of a few hundred meters whose precision is sufficient to conduct measurements with few millimeters precision. Its high productivity is assured by the high precision of calculation of the coordinates of spatial points (6 mm), measurements of distance (4 mm) and first of all the high scanning density which can be even below 1 mm. This is especially useful in precise measurements of small architectural or industrial details. Another advantage of this system is the possibility of visual location of a single, specific point or a chosen detail of an object on test area and conducting a very precise measurement of such an object. The scanner also has a built-in digital camera with the resolution of 6.4 million pixels. On the other hand, HDS6000 is a phasebased scanner with the scanning speed of up to 500 thousand points/s and the range of up to 80 m. This is a new generation ultra-fast scanner which can locate the coordinates of a point with the precision of up to 6 mm at the distance of 25 m or respectively 10 mm at the distance of 50 m. Both scanning systems are supported by Cyclon software. 2.1.1. Zasada pomiaru 2.1.1. Measurement method Obecnie wykorzystywanymi typami systemów skanujących są: impulsowy skaner laserowy i fazowy skaner laserowy. Pomiar laserowy polega na wyemitowaniu wiązki światła koherentnego, która odbija się od przeszkody (badany obiekt) i powraca do urządzenia. Wówczas pozyskiwana zostaje informacja o odległości (czasie przebiegu wiązki tam i z powrotem) oraz o kątach poziomym i pionowym do obiektu względem skanera. Następnie wyznaczone zostają współrzędne przestrzenne każdego punktu. Różnica pomiędzy skanerem impul- At present two types of scanning systems are used: pulsed laser scanner and phase-based laser scanner. Laser measurement consists in emitting a coherent light beam which reflects against any obstacle (object of study) and returns to the device. Then the information is collected about the distance (beam travel time) as well as horizontal and vertical angles from an object to the scanner. Next the spatial coordinates of each point are calculated. The difference between pulsed scanner and phase-based scanner is based on the method Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 671 sowym a fazowym sprowadza się do metody wyznaczenia odległości (pomiar czasu przebiegu impulsu lub pomiar fazy wiązki lasera). of calculating the distances (measurements of pulse travel time or the measurements of the laser beam phase). Pozyskiwanie danych Data collection Proces pozyskiwania danych z naziemnego skaningu laserowego składa się z kilku etapów: – zaplanowania stanowisk pomiarowych, – skanowania, – rejestracji danych (połączenia poszczególnych skanów i ujednolicenia układu współrzędnych), – przetwarzania danych: wektoryzacja, modelowanie itp. The process of data collection from the terrestrial laser scanner includes a few stages: – planning the measurement stations – scanning – data registration (referencing of individual scans and unification of the system of coordinates) – data processing: vectorization, modeling, etc. 2.1.2. Zaplanowanie stanowisk pomiarowych 2.1.2. Planning the measurement stations Wcześniejsze rozplanowania stanowisk pomiarowych jest szczególnie istotne szczególnie wtedy, gdy mówimy o pomiarze skanerem fazowym, charakteryzującym się niewielkim zasięgiem (zwłaszcza jeżeli kąt skanowania do obiektu jest duży). Autorzy publikacji przeprowadzili już badania dotyczące wpływu kąta skanowania i odległości skanowania na ilość i jakość powracającego sygnału odbitego od różnego rodzaju struktur. Były to próbki materiałów takich jak: cegła, drewno, szkło witrażowe, beton, różnego typu skały, z jakich mogą być zbudowane zabytkowe kościoły. Z przeprowadzonych wcześniej badań dla skanera impulsowego wynika, iż dla materiałów typu drewno czy cegła liczba punktów odbitych spada wyraźnie już na odległości 200 m, a także przy kątach skanowania powyżej 45°. W tabeli 1 przedstawione są wyniki dla przykładowych materiałów: cegły i drewna. Oprócz spadku liczby punktów zauważalne jest, iż przy odległości od obiektu rzędu 100 m i dla wartości kątów obrócenia próbek tylko do 45° wartość intensywności odbicia spada ponad dwukrotnie. Na odległościach powyżej 200 m, dla cegły liczba zarejestrowanych punktów spadła do zera, zatem nie można było zarejestrować intensywności odbicia, nawet dla niewielkich wartości kątów obrotu. Taka informacja o charakterze materiału jest szczególnie istotna przy wyborze i rozmieszczeniu stanowisk skanera. Z kolei w przypadku skanera fazowego praktyczna odległość skanowania nie przekracza 50 m przy odpowiednim ustawienie stanowisk (możliwe prostopadle do obiektu). Dla większych kątów padania wiązki (rzędu 30-40°), zwłaszcza dla powierzchni ciemnych (pokrycia dachowe), liczba zarejestrowanych punktów spada kilkakrotnie. W przypadku elementów drewnianych zasięg skanowania jest znacznie większy. Planning of the measurement stations is especially important in the case of measurement with the use of the phase-based scanner which has a small range (especially if the scanning angle is unfavorable). The authors of the publication have already conducted research regarding the impact of the scanning angle and distance on the number and the quality of the returning signal reflected from different types of structure. The sample materials included brick, wood, stained-glass, concrete and different types of rock from which historical churches can be built. The tests conducted with the use of the pulsed scanner demonstrate, that when such materials as wood or brick were used, the number of reflected points drops significantly already at the distance of 200 m as well as with the scanning angles over 45°. Table 1 presents the results for sample materials: brick and wood. Apart from the drop of the number of points, it is evident that with the distance from the object of about 100 m and for the values of the angles of rotation of the samples only up to 45°, the value of reflection intensity drops more than twice. For the distance of over 200 m, in the case of brick, the number of registered points dropped to zero, so it was impossible to register the reflection intensity even for low values of the angles of rotation. Such information about the nature of material is especially important when selecting and locating the scanner measurement stations. On the other hand, in the case of the phase-based scanner the practical distance of scanning does not exceed 50 m with the correct distribution of stations (possibly perpendicular to the object). For scanning angels in a range about 30-40°, especially for dark surfaces (roofing claddings), the number of registered points drops several times. In the case of wooden elements, the range of scanning is much greater. 672 Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 Tab. 1. Liczba punktów odbitych od próbki wraz z intensywnością odbicia od przykładowych powierzchni: cegły, drewna Number of points reflected from the sample and reflection intensity. Examples: for the brick and wood Cegła Brick Odległość [m] Distance [m] 17 50 100 200 290 Kąt [°] Angle [°] 0 22,5 45 67,5 0 22,5 45 67,5 0 22,5 45 67,5 0 22,5 45 67,5 0 22,5 45 67,5 Drewno Wood Liczba punktów odbitych Number of reflected points Intensywność odbicia Reflection intensity Liczba punktów odbitych Number of reflected points Intensywność odbicia Reflection intensity 37213 30440 22385 9600 35320 31279 19271 12283 28394 29218 22623 10629 241 0 0 0 0 0 0 0 0,4049 0,3981 0,3838 0,3587 0,2816 0,2780 0,2723 0,2605 0,1993 0,1957 0,1884 0,1693 0,1197 0 0 0 0 0 0 0 35153 34637 24245 11104 39500 33040 22782 11971 32239 32547 24832 12139 25817 27672 15164 0 1283 791 0 0 0,5598 0,5558 0,5054 0,4065 0,3685 0,3689 0,3411 0,2895 0,2608 0,2609 0,2473 0,2059 0,1691 0,1702 0,1369 0 0,1195 0,1125 0 0 The results presented above were taken into Powyższe wyniki zostały uwzględnione podczas planowania rozmieszczenia stanowisk pomia- account when planning the location of the measrowych (rys. 1). Stanowiska zostały rozmieszczo- urement stations (fig. 1). The stations were located ne tak, aby możliwe było zeskanowanie wszyst- in such a way as to enable the scanning of all dekich elementów kościoła (zarówno wnętrza, jak tails of the church (both inside and outside). The facades of i elewacji). the building were Zewnętrzna elemeasured from wacja budynku pofour stations, mierzona została whereas the intez czterech stanorior from two wisk, wewnętrzna stations. In order zaś na podstawie 2 to connect both stanowisk. Do poparts, a group of łączenia obu częHDS targets was ści wykorzystano used. The targets grupę tarcz celowwere placed in niczych HDS. Tarfront of the cze ustawione zochurch entrance, stały przed wejściem do kościo- Rys. 1. Szkic rozmieszczenia stanowisk i tarcz celowniczych HDS dla pomiaru as well as on the impulsowym. Oznaczenia: ST – stanowiska pomiarowe, T – tarcze gate in front of ła, a także na bra- skanerem celownicze HDS; kolorem szarym zaznaczono obiekt-kościół; na zdjęciu: widok the church. Addimie przed kościorozmieszczenia grupy tarcz celowniczych na bramie wjazdowej łem. Dodatkowo, Fig. 1. Sketch of the pulsed laser scanner stations (ST) and HDS targets (T). tionally, due to z uwagi na kon- Gray color represents the church and the photo on the left – the group of the the construction HDS targets, located on the entrance gate of the church, it strukcję kościoła, możliwy był pomiar tarczy HDS (punktu wiążące- was possible to measure the HDS target (tie point) also through side doors (target T17, fig. 1). go) również przez drzwi boczne (tarcza T17, rys. 1). Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 673 2.1.3. Skanowanie obiektu 2.1.3. Scanning of the church Zewnętrzna część budynku zeskanowana została z rozdzielczością 5 mm (na zadanej odległości ok. 30 m). W wyniku pomiaru pozyskanych zostało ok. 10 mln punktów przedstawiających elewację budynku. Skany wykonane na poszczególnych stanowiskach zapisywane zostały w bazie danych w tzw. środowiskach skanowania (ang. ScanWorlds). Z każdego stanowiska widocznych było co najmniej 5 wspólnych sygnałów. Podczas pozyskiwania informacji o położeniu punktów w przestrzeni pozyskuje się również bardzo ważną daną – mianowicie wartość intensywności powracającego sygnału. Na jej podstawie możemy stwierdzić jak silny był powracający do detektora sygnał. Rys. 2a przedstawia skan budynku w domyślnych barwach skanera. Czerwona barwa oznacza sygnał o małym albedo, z kolei niebieska o bardzo wysokim albedo. Na rys. 2b widoczne są te same chmury punktów, ale z teksturą pozyskana na podstawie wbudowanej w skaner impulsowy kamery cyfrowej. Taka prezentacja danych bardzo często ułatwia interpretację, czy też odnalezienie konkretnych szczegółów na obiekcie. The external part of the building was scanned with the 5 mm resolution (at distance of about 30 m). As a result of the measurement about 10 million points representing the facade of the building were acquired. The scans made from individual stations were recorded in the database in so called ScanWorlds. At least five common HDS targets were visible from each station. During cloud point acquisition, some other very important information is obtained too – namely the value of intensity of the returning signal. It can be used to determine the strength of the signal returning to the detector. Fig. 2a shows the scan of the building in colors representing reflection intensity. Red color represents the signal with low albedo, whereas blue color represents very high albedo. In fig. 2b you can see the same point clouds but with the texture collected by the pulsed scanner built-in digital camera. Such a presentation of data very often facilitates the interpretation or finding specific details. For comparison, the measurements of the same object were made with the use of the phase-based scanner HDS 6000. Rys. 2. Połączone skany kościoła w Żukowie: a) widok w barwach intensywności odbicia (barwy ze skanera), b) skany z nałożoną teksturą pozyskaną ze zdjęć cyfrowych Fig. 2. Registered scans of the church in Zukow: a) intensity colors (colors from scanner) b) textured scans Dla porównania przeprowadzono pomiary tego samego obiektu z wykorzystaniem skanera fazowego HDS 6000. Pomimo faktu, że deklarowana rozdzielczość skanowania wynosiła 4 mm na odległości 30 m, a teoretyczny zasięg skanera to 80 m, widoczne są braki w danych. Szczególnie zauważalne jest to na dachu budynku oraz wieży, gdzie istotnym czynnikiem wpływającym na zakres skanowania był kolor pokrycia dachowego, odległość oraz kąt do stanowiska. W przypadku pomiarów elewacji obiektów sakralnych zdecydowanie korzystniejszy jest pomiar skanerem impulsowym. 674 Despite the fact that the rated resolution of scanning was 4 mm at the distance of 30 m and the theoretical range of the scanner is 80 m, some data are missing. This is especially evident on the roof of the building and the tower, where the significant factors affecting the scan was the roof color, the distance and the station angle. In the case of the measurements of the facades of sacred buildings the pulsed scanner is definitely more useful. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 Skaner impulsowy Skaner fazowy Rys. 3. Porównanie wyników pomiarów skanerami impulsowym i fazowym Fig. 3. Comparison of the measurements conducted by pulsed and phase-base scanner 2.1.4. Skanowanie wnętrza 2.1.4. Interior scanning Celem skanowania wnętrza kościoła było wykonanie dokumentacji szczegółów takich jak ornamenty, rzeźby, sklepienie, newralgiczne elementy konstrukcji itp. Skanowanie wnętrzna wykonane zostało z rozdzielczością 7 mm, a dla wybranych elementów gęstość ścieżki skanowania została zwiększona do 3 mm. Dzięki takiej liczbie punktów można wykonać dokładne trójwymiarowe modele i ortoobrazy ścian, sufitu, okien oraz rzeźb. Rys. 4a i b przedstawia skany wnętrzna kościoła wykonane odpowiednio skanerem fazowym i impulsowym. The objective of the scanning of the church interior was to create documentation of such details as ornaments, sculptures, vaults, critical elements of the construction, etc. The interior was scanned with the 7 mm resolution, and for selected elements the scanning path density was increased to 3 mm. With that number of points it is possible to generate detailed 3D models and orthophotos of the walls, ceiling, windows and sculptures. Fig. 4a and b show the scans of the interior of the church made with the phase-based and pulsed scanners respectively. Rys. 4. Skany wnętrza kościoła wykonane: a) skanerem fazowym, b) skanerem impulsowym Fig. 4. The scans of the church interior: a) pulsed scanner, b) phase-based scanner Już na etapie pozyskiwania danych zauważalna staje się jedna z podstawowych różnic pomiędzy skanerami impulsowymi i fazowymi – tj. zasięg i rozdzielczość skanowania. Skaner impulsowy po- Already at the stage of data acquisition, one of the basic differences between the pulsed scanner and phase-based scanner becomes evident – the scanning range and resolution. The pulsed scanner Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 675 siada znacznie większe możliwości pomiaru obiektów wysokich (użyteczny zasięg do 200 m), a ponadto zdolność zagęszczenie ścieżki skanowania poniżej 1 mm. Z kolei skanery fazowe w zastosowaniach „wewnętrznych” są zdecydowanie bezkonkurencyjne w porównaniu ze skanerami impulsowymi. Dla porównania: skanowanie wnętrzna kościoła w pełnym zasięgu (czyli 360 stopni na 270 stopni) skanera impulsowego trwało ok. 120 minut, natomiast fazowego 23 minuty, przy dużo wyższej rozdzielczości. Skaner fazowy umożliwia pomiar dużo większej liczby punktów w tym samym czasie. is much more useful in measuring tall buildings (usable range of up to 200 m) and furthermore its scanning path density can be set below 1 mm. On the other hand, the phasebased scanner, when used inside, is much better than the pulsed scanner. For comparison: the full range of scanning of the church interior (that is 360 by 270 degrees) with the pulsed scanner took about 120 min, whereas with the phase-based scanner – 23 minutes, with much higher resolution. The phase-based scanner measures many more points within the same time. 2.1.5. Rejestracja danych 2.1.5. Data registration Pierwszym, wstępnym opracowaniem danych pomiarowych jest łączenie i wzajemne orientowanie skanów pozyskanych z pomiarów wykonanych na poszczególnych stanowiskach, czyli tzw. rejestracja. I tak, dla części zewnętrznej i wewnętrznej, rejestracja metodą „na tarcze”, gdzie punktami wiążącymi są właśnie tarcze HDS (zarówno dla skanera impulsowego, jak i fazowego) przeprowadzona została z błędem średnim nie przekraczającym wartości 3 mm. Warto zauważyć, że błędy na poszczególnych tarczach osiągają wartości na poziomie dokładności pomiaru skanera, rzędu 2-3 mm. The first, preliminary stage of data processing includes merging and mutual orientation of the scans acquired from separate stations – that is data registration. And so, for the external and internal parts the registration with the use of targets, where the tie points were HDS targets (for both the pulsed scanner and for the phasebased), resulted with the mean error below 3 mm. It is worth noting, that the errors on individual targets reach the values at the level of the scanner measurement accuracy of about 2-3 mm. 2.1.6. Przetwarzanie danych – wektoryzacja i modelowanie 3D Z punktu widzenia opracowań architektonicznych coraz bardziej popularne stają się trójwymiarowe modele obiektów oraz rysunki wektorowe, najczęściej generowane w systemach typu CAD. Dane pozyskane ze skanowania laserowego przedstawiają powierzchnię jako „nieuporządkowaną” chmurę punktów. Nie przedstawia ona jednak obiektu jako struktury o konkretnej geometrii. Do wizualizacji struktury wykorzystuje się rysunki wektorowe oraz modele przestrzenne. Rysunek wektorowy może być utworzony manualnie, półautomatycznie lub automatycznie. Pierwsze dwie metody polegają na rysowaniu przez operatora „szkieletu” konstrukcji bądź poszczególnych elementów architektonicznych, poprzez zdefiniowanie przez operatora przebiegu linii, krawędzi oraz węzłów łączących poszczególne elementy z zachowaniem topologii obiektu. Jest to typowe podejście wykorzystywane w systemach CAD. Automatyczne generowanie „wektora” za pomocą zbudowanego wcześniej modelu 3D daje zdecydowanie pełniejszą informację na temat powierzchni „wypełniających” szkielet kon676 2.1.6. Data processing – vectorization and 3D modeling From the point of view of architectural studies, 3D models of objects as well as 2D vector drawings, most often generated in CAD systems, are more and more popular. The data obtained from laser scanning present the surface as a “disorganized” point cloud. However, they do not present an object as a structure with specific geometry. The 2D vector drawings and 3D models are used to visualize the structure. 2D vector drawing can be generated manually, semi-automatically or automatically. In the first two methods the operator draws a “frame” of the construction or individual architectural details by defining the lines, edges and points connecting individual elements, maintaining at the same time the topology of the object. This approach is typically used with CAD systems. Automatic generation of 2D vector drawings directly from built earlier 3D model, provides much more complete information about the surfaces “filling” in the frame of the construction [3]. Fig. 5a and b show four views of the structure of the church in Zukow generated with the use of this method. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 strukcji [3]. Rys. 5a i b przedstawia w czterech rzutach konstrukcję budynku kościoła w Żukowie wygenerowaną tą właśnie metodą. The most common methods of generating 3D models include: Rys. 5. a) widok budynku w czterech rzutach: z góry, z przodu, izometrycznie oraz z boku, b) widok krzyża na wieży kościoła Fig. 5. a) Four views of the building: top, front, isometric and right side b) view of the cross at the church tower top – Meshing with the use of a network of trianNajczęściej stosowanymi metodami generowagles with the accuracy and size depending on nia modeli 3D są: the number of points and complexity of an – triangulacja (tzw. ang. meshing) wykorzystująobject. This method, however, is problematic ca siatkę trójkątów o dokładności i wielkości in the case of modeling shapes and irregular zależnej od liczby punktów oraz złożoności surfaces; obiektu, jednak ta metoda jest problematyczna – Constructive Solid Geometry which uses simw przypadku modelowania kształtów i pople solids such as: cones, cuboids, cylinders, wierzchni nieregularnych; spheres, etc. This method provides a high level – modelowanie za pomocą brył geometrycznych of generalization and requires subsequent veri(tzw. ang. Constructive Solid Geometry), wyfication of the operator. korzystujące znane figury takie jak: stożki, Fig. 6a and b show the model generated prostopadłościany, walce, kule itp. Metoda ta cechuje się wysokim stopniem generalizacji with the use of geometric solids. On the right oraz wymaga późniejszej weryfikacji ze strony (fig. 6b) you can see details of the cross on the church tower. The modeled fragments required operatora. Rysunek 6a i b przedstawia model wygenero- fitting the planes or solids defined by the prowany za pomocą brył geometrycznych, w części b gram into point clouds. The most problematic are the details rysunku widoczne with irregular są detale krzyża shape or comznajdującego się na plex structure wieży kościoła. Zasuch as: church modelowane fragtower, windows, menty wymagały details of decowpasowania chmurations, sculpry punktów w zdetures, figures, finiowane w proetc. gramie płaszczyzny The 3D model czy figury geomeof the church tryczne. Najbardziej problematyczne są Rys. 6. a) trójwymiarowy model kościoła w Żukowie, b) model krzyża na wieży kościoła was made on the Fig. 6. a) 3D model of the church in Żuków b) model of the church tower basis of the point elementy o nierecloud (17 million points) with the use of Cyclon gularnym kształcie lub o złożonej strukturze takich jak: wieża kościoła, okna, elementy ozdobne rzeź- 5.8 and Microstation CloudWorx software. by, figury itp. Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 677 Trójwymiarowy model kościoła wykonany został na podstawie chmury punktów (17 mln punktów) z wykorzystaniem oprogramowania Cyclon 5.8 oraz Microstation CloudWorx. 3. Podsumowanie W artykule Autorzy poruszyli najważniejsze aspekty pozyskiwania oraz przetwarzania danych z naziemnego skanowania laserowego w celu uzyskania informacji o geometrii obiektu na przykładzie drewnianego kościoła w Żukowie. Celem publikacji było również porównanie dwóch różnych typów skanerów: fazowego i impulsowego oraz ich wykorzystania w tworzeniu dokumentacji architektonicznej. 3. Summary The authors of the paper presented the most important aspects of acqusition and data processing from the terrestrial laser scanner in order to achieve information about the geometry of an object based on example of the wooden church in Zukow. The objective of the paper was also to compare two different types of scanners: the phase-based scanner and the pulsed scanner as well as their practical use in developing architecture documentation. Literatura • References [1] Cheng1 X.J., Jin W., Study on Reverse Engineering of Historical Architecture Based on 3D Laser Scanner, Department of Surveying and Geo-informatics, Tongji University, China. [2] Monti C., Fregonese L., Achille C., Laser scanner application on complex shapes of architecture.Profiles extraction processing and 3d modeling, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXIV-5/W10. [3] Pfeifer N., Dorninger P., Nothegger C., Surveying Structures and Buildings with Laser Scanning – Future Areas of Application, Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, TUV. [4] Ullrich A., Studnicka N. et al., 3D-Laser-Sensors and their Applications in archaeology and Modeling of Historic Buildings, Workshop7 – Archäologie und Computer, Vienna 2002. [5] Kędzierski M., Sanecki J., Walczykowski P., Fryśkowska A., Laser scanning of cultural heritage objects, Polish Journal of Environmental Studies, vol.17, 1C, 2008. Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa, Polska Military University of Technology, Warsaw, Poland Streszczenie Abstract W przeciągu ostatnich lat zauważalny jest dynamiczny rozwój badań architektonicznych z wykorzystaniem naziemnego skanowania laserowego (TLS.) Uzyskane dane mogą być wykorzystywane do tworzenia trójwymiarowych modeli oraz rysunków wektorowych, szczególnie przy tworzeniu dokumentacji architektonicznej. Jest to bardzo ważne w przypadku rzeźb czy też konstrukcji sakralnych, kiedy potrzebna jest taka dokumentacja do rekonstrukcji lub odbudowy zniszczonych elementów. W artykule przedstawione jest wykorzystanie technologii naziemnego skanowania laserowego na przykładzie kościoła drewnianego w Żukowie. Artykuł prezentuje także próbę porównania dwóch rodzajów skanera: impulsowego (ScsanStation2) oraz fazowego (HDS6000). Recently, the use of terrestrial laser scanning has become more and more popular. Data acquired with the use of the terrestrial laser scanner can be used to generate 3D models and 2D vector drawings and especially, to create architecture documentation. It is very important in the case of sacred sculptures or buildings, when reconstruction of damaged elements or construction is needed. In this paper we present laser scanning of the wooden church in Zukow. We also make an attempt to compare two different types of scanners: the pulsed (ScanStation2) and the phase-based scanner (HDS 6000). 678 Wiadomości Konserwatorskie Conservation News 26/2009 NAUKA SCIENCE Leszek Koźmiński*, Marzena Brzozowska* Jacek Kościuk**, Waldemar Kubisz*** Wykorzystanie możliwości nowoczesnego skanowania 3D w oględzinach miejsca zdarzenia i ich dokumentowania Possibilities of using modern 3D scanning in the crime scene investigation and its documentation 1. Wstêp 1. Introduction OglÍdziny w ca≥ym zespole czynnoúci procesowych i pozaprocesowych, sk≥adajπcych siÍ na úledcze badanie miejsca zdarzenia, zwykle zajmujπ centralnπ pozycjÍ i rolÍ. £πczπc g≥Ûwne zagadnienia taktyki i techniki kryminalistycznej, oglÍdziny pozwalajπ na wyjaúnienie okolicznoúci zdarzenia (rekonstrukcja), pozwalajπ ustaliÊ sprawcÍ/sprawcÛw zdarzenia oraz umoøliwiajπ zebranie rzeczowego materia≥u dowodowego w postaci ujawnionych i zabezpieczonych úladÛw kryminalistycznych, ktÛre w dalszych czynnoúciach wykrywczych pozwalajπ na udowodnienie stopnia uczestnictwa w przestÍpstwie sprawcy/sprawcÛw [1]. OglÍdziny wiÍc w postÍpowaniu przygotowawczym w wielu przypadkach odgrywajπ rolÍ decydujπcπ w ujawnianiu i zabezpieczaniu dowodÛw, Ñstanowiπ fundament dla ca≥ej sprawy. Czas ich przeprowadzenia, fachowoúÊ, z jakπ zostanπ wykonane, zakres przeprowadzonych czynnoúci majπ zdecydowane znaczenie dla losÛw postÍpowania przygotowawczego (dochodzenia-úledztwa)î [2]. Zgodnie z obowiπzujπcym prawem do prowadzenia oglÍdzin uprawnione sπ wy≥πcznie osoby reprezentujπce wskazane bezpoúrednio s≥uøby i instytucje: PolicjÍ, øandarmeriÍ, prokuraturÍ lub sπdy. JakoúÊ tej procesowej czynnoúci kryminalistycznej bezpoúrednio uzaleøniona jest od wiedzy i umiejÍtnoúci biorπcych w niej udzia≥ osÛb. Poza prowadzπcym oglÍdziny policjantem czy prokuratorem do pomocy moøe zostaÊ powo≥any bieg≥y lub specjalista (technik kryminalistyki), ktÛrzy bez ograniczeÒ Inspection plays a crucial role and occupies a central position in the whole complex of trial proceedings and extra-trial actions which constitute investigation of a crime scene. Combining main issues of criminological tactics and techniques, investigation enables to explain circumstances of an event (reconstruction), to ascertain a perpetrator/ perpetrators of a crime and to collect material evidence in the form of revealed and secured criminological traces which in further detection may prove a degree of participation in a crime of a perpetrator/perpetrators [1]. Therefore during preliminary activities, inspection has a decisive role in revealing and securing evidence, ìit lays foundations of a whole case. Time, professionalism, range of activities are of great importance for preliminary activities (inquiry ñ investigation)î [2]. According to the law, only persons representing particular services and institutions: the police, military police, prosecutor, court of justice, are entitled to carry out inspection. The quality of these legal proceedings is directly related to the knowledge and skills of persons taking part in these activities. Apart from a policeman or a prosecutor who conduct the inspection, an expert or a specialist (forensic technician) may be appointed to help; they can make use of all available means and facilities in order to reveal and secure crime traces as well as to state their dimensions or document the whole activity. Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 679 mogπ wykorzystywaÊ dostÍpne úrodki i urzπdzenia s≥uøπce zarÛwno do ujawniania i zabezpieczania úladÛw kryminalistycznych, jak i ich wymiarowania czy dokumentowania ca≥ej czynnoúci. XXI wiek w zakresie wspomnianych czynnoúci technicznych swoimi osiπgniÍciami naukowymi i technologicznymi poszerzy≥ spectrum nowoczesnych úrodkÛw i narzÍdzi techniki kryminalistycznej. Walizka kryminalistyczna przesta≥a kojarzyÊ siÍ wy≥πcznie ze szkie≥kiem lupy i piÛrem pÍdzla daktyloskopijnego. W dobie badaÒ DNA, analizy úladÛw powystrza≥owych GSR, nowych metod ujawniania úladÛw linii papilarnych nie dziwiπ poszukiwania rozwiπzaÒ ultranowoczesnych, mogπcych zaistnieÊ we wspÛ≥czesnej kryminalistyce. Teraüniejszym krokiem w przysz≥oúÊ nowoczesnych technik kryminalistycznych wydaje siÍ byÊ moøliwoúÊ wykorzystania w czynnoúciach oglÍdzinowych technologii naziemnego skanowania 3D. Skanowanie laserowe 3D stosowane jest obecnie na ca≥ym úwiecie g≥Ûwnie w takich dziedzinach jak: budownictwo i architektura, inøynieria przemys≥owa, geodezja, ochrona zabytkÛw i archeologia. Z coraz wiÍkszym powodzeniem od poczπtku obecnego dziesiÍciolecia technologia ta zaczÍ≥a byÊ wykorzystywana w kryminalistyce. Najsilniej wykorzystanie skanerÛw 3D widoczne jest w amerykaÒskich s≥uøbach policyjnych. W Ñmultidyscyplinarnych zespo≥ach úledztw wypadowychî (Multidisciplinary Accident Investigation Team) pracujπcych w si≥ach California Highway Patrol, zajmujπcych siÍ przede wszystkim kryminalistycznym badaniem miejsc zdarzeÒ drogowych, jak i ich rekonstrukcjπ oraz ustalaniem przyczyn. Ponadto zespo≥y MAIT wspomagajπ czynnoúci na miejscach innych zdarzeÒ kryminalnych, a zw≥aszcza tych z uøyciem broni palnej, zarÛwno przez przestÍpcÛw, jak i policjantÛw. W stanie Nowy Meksyk (USA Albuquerque Police) skaner 3D wykorzystywany jest w mobilnym zespo≥ach laboratorium kryminalistycznego (Mobile Crime Lab) na miejscu najpowaøniejszych zdarzeÒ kryminalnych, najczÍúciej z uøyciem broni. Takøe w Europie technologia skanowania 3D zaczyna byÊ wykorzystywana przez policyjne s≥uøby úledcze g≥Ûwnie w úledztwach powybuchowych zwiπzanych z dzia≥aniami zorganizowanych grup przestÍpczych lub terrorystycznych. Szko≥a Policji w Pile wespÛ≥ z Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D przy Instytucie Historii Architektury Sztuki i Techniki oraz firmπ Leica Geosystems podjÍ≥a prÛbÍ rozpoznania moøliwoúci wykorzystania systemÛw skanowania 3D w ramach czynnoúci oglÍdzinowych na miejscu zdarzenia i ich dokumentowania. 680 The 21st century has broaden the range of modern means and devices of criminological technique in the domain of above mentioned activities. A criminological suitcase has ceased to be associated with a magnifying glass and a dactylographic brush. In the times of DNA studies, GSR analysis of aftershot traces, new methods of revealing fingerprints, it is not surprising that ultra modern solutions are searched for, such that can function in present day forensic science. A possibility of using 3D scanning technology during inspection seems to constitute a present step into the future of modern criminological techniques. 3D laser scanning is now used in the whole world in such domains as: building and architecture, industrial engineering, geodesy, conservation of monuments and archaeology. It has been successfully used in forensic science since the beginning of this decade. The greatest usage of 3D scanners may be observed by the American Police. Multidisciplinary Accident Investigation Team, working within the California Highway Patrol, is concerned mainly with crime detection of traffic accidents, their reconstruction and causes. Moreover, MAIT helps in other crime scenes, especially those in which fire-arms are used both by perpetrators or policemen. In the State of New Mexico (US Albuquerque Police), a 3D scanner is used by the Mobile Crime Lab at the sites of most serious crimes, usually accompanied by fire-arms usage. 3D scanning technology has recently started to be employed also in Europe by police detectives mostly in investigations carried out after explosions originated by organised criminals or terrorists. Police School from Pi≥a together with Laboratory of 3D Scanning and Modelling at the Institute History of Architecture, Arts and Technology and the Firm of Leica Geosystems have undertaken an attempt to examine the possibilities of using 3D scanning systems on inspection of a crime scene and their documentation. Lecturers from the Criminology Department of Police School, Pi≥a, together with representatives of the Laboratory and the Firm carried out inspection of simulated crimes at two crime scenes: in an open area ñ a traffic accident, and in a house ñ a murder. In both cases before a proper investigation was carried out, according to the law (kpk) and regulations concerning these proceedings, the sites were scanned with the use of HDS Leica ScanStation 2 scanner and accompanied ñ for reasons of demonstrative documentation ñ by a digital camera ñ Fuji Fine Pix S5 Pro. One of the simulated crime scenes (murder) was left in an unchanged conditions and it was inspect- Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Wyk≥adowcy Zak≥adu Kryminalistyki Szko≥y Policji w Pile wraz z przedstawicielem ww. Laboratorium i firmy Leica Geosystems przeprowadzili czynnoúci oglÍdzinowe na dwÛch miejscach symulowanych zdarzeÒ kryminalnych: w terenie otwartym wypadku komunikacyjnego oraz w pomieszczeniach mieszkalnych miejsca zabÛjstwa. W obu przypadkach przed wykonaniem w≥aúciwych oglÍdzin, zgodnie z przepisami prawa (kpk) oraz zasadami przeprowadzania takich czynnoúci, miejsca zdarzenia poddane zosta≥y skanowaniu z uøyciem skanera HDS LeicaScanstation 2, wspomaganego ñ dla celÛw dokumentacji poglπdowej ñ cyfrowym aparatem lustrzanym ñ Fuji FinePix S5 Pro. Jednoczeúnie jedno z symulowanych miejsc zdarzeÒ (zabÛjstwa), pozostawione w niezmienionych warunkach, dwukrotnie poddano oglÍdzinom metodπ klasycznπ z uøyciem zespo≥Ûw ludzkich, wchodzπcych w sk≥ad grupy operacyjno-procesowej. W wyniku tych czynnoúci policjanci sporzπdzili komplety dokumentacji w postaci protoko≥u oglÍdzin, szkicu roboczego i w≥aúciwego, metryczek úladowych oraz notatki pooglÍdzinowej. Powyøsze mia≥o na celu porÛwnanie wynikÛw skanowania 3D oraz czynnoúci oglÍdzinowych zespo≥Ûw ludzkich w zakresie sporzπdzanej dokumentacji techniczno-poglπdowej. 2. Skanowanie 3D miejsca zdarzenia i przygotowanie dokumentacji W czynnoúciach skanowania 3D symulowanego miejsca zdarzenia, jako czynnoúÊ adekwatna do oglÍdzin, bra≥y aktywnie udzia≥ 2 osoby. £πczny czas skanowania wyniÛs≥ 1 godz. 55 min., a samo pomieszczenie by≥o analizowane z trzech stanowisk (oko≥o 3035 minut na jedno stanowisko skanowania). Sama czynnoúÊ przeprowadzana na miejscu zdarzenia polega≥a na zeskanowaniu rzeczywistoúci z trzech rÛønych, dope≥niajπcych siÍ stanowisk pracy skanera 3D, ktÛry wymaga≥ wy≥πcznie unieruchomienia, wypoziomowania i okreúlenia fragmentu miejsca poddanego automatycznemu skanowaniu, zapisywanym na dysku twardym komputera wspÛ≥pracujπcego z urzπdzeniem (Rys. 1). Czas opracowania materia≥Ûw uzyskanych w wyniku skanowania, ≥πcznie dla wszystkich stanowisk, wynosi≥ (bez udzia≥u przygotowania filmÛw) 8 godzin, w tym: ñ rejestracja chmury punktÛw ñ 30 minut, ñ opracowanie zdjÍÊ panoramicznych ñ 3 godziny, ñ mapowanie kolorÛw ñ 1 godzina, ñ przygotowanie true view ñ 30 minut, ed twice by means of a classical method performed by a team of investigators that belonged to an operational ñ trial group. As a result of their activities, policemen prepared sets of documents in the form of inspection report, a working and proper sketch, trace identifying cards and after- inspection notes. The above mentioned activities were aimed at comparing the results concerning the preparation of technical ñ demonstrative documentation obtained by 3D scanning and inspection performed by a team of investigators. 2. 3D scanning of a crime scene and preparing documentation Two persons took actively part in 3D scanning of a simulated crime scene, as the activity corresponding with inspection. A total scanning time was 1 hour 55 minutes, and the room was scanned from 3 positions (about 30 ñ 35 minutes per one scanning position). The activity carried out at the crime scene consisted in scanning the reality from three different, complementary positions of work of 3D scanner, which required only immobilisation, levelling and defining a fragment of the scene undergoing automatic scanning which was saved on a hard disc of a computer working with the scanner (fig. 1). The time of analysis of data obtained during scanning for all positions (without film preparation) was 8 hours and included: ñ point cloud registration ñ 30 minutes ñ working out panoramic pictures ñ 3 hours ñ colour mapping ñ 1 hour ñ preparing true view ñ 30 minutes ñ preparing panoview ñ 30 minutes ñ working out vector projection ñ 3 hours ñ additional generating of one demonstrative film for a single scanning position took about 1 hour. As a result of joining positions and defining external reference system (so called georeference), a point cloud is obtained, which consists of hundreds of thousands, or even millions of points, which is ready for making immediate measurements and three-dimensional analyses, for 3Dmodelling or for direct usage in other CAD applications or in software created for criminologists of Leica Forensic Map Pro. A complete visualisation of a scanned object is made by the integration of a 3D point cloud with digital pictures taken by a scanner or any digital camera. In this case, Fuji Film Pix S5 Pro camera Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 681 was used, which was equipped with a fish-eye lens. ñ przygotowanie panoview ñ 30 minut, ñ opracowanie rzutu wektorowego ñ 3 godzi- (180o) (fig. 2) ny, A panorama was prepared from a set of pictures, ñ dodatkowe wygenerowanie jednego filmu po- which as information about colour was mapped on glπdowego dla pojedynczego stanowiska ska- a point cloud that constituted initial material for the nowania wynosi≥o oko≥o 1 godziny. 3D scanner (fig. 3) W wyniku po≥πczenia stanowisk i ustalenia zewnÍtrznego uk≥adu odniesienia (tzw. georeferencja) uzyskujemy chmurÍ punktÛw, zawierajπcπ setki tysiÍcy, a nawet wiele milionÛw punktÛw, gotowπ do wykonywania bezpoúrednich pomiarÛw i analiz przestrzennych, do modelowania 3D lub bezpoúredniego wykorzystania w innych aplikacjach CAD czy teø oprogramowaniu bezpoúrednio dedykowanemu kryminalistykom Leica Forensic Map Pro. Pe≥na wizualizacja obiektu skanowanego jest dokonywana poprzez integracjÍ uzyskanej chmury punktÛw 3D ze zdjÍciami cyfrowymi wykonywanymi przez skaner lub dowolnym aparatem cyfroz pracującym na miejscu zdarzenia wym. W omawianym przypadku uøyto aparatu Fuji Rys. 1. Widok stanowiska skanerem 3D, fot. L. Koźmiński FinePix S5 Pro wyposaøonego w obiektyw Ñrybie Fig. 1 The 3D scanner at the crime scene. fot. L. Koźmiński okoî (180o) (Rys. 2). Video animations or a file prepared for a 3D Z zestawu zdjÍÊ przygotowano panoramÍ, ktÛra jako informacja o kolorze zosta≥a mapowana na material to be placed on a web site are excellent chmurÍ punktÛw, stanowiπcych wyjúciowy materia≥ works that may be treated as both a descriptive and investigatory material. pracy skanera 3D (Rys. 3). From the point of view of usage of after ñ inZnakomitym produktem poúrednim, stanowiπcym zarÛwno materia≥ poglπdowy, jak i badawczy, spection documentation, it seems to be quite impormogπ byÊ animacje video lub plik przygotowany do opublikowania materia≥u 3D poprzez strony internetowe. Wyjπtkowo waønym z punktu widzenia wykorzystania dokumentacji pooglÍdzinowej wydajÍ siÍ byÊ moøliwoúÊ takiego przygotowania materia≥Ûw ze skanowania 3D miejsca zdarzenia, ktÛre pozwala je aktywnie przeglπdaÊ w przeRys. 2. Zdjęcia wykonane aparatem cyfrowym wyposażonym w obiektyw „rybie oko (180o) glπdarce internetoFig. 2. Pictures taken by a digital camera equipped with a fish−eye lens wej (w tym przypadku z uøyciem bezp≥atnej wtyczki Leica TrueView tant that there is a possibility of preparing materials dla Internet Explorer). Bezpoúrednio w Ñchmurze from 3D scanning in such a way that they may be punktÛwî (wirtualna rzeczywistoúÊ 3D) moøna do- searched on a web browser (in this case with a free konywaÊ wszelkich pomiarÛw (wspÛ≥rzÍdne, odle- plug Leica TrueView for Internet Explorer). All g≥oúci, kπty, pola powierzchni, objÍtoúci ñ Rys. 4). measurements can be made directly in a ìpoint Ponadto z tak wizualizowanπ scenπ przestÍpstwa cloudî (3D virtual reality) (co-ordinates, distances, ≥πczyÊ moøemy, za pomocπ hiperlinkÛw, inne for- angles, surface, volume ñ fig. 4) 682 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Rys. 3. Zdjęcie z mapowaną informacją o kolorze na chmurę punktów Fig. 3. A picture with colour information mapped on a point cloud Rys. 4. Wizerunek 3D miejsca zdarzenia z przykładem wymiarowania realizowanym w przeglądarce internetowej Fig. 4. A 3D picture of the crime scene with an example of measuring as seen on a web browser my graficznego przedstawiania wizerunkÛw zabezpieczonych úladÛw i przedmiotÛw, a takøe obecne w postÍpowaniu dokumenty procesowe w wybranych fragmentach lub ca≥oúci. Kolejnym etapem pracy nad dokumentacjπ ze skanowania 3D by≥o sporzπdzenie rzutu wektorowego miejsca zdarzenia, ktÛry przekszta≥cony moøe byÊ do odpowiedniej skali, wygodnej dla czynnoúci przeglπdania na ekranie komputera czy teø druku w formie papierowej (Rys. 5-6). W wyniku skanowania 3D miejsca zdarzenia moøliwe by≥o stosunkowo szybkie sporzπdzenie dokumentacji pooglÍdzinowej, ktÛrej najwaøniejszymi w≥aúciwoúciami sπ: dysponowanie modelami 3D Such visualised crime scene can be joined by means of hyperlinks with other graphic forms showing pictures of secured traces and objects, as well as with trial documents or their fragments. Processing a vector projection of a crime scene was a next step in creating documentation with 3D scanning. The projection can be converted into a required scale, convenient either for reading on a computer monitor, or for printing in a paper form (Fig, 5-6). As a result of 3D scanning of a crime scene, it was possible to prepare after ñ investigation documentation, whose main features are: obtaining 3D models with a point cloud characterised by great Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 683 Rys. 5−6. Opracowanie rzutu miejsca zdarzenia Fig. 5−6. The plan of the crime scene z Ñchmurπ punktÛwî o duøej dok≥adnoúci i moøliwoúci pomiarowej, moøliwoúÊ szybkiego uzyskiwania planÛw, rzutÛw, przekrojÛw 2D oraz moøliwoúÊ tworzenia animacji 3D, w tym z myúlπ przedstawieniu rekonstrukcji zdarzenia. 684 precision and ability of measurement, possibility of achieving plans quickly, projections, 2D sections and creating 3D animations that can show reconstructions of a crime. Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 3. Oglêdziny miejsca zdarzenia z udzia³em zespo³ów ludzkich i przygotowanie dokumentacji 3. Inspection of a crime scene carried out by teams of investigators and preparing documentation W czynnoúciach oglÍdzinowych symulowanego miejsca zdarzenia, w niezmienionych warunkach dotyczπcych pomieszczeÒ, rozk≥adu úladÛw i przedmiotÛw, bra≥y udzia≥ dwa zespo≥y ludzkie. Obie grupy prowadzπce oglÍdziny mia≥y w swoim sk≥adzie policjantÛw s≥uøby kryminalnej z kilkuletnim staøem i wspomagane by≥y przez doúwiadczonego technika. Policjanci w trakcie oglÍdzin sporzπdzali dokumentacjÍ, na ktÛrπ sk≥ada≥y siÍ: protokÛ≥ oglÍdzin, szkic roboczy oraz w≥aúciwy, metryczki úladowe, a takøe notatki pooglÍdzinowe. Najobszerniejszπ formÍ w obrÍbie dokumentacji posiada≥y protoko≥y oglÍdzin. Zgodnie z zasadami wykonywania oglÍdzin funkcjonariusze wykonywali pomiary pomieszczeÒ, ujawniali, wymiarowali i zabezpieczali úlady oraz dowody rzeczowe, dokonywali opisu s≥ownego miejsca zdarzenia. Ponadto istotnπ czÍúciπ dokumentacji stanowi≥y materia≥y fakultatywne w postaci szkicÛw oraz zdjÍÊ. Analiza kompletnej dokumentacji wytworzonej przez zespo≥y oglÍdzinowe wykaza≥a: ñ rÛøny poziom jakoúciowy poszczegÛlnych form dokumentacji w zakresie formalnym i treúciowym, ñ rÛønice w wymiarowaniu pomieszczeÒ (w granicach 5-30 cm), ñ odmiennπ liczbÍ zabezpieczanych úladÛw i dowodÛw rzeczowych, ñ rÛønice w wymiarowaniu zabezpieczanych úladÛw i dowodÛw rzeczowych (w granicach 5-15 cm), ñ brak zgodnoúci dokumentacyjnej pomiÍdzy zapisami w protokole oglÍdzin, a szkicami kryminalistycznymi czy zdjÍciami. Tak scharakteryzowane wyniki oglÍdzin wskazujπ, iø jeden z ich celÛw [3] nie zosta≥ w przypadku pracy zespo≥Ûw ludzkich zrealizowany w pe≥ni prawid≥owo. Utrwalenie wyglπdu i stanu miejsca zdarzenia w dwÛch omawianych przypadkach nie jest jednorodne i kompletne. Czynnik ludzki w tej sytuacji nie stanowi≥ o sile prowadzonych czynnoúci, a raczej o s≥aboúci realizujπcych te dzia≥ania funkcjonariuszy, co ma bezpoúredni wp≥yw na pozosta≥e cele oglÍdzin w postaci ujawnienia rÛønej iloúci úladÛw, a takøe ich zabezpieczenie oraz wnioskowanie i prÛby rekonstrukcji zdarzenia. Two teams of investigators took part in the inspection of a simulated crime scene with unchanged conditions in rooms, the layout of traces and objects. Both groups included detectives with many years of experience, who were assisted by an experienced forensic technician. The policemen prepared documentation which consisted of an inspection report, a working and proper sketch, trace identification cards and after ñ inspection notes. Inspection reports had the most extensive form. According to the inspection regulations, the policemen measured the rooms, detected, measured and secured traces and exhibits, and described the crime scene. Optional materials were also included, e.g. sketches and photographs. The analysis of the completed documentation revealed: ñ different qualitative level of particular forms of documents as far as form and content are concerned ñ differences in measurements of rooms (within 5-30 cm) ñ different number of secured traces and exhibits ñ differences in measurement of secured traces and exhibits (within 5-15 cm) ñ lack of consistency in the inspection report and sketches or pictures. The results of inspection as characterised above show that one of their aims [3] was not fully accomplished. The presentation of the appearance and condition of the crime scene in two cases is not homogeneous and complete. The human factor was responsible for the weakness of detectivesí activities, which directly influenced the rest of aims of the inspection, i.e. revealing different number of traces and their securing as well as conclusions and attempts at reconstruction of the crime. 4. Skanowanie 3D a oglêdziny OglÍdziny jako czynnoúÊ procesowa sπ szeregiem dzia≥aÒ o rÛønym charakterze i zakresie. Skanowanie 3D, jako nowatorska forma badania miejsca zdarzenia, w øaden sposÛb nie jest w stanie zastπpiÊ 4. 3D scanning and inspection Inspection as a legal proceeding is a series of activities of different character and range. 3D scanning, being an innovative form of a crime scene examination, cannot whatsoever replace inspection. It can, however, be a modern counterpart of some chosen parts of inspection, especially in the phase of detailed static activities ñ without making any changes at the crime scene in the process of its cataloguing. Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 685 czynnoúci oglÍdzin. Moøe jednak stanowiÊ nowoczesny odpowiednik wybranych etapÛw oglÍdzin, zw≥aszcza w fazie szczegÛ≥owych czynnoúci statycznych ñ bez dokonywania zmian na miejscu zdarzenia w swoistym procesie inwentaryzacji tego miejsca. Warto tym samym przyjrzeÊ siÍ zestawieniu w≥aúciwoúci oraz efektÛw skanowania 3D i oglÍdzin z udzia≥em zespo≥Ûw ludzkich: It is, therefore, worth comparing the characteristics and effects of 3D scanning and inspection performed be teams of investigators. właściwości, wymagania, efekty Characteristics, requirements, effects zespoły oględzinowe Inspection teams skanowanie 3D 3D scanning czas pracy time of work 3,5−4,2 godz. 3,5−4,2 hours 1,5 godz. 1,5 hour liczba uczestników number of participants 4 osoby 4 persons 2 osoby 2 persons warunki oświetleniowe lightning conditions wymagane odpowiednie proper required brak szczególnych wymagań no particular requirements forma dokumentacji wyjściowej the form of initial documentation protokół oględzin, szkic, zdjęcia, metryczki śladowe inspection report, sketch, photographs, trace identification cards „chmura punktów” o regulowanej, w zależności od potrzeb, dokładności, zdjęcia “point cloud” with regulated, if necessary, precision, pictures możliwości przetwarzania wyjściowych materiałów possibilities of processing initial materials małe możliwości small possibilities duże możliwości (rzuty, szkice, przekroje, widoki 2D i 3D, animacje) great possibilities (projections, sketches, sections 2D and 3D, animations) poziom inwentaryzacji rzeczywistości the level of cataloguing the facts „dowolność” w uznawaniu ważnych właściwości miejsca zdarzenia i śladów – bez możliwości ponownego wyboru “free choice” in accepting important characteristics of a crime scene and traces – without the possibility of repeated choice obiektywizm w doborze rzeczywistości – możliwość powrotu na miejsce zdarzenia objectivism in the choice of facts –possibility of returning to a crime scene dokładność wymiarowania – granice błędu precision of stating the dimensions brak dokładności w pomiarach – czynnik błędu ludzkiego lack of precision I measurements – the factor of a human error wysoka dokładność pomiarów high precision of measurements Najistotniejszy zakres rÛønic, a zarazem b≥ÍdÛw cz≥owieka, obejmowa≥ wymiarowanie miejsca zdarzenia oraz ujawnionych úladÛw i przedmiotÛw. Dodatkowo b≥Ídy w wymiarowaniu prze≥oøy≥y siÍ, a raczej spotÍgowa≥y, w niepoprawnie wykonanych szkicach odrÍcznych. Ich zestawienie w wspÛlnej skali ze szkicami wytworzonymi z materia≥Ûw skanowania 3D wykaza≥y, iø rÛøne elementy szkicu odrÍcznego (rysowanego przez cz≥owieka) naniesione zosta≥y w rÛønej skali. Jeúli przyjπÊ, øe pomieszczenie mia≥o zostaÊ przez funkcjonariuszy zmierzone faktycznie poprawnie to zosta≥o ono narysowane w skali ok. 1:32. Pozosta≥e elementy przedstawiono jednak na tym samym rysunku w odmiennych skalach, np. drzwi w oko≥o 1: 100, stÛ≥ oko≥o 1:18, a inne przedmioty od skali 1:20 do skali 1:120. Innπ kwestiπ jest fakt, øe wymiarowanie pomieszczenia nie zosta≥o jednak wykonane prawid≥owo. 686 The most important differences, and human errors at the same time, referred to measuring the crime scene and revealing traces and objects. Additionally, mistakes in measurements were intensified by sketches prepared incorrectly by hand. Their comparison with sketches from 3D scanning done in a common scale showed that different elements of sketches (drawn by a man) were made in different scales. If we assume that a room was to be measured properly, it should be drawn in 1:32 scale. The rest of objects however was put on the same drawing in different scales, doors 1:100, a table 1:18 and other objects in scales from 1:20 to 1:120. Also the measurements of the room were not properly made. Contrary to measurements made by a man, 3D scanning has a smaller margin for error in this respect. 3D scanners present a high precision of measuring and projecting. The margins for errors depend Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 W przeciwieÒstwie do czynnoúci wymiarowania realizowanego przez cz≥owieka skanowanie 3D w tej mierze prezentuje mniejszy margines b≥Ídu. W przypadku wykorzystywania skanerÛw 3D dok≥adnoúÊ pomiaru i odwzorowania jest wysoka. Granice b≥Ídu w zaleønoúci od zastosowanego procesu wykorzystania materia≥Ûw wyjúciowych skanowania wynoszπ od 2 mm do 12 mm. Jednoczeúnie naleøy zaznaczyÊ, iø gÛrna liczba b≥Ídu wymiarowania dotyczy tworzenia dokumentacji poglπdowej w oparciu o obrazy RGB, a nie chmury punktÛw zarejestrowanych w trakcie czynnoúci skanowania (margines b≥Ídu w tym przypadku wynosi 2-3 mm). W perspektywie omawianych doúwiadczeÒ zwiπzanych ze skaningiem laserowym 3D oraz pracπ zespo≥Ûw oglÍdzinowych na tych samych miejscach zdarzeÒ wydaje siÍ, øe technologia skanowania 3D winna znaleüÊ obowiπzkowe miejsce w pracy úledczych na miejscach najwaøniejszych zdarzeÒ. DziÍki niej ñ z punktu widzenia potrzeb wspÛ≥czesnej kryminalistyki ñ moøliwe jest szybkie, sprawne i bardzo dok≥adne wykonywanie pomiarÛw wyznaczonego obszaru, budynku, pomieszczenia, jako miejsc zdarzeÒ poddawanych oglÍdzinom. Skanery HDS 3D pozwalajπ na odczyt i archiwizacjÍ wszelkich danych przestrzennych ñ i to zarÛwno w wymiarze 2D, jak i 3D. Jednoczeúnie uøycie skanerÛw powoduje szybsze uzyskiwanie wynikÛw w postaci pomiarÛw, sporzπdzanych planÛw i szkicÛw o minimalnym stopniu b≥Ídu badawczego. ZwiÍksza siÍ takøe bezpieczeÒstwo pracy na miejscach zbrodni, gdyø nie ma potrzeby stycznoúci z kaødym fragmentem miejsca zdarzenia. Zastosowanie opisywanej technologii moøe w duøej mierze u≥atwiÊ pracÍ organom policji, prokuratury czy sπdÛw. WiÍkszoúÊ danych z miejsca zdarzenia dostÍpna jest w kaødym momencie w postaci trÛjwymiarowego obrazu, a wiÍc moøliwy jest wirtualny powrÛt na miejsce zbrodni. on initial scanning material and vary from 2mm to 12mm. It should be noticed that the higher number of the measurement error concerns demonstrative documentation created on the basis of RGB pictures and not point clouds registered on scanning (the margin for error in this case is 2-3 mm). Considering experiences connected with 3D laser scanning and work of inspecting teams at the same crime scenes, it seems that 3D scanning technology should be obligatory used in legal proceedings concerning the most important crimes. It allows quick, efficient and very precise measuring of a given area, building, or room under inspection. HDS 3D scanners allow to read and catalogue all special data ñ both in 2D and 3D dimensions. The usage of scanners enables to get results quickly in the form of measurements, plans, sketches with a minimal error. Work safety increases at the crime scene because there is no need to come into contact with each fragment of the crime scene The usage of described technology can simplify to a great degree work of the police, prosecutors or court of justice. The majority of data from the crime scene is available any time in the form of a three ñ dimensional picture, so a virtual return to a crime scene is possible. Literatura References [1] M. Goc, OglÍdziny [w:] E. Gruza, M. Goc, J. MoszczyÒski, Kryminalistyka ñ czyli rzecz o metodach úledczych, Wydawnictwa Akademickie i Profesjonalne, Warszawa 2008, s. 204. [2] J. Mazepa, OglÍdziny [w:] Vademecum technika kryminalistyki, Pod red. J. Mazepy, Oficyna a Wolters Kluwer business, Warszawa 2009, s. 16. [3] Za M. Gocem naleøy wyrÛøniÊ cztery cele oglÍdzin: 1. utrwalenie wyglπdu i stanu miejsca zdarzenia, 2. ujawnienie úladÛw, 3. zabezpieczenie úladÛw, 4. wnioskowanie i prÛba rekonstrukcji zdarzenia. Zob. M. Goc, OglÍdziny [w:] E. Gruza, M. Goc, J. MoszczyÒski, Kryminalistyka ñ czyli rzecz o metodach úledczych, Wydawnictwa Akademickie i Profesjonalne, Warszawa 2008, s. 205-6. Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 687 * ** *** Szko≥a Policji, Pi≥a, Polska Police School, Pi≥a, Poland Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D, Politechnika Wroc≥awska Laboratory of 3D Scanning and Modelling, Wroclaw University of Technology Leica Geosystems, Warszawa, Polska Leica Geosystems, Warsaw, Poland Streszczenie Abstract Szko≥a Policji w Pile, wraz z Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D Politechniki Wroc≥awskiej, oraz Leica Geosystems Polska, przeprowadzi≥a badania moøliwoúci zastosowania skanowania 3D w dokumentacji i analizie miejsc zdarzeÒ kryminalnych. G≥Ûwnym celem by≥o porÛwnanie wynikÛw uzyskanych metodπ skanowania 3D z dokumentacjπ przygotowywanπ przez zespÛ≥ dochodzeniowy metodami tradycyjnymi. PorÛwnanie przeprowadzone na przyk≥adzie zdarzenia kryminalnego wewnπtrz budynku, wypad≥o na korzyúÊ metody skanowania 3D, ktÛra okaza≥a siÍ szybka, wydajna i precyzyjna w zakresie w pe≥ni zadowalajπcym wymagania wspÛ≥czesnej kryminalistyki. Technologia skanowania 3D upraszcza proces dokumentacji i opisu danych przestrzennych. Dodatkowo, skanowanie 3D eliminuje zazwyczaj potrzebÍ ponownego przyjazdu ekipy dochodzeniowej na miejsce zdarzenia kryminalnego. Police School in Pi≥a together with the Laboratory Scanning and Modelling 3D of the Wroc≥aw University of Technology and Leica Geosystems attempted to diagnose possibilities of using the 3D scanning in the crime scene inspection and its documentation. The main aim was to compare the results of the 3D scanning with the inspection activities led by human teams in the field of documenting the site inspection. The comparison revealed that the measurements of the appointed area, the building, and the room as the crime scenes carried out using the 3D scanner, were quick, efficient, and precise, as far as the needs of the present crime detection are concerned. These 3D scanners simplify the measurement reading and storing any three-dimensional data. Moreover, the use of the 3D scanners eliminates ësecond visitsí at the crime scene. 688 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 NAUKA SCIENCE Krzysztof Maksymowicz* Magdalena Kobielarz**, Tomasz Jurek*** Skanowanie 3D jako metoda obrazowania złożonych i rozległych relacji przestrzennych dla potrzeb medycyny sądowej i kryminalistyki – ocena przydatności 3D laser scanning as a method of registration of large and complex spatial relations for the needs of forensic medicine and crime detection – assessment of applicability 1. Wprowadzenie 1. Introduction Powodem wyodrÍbnienia siÍ medycyny sπdowej z nauk lekarskich ponad wiek temu, by≥a potrzeba przystosowania szeroko pojÍtej wiedzy lekarskiej dla potrzeb wymiaru sprawiedliwoúci [1]. Obecnie wobec wciπø narastajπcej iloúÊ zadaÒ stawianych medycynie sπdowej przez szereg innych dziedzin nauki, a takøe ze strony úrodowisk zwiπzanych z dzia≥alnoúciπ komercyjnπ w rozumieniu produkcji, ochrony i dystrybucji dÛbr materialnych, medycyna sπdowa staje siÍ naukπ szczegÛlnie interdyscyplinarnπ. W szczegÛlnoúci Katedra Medycyny Sπdowej Akademii Medycznej we Wroc≥awiu prowadzi badania naukowe i dzia≥alnoúÊ us≥ugowπ miÍdzy innymi w takich dziedzinach jak tanatologia, toksykologia i traumatologia sπdowo-lekarska, balistyka, traseologia, biomechanika, rekonstrukcja wypadkÛw i katastrof. Badania te ≥πczπ i rozwijajπ nauki medyczno-sπdowe z naukami politechnicznymi, biologicznymi i prawnymi. OsiπgniÍcia naukowe bÍdπce owocem wspÛlnie prowadzonych badaÒ wykorzystywane sπ w codziennej praktyce sπdowolekarskiej i kryminalistycznej, co bezpoúrednio przek≥ada siÍ na realizacjÍ potrzeb spo≥ecznych i gospodarczych kraju, takøe w aspekcie bezpieczeÒstwa wewnÍtrznego. Sta≥a wspÛ≥praca Katedry Medycyny Sπdowej z organami úcigania, instytucjami wymiaru sprawiedliwoúci z terenu ca≥ego kraju i po- The reason of emerging the forensic medicine from medical sciences over a century ago, was the need for adaptation of broadly comprehended medical knowledge for the needs of the administration of justice [1]. At present in the face of growing number of problems put before the forensic medicine by a variety of different fields of science, and also by the circles connected with commercial activity in the sense of production, protection and distribution of material goods, the forensic medicine becomes a particularly interdisciplinary science. It is especially the Forensic Medicine Department at Medical Academy in Wroclaw that carries out scientific investigations and service activity, among others in such fields as thanatology, toxicology and forensicmedical traumatology, ballistics, traseology, biomechanics, reconstruction of accidents and catastrophes. These investigations unite and develop medical-forensic sciences with polytechnic, biological and legal sciences. Scientific achievements which are the fruit of investigations carried out together are used in the everyday forensic-medical and criminalistic practice, which is directly transferred to the realization of the social and economic needs of the country, also in the aspect of the internal safety. Permanent co-operation of the Forensic Medicine Department with the organs of law-enforcing, the in- Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 689 dobnymi instytucjami zagranicznymi, przy rosnπcych wymaganiach powyøszych kontrahentÛw wobec us≥ug úwiadczonych przez KatedrÍ, wymaga od nas ciπg≥ego udoskonalania warsztatu badawczous≥ugowego. Wyzwania te moøna z pozytywnym skutkiem realizowaÊ miÍdzy innymi poprzez poszukiwanie nowych narzÍdzi do obserwacji otaczajπcej nas rzeczywistoúci materialnej [2]. Metody trÛjwymiarowego obrazowania z zastosowaniem skanera 3D, otwierajπ nowe perspektywy zw≥aszcza w zakresie utrwalania obrazu miejsca zdarzenia, jakie z racji swego charakteru znalaz≥o siÍ w polu zainteresowania ze strony medycyny sπdowej i kryminalistyki. Tam bowiem, gdzie ma miejsce zdarzenie podczas ktÛrego dochodzi do uszkodzenia cia≥a w okolicznoúciach wypadku, dzia≥ania samobÛjczego, lub przestÍpczego, wiedza i doúwiadczenie przedstawicieli obu dziedzin sπ niezbÍdne dla poszukiwania úladÛw prawdy materialnej. W szerokiej sferze zainteresowaÒ kryminalistyki znajdujπ siÍ miÍdzy innymi dzia≥ania zmierzajπce do poszukiwania metod i úrodkÛw zwalczania i zapobiegania przestÍpczoúci, w czym niepoúledniπ rolÍ odgrywajπ úrodki techniczne, miÍdzy innymi s≥uøπce do rejestracji obrazu miejsc, przedmiotÛw i osÛb pozostajπcych w zwiπzku ze zdarzeniami o charakterze kryminalnym [3]. stitutions of the administration of justice all over the country and similar foreign institutions, while the requirements of the above mentioned contracting parties concerning the standard of the services rendered by the Department have been still growing, needs continuous improvement of our research and service facilities. One can realize such challenges with positive result among others by searching for new tools for the observation of the material reality surrounding us [2]. The methods of three-dimensional imaging with the use of a 3D scanner open new perspectives, especially in the range of fixing the image of the site of an event which due to its character has become the object of interest of the forensic medicine and crime detection. It is where an event has taken place, during which a bodily harm has occurred in the circumstances of an accident, a suicidal act, or a criminal act, that knowledge and experience of the representatives of both fields are indispensable for the search of the traces of the material truth. Within a wide scope of the interests of crime detection, among others there are activities aimed at searching methods and means of fighting and prevention of crime, wherein the technical means serving for registration of the image of places, objects and persons being in a relationship with the events of criminal character play an important part [3]. 2. Cel pracy 2. Objective of the study W zakres oglÍdzin miejsca zdarzenia wchodzπ miÍdzy innymi rÛønorodne czynnoúci techniczno-kryminalistyczne, majπce na celu uzyskanie maksymalnej iloúci informacji o zdarzeniu i jego uczestnikach, na podstawie zabezpieczonych úladÛw kryminalistycznych. Celem ostatecznym tych dzia≥aÒ jest dostarczenie informacji, ktÛre pozwoli≥yby na ustalenie charakteru, przebiegu i czasu zaistnienia przedmiotowego zdarzenia, oraz ustaleniu roli jakπ w jego przebiegu pe≥ni≥y osoby w nim uczestniczπce [4]. Celem pracy by≥o ustalenie, czy skanowanie przestrzenne 3D obszaru miejsca zdarzenia pozostajπcego w zasiÍgu dzia≥ania medyka sπdowego i technika kryminalistycznego, spe≥nia ñ i w jakim zakresie ñ wymogi stawiane oglÍdzinom miejsca zdarzenia z zastosowaniem klasycznych metod techniki kryminalistycznej, a to szczegÛlnie przy z≥oøonej formie przestrzennej i infrastrukturze technicznej badanego miejsca. The inspection of the place of an event includes among others a variety of technical-criminalistic activities whose aim is to obtain maximum quantity of information about the event and its participants, on the basis of secured criminalistic traces. The ultimate objective of these activities is to provide information, which would allow to establish the character, the course and the time of occurrence of the objective event, and to find out the role that persons participating in the course thereof have played in it [4]. The objective of this study was to determine, whether the spatial 3D scanning of the area of the site of event, staying in the range of forensic medical and criminalistic technician, can meet ñ and in what range ñ the requirements as put before the inspection of the site of the event with the use of the classic methods of criminalistic techniques, and especially when the spatial form and technical infrastructure of the studied place is complex. 3. Materia³ 3. Material Obiektem poddanym skanowaniu by≥a hala produkcyjna zak≥adÛw metalurgicznych o ciπg≥ym charakterze produkcji. Cykl produkcyjny obejmowa≥ odle- The object subjected to scanning was a productive hall of a metallurgical plant of continuous character of the production. The productive cycle includ- 690 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 wanie z metali lekkich úredniej wielkoúci elementÛw stosowanych do budowy pojazdÛw mechanicznych, obrÛbki mechanicznej tych elementÛw, kontrolÍ jakoúci, transport i ich sk≥adowanie. Jako prawdopodobne miejsce zdarzenia uznano stanowisko pracy odlewnika. Bezpoúrednio w sk≥ad stanowiska pracy wchodzi≥ piec odlewniczy, podest roboczy i forma odlewnicza. W bezpoúredniej bliskoúci i w dalszym dystansie do miejsca jak wyøej znajdowa≥ siÍ wyjπtkowo z≥oøona topograficznie infrastruktura techniczna zak≥adu. ed casting from the light metals medium-sized parts applied for construction of mechanical vehicles, mechanical processing of these parts, the quality control thereof, transportation and storing. It was assumed that a probable place of an event could be the working station of a foundryman. The working station of his included a melting furnace, a working platform and a casting mould. In direct vicinity and in the farther distance to the place as mentioned there was exceptionally topographically complex technical infrastructure of the plant. 4. Metody 4. Methods Do skanowania zastosowano skaner Leica ScanStation, ktÛry charakteryzuje siÍ nastÍpujπcymi parametrami: ñ zasiÍg pomiaru do 300 m, ñ dok≥adnoúÊ pomiaru dochodzπca do 2 mm, ñ prÍdkoúÊ skanowania przy pe≥nej dok≥adnoúci; 4000 pkt/sek. ñ pole widzenia; 270 stopni w pionie i 360 stopni w poziomie, ñ maksymalna rozdzielczoúÊ (gÍstoúÊ skanowania); 1,2 mm ZdjÍcia panoramiczne wykonano aparatem cyfrowym FujiFilm S5 Pro, obiektywem typu rybie oko o ogniskowej soczewki 8mm. Dla lokalizacji skanera i panoramicznego aparatu fotograficznego wybrano trzy stanowiska, dokonujπc rejestracji obrazu aparatem fotograficznym, a nastÍpnie skanerem. Barwny obraz otrzymany z panoramicznego aparatu fotograficznego na≥oøono na chmurÍ punktÛw uzyskanπ podczas skanowania. Istotne elementy zwymiarowano i przedstawiono w rzucie poziomym i pionowym. Proces skanowania i rejestracji danych, oraz ich opracowania oparty by≥ na oprogramowaniu Leica Cyclone oraz Bentley MicroStation. Pomiary i ich opracowanie wykonane zosta≥y przez Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D Instytutu Historii Architektury i Sztuki Politechniki Wroc≥awskiej. Scanning was carried out with the use of a scanner Leica ScanStation which is characterized by the following parameters: ñ range of the measurement up to 300 m, ñ precision of the measurement coming up to 2 mm, ñ speed of scanning at full resolution; 4000 pt/sec ñ field of sight; 270 degrees vertically and 360 degrees horizontally, ñ maximum resolution (scanning density); 1.2 mm The panoramic photographs were taken with a digital camera FujiFilm S5 Pro, with a fish-eye type lens of the lens focal 8mm. Three positions were chosen for the location of the scanner and the panoramic camera, making the registration of the picture with the camera, and then with the scanner. The colorful image received from the panoramic camera was plotted on the cloud of points obtained during scanning. Essential elements were dimensioned and presented in a vertical projection and a horizontal projection. The process of scanning and registration of the data, and their processing was supported upon the software Leica Cyclone and Bentley MicroStation. The measurements and their study were carried out by the 3D Scanning and Modeling Laboratory of the Institute of Architecture History and Arts of Wroc≥aw University of Technology. 5. Wyniki 5. Results Panoramiczny obraz uzyskany za pomocπ kamery cyfrowej oceniono jeszcze przed na≥oøeniem go na chmurÍ punktÛw uzyskanπ w skanowaniu. Obraz ten obejmuje w praktyce ca≥oúÊ pola widzenia otoczenia miejsca rejestracji zdarzenia. Jego rozdzielczoúÊ i zapis barw, pozwala na identyfikacjÍ najdrobniejszych szczegÛ≥Ûw z ich dok≥adnπ lokalizacjπ. Z punktu widzenia medyczno-sπdowego istotnπ okazuje siÍ jakoúÊ barw. Poruszanie siÍ wokÛ≥ osi pola widzenia poszczegÛlnych stanowisk The panoramic image obtained with the help of digital camera was assessed even before plotting it on the cloud of points obtained from the scanning. This image practically includes the whole field of sight of the surroundings of the place of the registration of the event. Its resolution and notation of colors allows to identify the smallest details with their exact location. From the medical-forensic point of view the quality of colors is most essential. Moving around the axis of the field of sight of individual Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 691 pozwala dostrzec szczegÛ≥y otoczenia ukryte w niektÛrych projekcjach za innymi przedmiotami. Z≥oøenie obrazu z trzech stanowisk stanowi komplementarny obraz ca≥oúci obrazowanego miejsca. Po sprzÍøeniu obrazu jak wyøej z chmurπ punktÛw uzyskanych poprzez skanowanie, otrzymano obraz przestrzenny o wysokim stopniu odwzorowania szczegÛ≥Ûw, z nieco gorszym wysyceniem barw w porÛwnaniu do obrazu z panoramicznego aparatu fotograficznego. Analiza obrazu pod wzglÍdem medyczno-sπdowym i kryminalistycznym, w odniesieniu do uzyskanych juø wczeúniej danych o przedmiotowym zdarzeniu, pozwoli≥a na ujawnienie obecnoúci elementÛw mogπcych mieÊ istotne znaczenie dla sprawy. By≥y to: obecnoúÊ poza polem widzenia osoby poruszajπcej siÍ po hali ruchomych elementÛw suwnicy podstropowej, trakt komunikacyjny pojazdÛw obs≥ugujπcych produkcjÍ, znaczπca rÛønica wysokoúci schodÛw platformy roboczej. Wpisanie uzyskanego obrazu w uk≥ad wspÛ≥rzÍdnych XYZ pozwoli≥o na skorelowanie topografii wyposaøenia hali z potencjalnymi scenariuszami przemieszczania siÍ uczestnika- uczestnikÛw zdarzenia. To z kolei da≥o moøliwoúÊ sformu≥owaÊ hipotezy o ewentualnym przebiegu zdarzenia, dajπc wytyczne o kierunku poszukiwaÒ dalszych istotnych dla sprawy dowodÛw materialnych. positions lets perceive details of the surroundings hidden in some projections behind other objects. The assembly of the image from three positions makes up a complete image of the entire place being the object of imaging. After coupling the image as above mentioned with the cloud of points obtained by scanning, the spatial image of high level of imaging of details was received, with somewhat worse color saturation in comparison with the image from the panoramic camera. The analysis of the image from the medical-forensic and criminalistic point of view, in the reference to the earlier obtained data concerning the objective event, enabled us to disclose the presence of elements which could be of great importance for the matter. They were as follows: presence of mobile elements of an overhead travelling crane, which were beyond the field of sight of a person moving about the hall, the communication track of operating production vehicles, significant difference of the height of the steps of the working platform. Plotting the obtained image in a 3D coordinate system XYZ allowed to correlate the topography of the equipment in the hall with the potential scripts of moving of the participants of the event. This in turn gave the possibility to formulate the hypothesis about the possible course of the event, giving directives about the direction of further search of material proofs essential for the matter. Rys. 1. Usytuowanie pozycji aparatu i skanera Fig. 1. Scanner and camera positions 692 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Rys. 2. Przekrój pionowy obrazowanej przestrzeni Fig. 2. Vertical cross−section of the site view of the recorded area Rys. 3. Fragment panoramy wykonanej aparatem z obiektywem szerokokątnym Fig. 3. Fragment of the panoramic picture recorded with a camera with a wide angle lens Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 693 6. Omówienie 6. Discussion Skaner 3D ≥πczy w sobie elementy technik diagnostycznych fizykalnych z technikami cyfrowymi, zachowujπc wysokπ rozdzielczoúÊ przy obrazowaniu przedmiotÛw w trzech wymiarach. Bezdotykowa i nie destruktywna technika obserwacji i gromadzenia danych z zastosowaniem promienia laserowego zachowuje badany obiekt w nienaruszonym stanie, co jest tak istotne z punktu widzenia prawnej wartoúci dowodowej badanego obiektu. SzybkoúÊ uzyskiwania danych opisujπcych obiekt, moøliwoúÊ jednoczesnej ich archiwizacji i przesy≥ania na dowolnπ odleg≥oúÊ, ma zastosowanie gdy wymagany jest szybki transport danych dowodowych pomiÍdzy oúrodkami badawczymi, na przyk≥ad w celu wielodyscyplinarnych konsultacji czy porÛwnania i identyfikacji uzyskanych informacji z zasobami w istniejπcych juø bazach danych [5,6]. Cechy szczegÛlne skanowania 3D to niski koszt jednostkowy badania, prostota obs≥ugi skanera, jego mobilnoúÊ, niezaleønoúÊ od zewnÍtrznych ürÛde≥ energii, moøliwoúÊ wspÛ≥pracy praktycznie ze wszelkiego rodzaju narzÍdziami badawczymi pracujπcymi w technice cyfrowej, w tym szczegÛlnie z urzπdzeniami obrazujπcymi, rejestrujπcymi i utrwalajπcymi dane. Szeroki zakres warunkÛw pracy skanera pozwala na rejestracjÍ danych w skali makroskopowej na przyk≥ad ze sceny miejsca zdarzenia w postaci zobrazowania ca≥oúci materia≥u dowodowego, jak teø obserwacjÍ i archiwizacjÍ danych w skali mikroskopowej poprzez obrazowanie poszczegÛlnych przedmiotÛw ze sceny przedmiotowego zdarzenia. Zarejestrowany obraz moøe byÊ odtworzony miÍdzy innymi poprzez wydruk z drukarki 3D, co zastπpiÊ moøe techniki odlewÛw gipsowych i makiet. Na≥oøenie na siebie obrazÛw makroskopowych i mikroskopowych daje pe≥en obraz i trÛjwymiarowy wglπd w miejsce zdarzenia, dodatkowo z moøliwoúciπ symulacji hipotetycznego przebiegu zdarzenia. Ca≥oúÊ takiego obrazu praktycznie eliminuje zastosowanie klasycznych metod archiwizacji opartych na odlewach i makietach gipsowych, szkicach sytuacyjnych, czy nawet zapisach obrazu w wymiarze dwup≥aszczyznowym [7,8]. SzczegÛlnie istotne dla praktyki medyczno-sπdowej i kryminalistycznej jest to, øe dane uzyskane ze skanera Leica HDS 3000 sπ Ñodporneî na wszelkiego rodzaju wtÛrne manipulacje. Pierwotna informacja o zarejestrowanej przestrzeni przechowywana jest zawsze w bazie danych w stanie nienaruszonym i w kaødej chwili umoøliwia powrÛt do oryginalnych danych z przed procesu ich obrÛbki i przetworzenia. Ma to szczegÛlne znaczenie przy ocenie danych ze skanowania 3D jako materia≥u dowodowego. The 3D scanner itself links the elements of diagnostic physical techniques with digital techniques, keeping high resolution of the image when illustrating the objects in three dimensions. The nontouch and non destructive technique of observation and data accumulating with the use laser beam keeps the studied object intact, which is so essential from the point of view of legal validity of the studied object as evidence. The speed of obtaining the data describing the object, possibility of simultaneous filing and sending the data at any distance, is applied when quick transportation of the evidence data is required between investigative centers, for example in order to have these interdisciplinary consulted or in order to compare and identify the obtained information with the resources in already existing databases [5,6]. The specific features of 3D scanning are low cost of the investigation per unit, simplicity of the service of the scanner, its mobility, independence from the external sources of energy, possibility of co-operation practically with every kind of investigative tools working in the digital techniques, in this particularly with the devices for imaging, recording and fixing the data. The wide range of operating conditions of the scanner allows to carry out registration of the data in the macroscopic scale for example from the scene of the site of event in the form of image of the whole evidence material, as well as observation and filing of the data in microscopic scale by imaging individual objects from the scene of the objective event. The registered image can be reproduced among others with the help of print out made with the 3D printer which may replace the techniques of plaster casts and models. Putting macroscopic and microscopic images one upon another gives full range and threedimensional insight in the place of the event, additionally with the possibility of simulation of the hypothetic course of the event. The whole of such image practically eliminates the use of classic methods of filing based upon plaster casts and plaster models, situational drafts, or even the notations of the image in bi-planar dimension [7,8]. Particularly essential for the medical-forensic and criminalistic practice is the fact that the data obtained from the scanner Leica HDS 3000 are ëresistantí to any kind of secondary manipulations. The primary information about the registered space is always kept in the database in the state intact and it is always possible at every moment to come back to the original data from before processing thereof. This is of special meaning for assessment of the data from 3D scanning as the evidence materi- 694 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Zastosowany przez autorÛw skaner jest jednak typowy dla rejestracji obrazÛw makroskopowych, mieliúmy zatem moøliwoúÊ oceny jedynie z≥oøonych obrazÛw makroskopowych. al. However, the scanner applied by the authors is typical for registration of macroscopic images, so we had only the possibility to assess complex macroscopic images. 7. Wnioski 7. Conclusions Rejestracja obrazu skanerem 3D ca≥ego miejsca zdarzenia pozwala na permanentnπ i wnikliwπ ocenÍ wszystkich szczegÛ≥Ûw znajdujπcych siÍ na obserwowanym i poddanym badaniom terenie z moøliwoúciπ wielokrotnej rewizji tego samego obrazu. Te i potencjalnie jeszcze kolejne do odkrycia zastosowania skanowania 3D w medycynie sπdowej w powiπzaniu z innymi dyscyplinami naukowymi, stwarzajπ platformÍ do rozwoju nowych technik, metod i algorytmÛw postÍpowania w praktyce medyczno-sπdowej, ktÛrych potencjalny zakres moøe byÊ nawet wiÍkszy niø obecnie oczekiwany. Interdyscyplinarne skonsolidowanie doúwiadczeÒ, zasobÛw intelektualnych, technicznych, materialnych i logistycznych prowadziÊ moøe do stworzenie nowego wielosk≥adnikowego i wielofunkcyjnego narzÍdzia. Jednπ z istotnych czÍúci sk≥adowych takiego uniwersalnego narzÍdzia, poza mikroskopiπ elektronowπ, tomografiπ komputerowπ i obrazowaniem termowizyjnym, powinno byÊ obrazowanie przestrzenne z zastosowaniem skanera 3D. Jest to szczegÛlnie cenne i pe≥ne moøliwoúci nowe narzÍdzie badawcze, jakie rozwÛj technik cyfrowych pozwoli≥ daÊ do dyspozycji badaczom. The registration of the image with 3D scanner for the whole place of the event enables to carry out permanent and thorough assessment of all the details which exist at the area which underwent observation and investigation, with the possibility of multiple revision of the same image. These applications of 3D scanning and those potentially to be discovered yet in the forensic medicine, in connection with other scientific disciplines, create the platform for development of the new techniques, methods and algorithms of conduct in the medical-forensic practice, whose potential range can be even larger than expected at present. The interdisciplinary consolidation of experiences, intellectual, technical, material and logistic resources can lead to creation of the new multi-component and versatile tool. One of essential components of such universal tool, besides to electron microscopy, computer scanning and thermo-visual imaging, should be spatial imaging with the use of a 3D scanner. This is a particularly valuable and full of possibilities new investigative tool that the development of digital techniques has given the investigators at their disposal. Literatura References [1] Raszeja S., Nasi≥owski W., Markiewicz J., Medycyna Sπdowa. Warszawa, PZWL, 1990. [2] Maksymowicz K., Skanowanie przestrzenne 3d, potencjalne moøliwoúci w medycynie sπdowej i†kryminalistyce ñ doniesienie wstÍpne. [w:] V OgÛlnopolskie Seminarium Kryminalistyczne w Zielonej GÛrze, 2009. [3] Hanausek T., Kryminalistyka ñ zarys wyk≥adu, Zakamycze, KrakÛw 2005. [4] Mazepa Jacek, Vademecum technika Kryminalistyki, Wolters Kluwer, Warszawa 2009 [5] Craig Fries, Cutting Edge 3-D Reconstruction. Forensic Magazine, August/September, 2006. [6] Texas police department adopts 3D laser scanner for crime scene investigation, www.innovmetric.com, 2006 [7] Forensic Storage & Technology Center, www.forensicdjs.com, 2009. [8] Forensic Image Visualization software, www.scincegl.com/Forensic, 2009. * ** *** Katedra Medycyny Sπdowej Akademii Medycznej we Wroc≥awiu. Department of Forensic Medicine, Medical University of Wroclaw, Wroclaw, Poland Zak≥ad Inøynierii Biomedycznej i Mechaniki Ekspetymentalnej Wydzia≥u Mechanicznego Politechniki Wroc≥awskiej. Biomedical Engineering and Experimental Mechanics Division, Wroc≥aw University of Technology, Wroclaw, Poland Katedra Medycyny Sπdowej, Zak≥ad Prawa Medycznego Akademii Medycznej we Wroc≥awiu. Department of Forensic Medicine, Medical Law Unit at the Medical University of Wroclaw, Wroclaw, Poland Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 695 Streszczenie Abstract Oparta na skanerze laserowym 3D metoda dokumentacji otworzy≥a nowe horyzonty dla medycyny sπdowej i kryminalistyki, g≥Ûwnie ze wzglÍdu na jej zdolnoúÊ faktycznie ëzamroøeniaí jakiegokolwiek miejsca przestÍpstwa. NiektÛre cechy, takie jak wysoka rozdzielczoúÊ zapisywania danych tworzπcych obraz, zachowujπc badany przedmiot w stanie nietkniÍtym, szybkoúÊ gromadzenia danych, moøliwoúÊ bieøπcego zapisu danych w postaci pliku i przesy≥ania ich na dowolnπ odleg≥oúÊ, niski koszt pojedynczych oglÍdzin, prostota konserwacji skanera, jego mobilnoúÊ, niezaleønoúÊ od zewnÍtrznych ürÛde≥ energii, moøliwoúci kooperacji z kaødym rodzajem narzÍdzia badawczego operujπcego w technice cyfrowej, stawiajπ skaner 3D w roli przydatnego i wszechstronnego narzÍdzia w codziennej praktyce medycyny sπdowej i kryminalistyki. Based on 3D laser scanner method of documentation has opened new prospects for forensic medicine and crime detection, mainly in respect to its ability to virtually ëfreezeí any crime scene. Some features like high resolution of the imaging data recording, preserving the examined object in intact state, speed of data collection, possibility of instant data filing and transmission at any distance, low cost of singular examination, simplicity of scanner maintenance, its mobility, independence from an external source of energy, possibility of cooperation with every kind of research tool working in digital technique, put the 3D scanner as a useful and versatile tool in everyday forensic medicine and crime detection practice. 696 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 NAUKA SCIENCE Tomasz Waligórski Pomiary w Jaskini Niedźwiedziej w Kletnie z wykorzystaniem skanowania laserowego 3D Survey in the Bear Cave in Kletno with the use of the 3D laser scanner 1. Wstêp 1. Introduction Przez dwadzieúcia piÍÊ lat, od momentu otwarcia Jaskini Niedüwiedziej dla ruchu turystycznego, ok. 1,5 miliona osÛb przemierzy≥o jej wπskie korytarze, zwiedzajπc sale i podziwiajπc z≥oøonπ rzeübÍ. Aby przygotowaÊ jaskiniÍ na kolejne setki lat wizyt zwiedzajπcych naleøy okreúliÊ sposÛb pozwalajπcy zachowaÊ jπ w jak najlepszym stanie, jednoczeúnie umoøliwiajπc ludziom podziwianie jej przepiÍknych wnÍtrz. W dzisiejszych czasach nowoczesne laserowe techniki pomiarowe pozwalajπ na stworzenie trÛjwymiarowych modeli wnÍtrz jaskini, ktÛre okreúlajπ jej reakcjÍ na ludzkπ dzia≥alnoúÊ. Umoøliwiπ one kontrolÍ uformowania z≥oøonej rzeüby jaskiÒ, a takøe okreúlenie dzia≥ania czynnikÛw klimatycznych. Stworzenie cyfrowego modelu pozwala na zaprojektowanie i wykonanie chodnikÛw, schodÛw i tras koniecznych przy udostÍpnieniu danej jaskini do zwiedzania. W takim modelu moøna mierzyÊ, oznakowywaÊ, okreúlaÊ wszystkie wymiary stalaktytÛw i stalagmitÛw jak i innych form wystÍpujπcych w danej jaskini. Skanowanie laserowe 3D oraz uzyskane w efekcie cyfrowe modele sπ odpowiedziπ na pytanie jak najlepiej uøytkowaÊ, chroniÊ a takøe monitorowaÊ. Niniejsze opracowanie przedstawia kolejne etapy prac pomiarowych a takøe skanowania laserowego wykonanych w Jaskini Niedüwiedziej w Kletnie. For about twenty five years since the moment when the Bear Cave was opened for tourists about 1.5 million people have visited its narrow corridors and rooms, admiring the Caveís elaborate shape. In order to prepare the Cave for next hundreds of years of visits there should be defined the best possible way to preserve it and at the same time to allow the visitors to admire its beautiful interiors. At present the modern laser measurement techniques enable the creating of three-dimensional models of the Cave interiors which also demonstrate its reaction to human activity. Furthermore, they help to control the formation of the elaborate cave shape as well as measure the effect of the climatic factors. The development of a digital model enables the designing and constructing walking passages, steps and trails needed for the tourists visiting a given cave. In this model one can measure, mark and determine all dimensions of stalactites and stalagmites as well as other formations which appear in a given cave. 3D laser scanning and the resulting digital models are the response to the question of what is the best way of using, preserving and monitoring the caves. This paper presents the successive steps of the surveying as well as laser scanning conducted in the Bear Cave in Kletno. Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 697 2. Dotychczasowe prace geodezyjne oraz przegl¹d metod stosowanych przy tworzeniu modelu Jaskini Niedwiedziej 2. The surveys conducted so far and the review of the methods used in the development of the Bear Cave model W czerwcu 1983 roku pierwsi turyúci zwiedzili korytarze Jaskini Niedüwiedziej w Kletnie. Poprzedzi≥y to wieloletnie prace odkrywcze i przygotowawcze, ktÛre zapoczπtkowane zosta≥y przypadkowym odkryciem jaskini przez Romana KiÒczyka podczas kolejnego dnia eksploatacji kamienio≥omu Kletno III [1]. To wydarzenie pociπgnÍ≥o za sobπ szereg badaÒ oraz wypraw w g≥πb jaskini, w ktÛrych swÛj udzia≥ mieli takøe geodeci. Pierwszym efektem prac geodezyjnych w jaskini by≥o za≥oøenie przestrzennego ciπgu poligonowego, ktÛry zosta≥ pomierzony w latach 1975 ñ 1979 w ramach obozÛw naukowych przez studentÛw Akademii Rolniczej we Wroc≥awiu. Podczas tych prac wykonano rÛwnieø mapy sytuacyjno-wysokoúciowe wnÍtrz jaskini, co pozwoli≥o na okreúlenie po≥oøenia korytarzy, komÛr oraz rzeüby poszczegÛlnych sal. Kolejnym etapem pomiarÛw by≥o rejestrowanie pionowych zmian gÛrotworu jaskini zarÛwno na zewnπtrz, jak i w jej wnÍtrzu. Pomiary te wykonano w oparciu o sieÊ reperÛw niwelacji precyzyjnej za≥oøonπ w lutym 1984 roku [2]. Kolejne prace geodezyjne wykonywane w Jaskini Niedüwiedziej mia≥y na celu przedstawienie jej wnÍtrza przy pomocy modelu przestrzennego. Pierwszy z nich zosta≥ wykonany przez JoannÍ Bac oraz Miros≥awa Kacza≥ka w 1979 [3]. Model ten powsta≥ na podstawie przekrojÛw pionowych jaskini p≥aszczyznami úwietlnymi, ktÛre sfotografowano po uprzednim wyznaczeniu ich laserem. Na podstawie tych przekrojÛw, w 2001 roku, Tomasz Baran w wyniku digitalizacji stworzy≥ cyfrowy model przedstawiajπcy wnÍtrza Jaskini Niedüwiedziej w postaci tuneli i korytarzy z ich wklÍs≥oúciami i wypuk≥oúciami [4]. NastÍpnπ prÛbÍ stworzenia modelu podjπ≥ Maciej Pucha≥a, ktÛry w swojej pracy magisterskiej do wykonania modelu wykorzysta≥ pomiar tachimetryczny. Pomierzy≥ on siatkÍ punktÛw rozmieszczonych w poziomych pasach od 5 do 40 cm w zaleønoúci od rzeüby Jaskini Niedüwiedziej [5]. Kolejny model przedstawiajπcy fragment Sali Pa≥acowej w Jaskini Niedüwiedziej powsta≥ przy uøyciu metod fotogrametrycznych. Wykona≥ go Grzegorz Sztonyk, ktÛry w 2005 roku sfotografowa≥ wnÍtrza jaskini, a nastÍpnie pomierzy≥ geodezyjnie zamarkowane wczeúniej fotopunkty. Pozwoli≥o to na wpasowanie i orientacjÍ wykonanych zdjÍÊ, a takøe dowiπzanie do istniejπcej osnowy i wyskalowanie powsta≥ego modelu. Niestety zbyt z≥oøona budowa rzeüby wnÍtrz Jaskini Niedüwie- The first tourists visited the corridors of the Bear Cave in Kletno in June 1983. It was preceded by many years of exploration and preparation which started when the Cave was accidentally discovered by Roman KiÒczyk during the regular exploration of Kletno III Quarry [1]. This event triggered a number of surveys and exploratory missions into the depth of the Cave in which geodesists also participated. The first effect of the geodetic works in the Cave was the assumption of the spatial polygonal traverse which was measured in the years 1975ñ1979 during the scientific field research by the students of the Agricultural University of Wroc≥aw. During those works the planimetric and contour maps of the Cave interiors were also developed, which enabled the locating of the corridors, chambers and the determining of the shape of individual rooms. Another stage of the measurements was the registration of vertical changes in the rock body of the Cave both outside and inside. The measurements were conducted on the basis of the network of the precise leveling benchmarks developed in February 1984 [2]. The objective of the next geodetic works conducted in the Bear Cave was to present its interior with the use of a 3D model. The first of them was made by Joanna Bac and Miroslaw Kacza≥ek in 1979 [3]. Their model was developed on the basis of the vertical cross sections of the Cave along the light planes which had been photographed after marking with the laser. In 2001, Tomasz Baran, on the basis of these cross sections digitalization developed a digital model presenting the interiors of the Bear Cave in the form of tunnels and corridors with its visible concavities and convexities [4]. The next attempt was made by Maciej Pucha≥a who, in his masterís thesis, used the tacheometric measurements in order to develop the model. He measured the network of points distributed in horizontal 5 to 40 cm wide bands, depending on the shape of the Bear Cave [5]. The next model presenting a fragment of the Palace Room in the Bear Cave was developed with the use of photogrammetric methods. It was developed by Grzegorz Sztonyk, who in 2005 photographed the interiors of the Cave and then geodetically measured the control points marked earlier. This enabled him to locate and orient the pictures, as well as attach them to the existing network and scale the developed model. Unfortunately because of the highly complex structure of the interiors of 698 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 dziej oraz liczne inne czynniki utrudni≥y opracowanie i utworzenie kompletnego modelu fragmentu Sali Pa≥acowej [6]. the Bear Cave and other numerous factors it was difficult to prepare and develop a complete model of the fragment of the Palace Room [6]. 3. Skaner laserowy w Jaskini Niedwiedziej 3. The laser scanning in the Bear Cave W lipcu 2008 roku, w ramach pracy magisterskiej, autor wykona≥ kolejne pomiary wnÍtrz Jaskini Niedüwiedziej [7]. DziÍki uprzejmoúci dr inø. Jacka Koúciuka z Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D, ktÛry udostÍpni≥ skaner laserowy Leica HDS 3000, w ciπgu 24 godzin zebrano informacje z 4 stanowisk pomiarowych, na ktÛrπ sk≥ada siÍ ponad 76 milionÛw punktÛw okreúlonych poprzez wspÛ≥rzÍdne (X, Y, Z) a takøe wartoúÊ RGB pobranπ przez kamerÍ wbudowanπ wewnπtrz skanera. In July 2008, as part of my masterís thesis, I conducted the next measurements of the interiors of the Bear Cave [7]. Thanks to the courtesy of Jacek Koúciuk, Eng.D. from the 3D Scanning and Modeling Laboratory, who made the Leica HDS 3000 laser scanner available, it was possible within 24 hours lasting session, to collect information from four scan stations including over 76 million points with known X, Y, Z coordinates as well as their RGB value which has been acquired the internal camera of the scanner. Rys. 1. Rozmieszczenie stanowisk skanera i chmura punktów Fig. 1. Scan stations positions and 3D point cloud Pomiar majπcy na celu zeskanowanie wnÍtrza Sali Pa≥acowej rozpoczπ≥ siÍ od rozstawienia tarcz HDS, ktÛre w dalszym procesie opracowania pozwoli≥y na po≥πczenie chmur punktÛw uzyskanych z poszczegÛlnych stanowisk. SzeúÊ tarcz celowniczych zosta≥o rozstawionych na ca≥ej powierzchni Sali Pa≥acowej, a nastÍpnie okreúlono ich po≥oøenie. The survey whose purpose was to scan the interior of the Palace Room began by positioning the HDS targets which in further processing enabled the connection of the point clouds acquired from subsequent scan stations. Six targets were positioned on the whole surface of the Palace Room and then their locations were determined. Rys. 2. Rozmieszczenie tarcz celowniczych HDS i chmura punktów Fig. 2. Targets positions and 3D point cloud Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 699 Poczπtkowo zaplanowano, iø uk≥ad wspÛ≥rzÍdnych ca≥ego projektu bÍdzie zgodny z ciagiem poligonowym za≥oøonym w latach 1975-1979. W ten sposÛb tworzony model zosta≥by wpasowany w lokalny uk≥ad jaskini. Niestety w zwiπzku z niedawnymi pracami wykonanymi w Jaskini Niedüwiedziej (udostÍpnienie jej osobom niepe≥nosprawnym, poruszajπcym siÍ na wÛzkach inwalidzkich), zosta≥y zniszczone punkty wyøej wspomnianego ciπgu. Nie pozwoli≥o to na wyznaczenie pozycji tarcz we wspomnianym uk≥adzie. Ze wzglÍdu na powyøsze utrudnienie, wyznaczenie pozycji tarcz zosta≥o wykonane w lokalnym uk≥adzie wspÛ≥rzÍdnych. Obliczone wspÛ≥rzÍdne zosta≥y zestawione w tabeli 1. It was originally planned that the coordinates system of this project will be related to the spatial polygonal traverse which was measured in the years 1975ñ1979. This way the model being developed would fit the local coordinates system of the Cave. Unfortunately, as a result of recent works conducted in the Bear Cave (making it accessible for the disabled persons in wheelchairs), the mentioned earlier reference points in the passage were destroyed and consequently it was impossible to calculate the positions of the targets in the system of Cave coordinates. Due to that difficulty, the positions of the targets were calculated in the local coordinate system. Table 1 shows the calculated results. Tab. 1. Zestawienie współrzędnych tarcz celowniczych HDS List of coordinate targets HDS Numer tarczy HDS HDS target number X Y H 1 1013.87 1000.00 100.000 2 994.51 1011.11 100.918 3 997.62 995.91 100.058 4 997.52 986.16 99.712 5 1001.12 975.64 98.717 6 1001.12 975.63 100.168 Okreúlenie pozycji dok≥adnej tarcz HDS pozwoli≥o na po≥πczenie w procesie rejestracji chmur punktÛw zarejestrowanych poszczegÛlnych stanowiskach do wspÛlnego uk≥adu wspÛ≥rzÍdnych. W wykonanym po≥πczeniu chmur punktÛw, przedstawiajπcych wnÍtrza Sali Pa≥acowej, wartoúci b≥ÍdÛw wpasowania tarcz pomiÍdzy kolejnymi stanowiskami nie przekracza≥y 2 mm, co úwiadczy o bardzo duøej dok≥adnoúci wykonanych pomiarÛw. Rysunek 3 przedstawia szczegÛ≥owe zestawienie b≥ÍdÛw na poszczegÛlnych tarczach. Known coordinates of HDS targets enabled the so called registration process ñ connecting all point clouds acquired from several scan stations into common coordinates system. The registered point cloud, representing the interiors of the Palace Room, show values of the target registration errors and vector errors between the individual stations as not exceeding 2 mm, which testifies to a very high accuracy the survey. Figure 3 shows a detailed list of errors in specific targets. Rys. 3. Zestawienie wartości błędów wpasowania tarcz HDS Fig. 3. List of HDS target registration errors and vector errors 700 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Przy pomiarze Jaskini Niedüwiedziej najczÍúciej zastosowano gÍstoúÊ skanowania 3 mm w pionie i 5 mm w poziomie. DobÛr gÍstoúci skanowania by≥ uzaleøniony przede wszystkim od struktury i budowy danego fragmentu Sali Pa≥acowej. W miejscach, gdzie budowa úciany by≥a bardzo skomplikowana, stosowano maksymalnπ rozdzielczoúÊ (1,2 x 1,2 mm), co pozwala na bardziej wiernπ reprezentacjÍ danego fragmentu. W przypadku skanowania p≥askich obszarÛw, ktÛrych struktura by≥a mniej z≥oøona, zastosowano rozdzielczoúci na poziomie 5 mm w pionie i poziomie. Wykonane skanowanie pozwoli≥o autorowi na stworzenie fragmentu modelu przestrzennego wnÍtrz Jaskini Niedüwiedziej, a takøe dajπ moøliwoúÊ dalszych prac ñ generowania przekrojÛw poprzecznych i pod≥uønych, powlekania chmury punktÛw zdjÍciami z zewnÍtrznego aparatu cyfrowego itp. When surveying the Bear Cave the most often used scanning density was that of 3 mm vertically and 5 mm horizontally. The choice of scanning density was determined mainly by the texture and structure of the specific fragment of the Palace Room. In places where the structure of the walls was very complicated the maximum density was applied (1.2 x 1.2 mm), which provides a more precise representation of the given fragment. In the case of scanning more flat surfaces, whose structure was less complex, the density of 5 mm vertically and horizontally was applied. The conducted scanning survey enabled author to develop a fragment of the 3D model of the Bear Cave interiors. They also enable further works ñ the development of the cross and longitudinal sections, covering the point cloud with pictures from external camera, etc. Rys. 4. Przestrzenny model fragmentu Jaskini Niedźwiedziej Fig. 4. 3D model of Bear Cave fragment 4. Kontynuacja prac w roku 2009 4. Continuation of the project in 2009 Dotychczasowe rezultaty pomiarÛw z wykorzystaniem skanera laserowego wykonane w Jaskini Niedüwiedziej wp≥ynÍ≥y na decyzjÍ o kolejnych pracach majπcych na celu zobrazowanie dalszej czÍúci Jaskini Niedüwiedziej i po≥πczenie ich z istniejπcymi juø danymi. Prace te uzyska≥y takøe øyczliwe poparcie Dyrekcji Jaskini Niedüwiedziej. DziÍki wspÛ≥pracy pomiÍdzy Laboratorium Skanowania i†Modelowania 3D przy Instytucie Historii Architektury Sztuki i Techniki na Wydziale Architektury Politechniki Wroc≥awskiej, Instytutem Geodezji i Geoinformatyki na Wydziale Inøynierii Kszta≥towania årodowiska i Geodezji Uniwersytetu Przyrodniczego we Wroc≥awiu, a takøe Leica The results of the measurements achieved so far with the use of laser scanning in the Bear Cave influenced the decision to continue the works in order to document further sections of the Bear Cave and to connect them with the already existing data. The works have been also appreciated and supported by the Management of the Bear Cave. Due to the cooperation between the 3D Scanning and Modeling Laboratory at the Institute of History of Architecture, Art and Technology of the Faculty of Architecture at Wroc≥aw University of Technology, as well as the Institute of Geodesy and Geoinformatics at the Faculty of Environmental Engineering and Geodesy at Wroc≥aw University of Environmental and Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 701 Geosystems Polska, ktÛra uczestniczy≥a w pomiarach z drugi skanerem laserowym, w pierwszych dniach lipca 2009 roku uda≥o siÍ pomierzyÊ kolejne fragmenty korytarzy jaskini. W ciπgu 24 godzin z 17 stanowisk zeskanowano elewacjÍ zewnÍtrznπ pawilonu wejúciowego na tle zbocza gÛry Stromej, wyjúcie z jaskini wraz z otaczajπcym go terenem, sztolniÍ wyjúciowπ, a takøe Korytarz Wodny prowadzπcy do Sali Pa≥acowej. Dodatkowa wizyta w poczπtkach sierpnia 2009 pozwoli≥a uzupe≥niÊ te dane o dokumentacjÍ zbocza gÛry Stromej. W ten sposÛb wykonany w 2008 roku pomiar zosta≥ wzbogacony o duøy obszar otaczajπcego terenu oraz nastÍpne fragmenty wnÍtrza jaskini, co pozwala na przedstawienie jej usytuowania przestrzennego. Life Sciences and also Leica Geosystems Poland which joined project with another laser scanner, it was possible in the first days of July 2009 to scan next fragments of the Cave corridors. During scanning session lasting 24 hours, the external facade of the entrance hall together with slopes of Stroma Mountain, the Cave entrance with its surrounding area, as well as the exit tunnel and the Water Corridor leading to the Palace Room were scanned from 17 scanning stations. During the additional visit at the beginning of August 2009 these data were completed with survey of Stroma Mountain slopes. This way the measurement conducted in 2008 was supplemented with a large part of surrounding area and further sections of the Cave, which enables the presentation of its spatial orientation. Rys. 5. Fragment Jaskini Niedźwiedziej wraz z pawilonem wejściowym – chmura punktów Fig. 5. Fragment of Bear Cave together with entrance hall – 3D point cloud 5. Wstêpne opracowanie wyników 5. Preliminary evaluation of the results Jednym z wynikÛw skanowania Jaskini Niedüwiedziej w Kletnie, jest powstajπcy przestrzenny model przedstawiajπcy jej wnÍtrza. Pierwsze fragmenty tego modelu przedstawia rysunek 6, na ktÛrym moøna zaobserwowaÊ bardzo wiernie odwzorowanπ strukturÍ úcian Sali Pa≥acowej. Na podstawie powsta≥ego przestrzennego modelu stworzono linie przekrojowe poziome i pionowe. Na rysunku 7 przedstawione zosta≥y przekroje w dwÛch p≥aszczyznach wygenerowane w odstÍpach 20 cm. Poniewaø ca≥y system korytarzy Jaskini Niedüwiedziej liczy ponad 3,5 km, w tym znaczna czÍúÊ dostÍpna dla skanera, to w kolejnych sezonach planowana jest kontynuacja prac majπcych na celu rejestracjÍ ca≥oúci wnÍtrz jaskini, a takøe otaczajπcego jπ terenu. One of the results of the scanning of the Bear Cave in Kletno is the 3D model of its interiors. The first fragments of this model are presented in figure 6 where one can see a very precise representation of the texture of the Palace Room walls. The spatial model which was developed was the basis of the horizontal and vertical cross section lines. Figure 7 shows the cross sections in two planes generated every 20 cm. Due to the fact that the whole system of corridors in the Bear Cave, whose huge part is accessible for the scanner, is over 3.5 km long the continuation of the works aimed at recording the whole interior of the Cave as well as its surrounding area is planned in the next seasons. 702 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Rys. 6. Fragment modelu siatkowego przedstawiający wnętrza Jaskini Niedźwiedziej Fig. 6. Fragment of the Bear Cave interior meshed model Rys. 7. Linie przekrojowe w płaszczyźnie pionowej i poziomej Fig. 7. Vertical and horizontal section lines Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 703 Rys. 8. Przekrój przez Jaskinię Niedźwiedzią i zbocza góry Stromej Fig. 8. The cross section of the Bear Cave and the slopes of Stroma Mountain Literatura References [1] CiÍøkowski Wojciech, Jaskinia Niedüwiedzia w Kletnie. 40 lat eksploracji, badaÒ, ochrony i turystyki, Wroc≥aw-Kletno 2006. [2] Badanie przemieszczeÒ masywu Jaskini Niedüwiedziej w Kletnie, Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroc≥awiu. [3] Bac-Bronowicz Joanna, Kacza≥ek Miros≥aw, Fotogrametryczne okreúlenie kszta≥tu jaskiÒ na przyk≥adzie Jaskini Niedüwiedziej w Kletnie, praca magisterska, Wroc≥aw 1979. [4] Baran Tomasz, Cyfrowy Przestrzenny Model Jaskini, praca magisterska, Wroc≥aw 2001. [5] Pucha≥a Maciej, Budowa cyfrowego modelu jaskini na podstawie pomiarÛw geodezyjnych, praca magisterska, Wroc≥aw 2003. [6] Sztonyk Grzegorz, Budowa cyfrowego modelu jaskini na podstawie pomiarÛw fotogrametrycznych, praca magisterska, Wroc≥aw 2005. * Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D, Politechnika Wroc≥awska, Wroc≥aw, Polska Laboratorium zorganizowane zosta≥o przy Instytucie Historii Architektury, Sztuki i Techniki na Wydziale Architektury w ramach dzia≥ania SPO WKP 1/1.4.2/2/2005/87/168/464 * Laboratory of 3D Scanning and Modeling, Wroc≥aw University of Technology, Wroclaw, Poland The Laboratory was organized at the Institute of History of Architecture, Arts and Technology at Faculty of Architecture (project SPO WKP 1/1.4.2/2/2005/87/168/464) Streszczenie Abstract Jaskinia Niedüwiedzia, odkryta w 1966 roku, jest najd≥uøszπ i jednπ z najpiÍkniejszych jaskiÒ w Sudetach. Przez ponad 40 lat eksploracji i badaÒ nie zosta≥a ona w ca≥oúci poznana. Niniejsza praca przedstawia opis pomiarÛw geodezyjnych i innych prac wykonanych w Jaskini Niedüwiedziej. Pomiary rozpoczÍto w 1975 roku poprzez za≥oøenie przestrzennego ciπgu poligonowego a nastÍpnie sieci reperÛw niwelacji. Kolejnym krokiem by≥a prÛba zbudowania trÛjwymiarowych modeli Jaskini Niedüwiedziej z wykorzystaniem rÛønych metod geodezyjnych (rÛwnieø opisanych w niniejszym artykule). Wykorzystanie skanera laserowego 3D, ktÛrego pierwszy raz uøyto w lipcu 2008 roku, umoøliwi≥o zbudowanie modelu 3D fragmentu Sali Pa≥acowej w Jaskini Niedüwiedziej. Prace kontynuowano w roku 2009 w innych czÍúciach jaskini, dziÍki czemu model ten zosta≥ ulepszony. Zebrane dane sπ ca≥y czas analizowane, a w przysz≥oúci planowane sπ dalsze pomiary Jaskini Niedüwiedziej (z wykorzystaniem skanera laserowego 3D). The Bear Cave, discovered in 1966, is the longest and one of the most beautiful caves in the Sudety Mountains. For over 40 years of exploration and measurements its whole structure has not been entirely exposed. This paper presents the description of the geodetic measurements and other works conducted in the Bear Cave. The measurements started in 1975 by the creation of polygonal traverses in corridors and leveling. Next step included the attempts at creating three-dimensional models of the Bear Cave using different geodetic methods (described in the article too.) The 3D laser scanner was used for the first time in July 2008 and it enabled the creation of a 3D model of Palace Roomís fragment in the Bear Cave. The works continued in 2009 in other parts of the Cave. In this way the 3D model was improved. The collected data are still being processed and in the future the measurements (3D scanning) of the Bear Cave are also planned. 704 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 NAUKA SCIENCE Jacek Kościuk* 3D scanning and modeling of the upper terrace of the Hatshepsut Temple in Deir el−Bahari as an example of architectural heritage documentation for restoration purposes Skanowanie i modelowanie 3D górnego tarasu świątyni Hatszepsut w Deir el−Bahari jako przykład dokumentacji dla celów konserwatorskich 1. Organizacja i cele projektu 1. Project organization and its objectives W odpowiedzi na uprzejme zaproszenie Centrum Archeologii årÛdziemnomorskiej w Polsce zespÛ≥ Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D (LabScan3D) i Leica Geosystems Polska wziπ≥ udzia≥ w marcu 2009 r. w polsko-egipskiej misji archeologiczno-konserwacyjnej do úwiπtyni Hatszepsut w Deir el-Bahari1 i rozpoczπ≥ pilotaøowy projekt skanowania 3D. W zespole pracujπcym na miejscu znaleüli siÍ Waldemar Kubisz z Leica Geosystems Polska i Jacek Koúciuk z LabScan3D. ZespÛ≥ otrzyma≥ takøe pomoc przedstawicieli Leica Geosystems w Egipcie i oraz £ukasza Øaka Instytutu Geodezji i Kartografii, ktÛry wykona≥ osnowÍ geodezyjnπ sk≥adajπca siÍ z 31 punktÛw referencyjnych. G≥Ûwnym celem projektu by≥o sprawdzenie moøliwoúci i przydatnoúci najbardziej zaawansowanych metod pozyskiwania danych przestrzennych i wizualnych do dokumentacji GÛrnego Tarasu úwiπtyni Hatszepsut w Deir el-Bahari. Na podstawie aktualnego planu pracy misji, do skanowania wybrano dwa obszary ñ tak zwany Kompleks KrÛlewskiego Kultu Poúmiertnego w po≥udniowej czÍúci tarasu i Kompleks Kultu S≥oÒca po jego przeciwnej, pÛ≥nocnej stronie. Dodatkowo, dwa uzupe≥niajπce stanowiska skanowania w úrodkowej czÍúci GÛrnego DziedziÒca ≥πczy≥y ze dane z obu kompleksÛw. W sumie projekt obejmowa≥ 33 stanowiska skanowania, pokrywajπce w ca≥oúci wybrany obszar badaÒ. Following the kind invitation from the Polish Centre of Mediterranean Archeology, a team of Laboratory of 3D Scanning and Modeling (LabScan3D) and Leica Geosystems Poland joined in March 2009 the Polish-Egyptian Archeological and Conservation Mission at the Hatshepsut Temple in Deir elBahari1 and lunched a pilot 3D scanning project. The field team consisted of Waldemar Kubisz from Leica Geosystems Poland and Jacek Koúciuk from LabScan3D. Additionally the team was backed up by local Leica Geosystems representative from Egypt and £ukasz Øak ñ from the Institute of Geodesy and Cartography who established on the field a network of 31 reference points. The main aim of this test was to check abilities and suitability of the most advanced methods of spatial and visual data collection for documenting the Upper Terrace of the Hatshepsut Temple in Deir el-Bahri. According to the current working plan of the Mission, two areas of the Upper Terrace has been chosen for scanning ñ the so called Complex of the Royal Mortuary Cult located at the southern part of the terrace and the Complex of the Sun Cult situated on the opposite northern part of the area. Additionally, two supplementary scanner positions has been added on the central area of the Upper Courtyard to combine both the complexes. All together, the project ended with 33 scanner positions fully covering the both main areas in question. Praca dopuszczona do druku po recenzjach Article accepted for publishing after reviews Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 705 Ca≥y projekt sk≥ada≥ siÍ z dwÛch faz ñ skanowania, ktÛre zajÍ≥o 5 dni roboczych, a nastÍpnie dokumentacji skanowanych wczeúniej úcian za pomocπ zdjÍÊ cyfrowych wysokiej rozdzielczoúci. Ta druga faza trwa≥a 2 tygodnie. Juø jednak po pierwszym tygodniu pracy na miejscu zespÛ≥ by≥ w stanie przedstawiÊ pierwsze wyniki, ktÛre omÛwiono na dwÛch wyk≥adach w Muzeum Mumifikacji w Luksorze i w Polskim Centrum Archeologii årÛdziemnomorskiej w Kairze. Te wstÍpne wyniki by≥y takøe prezentowane w czerwcu 2009 r. podczas dorocznej konferencji ìPolacy nad Nilemî na Uniwersytecie Warszawskim. Dalsze opracowanie zebranych w terenie danych wykonywano juø w LabScan3D. Chociaø proces ten nie jest jeszcze w pe≥ni ukoÒczony, przyniÛs≥ on wiele ciekawych obserwacji, ktÛre stanowiπ przedmiot niniejszego artyku≥u. The whole project consisted of two phases ñ scanning, which took 5 working days and following it, recording of all the previously scanned walls on high resolution digital pictures. This second phase lasted for 2 weeks. However, already after the 1st week of the field work, the team was able to show up with first results which has been displayed during two lectures held at the Museum of Mumification in Luxor and at the Polish Centre of Mediterranean Archeology in Cairo. Further presentation of these preliminary results took place in June 2009 in Warsaw during conference ìPolacy nad Nilemî which is annually held at Warsaw University. Further data evaluation took place at LabScan3D and although not fully finished, jelled with many interesting observations which are main subject of this paper. 2. Sprzêt 2. Hardware equipment Podstawowym elementem wyposaøenia uøywanego w terenie by≥ skaner Leica HDS 6000 uøyczony przez Leica Geosystems2. Specyfikacja techniczna skanera Leica HDS 6000 jest nastÍpujπca: ñ typ urzπdzenia ñ skaner fazowy z pe≥nym polem widzenia ñ pole widzenia (na skan) ñ w poziomie 360∞ (maksimum), w pionie 310∞ (maksimum) ñ zasiÍg ñ 79m @90%; 50 m @18 % albedo ñ prÍdkoúÊ skanowania ñ maksymalnie do 500.000 pkt./sek ñ czas skanowania (pe≥na panorama) ñ wstÍpny widok: 25 s; úrednia rozdzielczoúÊ: 1 min 40 s; wysoka rozdzielczoúÊ: 3 min 22 s; bardzo wysoka rozdzielczoúÊ:6 min 44 s; ultra wysoka rozdzielczoúÊ: 26 min 40 s ñ rozdzielczoúÊ skanowania przy odleg≥oúci 10 m ñ 1,6 mm dla ultra wysokiej rozdzielczoúci ñ rozdzielczoúÊ skanowania przy odleg≥oúci 50 m ñ 7,9 mm dla ultra wysokiej rozdzielczoúci ñ dok≥adnoúÊ pojedynczego pomiaru ñ po≥oøenie: 6 mm (zasiÍg 1 m do 25 m) 10 mm (zasiÍg do 50 m) ñ odleg≥oúÊ ≤ 4mm przy 90% albedo przy 25 m ≤ 5mm at 18% albedo przy 25 m ≤ 5mm at 90% albedo przy 50 m ≤ 6mm at 18% albedo przy 50 m ñ kπt (H/V) ñ 125 µrad/125 µrad, 1 sigma ñ dok≥adnoúÊ modelowanej powierzchni ñ 2 mm przy 25 m; 4 mm przy 50 m ñ dok≥adnoúÊ rejestracja tarcz celowniczych ñ 2 mm odchylenia standardowego ñ skupienie wiπzki ñ 3 mm na wyjúciu; 8 mm @25 m; 14 mm @50 m The core item of the equipment engaged on the field was Leica HDS 6000 scanner kindly provided by Leica Geosystems2. The technical specification of Leica HDS 6000 scanner is as follows: ñ instrument type ñ phase-based, scanner with full field-of-view ñ field-of-view (per scan) ñ horizontal 360∞ (maximum), vertical 310∞ (maximum) ñ range ñ 79m @90%; 50 m @18 % albedo ñ scan rate ñ up to 500,000 points/sec, maximum ñ scan time (full dome) ñ preview: 25 sec; middle resolution: 1 min 40 sec; high resolution: 3 min 22 sec; super high resolution: 6 min 44 sec; ultra high resolution: 26 min 40 sec 706 ñ point spacing at range 10 m ñ 1.6 mm at ultra high resolution ñ point spacing at range 50 m ñ 7.9 mm at ultra high resolution ñ accuracy of single measurement ñ position: 6 mm (1 m to 25 m range) 10 mm (to 50 m range) ñ distance ≤ 4mm at 90% albedo up to 25 m ≤ 5mm at 18% albedo up to 25 m ≤ 5mm at 90% albedo up to 50 m ≤ 6mm at 18% albedo up to 50 m ñ angle (H/V) ñ 125 µrad/125 µrad, 1 sigma ñ modeled surface accuracy ñ 2 mm at 25 m; 4 mm at 50 m ñ target acquisition ñ 2 mm std. deviation ñ scan resolution ñ spot size 3 mm at exit; 8 mm @25 m; 14 mm @50 m Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 ñ waga urzπdzenia ñ 14 kg (w≥πcznie ze zintegrowanπ bateriπ); 2,5 kg zasilacz; ok. 24 kg waga ca≥oúci w skrzyni transportowej. Do fotografii cyfrowej uøyto kamery FujiFilm S5 Pro z kalibrowanym3 zestawem obiektywÛw od 8 mm (rybie oko) do 55 mm dostarczonych przez LabScan3D wraz ze wszystkim adapterami potrzebnymi, aby po≥πczyÊ kamerÍ ze skanerem HDS 6000. RozdzielczoúÊ kamery wynosi≥a 12 mln pikseli. ñ instrument weight ñ 14 kg (includes integrated battery); 2,5 kg AC Power Supply; ca. 24 kg shipment weight in the transportation box. For digital photographing FujiFilm S5 Pro with calibrated3 set of lenses ranging from 8 mm (Fish Eye) to 55 mm has been supplied by LabScan3D, together with all adaptors necessary to combine the camera with HDS 6000 scanner. The camera resolution is 12 mln of pixels. Rys. 1. Skaner Leica HDS 6000 ustawiony na spodarce Fig. 1. Leica HDS 6000 scanner mounted on tribrach 3. Oprogramowanie u¿yte w projekcie 3. Software used in the project Proces skanowania oraz przetwarzania wszystkich danych oparto o zestaw oprogramowania Leica Cyclone. Do opracowania danych i zestawienia wynikÛw uøyto Bentley MicroStation (g≥Ûwna platforma CAD w LabScan3D) oraz Bentley Descartes (do przetwarzania danych rastrowych). Poza tym zastosowano PTGui Pro do ≥πczenia obrazÛw z kamery w panoramy sferyczne i odwzorowania walcowe rÛwnoodleg≥oúciowe (tzw. obrazy equirectangluar), oraz Panotools ñ niezbÍdny dodatek do PTGui. Z kolei Pano2QTVR Gui uøywany by≥ do konwersji odwzorowaÒ walcowych na tzw. Cube Maps, ktÛre w úrodowisku Leica Cyclone, pozwala≥y wprowadziÊ do chmury punktÛw informacjÍ o wartoúciach RGB. Wszystkie licencje na oprogramowanie dostarczy≥o LabScan3D. W ostatniej fazie projektu przetestowano inny zestaw oprogramowania, aby znaleüÊ najlepsze narzÍdzia modelowania powierzchni úcian oraz przekrojÛw The scanning process as well as processing all the recorded data has been govern by Leica Cyclone software set. Bentley MicroStation (the main CAD platform at LabScan3D) and Bentley Descartes (for raster data manipulation) were used for further data evaluation and deliverables production. Additionally, PTGui Pro was used for stitching the camera images into spherical and equirectangluar images, as well as Panotools ñ a necessary plug-in for PTGui. Pano2QTVR Gui was used for conversion of the equirectangluar image into Cube Maps which were ported to Leica Cyclone to supply the point cloud with color RGB information. All the software licenses were provided by LabScan3D. During last phase of the project another set of software has been tested in order to find best tools for modeling walls surfaces and sections (vertical and horizontal) production. For this purposes JRC Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 707 Rys. 2. Kamera FujiFilm S5 Pro ustawiona na spodarce za pomocą przystawki Nodal Nina Fig. 2. FujiFilm S5 Pro mounted on tribrach with the Nodal Ninja bracket Rys. 3. Zdjęcie wykonane za pomocą obiektywu „Rybie Oko” (pole widzenia 1800) Fig. 3. Full frame, fisheye (1800 field of view) image pionowych i poziomych. W tym celu uøyto oprogramowania JRC 3D Reconstructor oraz 3D Reshaper udostÍpnionego do testÛw przez firmÍ Technodigit. 3D Reconstructor was used as well as 3D Reshaper kindly supplied for tests by Technodigit. 4. Przebieg prac 4. The work flow Jak juø wspomniano, ca≥y projekt sk≥ada≥ siÍ z dwÛch faz ñ skanowania oraz zbierania dodatkowej informacji o kolorze za pomocπ fotografii cyfrowej. Juø w czasie tej pierwszej fazy prac wykonywano jednak zdjÍcia cyfrowe ktÛre uzupe≥nia≥y chmurÍ punktÛw rejestrowana przez skaner o informacje o kolorze RGB. Po ukoÒczeniu skanowania na poszczegÛlnych stanowiskach, skaner (rys. 1) zdejmowano ostroønie ze spodarki i umieszczano na specjalnie zaprojektowanym adapterze ñ przystawce Nodal Nina (rys. 2), ktÛra gwarantowa≥a, iø ognisko obiektywu kamery odpowiada≥o dok≥adnie ognisku wiπzki laserowej. Na kaødym stanowisku rejestrowano cztery obrazy o horyzontalnych interwa≥ach kπtowych rÛwnych 90 0 i dodatkowo jeden obraz skierowany w stronÍ zenitu, aby u≥atwiÊ zestawienie wszystkich zdjÍÊ do formy rÛwnoodleg≥oúciowego odwzorowania walcowego. W tej fazie, wszystkie zdjÍcia wykonywano za pomocπ obiektywu 8 mm, co dawa≥o As already stated, the whole project consisted of two phases ñ scanning and digital photo recording. However, already during the first phase, some digital images has been colleted to supply the point cloud data resulting from the laser scanner with RGB colour information. After scanning on the particular scanner station has been completed, the scanner (fig. 1) has been carefully removed from its tribrach and replaced with a specially designed adapter -Nodal Ninja bracket which assure that the nodal point of the digital camera corresponds exactly with laser beam aperture (fig. 2). Four pictures at 90 0 horizontal interval has been taken from each scanner position, plus additionally one zenith oriented picture to help combining all the photos into equirectangluar image. All the pictures were taken with the use of full frame 8 mm lenses resulting in fisheye (1800 coverage) field of view (fig. 3). The resulting equirec- 708 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 pe≥ne pole widzenia obejmujπce 1800 (rys. 3). RÛwnoodleg≥oúciowe odwzorowanie walcowe (rys. 4) przekszta≥cano nastÍpnie w tzw. Cube Maps (rys. 5), ktÛre wprowadzone do Leica Cyclone, dostarcza≥y informacjÍ o kolorze RGB dla chmury punktÛw zarejestrowanej skanerem. tangluar image (fig. 4) was transformed into six Cube Maps (fig. 5) which were ported to Leica Cyclone to supply the point cloud with color RGB information. Rys. 4. Odwzorowanie walcowe równoodległościowe stworzone z pięciu ujęć o polu widzenia 1800 Fig. 4. Equirectangluar image resulting from five full frame images Rys. 5. Tzw „Cube Maps” utworzonych z obrazu równoodległościowego Fig. 5. Six Cube Maps resulting from equirectangluar image W przypadku, kiedy ustawienie skanera wzglÍdem dokumentowanych úcian by≥o niekorzystne4 lub w przypadku szczegÛlnie interesujπcych fragmentÛw, w drugi etapie prac wykonywano dodatkowy zestaw zdjÍÊ cyfrowych. Jeúli tylko by≥o to moøliwe, zdjÍcia te by≥y w zasadzie rÛwnoleg≥e do g≥Ûwnej powierzchni dokumentowanych úcian. For areas where position of the scanner in respect to walls being documented was not favorable4, or the walls in question were of particular interest, an additional set of photos was collected during second phase of the project. Whenever possible, this photos were done roughly parallel to the main surface of documented walls. Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 709 5. Dane zebrane podczas prac na miejscu i wyniki 5. Data collected during the field work and deliverables W sumie podczas ca≥ego trzytygodniowego projektu zebrano 62 GB (sic!) danych zarejestrowanych w ponad 5.000 plikach. G≥Ûwnπ czÍúÊ stanowi≥a 23 GB baza danych chmury punktÛw. Pozosta≥e pliki to przede wszystkim zdjÍcia cyfrowe w formacie RAW, TIFF i JPG dokumentujπce oko≥o 1.500 fragmentÛw úcian i poszczegÛlnych ciosÛw Ten ogromny zbiÛr danych bÍdzie stanowi≥ podstawÍ do opracowania koÒcowej dokumentacji w wielu wariantach. Poniøej przedstawiono krÛtkie opisy wszystkich moøliwych rodzajÛw opracowaÒ, ktÛre mogπ powstaÊ z zebranych danych. All together nearly 62 GB (sic!) of data in over 5.000 data files has been collected during the whole project which lasted for 3 weeks. The main part of it is 23 GB point cloud data base. Remaining files constitute mostly of digital photos in RAW, TIFF and JPG format, representing images of ca. 1.500 walls and blocks fragments. This vast amount of data can be used to produce several different kinds of final documentation. Below, a brief description will follow of all the possible types of deliverables which might results from all the data collected. 5.1. Tzw. TrueView 5.1. TrueView Zarejestrowana chmura punktÛw wraz z informacjπ o kolorach RGB moøe zostaÊ udostepniona wszystkim zainteresowanym w formacie Leica TrueView i przeglπdana za pomocπ MS Internet Explorer. Leica Geosystems dystrybuuje nieodp≥atnie wtyczkÍ do MS IE niezbÍdnπ do przeglπdania danych w tym trybie. The recorded point cloud data base, together with RGB colour information can be distributed among interested parties in form of Leica TrueView format and viewed with help of MS Internet Explorer only. The necessary MS IE plugin is distributed by Leica Geosystems free of charge. Rys. 6.Trójwymiarowa chmura punktów w formacie TrueView w programie Internet Explorer Fig. 6. 3D point cloud in TrueView format viewed in Internet Explorer Po otworzeniu pliku TrueView za pomocπ MS IE wyúwietlony zostaje nawigator TrueView, ktÛry przedstawia wszystkie dostÍpne stanowiska ScanWord5. Kiedy jedna z nich zostanie wybrana, otwiera siÍ okno TrueView (rys. 6), ktÛre przedstawia ca≥π scenÍ wokÛ≥ skanera. Istniejπ pe≥ne moøliwoúci powiÍkszania, przesuwania i obrotu poszczegÛlnych ujÍÊ panoramicznych. Dodatkowo narzÍdzia pomiarowe umoøliwiajπ odczytanie wspÛ≥rzÍdnych X, Y, 710 After opening the TrueView file with MS IE, one is presented with TueView Navigator which shows all available ScanWord positions5. After choosing one of them, TrueView window (fig. 6) opens in which all the scene surrounding the scanner is represented. Possibilities to magnify, pan and rotate the view are fully granted. Additionally, by picking measuring tools one can read X, Y, Z coordinates of any point chosen on the picture, as well as measure Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Z dowolnie wybranego punktu na obrazie, a takøe zmierzenie przestrzennej odleg≥oúci miÍdzy wybranπ parπ punktÛw. Wszystkie pomiary moøna zapisywaÊ i eksportowaÊ w formacie XML. Technologia ta umoøliwia takøe tzw. pomiary wirtualne, w ktÛrym czÍúÊ procesu pomiarowego moøna przenieúÊ z terenu do biura. Leica Geosystems oferuje takøe rozwiπzania serwerowe, ktÛre pozwalajπ na dystrybucjÍ danych TrueView za poúrednictwem intranetu lub internetu. real distances between any chosen par of points. All the measurements can be recorded and exported in XML format. This technology renders possible the so called virtual surveying, when part of a process of the survey can be brought from the field into the office. Leica Geosystems offers also server solutions which enable distributing TrueView data trough Intranet or Internet. 5.2. Sferyczne obrazy panoramiczne 5.2. Spherical panorama pictures Walcowe odwzorowania rÛwnoodleg≥oúciowe uzyskiwane siÍ w trakcie opisanego wyøej procesu uzupe≥niania bazy danych chmur punktÛw informacjami o kolorach RGB pozwalajπ takøe przygotowaÊ sferyczne obrazy panoramiczne w formacie MOV (rys. 7). Podobne sπ one do panoram TrueView, ale w tym przypadku nie ma moøliwoúci wykonywania pomiarÛw na ekranie. Przeglπdajπc za pomocπ Apple QuickTime Player, panoramy sferyczne MOV moøna dowolnie powiÍkszaÊ, przechylaÊ i obracaÊ. Poniewaø rozdzielczoúÊ obrazu jest o wiele wyøsza niø w przypadku TrueView, panoramy MOV moøna wykorzystywaÊ jako dodatkowπ dokumentacjÍ fotograficznπ dajπcπ wraøenie wirtualnego pobytu na obiekcie. W naszym przypadku typowy rozmiar pliku MOV w pe≥nej rozdzielczoúci wynosi≥ od 40 do 50 MB. Zmniejszajπc jednak Since equirectangluar images are received during described above process of supplying point cloud data base with RGB colour information, there is an easy way to produce spherical panorama pictures in MOV format (fig. 7). Similar to TrueView panoramas, although without possibility to take measurements on screen, MOV panoramas can be viewed by Apple QuickTime Player. Again, such the panorama picture can be magnified, tilt, pan and rotate at will. Since the quality of the image is much higher than in case of TrueView, MOV panoramas can be used as supplementary photo documentation of the site, giving nearly a feeling of being on the spot. In our case, typical size of full resolution MOV files oscillates between 40 and 50 MB of data. Sliming resolution down, or better, Rys. 7. Przykłady panoram sferycznych Fig. 7. Examples of spherical panoramas Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 711 rozdzielczoúÊ lub ñ co jest lepszym rozwiπzaniem ñ konwertujπc dane do formatu Flash, panoramy MOV moøna takøe publikowaÊ w internecie. converting them into Flash format, enables publishing MOV panoramas in Internet. 5.3. Rzut GÛrnego Tarasu úwiπtyni 5.3. General plan of the Upper Terrace of the Temple Jednym z celÛw projektu by≥o przygotowanie rzutu GÛrnego Tarasu úwiπtyni. Postanowiono, øe rzut bÍdzie przedstawia≥ przekrÛj poziomy na wysokoúci najwyøszych nisz, czyli mniej wiÍcej 2 metry powyøej progu portalu wejúciowego prowadzπcego na GÛrny Taras. Poniewaø powierzchnie niektÛrych úcian, jak to siÍ czÍsto zdarza w egipskich úwiπtyniach, sπ pochy≥e, a wiele teoretycznie pionowych úcian wykazuje znaczne odchylenia od pionu, rzut zawiera takøe linie widokowe reprezentujπce podstawy wszystkich úcian [4]. B≥πd rejestracji wszytkich skanÛw do wspÛlnego uk≥adu wspÛ≥rzÍdnych nie przekracza≥ 8 mm w obrÍbiÍ ca≥ego projektu. W przypadku rzutu GÛrnego Tarasu úwiπtyni naleøy wiÍc spodziewaÊ siÍ podobnej dok≥adnoúci. Dla pojedynczych pomieszczeÒ, zw≥aszcza jeúli by≥y one skanowane z jednego lub dwÛch stanowisk skanera, dok≥adnoúÊ siÍga 2-4 mm. Nowy rzut GÛrnego Tarasu úwiπtyni wykazuje wyraüne rÛønice w porÛwnaniu z wczeúniejszym planami. One of the main aims of this project was however to establish a new general plan of the Upper Terrace of the Temple. It has been decided that this plan be will represent horizontal section on a level corresponding with the highest niches. This is roughly 2 meters above the threshold of the Upper Terrace entrance gate. Since some of the walls faces, as often in case of egyptian temples, are sloping, and many nominally vertical walls show noticeable irregularities, the general plan also includes view lines of bottom parts of all the walls [4]. In view of the fact that accuracy of registering separate scans into common point cloud resulted in a mean error not grater than 8 mm over the whole area, the similar overall accuracy can be expected in case of the Upper Terrace general plan. In case of single rooms, especially those which were scanned from one or two scanning stations, an accuracy between 2 and 4 mm has been reached. The new plan of the Upper Terrace shows noticeable differences if confronted with the one which existed until now. 5.4. Modelowanie 3D i generowanie przekrojÛw 5.4. Modeling 3D and sections production Proces skanowania 3D dokumentowa≥ nie tylko úciany GÛrnego Tarasu, ale takøe ca≥e jego otoczenie w promieniu oko≥o 75 m od pozycji skanera, objÍ≥o wiÍc swoim zasiÍgiem rÛwnieø duøπ czÍúÊ skalnego urwiska rozpoúcierajπcego siÍ nad úwiπtyniπ. W ten sposÛb po raz pierwszy pojawi≥a siÍ moøliwoúÊ dok≥adnej analizy niedostÍpnych dotychczas szczegÛ≥Ûw ñ zboczy, fragmentÛw wysuniÍtych i nadwieszonych. Te dodatkowe informacje by≥y szczegÛlnie przydatne w przypadku przekrojÛw pionowych prowadzonych w poprzek GÛrnego Tarasu na liniach wschÛd-zachÛd i pÛ≥noc-po≥udnie [4]. Na tym etapie projektu rzut i przekroje wschÛd-zachÛd i pÛ≥nocpo≥udnie wy≥πcznie przy zastosowaniu oprogramowania Leica Cyclone. Ostatnia, jeszcze nie ukoÒczona, faza ca≥ego projektu, koncentruje siÍ na wytypowaniu najbardziej przydatnych, zwaøywszy na specyfikÍ danych, narzÍdzi modelowania 3D i generowania szczegÛ≥owych przekrojÛw. Nie moøna w tym celu stosowaÊ typowych aplikacji AEC CAD s≥uøπcych do modelowania bry≥ lub powierzchni, a to z powodu olbrzymiej iloúci danych danych pomiarowych i wymaganego poziomu szczegÛ≥owoúci modelu 3D. Wydaje siÍ, øe jedyne dostÍpne w tej chwili rozwiπzanie to Since 3D scanning recorded not only all walls of the Upper Teracce but also whole surroundings within radius of ca. 75 meters from scanner stations, a good part of the gebel overlooking the site has been also included. This way, for the first time, it is also possible to see in details the gebel itself ñ its slopes, its exposed and overhanging areas. General E-W and N-S sections across the Upper Terrace are particularly benefiting from this additional information [4]. At this stage of the project, preparing of the general plan and general E-W and NS sections has been accomplished entirely in Leica Cyclone software. Still unfinished, the last phase of our project concentrates of finding the most suitable tools for 3D modeling and detailed sections production. Typical AEC CAD applications for solid or surface modeling can not be used there for the reason of waste scanning data amount and demanded accuracy of the 3D model. The only solution there is using point cloud data to produce mesh models. Two already mentioned applications were tested. Both have very similar functionality and both proofed to be also very efficient. JRC 3D Reconstructor seems to be specially useful in filtering the data and generating fea- 712 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 Rys. 8. Model siatkowy północnej ściany kaplicy Hatszepsut Fig. 8. Mesh model of the Hatshepsut Chapel northern wall Rys. 9. Fragment modelu siatkowego Północnej Kaplicy Anubisa wraz z i liniami przekrojowymi Fig. 9. Fragment of mesh model of the Northern Anubis Chapel with detailed section lines wykorzystanie danych z chmury punktÛw do tworzenia modeli siatkowych. W tej fazie projektu testowano dwie wspomniane juø poprzednio aplikacje. Obie wyposaøone sπ w podobne funkcje i obie okaza≥y siÍ rÛwnie skuteczne. JRC 3D Reconstructor wydaje siÍ przy tym szczegÛlnie pomocny w filtrowaniu danych i automatycznym generowaniu krawÍdzi, natomiast ture lines, while 3D Reshaper proofed to be excellent tool in meshing point clouds and automatically generating detailed section lines in any desired direction. Since 3D point cloud data collected in very dusty conditions of Upper Egypt needed to be carefully filtered, still another application ñ Mesh- Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 713 3D Reshaper okaza≥ siÍ bardzo skutecznym narzÍdziem tworzπcym modele siatkowe na podstawie chmur punktÛw, a takøe by≥ wyjπtkowo efektywny w przypadku generowania linii przekrojowych prowadzonych w dowolnie wybranym kierunku. Typowe dla GÛrnego Egiptu warunki skanowania (wysoka temperatura i znaczne zapylenie), wymaga≥y starannego filtrowania danych. Przetestowano wiÍc takøe jeszcze jednπ aplikacjÍ: MeshLab6. Zastosowano wiele filtrÛw, ktÛre okaza≥y siÍ przydatne nie tylko w filtrowaniu chmur punktÛw, ale takøe w czyszczeniu, naprawie i wyg≥adzaniu modeli siatkowych. Lab6 has been also successfully tested. Many filters implemented there proofed to be very useful not only in filtering point clouds, but also in cleaning, repairing, remeshing and smoothing meshed models. 5.5. Fotomozaiki i ortofotomapy úcian 5.5. Photomosaics and orthophoto of walls Generalnie moøliwe sπ dwa rodzaje widokÛw elewacyjnych ñ ortofotomapy i fotomozaiki. Pierwszy typ to wierny obraz danej sceny ze wszystkimi elementami we w≥aúciwej skali i bez zniekszta≥ceÒ perspektywicznych. Tworzenie, na dostawie skanÛw 3D, takiej ortofotomapy z wymaganπ dla tego projektu rozdzielczoúciπ, czyli wielkoúciπ piksela poniøej 0,5 mm wymaga jednak bardzo gÍstego skanowania i precyzyjnego generowania modeli siatkowych. Z drugiej Generally two kinds of wall facades plans are possible ñ orthophotos and photomosaics. The first one is the true representation of a given scene where all entities are in a right scale and without any perspective distortions. Such the orthophoto production with demanded pixel resolution below 0,5 mm involves very dense scanning and careful meshing. On the other hand, only representation of the main surface of the wall was the most important Rys. 10. Ortofotomapa jednej ze ścian świątyni użyty jako dokument referencyjny przy generowaniu fotomozaiki Fig. 10. Orthophoto image of one of temple walls used as reference for photomosaic production strony, podstawowym zadaniem tej fazy projektu by≥a dokumentacja g≥Ûwnej p≥aszczyzny úciany. Na szczÍúcie, wiÍkszoúÊ úcian úwiπtyni moøna uznaÊ za niemal idealne p≥askie powierzchnie. Wybrano wiÍc inne rozwiπzanie problemu ñ fotomozaiki, gdzie tylko g≥Ûwnπ p≥aszczyznÍ úciany przedstawia siÍ w prawid≥owej skali bez øadnych geometrycznych zniekszta≥ceÒ. W tym przypadku wszystkie elementy, ktÛre znajdujπ siÍ za g≥Ûwnπ p≥aszczyznπ úciany sπ repre714 issue of this project and fortunately most of the temple walls could be considered as nearly planar surfaces. Therefore a more simple approach has been chosen ñ photomosaics, where only the main surface of walls is represented in a right scale and without any geometrical distortions. In this case, all items which are behind the plane of the main surface of the wall are represented in a slightly smaller scale and with perspective distortions and Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 zentowane w nieco mniejszej skali i ze zniekszta≥ceniem perspektywicznym. Odpowiednio, wszystkie elementy przed g≥Ûwnπ p≥aszczyznπ úciany bÍdπ odwzorowane w wiÍkszej skali. RÛønice g≥Íbokoúci miÍdzy g≥Ûwnπ p≥aszczyznπ úciany a elementami po≥oøonymi przed niπ i za niπ, nie przekracza≥y w naszym przypadku 15 mm. ZdjÍcia wykonano zwykle z odleg≥oúci oko≥o 2 metrÛw uzyskujπc wielkoúÊ piksela nie przekraczajπcπ 0,3 mm. Przewidywany teoretyczny b≥πd wynikajπcy z faktu iø powierzchnia úciany nie jest idealnπ p≥aszczyznπ (rÛønice g≥Íbokoúci +/- 15 mm) wynosi wiÍc oko≥o 0,75% i by≥ do zaakceptowania w naszym przypadku. Pierwszym krokiem by≥o wygenerowanie za pomocπ Leica Cyclone, bezpoúrednio z chmury punktÛw 3D, czarnobia≥ych ortofotomap poszczegÛlnych úcian (rys. 10). Ich rozdzielczoúÊ nie przekracza≥a 2 mm, ale by≥a wystarczajπca do znalezienia zestawu analogicznych punktÛw na szczegÛ≥owych zdjÍciach cyfrowych i czarno-bia≥ych ortofotomapach. Pos≥uøy≥y one jako punkty referencyjne pozwalajπce na przekszta≥cenie obrazÛw rastrowych7 za pomocπ Bentley Descartes. W zaleønoúci od rozmiaru detali, ktÛre mia≥a przedstawiaÊ koÒcowa dokumentacja, rozdzielczoúÊ stworzonych fotomozaik wynios≥a od 0,3 do 0,5 mm. Pozwala to na wydruk fotomozaik w skali 1 : 10 z rozdzielczoúciπ 600 dpi, ktÛra ca≥kowicie odpowiada potrzebom nowoczesnego procesu wydawniczego. Fotomozaiki o najwyøszej rozdzielczoúci (0,3 mm) i wykonane w korzystnych warunkach oúwietleniowych8 pozwalajπ na powiÍkszenia, edycjÍ i druk nawet w skali 1:1 (rys. 11). respectively all those projecting in front of the main surface of the wall will appear bigger. Depth differences between main surface of the wall and items which are in front or behind were not exceeding in our case 15 mm. Pictures were taken with pixel resolution 0,3 mm at a distance of typically 2 meters. Therefore, expected theoretical errors resulting from main wall surface being not exactly a planar (depth differences +/- 15 mm) should be around 0,75% and were acceptable for this project. As the first step, using 3D point clouds, rough black and white, orthophoto images of walls plans were produced from Leica Cyclone (fig. 10). Their resolution did not exceeded 2 mm but it was enough to find suitable set of analogical points represented on digital photos and on black and white orthophotos. They served as reference points upon which pictures were warped7 with help of Bentley Descartes. Depending from the size of details which were to be represented on the final documentation, the resolution of resulting photomosaic pictures is between 0,3 and 0,5 mm. This permits publishing photomosaics in a scale 1 : 10 with 600 dpi resolution which is fully suitable for modern publishing process. Photomosaic images of highest resolution (0,3 mm) and recorded in favorable lighting conditions8 permit also enlarging, viewing and printing of chosen fragments up to 1:1 scale (Fig.11). Rys. 11. Przykład fotomozaiki z rozdzielczością pikseli 0,3 mm Fig.11. Photomosaic example with pixel resolution 0,3 mm Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 715 5.6. Mapy wg≥ÍbieÒ 5.6. Walls surface displacement plans W przypadku wielu úcian widoczne by≥y nieregularnoúci powierzchni, a ich fasady bynajmniej nie stanowi≥y idealnej p≥aszczyzny. PodjÍto wiÍc prÛbÍ dokumentacji tych cech w formie tak zwanych map wg≥ÍbieÒ. W tym przypadku, elewacje poszczegÛlnych úcian przedstawiono w sposÛb przypominajπcy hipsometriÍ na planach topograficznych, gdzie rÛønice (wysokoúci i g≥Íbokoúci) powierzchni úcian symbolizuje odpowiedni kod kolorÛw9 (rys. 12). Ten rodzaj prezentacji danych przestrzennych moøe byÊ potencjalnie niezwykle przydatny dla inøynierÛw zajmujπcych siÍ badaniem stabilnoúci úcian, ktÛrych czÍúÊ uleg≥a powaønym przesuniÍciom z powodu niestabilnoúci pod≥oøa, trzÍsieÒ ziemi i licznych innych powodÛw. Since many of walls show noticeable irregularities, their facades being far from an ideal flat surface, an attempt was made to show this features in form of so called walls surface displacement plans. In this case walls facades are represented in a way similar to hypsometry on topographical plans, where differences (heights and depths) in the wall surface is symbolized by colour coding9 (Fig.12). This kind of spatial data presentation can be potentially of a great interest to civil engineers when examining stability of walls which underwent serious dislocation of blocks due to ground instability, earthquakes or any other reasons. Rys. 12. Przykład mapy wgłębień Fig. 12. Example of displacement map 6. Wnioski i wstêpna propozycja kontynuacji projektu w sezonie 2010 6. Conclusions and preliminary proposal of project continuation during 2010 season W konkluzji trzeba stwierdziÊ, øe metoda dokumentacji úwiπtyni Hatszepsut za pomocπ skanowania 3D potwierdzi≥a swojπ przydatnoúÊ, zarÛwno jeúli chodzi o efektywnoúci, jak i dok≥adnoúci. G≥Ûwnπ przeszkodπ, jakπ napotka≥ zespÛ≥, by≥ brak zawodowego fotografa. Poniewaø jakoúÊ fotomozaik zaleøa≥a To conclude, one must state that the idea of documenting the Hatshepsut Temple by means of 3D scanning proofed to be both very efficient and very accurate. The main obstacle which the field team faced during the whole project was lack of professional photographer. Since the quality of photomo- 716 Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 w ogromnym stopniu od jakoúci zdjÍÊ zebranych w terenie, planuje siÍ, szczegÛlnie w obszarach zadaszonych, gdzie potrzebne jest sztuczne oúwietlenie, dokooptowaÊ do zespo≥u zawodowego fotografa z doúwiadczeniem w fotografowaniu úcian zdobionych reliefami. Przewiduje siÍ, øe prace bÍdπ kontynuowane wiosnπ 2010 r. Do dokumentacji wybrano cztery kolejne obszary GÛrnego Tarasu: ñ Po≥udniowa Kaplica Amuna wymagajπca 2 stanowisk skanera ñ PÛ≥nocna Kaplica Amuna wymagajπca 4 stanowisk skanera ñ G≥Ûwne Sanktuarium Amuna wymagajπce 16 stanowisk skanera ñ wewnÍtrzne fasady Portyku Ptolomejskiego wymagajπce 3 stanowisk skanera. OgÛlnie szacuje siÍ, øe potrzebne bÍdzie oko≥o 25 stanowisk skanowania, co oznacza minimum 3 dni pracy w terenie. Naleøy jednakøe przewidzieÊ dodatkowy dzieÒ lub dwa na wypadek nieprzewidzianych problemÛw. saics greatly depends on quality of pictures collected on the field, it is advisable, particularly on the roofed areas where artificial lighting must be engaged, to supply the field team with professional photographer with good experience in shooting relief decorated walls. It is anticipated that the work will be continued during spring 2010. Four further areas of the Upper Terrace has been already chosen to be documented. This are: ñ the Southern Chapel of Amun involving 2 scanner stations required ñ the Northern Chapel of Amun involving 4 scanner stations required ñ the Main Sanctuary of Amun involving 16 scanner stations required ñ the inner facades of Ptolemaic Portico involving 3 scanner stations required. All together 25 scanner positions are estimated, what results in 3 full days of scanning. However, one additional day or two should be added in anticipation of any unexpected problems. Literatura References [1] Z. SzafraÒski (ed.), KrÛlowa Hatszepsut i jej úwiπtynia 3500 lat pÛüniej, Warszawa 2001. [2] Z. Wysocki (ed.), The temple of Queen Hatshepsut. Vol. 4. The report of the Polish-Egyptian archaeological and preservation mission Deir elñBahari 1980-1988, Warszawa 1991. [3] T. Kaczor, Teoria i praktyka w konserwacji staroøytnych zespo≥Ûw zabytkowych w Tebach. Raporty Inst. Hist. Archit Proc. 2007, Ser PRE nr 422, http://www. dbc.wroc.pl/publication/1563, 97-101, 2007. [4] J. Koúciuk, T. Kaczor, B. Chmielewski, T. WaligÛrski, P. Srokowski. Skanowanie 3D fragmentÛw úwiπtyni Hatszepsut w Deir el-Bahari w Egipcie, Raporty Instytutu I-12 Serii Sprawozdania nr 19/09 (raport nie publikowany), 2009. * Laboratorium Skanowania i Modelowania 3D, Politechnika Wroc≥awska, Wroc≥aw, Polska Laboratorium zorganizowane zosta≥o przy Instytucie Historii Architektury, Sztuki i Techniki na Wydziale Architektury w ramach dzia≥ania SPO WKP 1/1.4.2/2/2005/87/168/464. 1 HistoriÍ úwiπtyni moøna znaleüÊ w [1]. HistoriÍ restauracji úwiπtyni i polskiego udzia≥u w tym zadaniu moøna znaleüÊ w [2] i [3]. 2 ZespÛ≥ serdecznie dziÍkuje panu Lotharowi Assenmacherowi ñ Dyrektorowi Generalnemu Leica Geosystems, ktÛry udzieli≥ ogromnego wsparcia projektowi i umoøliwi≥ jego realizacjÍ. 3 O znanych parametrach rÛwnania soczewek, ktÛre umoøliwia≥o korekcjÍ dystorsji i innych wad obiektywu. 4 Zbyt daleko do úciany lub pod niekorzystnym kπtem. 5 PoszczegÛlne stanowiska skanera w trakcie skanowania. 6 Visual Computing Lab ñ ISTI ñ CNR; http://meshlab.sourceforge.net/ 7 Obraz rastrowy przeliczono ponownie za pomocπ odpowiednich wielomianÛw. 8 Najlepiej na zewnπtrz w bezpoúrednim úwietle s≥onecznym. 9 Wg≥Íbienia reprezentowane sπ w kolorach niebieskich, a wypuk≥oúci w czerwieniach. * Laboratory of 3D Scanning and Modeling, Wroc≥aw University of Technology, Wroc≥aw, Poland The Laboratory was organized at the Institute of History of Architecture, Arts and Technology at Faculty of Architecture (project SPO WKP 1/1.4.2/2/2005/87/168/464). 1 For the temple history see [1]. For history of restoration of the temple and Polish contribution see [2] and [3]. 2 The team would like to express special thanks to Lothar Assenmacher ñ the General Director of Leica Geosystems who greatly supported this project and rendered it possible. 3 With known lens equation parameters permitting us to remove distortion and other lens errors. 4 To far from the wall or in unfavorable angle of view. 5 Particular locations of the scanner during any scanning process. 6 Visual Computing Lab ñ ISTI ñ CNR; http://meshlab.sourceforge.net/ 7 Raster image metrics has been recalculated with polynomial equations. 8 Preferably outdoors with direct sun light. 9 Depths are show in blue while heights in red colors. Wiadomości Konserwatorskie • Conservation News • 26/2009 717