Embed Size (px)
Citation preview
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - GEODETSKI FAKULTET UNIVERSITY OF ZAGREB - FACULTY OF GEODESY
Zavod za inženjersku geodeziju i upravljanje prostornim informacijama Institute of Engineering Geodesy and Spatial Information Management
Kačićeva 26; HR-10000 Zagreb, CROATIA Web: www.igupi.geof.hr; Tel.: (+385 1) 46 39 222; Fax.: (+385 1) 48 28 081
Usmjerenje: Inženjerska geodezija i upravljanje prostornim informacijama
DIPLOMSKI RAD
Obrada podataka laserskog skaniranja RapidForm-om
Izradila:
Ivana Topić
Cesta dr. Franje Tuđmana 144
Kaštel Kambelovac
Mentor: prof. dr. sc. Miodrag Roić
Voditelj: mr. sc. Hrvoje Matijević
Zagreb, svibanj 2005.
2
Zahvala:
Zahvaljujem se mentoru prof. dr. sc. Miodragu Roiću, a posebno voditelju mr. sc. Hrvoju Matijeviću na velikom trudu i pomoći tijekom izrade ovog diplomskog rada.
Također se zahvaljujem svim prijateljima i kolegama koji su bili uz mene tijekom studiranja i učinili da moji studentski dani ostanu u najljepšem sjećanju.
Najveće HVALA mojim roditeljima i sestrama NA SVEMU!
3
Obrada podataka laserskog skaniranja RapidForm-om
Ivana Topić
Sažetak: Tema ovog diplomskog rada je obrada podataka dobivenih 3D laserskim skaniranjem crkve Sv. Nikole u Starom Gradu na otoku Hvaru. Podaci su prikupljeni za vrijeme studentske prakse Faros 2003 u rujnu 2003. u svrhu izrade prikaza zatečenog stanja na terenu i za izradu elaborata za zaštitu spomenika i kulturne baštine. Podaci su obrađivani aplikacijom RapidForm 2004, jer je tvrtka INUS Technology izašla u susret s ponudom aplikacije i privremene licence od 30 dana bez naknade. U diplomskom radu opisana su i neka od područja primjene laserskog skaniranja, te osnove 3D modeliranja.
Ključne riječi: 3D lasersko skaniranje, oblak točaka, 3D modeliranje, RapidForm 2004.
Laser scanning data processing
Abstract: Theme of this work is 3D laser scanning data processing of church St. Nikola in Stari Grad at Hvar Island. Data was collected during student practice Faros 2003 that took place in November 2003. Goal of these measurements was to create model of current situation and study for cultural protection of heritage. Data is processed with RapidForm 2004 application, because INUS Technology offered use of application with temporary free license for 30 days. Some fields of 3D laser scanning use are described, same as basic of 3D modeling.
Keywords: 3D laser scanning, point cloud, 3D modeling, RapidForm 2004.
4
Obrada podataka laserskog skaniranja
Ivana Topić
S A D R Ž A J
1. UVOD.............................................................................................................. 6
2. LASERSKO SKANIRANJE............................................................................ 7
2.1. PRIMJENA............................................................................................... 8 2.1.1. URBANIZAM, KULTURNO NASLJEĐE, ARHEOLOGIJA ................ 9 2.1.2. POMACI I DEFORMACIJE, GEOLOGIJA, RUDARSTVO .............. 12 2.1.3. IZMJERA «KAO IZGRAĐENOG»................................................... 14
3. OBRADA PODATAKA LASERSKOG SKANIRANJA ................................. 16
3.1. PODACI LASERSKOG SKANIRANJA-OBLAK TOČAKA....................... 16 3.2. 3D MODELIRANJE ................................................................................ 17
3.2.1. ŽIČANI MODEL .............................................................................. 18 3.2.2. PLOŠNI MODEL............................................................................. 19 3.2.3. ČVRSTI MODELI ............................................................................ 19
3.3. OBJEKTI 3D MODELIRANJA ................................................................ 21 3.3.1. OSNOVNI GRAFIČKI ELEMENTI................................................... 21 3.3.2. NURBS krivulje ............................................................................... 22 3.3.3. MODELIRANJE PLOHA ................................................................. 23
3.4. PREGLED SOFTVERA ZA OBRADU LASERSKOG SKANIRANJA ...... 25
4. LASERSKO SKANIRANJE CRKVE SV. NIKOLE ....................................... 26
4.1. CYRAX 2500.......................................................................................... 26 4.2. TERENSKA IZMJERA LASERSKIM SKANEROM CRKVE SV. NIKOLE 28
5. RAPIDFORM 2004 ....................................................................................... 31
5.1. RADNO SUČELJE RAPIDFORM-A........................................................ 33 5.1.1. IZBORNICI DOSTUPNI MIŠEM...................................................... 36
5.2. OPIS RADNIH PODRUČJA ................................................................... 38 5.2.1. SCAN WORKBENCH ..................................................................... 38 5.2.2. POLIGON WORKBENCH............................................................... 41
6. OBRADA PODATAKA CRKVE SV. NIKOLE .............................................. 45
6.1. UNOS PODATAKA ................................................................................ 45 6.2. OBRADA POJEDINOG SKANA ............................................................. 47
6.2.1. OBRADA OBLAKA TOČAKA.......................................................... 47 6.2.2. OBRADA PLOHA............................................................................ 51
6.3. SPAJANJE MODELA............................................................................. 53 6.4. SADRŽAJ PRILOŽENOG MEDIJA (CD-A)............................................. 59
7. ZAKLJUČAK ................................................................................................ 60
Literatura
5
Životopis
6
1. Uvod
U posljednje vrijeme sve više su važni ne samo podaci u geodetskom smislu, već prostorni podaci u mnogo većim spektrima, različitim kombinacijama informacija i različitih situacija na izgrađenom području ili na području gdje je pristup objektu gotovo nemoguć. Područja više ne uključuju samo potrebe inženjerske izmjere i projektiranja različitih objekata, nego se proširuju npr. na forenzičku znanost, očuvanje kulturne baštine, geologiju, medije, arheologiju, robotiku itd., općenito na sva područja gdje se primjenjuje modeliranje uz vrlo raznolike zahtjeve različitih korisnika, a uz vrlo velik broj preciznih informacija kako o izgrađenim tako i o tek projektiranim objektima.
Lasersko skaniranje omogućava ispunjenje sve većih zahtjeva prostorne izmjere i vizualizacije objekata, prikupljanjem velikog broja podataka u obliku «oblaka točaka». U oblaku svaka točka ima točno određene 3D koordinate. Korištenjem različitih aplikacija omogućena je obrada, modeliranje, vizualizacija i prezentacija skaniranih objekata u relativno kratkom vremenu i bez direktnog pristupa istim. Povećava se brzina izmjere ali i brzina obrade prikupljenih podataka. Naravno da je osobit naglasak na razvoju procesne snage računala i tehnologije, kao i na primjeni laserske tehnologije.
Mnoštvo točnih 3D prostornih podataka prikupljenih u, slobodno možemo reći, jednom trenutku postojanja nekog objekta (građevine) izgledaju poput fotografije. Razlika između njih je dakako za cijelu dimenziju u korist prvih. Njihovom obradom moguće je izvoditi uopćene ali i iznimno detaljne modele s obzirom na konkretne potrebe, a izvorni podaci mjerenja ostaju kao bogat i dostupan izvor informacija o promatranom objektu ili cijelom sustavu (Matijević i Roić 2002).
Upravo je zadatak ovog diplomskog rada obrada podataka 3D laserskog skaniranja crkve Sv. Nikole u Starom Gradu na otoku Hvaru. Podaci izmjere su prikupljeni za vrijeme studentske prakse FAROS 2003, u sklopu topografske izmjere i vizualizacije za potrebe obnove crkve Sv. Nikole.
Uz jednostavno i vrlo brzo prikupljanje 3D podataka izmjere laserskim skanerom u sedam skanova, slijedi obrada podataka, vizualizacija, te prezentacija 3D modela objekta, u ovom slučaju crkve Sv. Nikole, u dostupnoj aplikaciji za obradu ovakve vrste podataka.
7
2. LASERSKO SKANIRANJE
Različite inženjerske struke tek su počele shvaćati kolika je važnost laserskog skaniranja. Dolazi do potpune promjene u postupku kako se fizički objekti dizajniraju i izgrađuju, te kako se njima upravlja. Moglo bi se reći da 3D lasersko skaniranje mijenja pravila igre.
Naravno da se postavlja pitanje: Zašto sada?
Lasersko skaniranje danas je već prešlo jaz između samo svoje tehničke zanimljivosti do investicije koja je vođena profitom. Dogodilo se da već danas postoji dosta zanimljivih i jako uspješnih projekata kojima se javnost uvjerila da lasersko skaniranje doslovno dostavlja izvrsne projekte stvarne ekonomske vrijednosti. Ustanovljeno je da lasersko skaniranje na više načina mijenja pristup u izmjeri, inženjerstvu, građevinarstvu, te upravljanu građevinama.
Kako projekt napreduje, lasersko skaniranje može biti korišteno kao kontrola kvalitete sprječavajući i pronalazeći neispravna područja u već postojećim uvjetima i u novo projektiranim izgradnjama.
Otvara se mogućnost prikupljanja velike količine 3D podataka o bilo kojem objektu ili prostoru. Podaci se gotovo izjednačavaju fotografijama (Slika 1).
Slika 1. Lasersko skaniranje
Podaci dobiveni laserskim skaniranjem su skupovi točaka u 3D koordinatnom sustavu koji se nazivaju oblakom točaka (engl. point cloud).
Iz skaniranog oblaka točaka moguće je gotovo trenutno obavljati mjerenja pomoću računala bez fizičkog pristupa konkretnom objektu. Za neke od primjena bit će dostatno koristiti podatke u njihovom izvornom obliku, sa ili bez minimalne naknadne obrade.
Za jednostavne vizualizacije objekata dovoljno je iz prikupljenih trodimenzionalnih geometrijskih podataka jednostavnim automatskim algoritmom generirati topologiju izmjerenih objekata (nepravilne plohe) čime dobivamo njihove vrlo vjerne modele.
8
2.1. PRIMJENA
Brza dostupnost, točnost i potpunost digitalnog 3D prikaza objekta, dozvoljava brzu organizaciju i primjenu u velikom broju ljudskih djelatnosti (Tablica 1).
Tablica 1. Različita područja primjene laserskog skanera
Lasersko skaniranje iz zraka
Urbanizam i modeliranje grada
Automatizacija i robotika
Topografija i rudarstvo
Arheologija i kulturno nasljeđe
Nadzor i inženjering
«Kao izgrađeno»
Izmjera tunela
Arhitektura i izmjera pročelja
Očuvanje
3D vizualizacija
Virtualna stvarnost
Zahtjevi primjene su jasni, od ploha na površini, pa sve do otvorenog zračnog prostora, transporta, izgrađenih objekata, različitih projekata, automatiziranih pogona, konstrukcija i pogona na vodi, u brodogradnji. Kod automatskih pogona, jednom od zadnjih takozvanih bedema 2D CAD-a, neki od najvećih svjetskih proizvođača su počeli koristiti lasersko skaniranje kako bi nadzor i upravljanje prebacili iz 2D u 3D svijet. Upravo je veličina zahtjeva jedan od glavnih znakova da je lasersko skaniranja stvarno, i da će njegova važnost rasti u budućnosti.
Primjena laserskog skaniranja obuhvaća gotovo sva područja u kojima se može koristiti modeliranje i vizualizacija podataka, kako kod već izgrađenih, tako i kod tek projektiranih objekata ili objekata kojima je potrebna rekonstrukcija. Sve
9
najraznovrsnije primjene naravno nije moguće dotaknuti u ovom diplomskom, te su spomenuta samo neka područja.
2.1.1. URBANIZAM, KULTURNO NASLJEĐE, ARHEOLOGIJA
Korištenje laserskog skaniranja pri različitim projektima daje na raspolaganje jako velik broj podataka, koji su stalno dostupni korisniku. Nastaju trajni digitalni zapisi različitih objekata (prepreke objektima, različiti vodovi, postojeće stanje na različitim lokacijama), postojećih uvjeta na lokaciji u vrijeme izmjere, te se mogu i kasnije rješavati bilo kakve analize, upiti ili problemi. Tek su se počele shvaćati sve dodatne mogućnosti topografske izmjere u svakodnevnoj osnovi, te njihova isplativost.
Jednostavna je primjena 3D laserskog skaniranja pri izradi cjelovite analize oblaka točaka za deformacije nadvožnjaka (Slika 2). Diferencijalna milimetarska analiza različitih skanova, kroz milijune točaka kroz cijelu strukturu nadvožnjaka obavljena je kroz samo par sekundi. Mnogo je točnija i daleko brža od klasičnih metoda izmjere, bez potrebe za zaustavljanjem prometa na toj relaciji. Analize mogu biti korištene i u drugim situacijama obnove i nadogradnje.
Slika 2. Skaniranje i analiza konstrukcije nadvožnjaka
Korištenje laserskih skanera u urbanizmu tek je započelo. Sve bitne značajke skaniranog područja mogu biti obuhvaćene, os ceste, križanja, pločnici i različiti odsječci ceste. Zahvaća i sporedne podatke poput vrste vegetacije, promjera stabala (u nekim slučajevima i vrstu stabla), volumen gabarita građevina i nadstrešnica, te mnogo više (Slika 3).
10
Slika 3. Urbanizam
Bogatstvo informacija o različitim kulturnim spomenicima na ovaj način mogu biti direktno prikazani digitalnim modelima. Doseg i nedovoljno velika preciznost klasičnih metoda izmjere nisu bili mogući, ili su bili nepraktični za ovako detaljno prikupljanje informacija.
Moguće je izraditi modele različite točnosti i različitih vrsta prikaza.
Slika 4 s lijeva na desno, prikazuje: (a) žičani model, (b) model s površinama, (c) model s teksturama.
11
Slika 4. Prikaz složene građevine
Nekoliko milimetara točni poligonalni modeli, njihovi osjenčani prikazi prenose su u različite aplikacije i predstavljaju široku upotrebu. Primjer je prikazan (Slika 5).
Slika 5. Očuvanje kulturne baštine
12
2.1.2. POMACI I DEFORMACIJE, GEOLOGIJA, RUDARSTVO
Upotreba laserskog skaniranja na različitim područjima za skaniranje reljefa, analizu i proučavanja pomaka i deformacija različitih područja, sigurno je najjednostavnije objasniti primjerom. U ovom poglavlju pokušano je prikazati široki spektar primjene laserskog skaniranja na snimanje reljefa. U ovom primjeru prikazana je primjena laserskog skaniranja na stalne promjene karakteristika izgleda stijene, tj. pomake i deformacije različitih prirodnih područja. Važno je naglasiti kako pri laserskom skaniranju nije potreban direktan pristup na ta često opasna područja. Iz tog proizlazi povećana sigurnost, golema ušteda vremena, te naravno i kraće vrijeme za izradu modela. Za primjer je uzet studiju pomaka strme stjenovite obale u Kaliforniji (URL 5). Zbog evolucije morfologije te obale i stalnih karakterističnih promjena na njoj teško je doći do kvalitetnih podataka koji su važni za razumijevanje i predviđanje erozija izazvanih oceanom.
Lasersko skaniranje u ovom slučaju omogućava morfološke i volumenske podatke. Obala je skanirana u nekoliko različitih razdoblja tijekom zime, kako bi se uočilo koliko se volumen gubi i u kojim područjima. Podaci skanova su korišteni za izradu prezentacije modela obale (Slika 6).
Slika 6. Uklopljeni skanovi obale
Obrada oblaka točaka, površina, te mogućnost ponovne računalne izgradnje površina omogućena je različitim softverima. Skanovi se međusobno jako brzo uklapaju pomoću identičnih točaka. Podaci su korišteni za izradu detaljne geomorfološke analize, za izračun stabilnosti modela, te potvrdu geotehnoloških zaključaka i analiza. U vrlo kratkom vremenu napravljena je cijela studija na osnovi dobivenog 3D modela pomaka strme stjenovite obale, odnosno dobivene su vrlo vrijedne informacije na više područja istraživanja (Slika 7).
13
Slika 7. Karakteristike modela stijena i pomaci stjenovite obale
Sustavi laserskog skaniranja su idealni za izmjeru odnosno skaniranje u rudnicima. Integracija digitalnih fotografija visoke rezolucije sa informacijama 3D oblaka točaka, omogućava između ostalog geolozima točan prikaz područja, modeliranje i ispitivanje geološke strukture (Slika 8).
Slika 8. Lasersko skaniranje u rudniku
14
Iz oblaka točaka izrađuje se model. Točke, linije i poligoni mogu biti direktno umetnuti u 3D model kako bi se omogućili proračuni nagiba, rasjeda i slično.
Različite vrste softvera za obradu podataka laserskog skaniranja omogućuju analizu stijena, volumena, kontrolu obrušavanja, stupanj stabilnosti, položaj rasjeda i kriznih područja, te različite dodatne analize za područja rudnika i slično.
2.1.3. IZMJERA «KAO IZGRAĐENOG»
Smatra se da lasersko skaniranje ima najveći utjecaj na projekt upravo u fazi njegove izgradnje. U nekim slučajevima lasersko skaniranje donosi najisplativije izmjere postojećih uvjeta i stanja «kao izgrađenog» za razliku od ostalih klasičnih metoda.
Međutim, daleko je najvažnije kod ovakvih pogona graditi po rasporedu projekta, te smanjiti mogućnost pogreške, čime će se izbjeći ponovna izgradnja, tj. spriječiti će se povećanje troškova. Upravo nam to omogućava sustav laserskog skaniranja. Omogućeno je upravljanje i nadzor tijekom izgradnje, nadzor napredovanja izgradnje i kontrola isplativosti, evidencija postojećeg stanja i različitih promjena, te provedba analiza utjecaja tih promjena, itd.
Kao primjer se može se uzeti projekt Ekofisk na području u Sjevernog Mora (Slika 9) (Graves 2004 ).
Slika 9. Platforma Concophilips, Norveška
Planiran je sustav izmjena, nadzora i nadogradnje područja glavnog izvora - oko 1/2 platforme. Područje je skanirano laserskim skanerom, te je dobiven velik broj podataka u obliku oblaka točaka (Slika 10).
15
Slika 10. Podaci originalnog oblaka točaka
Oblak točaka je obradom redefiniran, te je napravljen model (Slika 11). Na ovaj način jednostavno je pronaći kritična područja, nepravilnosti između cijevi i čelične konstrukcije, kako bi se pronašli procjepi među komorama.
Slika 11. Model podataka iz oblaka točaka
U ovom slučaju, npr. model laserskog skaniranja «kao-izgrađenog» smješten je na poslužitelj koji naravno može biti dostupan samo ovlaštenim korisnicima. Promjene modela se registriraju svakodnevno. Ovo je jedan od primjera za najisplativiju primjenu laserskog skaniranja. U ovako složenim pogonima primjena klasičnih metoda je minimalno iskoristiva, kako iz sigurnosnih razloga, tako i zbog dugotrajnosti izmjere zbog složenosti objekta.
16
3. OBRADA PODATAKA LASERSKOG SKANIRANJA
Prikupljanje podataka laserskim skaniranjem je vrlo brzo i isplativo, a tako dobiveni 3D modeli izrazito su korisni za različite upotrebe. Posebnu pažnju treba posvetiti analizi, obradi i modeliranju tih podataka laserskog skaniranja (Slika 12).
Često se pojavljuju pogreške – šumovi (engl. noise) koje različitim metodama moraju biti uklonjene prije obrade podataka.
Za potpun i detaljan prikaz različitih složenih objekata međusobno se uklapaju skanovi oblaka točaka istog područja. Zatim se primjenjuju različiti matematički algoritmi kako bi se izbjeglo iskrivljavanje objekta.
Slika 12. Od objekta u stvarnosti do 3D digitalnog modela
Obrada podataka laserskog skaniranja sastoji se od niza operacija potrebnih da se napravi 3D model objekta, počevši od originalnog oblaka točaka. Sam proces obrade može se podijeliti u dva osnovna dijela:
«pred-obrada» podataka skaniranja – oblaka točaka,
3D modeliranje površina iz oblak točaka.
«Pred-obrada» obuhvaća sve operacije na samom oblaku točaka, kao što su npr. filtriranje točaka (redukcija), registracija oblaka točaka i georeferenciranje. Rezultat ovog dijela obrade podataka je oblak točaka bez šumova (engl. noise free), i tek to su ispravni podaci za sljedeću fazu obrade podataka, odnosno 3D modeliranje.
3D modeliranje površina iz oblaka točaka obuhvaća skup operacija koje iz oblaka točaka kreiraju 3D površine skaniranog objekta.
3.1. PODACI LASERSKOG SKANIRANJA-OBLAK TOČAKA
Laserski skaneri mogu se smatrati visoko automatiziranim totalnim stanicama. Međutim, postoji osnovna razlika među njima - kod totalnih stanica direktno se odabiru točke koje će biti izmjerene, dok laserski skaner nasumice prikuplja gust skup točaka. Korisnik jedino izabire područje objekta koje će biti skanirano, te gustoću snimanja točaka i kut snimanja.
17
Oblak točaka izgleda kao detaljan, u boji osjenčan prikaz skaniranog područja ili objekta. Ipak svaka pojedina točka u tom, izrazito velikom, broju podataka ima potpuno preciznu 3D koordinatu. Iz toga proizlazi da svaka pojedina točka može biti promatrana iz bilo kojeg kuta promatranja, čak i za vrijeme samog skaniranja. Iz oblaka točaka korisnik već za vrijeme skaniranja ima izrazito bogat skup digitalnih podataka koji se mogu koristiti u različite svrhe.
Podaci oblaka točaka mogu se koristiti direktno za mjerenja udaljenosti od točke do točke, ili za 3D vizualizaciju objekta. Iz podataka je moguće dobiti 2D i 3D modele, mreže poligona, profile, itd. koji se mogu prebaciti u CAD i druge aplikacije za prikazivanje modela.
Različite su prednosti rada i projektiranja unutar oblaka točaka:
Potpunost. Skan doslovno zahvaća sve unutar područja skaniranja: npr. cjevovode, držače cijevi, osvjetljenje, strujne krugove, itd. Pri radu s oblakom točaka nije potrebno razmišljati koje točke unutar modela treba spajati, pri izradi modela «kao-izgrađenog». Rezultat cjelovitog skana su manje smetnje i manji problemi pristupa području ili objektu skaniranja.
Pronalazak područja mogućeg lošeg preklapanja, lošeg pristupa objektu, smanjenje troškova gotovo za 50%
Omogućava se proračun «nesavršenosti» stvarnog stanja, tako se u budućnosti mogu izbjeći nesavršenosti ili preklapanja, te ostali problemi koji iz svega toga mogli iskrsnuti.
3D vizualizacija već prije izrade modela, korištenjem oblaka točaka nije potrebno odmah izrađivati 3D modele, moguće je koristiti već i same podatke skana prije daljnje obrade.
Uz oblak točaka iz kojih se izrađuju modeli pojavljuju se takozvani šumovi podataka (engl. Noise) koji proizlaze iz procesa skaniranja. Predstavljeni su kao nepotrebne točke u oblaku točaka. Ovakvi podaci se uklanjaju daljnjom obradom podataka različitim softverima za 3D lasersko skaniranje odnosno modeliranje.
3.2. 3D MODELIRANJE
Postoje tri međusobno neovisne vrste 3D modela: žičani (engl. wireframe), plošni (engl. surface) i čvrsti (engl. solid) model (Slika 13). Podjela je zasnovana na različitim tehnikama kreiranja, obrađivanja i prikazanja ovih modela.
Slika 13. Pregled 3D modela
18
Svaki od ovih modela odlikuju drugačije osobine, prednosti i nedostaci.
Žičani model nije zahtjevan za hardver, pogodan je za jednostavne objekte, ali ima slabe mogućnosti vizualizacije i tehnike modeliranja.
Plošno modeliranje pruža brojne mogućnosti vizualizacije, a tehnike modeliranja su lakše za učenje.
Ako je osim vizualizacije potrebno obavljati razna računanja fizikalnih svojstava (volumen, težište, površinu) potrebno je koristiti čvrsto modeliranje.
3.2.1. ŽIČANI MODEL
Najjednostavniji oblik trodimenzionalnih modela jesu žičani modeli. Interni model računala ograničen je uglavnom na bridove objekta. Između ovih bridova ne postoji veza, niti su definirani odnosi površina. Čvorovi i bridovi su jedini geometrijski elementi žičanog modela (Slika 14).
Slika 14. Žičani model
Ako je određena količina bridova pohranjena u računalu pod uvjetom da bi ti bridovi trebali predstavljati bridove stvarnog objekta, često je nejasno o kakvom se objektu radi zato što više različitih objekata može imati iste bridove i elemente (Slika 15).
Slika 15. Primjer dvosmislenosti žičanog prikaza
19
Žičani model omogućava jedino nepotpuni i dvosmisleni prikaz realnog objekta što zahtjeva ljudsku interpretaciju. Manipuliranje je moguće jedino na osnovnim bridovima objekta što može imati za posljedice, kao rezultat geometrijskih operacija, modeliranje besmislenih objekata. Na primjer, brisanjem brida kocke u žičanom modelu se ne dobiva nikakav prikaz realnog svijeta.
3.2.2. PLOŠNI MODEL
Osnovna informacija o strukturi podataka plošnog modela sadržana je u pojedinoj plohi modela (Slika 16). Ove plohe obično nije lako opisati u analitičkom smislu, kao što ni njihov vektorski prikaz nije moguć. Za matematički prikaz pojedine plohe često se koriste metode aproksimacije gdje ploha predstavlja parametarsku funkciju zadanih točaka.
Slika 16. Plošni model
Plošno modeliranje dovoljno je za većinu prikaza. Problemi se mogu pojaviti ako se izvode presjeci ili slični izvodi modela pošto tijela predstavljena plohama tada izgledaju “prazno” odnosno kao da nemaju volumen. U tom slučaju ili ako želimo računati razne fizikalne veličine tijela treba primijeniti čvrsto modeliranje.
3.2.3. ČVRSTI MODELI
Karakteristika čvrstih modela je u unutarnjem računalnom prikazu volumena 3D fizičkog objekta iz stvarnog svijeta. Ovi su modeli potpuni i nedvosmisleni. Potpuni u ovom slučaju znači da je nemoguće definirati ili prikazati volumen nekog tijela kojem nedostaje površina ili brid. S druge strane nije moguće površinu ili brid pridodati nekom modelu koji ne pripada volumenu. Model stvoren u računalu u tehničkom je smislu pravi prikaz stvarnosti (Slika 17).
20
Slika 17. Čvrsti model
Među najčešće korištenim čvrstim modelima su boundary representation (BRep) i constructive solid geometry (CSG).
Boundary representation opisuje 3D objekt pomoću svojih osnovnih elemenata (površine, bridovi i čvorovi) kod kojih je jasno određena hijerarhija u strukturi podataka: objekt je definiran plohama, plohe bridovima, bridovi čvorovima, a čvorovi trima koordinatama. BRep model je organiziran u topološkom i u geometrijskom smislu. Geometrijski dio objekta predstavlja njegov oblik, veličinu i položaj, dok se topološki dio odnosi na povezanost pojedinih geometrijskih dijelova. Topološki uvjeti moraju biti zadovoljeni (pravilno spajanje čvorova, bridova i stranica), može postojati samo jedno viđenje objekta i prostor može popunjavati samo jedan objekt.
CGS metoda za kreiranje čvrstog modela koristi osnovne postupke za konstrukciju čvrstih modela. Takvi su parametarski, osnovni 3D geometrijski oblici, tj. objekti automatski generirani u 3D programima (kugla, kvadar, stožac, piramida, cilindar, itd.). Osnovna ideja je da kompleksni objekti budu prikazani kao skup dodanih, oduzetih i međusobno presječenih jednostavnih objekata.
Svaka od ovih metoda ima ograničenja i prednosti, a najbolji rezultati se postižu kombinacijom obje što je u većini modernih modelara i primijenjeno.
Slika 18 daje primjer različitih struktura podataka boundary representation i constructive solid geometry istog objekta.
21
Slika 18. BRep i CSG struktura podataka istog objekta
3.3. OBJEKTI 3D MODELIRANJA
Podaci oblaka točaka modeliraju se različitim metodama i algoritmima kako bi se iz nasumičnog skupa 3D točaka izradile površine odnosno modeli. Postoji više metoda kojima je moguće postojeće oblake točak modelirati iz 3D točaka u linije, kružnice, elipse, ravnine, sfere, elipsoide, cilindre itd. U koliko se objekti ne mogu modelirati u matematičke oblike koriste se različiti algoritmi za izradu površina koje najbolje aproksimiraju odnosno prikazuju zadani objekt. Izrada površina može se raspodijeliti u dvije razine:
- ravnine definirane osnovnim grafičkim elementima,
- razvijenije površine definirane pomoću takozvanih obitelji krivulja.
3.3.1. OSNOVNI GRAFIČKI ELEMENTI
Svi moderni CAD sustavi omogućavaju korištenje jednostavnih 3D grafičkih elemenata (3D primitives), a nekoliko glavnih sadrži Tablica 2.
Tablica 2. Jednostavni 3D grafički elementi
kvadar (box / slab) sfera (sphere) valjak (cylinder) stožac (cone) torus (torus)
22
Najbolji primjer parametarskog modeliranja su upravo jednostavni grafički elementi. Njihovo modeliranje slijedi zadavanjem osnovnih geometrijskih parametara (dimenzija). Osim oblika i veličine potrebno je za svako tijelo odrediti i prostorne parametre (položaj) što čini drugi korak u postupku njihova modeliranja. Osim navedenih u pojedinim CAD sustavima mogu se naći i drugi jednostavni elementi poput piramide, konusa itd. Pretpostavka za implementaciju jednostavnog 3D grafičkog elementa je samo razuman broj parametara koje je potrebno zadati kako bi on bio jednoznačno određen.
3.3.2. NURBS krivulje
Složene prostorne krivulje, NURBS (nehomogene realne B-spline krivulje, engl. Non-uniform real B-spline curve) koriste se za oblikovanje nepravilnih oblika i površina, koje nisu definirane čistim matematičkim oblicima (Slika 19).
Slika 19. Nehomogena b-spline krivulja pri modeliranju plohe
B-spline krivulja je generalizacija Bézier krivulje.
Različiti su razlozi za upotrebu NURBS krivulja: (Piegl, Rogers, 1991.)
• pružaju općenitije matematičke oblike za standardne i analitičke (krivulje) i slobodne oblike;
• osiguravaju fleksibilnost dizajniranja i široku paletu oblika;
• prilično brzo mogu biti izračunate numerički stabilnim i preciznim algoritmima;
• stabilne su u različitim afinim i u projekcijskim transformacijama;
• generalizacija su ne-rotacijskih B-splines i ne-rotacijskih i racionalnih Bézier krivulja i površina.
NURBS-oblici nisu definirani samo kontrolnim točkama; već i težinom koja je povezana sa svakom kontrolnom točkom i potrebna pri definiranju krivulje odnosno kasnije površine (Piegl 1991).
23
3.3.3. MODELIRANJE PLOHA
S visokim stupnjem preciznosti, iz oblaka točaka različitim grupiranjem mogu biti izvrsno aproksimirane površine. Kako je već spomenuto kada se površina ne može jednostavno aproksimirati matematičkom površinom izrađuje se triangulacijska površina ispunjena mnoštvom malih trokuta. Takvi objekti su objekti nepravilna oblika, razgranate strukture poput statua, povijesnih spomenika, prirodnih obilježja, te različitih nepravilnih objekata itd.
Postoje tri najuobičajenija načina predstavljanja 3D površina:
- površine mreže poligona,
- parametarske površine,
- kvadratne površine.
Osim površina važno je naglasiti parametarske krivulje jer su zanimljive kao takve, ali i jer su parametarske površine generalizacija ovih krivulja.
• PLOHA MREŽE POLIGONA
Poligonalna mreža (engl. Polygonal mesh) je skup bridova, okomica i poligona koji su povezani na način da svaki brid dijele najviše dva poligona. Brid povezuje dvije vertikale, a poligon je zatvoreni niz bridova. Brid mogu dijeliti dva susjedna poligona, a vertikalu dijele barem dva brida, dok je svaki brid dio barem nekog poligona(Slika 20).
Slika 20. Poligonalna ploha
Mreža poligona može biti predstavljena na nekoliko načina, naravno svaki ima svoje prednosti i nedostatke. Izbor je prepušten programeru koji sastavlja algoritam pojedinih aplikacija, a općenito ovisi o odnosima među poligonima, vertikalama i bridovima koje se predstavljaju. Što su brže operacije to se traži više prostora za predstavljanje.
Poligonalna mreža može se koristiti i kako bi se pokazala zakrivljena površina, ali tada je prezentiranje te površine samo aproksimacija.
• PARAMETARSKA POLIGONALNA PLOHA
Parametarski poligonalni polinomi definiraju točke na 3D krivuljama koristeći tri polinoma u parametru, jedan za svaku koordinatu X, Y, Z (Slika 21). Koeficijenti
24
polinoma se izabiru tako da krivulja slijedi zadani put. Najuobičajeniji slučajevi su kubni polinomi iako se mogu koristiti različite varijacije polinoma.
Slika 21. Parametarska ploha
• KVADRATNE PLOHE
Kvadratne površine su one koje su implicitno definirane jednadžbom f(x,y,z) = 0, gdje je f kvadratni polinom s x, y i z. Kvadratne površine povoljni su prikazi za slične prikaze sfera, elipsoida, i valjaka, parabola, itd. Primjeri kvadratnih ploha prikazani su na Slika 22.
Slika 22. Kvadratne plohe
25
3.4. PREGLED SOFTVERA ZA OBRADU LASERSKOG SKANIRANJA
Uglavnom svi laserski sustavi ujedinjuju lasersku opremu i softver koji u potpunosti povezuju 3D skan u stvarni digitalni prikaz. Međutim, razvili su se i softveri koji nisu pridruženi samo jednom specifičnom laserskom skaneru. U navedenoj tablici prikazani su tek neki od proizvođača laserskih skanera zajedno sa softverima (Tablica 3).
Tablica 3. Pregled softvera za obradu laserskog skaniranja
INUS Technology - Special Rapidform 2004 *
SOFTVER INSTRUMENT
LAICA GEOSYSTEMS
(Cyra Tech. Inc)
HDS Software
- Cyclone
- CloudWorks
- COE Data Transfer
Cyrax 2500
MENSI
- 3D modeling
- Data editing
- RealWorksSurvey
- 3Dipsos
GSI 100
RIEGL SOTWARE
- Software Packages
- Pointools Software
- Terra Scan
- TerraModeler Software
- PointCloud
- Demon
- Octopus
- Reconstructor
- Surveyor
- QTSculptor
Riegl LMS– Z 360
CALLIDUS PRECISION SYSTEMS - 3D – Extractor Callidus 1.1
OPTECH INC. PolyWorks Software Ilris 3D
Oni mogu obrađivati razne formate podataka prikupljenih različitim laserskim skanerima. Svi ti različiti softveri koriste se za modeliranje, vizualizaciju, analizu i upravljanje «kao izgrađenog», objekata, odnosno područja.
Ujedinjuju čitav set alata za izradu 2D i 3D modela, te nude čitav niz podataka koje je moguće prenijeti u različite CAD aplikacije kao što su npr. AutoCad, MicroStation.
26
4. LASERSKO SKANIRANJE CRKVE SV. NIKOLE
Podaci laserskog skaniranja su prikupljeni za vrijeme studentske prakse FAROS 2003 u Starom Gradu na otoku Hvaru. Grupa TOP (Topografska izmjera i vizualizacija) –imala je zadatak upravo po nazivu grupe, topografsku izmjeru i vizualizacija u svrhu renoviranja crkve Sv. Nikole. Osim izmjere klasičnom metodom grupa je upoznata i s laserskim skaniranjem. Crkva je skanirana laserskim skanerom Cyrax 2500 u 6 skanova, tri izvana i tri iznutra:
Izvana:
- portal crkve i južna strana
- zvonik
- zapadna i sjeverna strana
Iznutra:
- mala lađa i kor
- velika lađa
- postrani oltar
4.1. CYRAX 2500
Cyrax 2500 nedavno je imenovan Leica HDS2500 (Slika 23). Danas je u svijetu najpopularniji laserski skaner.
HDS2500 ima maksimalno područje skana 40° X 40° i SmartScan Tehnology TM - dodatne kontrole skaniranja – koje omogućavaju korisnicima visoko točnu isporuku za široki spektar aplikacija i projektnih područja. Drastično smanjuje vrijeme provedeno na terenu i vrijeme provedeno u uredu pri obradi podataka (URL 1).
Slika 23. Cyrax 2500
27
Preciznost skaniranja pojedinačnih točaka je +/- 4mm, kutna preciznost je +/- 60 mikro-radijana, debljina točke laserske zrake je samo 6mm na udaljenosti od 0 do 50m. Kut pomaka i nagiba dvostrukih unutarnjih rotacijskih ogledala je 360° X 195°, što omogućava djelovanje u stvarno bilo kojoj orijentaciji.
HDS2500 osigurava visoku preciznost mjerenja, i obuhvaća vrlo velik volumen skana i veliku brzinu skaniranja.
Slika 24. Radno područje
Npr. (Slika 24), za plohu skana od 20,000m 3 /skanu pri r je 50m, dok na području 160,000m m 3 /skanu r iznosi 100m s preciznošću ≤ 6 mm. Vrijeme trajanja ovakvog skaniranja uobičajeno traje 10 minuta.
Cyrax postiže visoku točnost svake pojedine točke, čak i na velikim udaljenostima, zahvaljujući svojstvima kao što su: konstantna jačina, ograničena širina svakog pojedinog laserskog impulsa, kratka valna duljina lasera, visoka osjetljivost zahvaćanja detalja, jako velika brzina skaniranja, i izrazito tanke laserske zrake.
Kako bi se modelirali izrazito precizni modeli, važno je zahvatiti točno strukturu rubova objekta, izbočina na cijevima, itd. Kako bi se postigla ta visoka preciznost georeferenciranjem u lokalni koordinatni sustav, važno je utvrditi točan položaj najmanje tri «mete»tj. identične točke koje se na mjestu skaniranja označavaju markama (Slika 25).
Slika 25. Prikaz identifikacijske marke
28
Ovakve situacije zahtijevaju visoku rezoluciju skaniranih svojstava objekta, marki, tankim laserskim zrakama.
Pri rezoluciji < 1 mm (minimalni razmak među točkama pri skaniranju) i pri rezoluciji < 6mm na udaljenosti 0-50m, Cyrax postavlja standarde.
4.2. TERENSKA IZMJERA LASERSKIM SKANEROM CRKVE SV. NIKOLE
Terenska mjerenja obavljena su tijekom prakse Faros 2003 u razdoblju od 30.09. do 03.10. 2003.
Članovi grupe TOP koja je obavila terenska mjerenja bili su: Srđan Lambeta, Alen Loncman, Ivan Sučić, Ivana Topić, Ante Tandara i Antea Vidović.
Crkva Sv. Nikole mjerena je klasičnom metodom, te je postavljena geodetska osnova oko crkve. Crkva je snimljena izvana sa pet stajališta i to redom P101, P102, P104, P103, P101. Unutrašnjost crkve snimana je sa dva stajališta, P106 koje se nalazi u velikoj lađi, te P107 koja je u sakristiji. Mjerenja su izvođena bez većih poteškoća. Šest točaka vani te dvije unutar crkve.
Slika 26. Točke geodetske osnove, stajališta skaniranja
Četvrti dan mjerenja, crkva je skanirana laserskim skanerom Cyrax 2500. Crkva je izvana skanirana sa tri skana, a unutrašnjost je također skanirana sa tri skana. Na
Slika 26 prikazuje točke geodetske osnove korištene za klasičnu izmjeru (crvene točke), te stajališta laserskog skanera.
Grupa je upoznata s instrumentarijem i načinom izmjere (Slika 27).
29
Slika 27 Skaniranje laserskim skanerom
Laserskim skanerom kako je već poznato se skanira velik broj točaka u 3D koordinatnom sustavu u relativno kratkom vremenu. Ovisno o potrebnoj točnosti odnosno o detaljnosti prikaza objekta koji se skaniraju, određuje se slijed laserskih impulsa tj. to su pomaci zrake u pojedinoj ravnini (H/V) koja se usmjerava u prostoru pomoću okretanja oko dvije osi. (Slika 28).
Slika 28. Proces skaniranja
Uz laserski skaner Cyrax 2500 korištena je i bez-dodirna stanica (Slika 29) kako bi se mogao definirati koordinatni sustav i kasnije definirati koordinate točaka izmjerenih laserskim skanerom. Metoda mjerenja bez-dodirnom stanicom je metoda slobodnog stajališta koja je, kako smo upoznali, daleko jednostavnija od metode prisilnog centriranja te se s njom postiže jednaka preciznost mjerenja.
30
Slika 29. Izmjera kontrolnih marki bez-dodirnom stanicom
Kako je već spomenuto, crkva je skanirana izvana sa tri stajališta: pročelje sa zapadne strane, zvonik, te pročelje sa južne strane, unutrašnjost crkve mjerena je također sa tri skana. Posebno je skanirana lađa crkve, glavni oltar, te kor crkve. Dobiveno je šest skanova. Skan se gotovo trenutno pojavljuje na ekranu prijenosnog računala koje je povezano sa skanerom, primjer jednog od takvih skanova je prikazan (Slika 30).
Slika 30. Laserski skan pročelja i južne strane crkve Sv. Nikole
31
5. RAPIDFORM 2004
RapidForm (Slika 31) je razvila tvrtka INUS Technology, to je visoko kvalitetan, Windows orijentiran skup aplikacija koje jako brzo transformiraju 3D skan podatke u izrađene površinske modele. Sadrži opsežan set alata dizajniranih za transformaciju «podataka stvarnog svijeta» iz 3D uređaja za skeniranje u visoko kvalitetne, točne i korisne skupove podataka za različite upotrebe i aplikacije. Mogućnosti su velike,koristi se za različita projektiranja i detaljnih izvješća o kvaliteti, ali i npr. za planiranje kozmetičkih operacija i slične druge primjene.
Slika 31. RapidForm TM 2004
Osnovni hardverski zahtjevi koje mora ispunjavati računalo da bi u potpunosti jednostavno i brzo moglo obraditi različite modele podataka prikazani (Tablica 4).
• Operativni sustav:
- Bilo koji Pentium ili AMD Athlon procesor računala s Windows Me, 2000, SP1, XP ili NT 4.0(SP6 ili snažnije).
• Memorija:
32
- minimalni zahtjevi su 512 MB (preporučljivo je 1GB)
- zahtjevi RAM-a variraju, što ovisi o veličini modela koji se modelira
( jednostavniji zauzimaju oko 1MB za 10 000 trokuta u modelu, općenito pet milijuna točaka trebaju 500 MB RAM-a za operacije 1GB, dok deset milijuna točaka treba 1GB RAM-a za učitavanje i obradu).
• Prostor na disku:
- 300MB za instalaciju programa, i više od 500MB prostora za privremene datoteke
- dodatnih 400MB za obradu primjera
• Grafička kartica:
- rezolucija 1280X1024, 32- bitna boja i više,
- OpenGL 1.2 ili više Tablica 4. Hardverski zahtjevi računala
Platforma • Windows 98 / Me / 2000 / XP / NT 4.0(SP6 ili više) s Pentium-base Processor
Memorija • Minimalni zahtjevi 512 MB, 1 GB i više je preporučeno
Hard disk
• izvršivost : 250 MB
• grupiranje podataka : 70 MB
• datoteka Help : 17 MB
• primjeri i Tutorial: 300 MB
• prostor priručne memorije : 300 MB ili više
• 1 GB slobodnog prostora na disku
Grafička kartica
• preporučljiv Hardver OpenGL ubrzana svojstva
• Odabir Help >> OpenGL information izbornika trebalo bi potvrditi OpenGL informacije trenutne platforme
Broj točaka koje može RapidForm 2004 odjednom obraditi, budući da su oblaci točaka većinom jako veliki skupovi, ograničen je jedino memorijskim ograničenjima pojedinih računala.
RapidForm podupire sve skanere, digitalizatore, ostale 3D uređaje: optičke, laserske, itd.
33
Uz to što podupire sve standardne 3D formate datoteka, direktno podupire i širok spektar formata različitih 3D skaner proizvođača.
RapidForm-om podaci se mogu prebacivati u širok spektar drugih različitih formata datoteka, kao što su STL, DXF, CLI, SLI, i SLC; tako postoji mogućnost direktnog spajanja s dijelom podataka dobivenih RapidForm-om s drugim aplikacijama. Koristeći ovaj proces prebacivanja podataka iz formata u format, može se brzo izraditi uzorak iz skaniranog seta podataka ili geometrije površina drugih sustava. Poprilično se skrati postupak obrade, od skaniranog seta podataka, stvaranja CAD modela do generiranja površina uzoraka.
5.1. RADNO SUČELJE RAPIDFORM-a
Na Slika 32 prikazano je radno sučelje RapidForm-a 2004.
Slika 32. Radno sučelje RapidForm-a
34
Menu bar sastoji se od skupa različitih funkcija.
Izgled glavnog izbornika i njegovih sastavnih dijelova automatski se mijenja sukladno s statusom Workbench-a.
Workbench tab prikazuje trenutno radno okružje
Workbench je podijeljen u 9 kategorija, po osnovnim funkcijskim karakteristikama.
Scan Workbench – osigurava funkcije za obradu sirovih podataka skanera i izradu modela od oblaka točaka do poligonalnog modela (obrada oblaka točaka, unošenje i podešavanje, triangulacija).
Polygon Workbench – osigurava osnovne i složenije funkcije za dodavanje poligona, modeliranje, pročišćavanje poligonalnih mreža, prorjeđivanje, izglađivanje, te izradu virtualnih skulptura i deformacija.
Color Workbench – osigurava različite funkcije za teksturu i boju oblaka točaka, mogućnost dodavanje mape tekstura, prividno bojenje, boje vertikala itd.
Curve Workbench – osigurava funkcije za generiranje, dodavanje, modeliranje krivulja, te optimatizaciju ovih operacija.
Surface Workbench – osigurava funkcije za generiranje, dodavanje, modeliranje površina, i optimalizaciju tih operacija
Inspect Workbench – osigurava funkcije za usporedbu oblaka točaka i CAD površina, kompresija podataka, analiza devijacija, geometrijsko dimenzioniranje i tolerancija.
Feature Workbench – osigurava funkcije za složenija obilježja projektiranja te izradu različitih tijela.
Exchange Workbench -ima sposobnost direktne razmjene podataka, što omogućava korisnicima unos različitih komercijalnih CAD formata u RapidForm.
3D Imagining Workbench – omogućava funkcije za rekonstrukciju poligonalnih objekata iz raznovrsnih podataka.
Pri promjeni trenutnog Workbench- a, cijeli izgled izbornika, svi njegovi dijelovi se automatski zajedno promjene.
Workspace window (Slika 33) je glavni prozor za prikaz i rukovanje modelom. Mreža, koordinatne osi, granični okviri (engl. bounding box) su prikazani u radnom prozoru.
35
Slika 33. Radni prostor
Bounding box (granični okvir) zatvara sva dana lica. Postoje dvije vrste tog ograničenog prostora koji obuhvaća podatke koji se u tom trenutku obrađuju: granične ljuske (shell bounding box) i granični okvir grupe (group bounding box) koji uključuje maksimalan i minimalan broj točaka ljuske / grupe na temelju globalnog koordinatnog sustava.
Command history & Unit bar ispisuje sve naredbe redoslijedom kojim ih je korisnik upotrebljavao. Korisnik može ispitati sve prijašnje naredbe koje je koristio, jednako kao i trenutne. Command history & Unit prikazuje postavke za jedinice. Jedinice za duljinu i kut zajedno su prikazane.
Tool bar je set često korištenih funkcija, to je neka vrsta prečice za određenu operaciju.
Project Tree Window, prikazani su Shells, Groups, Curves, Surstranas, Loops, Templates, Solids, View Positions, Notes, Reference Geometries (Points, Vectors, Planes, Circles, Spheres, Coordinates, Cylinders, Cones, Boxes, Tori) and Inspection (Transforms, Whole Deviations, Section Deviations, Annotations, Geometric Tolerance, Dimensions) u trenutnom radnom prostoru predstavljeni su u razgrananoj strukturi. Osnovne upravljačke funkcije, kao što je izbor, brisanje, itd. su ponuđene za svaki element.
Status prikaži/ skrij ( engl. Show / Hide) za svaki element može se mijenjati jednostavno koristeći checkbox ( ) ispred njega. Status prikaži/ prikrij odlučuje hoće li element biti prikazan na ekranu ili ne. Desni klik miša kada je pokazivač na bilo kojem elementu uzrokuje pojavljivanje padajućih izbornika. Padajući izbornik objekta sastoji se od seta naredbi primjenjivih za svaki element. Padajući izbornik objekta odbacuje potrebu traženja po glavnom izborniku, što čini prikladno sučelje, i ubrzava modeliranje.
Layer Window , krivulje, površine, petlje i referentne geometrije trenutnog radnog prostora su prikazane kao razgranate strukture. Ponuđene su također upravljačke funkcije za svaki element, svaki odabir (selekciju), te brisanje, itd. Jednako vrijedi za status prikaži/skrij, koji odlučuje hoće li pojedini element biti prikazan na ekranu ili ne. Desnim klikom miša u trenutku kada je pokazivač na elementu također
36
uzrokuje pokazivanje padajućih izbornika s nizom naredbi na njemu, što odbacuje potrebu za traženjem naredbi u glavnom izborniku.
Layer je glavni čvor stabla, sadrži sve podatke osim ljuske (Shell) i grupe.
Comman Console odnosno komandna linija sastoji se od pomičnog izlaznog prozora za naredbe. Konzola za naredbe nalazi se ispod radnog prozora i projektne razgranate shema. Korisnik može promijeniti položaj konzole.
Slika 34 Command Console
Većina naredbi RapidForm-a može se pokrenuti upisivanjem naziva ili kratice naredbe u prozor komandne linije. Dok upisujete naredbu, Esc pročišćava komandnu liniju. Ako nijedna naredba nije aktivna u izborniku, ne može se pokrenuti ni u komandnoj liniji.
Zbog jednostavnije upotrebe pokazivač miša automatski se pomiče u komandnoj liniju ako korisnik upisuje kontinuirano bez prekida.
Korisnik može pretraživati listu naredbi, svaka naredba popraćena pomoćnom informacijom (Slika 34).
Status bar prikazuje trenutni napredak uz kratak opis odabranog izbornika ili ikona. U koliko piše «Ready», to znači da sustav čeka sljedeću operaciju upravo nakon što je posljednja naredba u potpunosti završena.
Progress bar prikazuje koliko vremena (%) je ostalo da se dovrši proces.
5.1.1. IZBORNICI DOSTUPNI MIŠEM
Složenija naredba koja ima više opcija za odabir, koje treba postaviti, tada jednostavno desnim klikom mišem se otvara padajući izbornik kao dodatak glavnom izborniku. Na ovaj naćin, padajući izbornici omogućavaju korisniku neposredan rad s minimalnim pomicanjem miša čak i za složene naredbe kao što je generiranje krivulja, registracija, ili rezanje objekata.
37
Kao dodatak glavnom izborniku, pojavljuju se i različiti padajući izbornici pri desnom klikom miša u određenom dijelu korisničkog sučelja programa.
Traka s alatima Desnim klikom mišem traku s alatima otvara se padajući izbornik (Slika 35). Moguće je prikazati ili skriti dodatne alate, time što ih odaberemo nakon desnog klika mišem.
Slika 35. Pomoćni izbornik na traci za alate
Postoji mogućnost oblikovanja po korisnikovim zahtjevima grafičkog korisničkog sučelja i tipkovnica.
Radni prozor, desni klik miša dok se pokazivač nalazi u radnom prozoru također otvara padajući izbornik (Slika 36). Posljednja naredba može biti ponovljena, otvara se mogućnost promjene prikaza, i izbornika za različite dijelove modela.
Slika 36. Pomoćni izbornik u radnom prostoru
38
Projekt / Sloj prozor desnim klikom na ovom prozoru otvara se brza mogućnost promjene osobina, mogućnost razmjene osobina (Slika 37).
Slika 37. Prikaz nekih od pomoćnih izbornika u prozoru Project / Layer
5.2. OPIS RADNIH PODRUČJA
Workbench je podijeljen u 9 kategorija, po osnovnim funkcijskim karakteristikama kako je već spomenuto u prethodnom poglavlju ovog diplomskog rada.
Pri obradi podataka laserskog skaniranja u ovom diplomskom radu su ponajviše korišten Workbench (radno okružje) Scan, Workbench Polygon.
5.2.1. SCAN WORKBENCH
Scan Workbench omogućava uglavnom obradu temeljenu na točkama. RapidForm prihvaća podatke oblaka točaka ili poligonalnih mreža 3D skanera. Postoji velik broj operacija za poboljšavanje tih podataka. Njihovim korištenjem može se jako brzo i povoljno pročistiti oblak točaka. Šumovi podataka (engl. Noise) mogu biti smanjeni ili uklonjeni, upotrebom unaprijeđenog filtriranja može se smanjiti njihov broj. Nepotrebni podaci ili oni s pogreškama koji su zahvaćeni skaniranjem mogu biti uklonjeni. Tako poboljšani set točaka brže će biti organiziran u poligone, i kao rezultat bit će poligonalna površina bolje kvalitete.
Kada podaci obuhvaćaju poligonalne mreže, odmah se može prijeći na proces poligonizacije. Proces bi trebalo početi s procesom trianglacije. Ukoliko skaner ima GPS, moguće je preskočiti proces registracije (engl. Registration of 2 shells). To osobito vrijedi u slučaju velikog seta podataka, kada direktno se prelazi na registraciju i uklapanje (Slika 38).
39
Slika 38. Obrada podataka u Scan Workbench-u
Scan Workbench izbornik pruža prijeko potrebne funkcije za obradu sirovih podataka skaniranja, tj. njihovu obradu do izrade poligonalnog modela (Slika 39).
Slika 39. Skan izbornik
Jedan od najvažnijih podizbornika u Scan Workbench izborniku je Build (Slika 40).
Slika 40. Build
- Filter Noisy Points, mogućnost izbacivanja nepoželjnih područja nastalih uslijed pogreške skaniranja. Važno je napomenuti kako se takvi podaci stupnjevito izbacuju svaki put kada se koristi ovaj alat, previše ponavljanja iste naredbe može izbaciti i ispravne podatke.
- Filter Redundancy, ujednačeno uklanjanje prekomjernog broja točaka unutar skupa točaka gdje su točke previše guste ili se međusobno prekrivaju. Ova operacija briše samo točke čija je udaljenost do susjedne točke manja od glavne udaljenosti među ostalim točkama (Slika 41).
40
Slika 41. Filtriranje
- Smooth Points, izglađivanje ili poravnavanje točaka kako bi se npr. ublažili gubi rubovi. Ova operacija uklanja nepoželjne skanirane podatke bez umanjivanja broja točaka (Slika 42).
Slika 42. Poravnavanje ili izglađivanje
- 3D Surstrana Triangulation, naredba koja modelira potpuni 3D oblak točaka u poligonalni model. Ova naredba može biti u potpunosti korištena jedino ako u shell-u ne postoje strane (Slika 43).
41
Slika 43. 3D triangulacija površine
5.2.2. POLIGON WORKBENCH
Polygon Workbench nudi najopsežniji set funkcija dostupnih za rukovanje i pripremu poligonalnih mreža za različite aplikacije. To uključuje gotovo sve alate potrebne za izradu visoko kvalitetnih poligonalnih mreža za brzu izradu prototipova, 3D grafiku, te ostalih površina kao što su NURBS površine.
Snažni algoritmi za popunjavanje praznina popunjavaju i složenije površine na mjestima gdje nedostaju podaci skana, postoji nekoliko metoda za poravnavanje površina koje mogu popraviti uobičajene pogreške koje se pojavljuju kod 3D skaniranih podataka. Može se koristiti obilje 3D mjerenja, uključujući područje površina, udaljenosti, volumena i drugih (Slika 44).
Slika 44. Poligon izbornik
Obuhvaća specifičan rad s poligonalnim modelima, kao što je pročišćavanje nepravilnih poligonalnih mreža, poboljšavanje površina izglađivanjem, pregrupiranje, prorjeđivanje, priprema poligonalnih modela za brzu izradu prototipova i obradu NURBS površina.
Polygon Workbench uključuje različite alate (Slika 45).
Slika 45. Alati u poligon izborniku
42
Moguće je poboljšavanje kvalitete površine, međutim stupanj točnosti se naravno temelji na kvaliteti originalnog seta podataka.
Slika 46. Alati za pročišćavanje
Clean izbornik (Slika 46) osigurava set naredbi pronalaženja i popravljanja topoloških ili geometrijskih nedostataka, ili nepotrebnih podataka.
Nepravilni likovi koji su definirani u alatima za pročišćavanje:
Ne mnogostruka topologija (engl. nonmanifold) (Slika 47) lik dijeli tri ili više bridova. U čisto matematičkom smislu mnogostrukom topologijom se smatra da samo dva lika mogu sačinjavati brid.
Ipak, brid sa samo jednom stranom je definiran kao granični brid u RapidForm-u i smatra se normalnim.
Ne mnogostruka topologija može prouzročiti ozbiljne pogreške u različitim proračunima, čak i kobne pogreške u drugim aplikacijama kao što su NC strojarstvo. Na Slika 47 je tipičan primjer ne–mnogostruke topologije, gdje likovi ( V1 V2 V4), (V2 V4 V3), i ( V2 V4 V5) dijele brid (V2 V4).
Slika 47. Ne-mnogostruka topologija
Redundantni lik je vrsta nepravilnog lika iz jednog vrha. Za razliku od vertikala na granicama, jedan vrh mora imati identičan broj njemu svojstvenih bridova i strana.
Strana koje narušava ovo pravilo naziva se redundantni lik (engl. a redundant face).
Slika 48 prikazuje primjer ponavljajućeg lika (V1 V2 V3).
43
Slika 48. Ponavljajući likovi
Poprečni likovi nastaju kada bridovi koji dijele zajednički vrh presijecaju jedan sa drugim, geometrijski su neispravni i njihove strane nazivaju se presijecajuće.
Slika 49 primjerom objašnjava presijecajući lik, brid (V2 V3) strana ( V1 V2 V3 ) se siječe s bridom ( V1 V4 ).
Slika 49. Poprečni likovi
Iako poprečni lik nije topološki definiran niti je mogući uzrok ozbiljnih problema, može prouzrokovati pogreške u geometrijskim obračunima, i zbog toga mora biti ispravljen.
Nestabilni likovi (Slika 50) Kada se lik sastoji od brida s jedne strane i petlje s druge strane, njegovi bridovi se prihvaćaju kao granice ali petlja ne može biti ispunjena. Ovakve strane nazivaju se nestabilnima i jednostavno mogu biti pronađeni naredbom Show Boundary , ali ne mogu biti pronađeni naredbom "Fill Holes".
44
Slika 50. Nestabilni oblici
Najčešći proces rada:
1. Pročišćavanje ne-mnogostrukih strana, poprečnih i nestabilnih strana
2. Ispunjavanje praznina modela, koja mogu nastati za vrijeme procesa skaniranja
3. Dodatna obrada ili usavršavanje poligonalne površine koristeći različite alate kao što su prorjeđivanje, poravnavanje i popunjavanje, te NURBS površine.
45
6. OBRADA PODATAKA CRKVE SV. NIKOLE
Podaci laserskog skaniranja prikupljeni laserskim skanerom Cyrax 2500, nisu obrađeni softverom koji je pridružen laserskom skaneru Cyrax 2500 jer nije bio dostupan za izradu ovog diplomskog rada. Uz različite komplikacije, nabavka softvera se produljila. Tvrtaka INUS Technology izašla je u susret s ponudom softvera i privremenom licencom od 30 dana. Podaci su obrađeni softverom za obradu laserskog skaniranja različitih laserskih skanera i različitih upotreba – RapidForm- om 2004.
6.1. UNOS PODATAKA
Za izradu ovog diplomskog rada, kako je već spomenuto, su korišteni podaci laserskog skaniranja laserskim skanerom Cyrax 2500, kojim je crkva Sv. Nikole skanirana u šest skanova (što je opisano u poglavlju 4.2. ovog diplomskog rada). Podaci su u *.xyz formatu, a mogu biti prikazani u WordPad-u (Slika 51) gdje su prikazane koordinate pojedinih točaka unutar oblaka točaka jednog od skanova.
Slika 51. Primjer podataka laserskog skaniranja
Na traci za alate RapidForm-a klikom na (što predstavlja naredbu UNOS) pojedinačno su uneseni podaci svakog skana posebno (Slika 52). Postupak unosa podatak ponavljan je sedam puta, za svaki skan posebno.
46
Slika 52. Unos podataka
Budući da podaci nisu bili u prepoznatljivom formatu za program pojavio se prozor (Slika 53), te su podaci automatski konvertirani.
Slika 53. Konvertiranje podataka
Prihvaćanjem danog izbornika podaci su prikazani u radnom prostoru kao oblak točaka. Crkva Sv. Nikole skanirana je u sedam skanova:
Oblaci točaka skanova izvana su prikazani (Slika 54), redom pročelje i južna strana, zvonik, te sjeverna i zapadna strana.
47
Slika 54. Oblaci točaka vanjskog dijela crkve
Oblaci točaka unutarnjeg dijela crkve su prikazani (Slika 55), redom s lijeva na desno: mala lađa, velika lađa, i oltar.
Slika 55. Oblaci točaka unutarnjih skanova
6.2. OBRADA POJEDINOG SKANA
Nakon unosa podataka u aplikaciju uslijedio je daljnji proces obrade. Proces obrade pojedinih skanova bio je gotovo identičan, tj. postupak obrade je ponavljan za svaki skan pojedinačno. U nastavku je opisan postupak modeliranja poligonalnih površina iz oblaka točaka.
6.2.1. OBRADA OBLAKA TOČAKA
Obrada je započeta u radnom prostoru Workbench Scan.
U Scan Workbench-u su podaci ponajprije očišćeni od šumova podataka (Filter Noise). Pri tome se pojavljuje padajući izbornik koji omogućava definiranje maksimalne i minimalne udaljenosti u skupu točaka, ili prepuštanje automatskom algoritmu da odabire najpovoljnije vrijednosti (Slika 56).
48
Slika 56. Filtriranje šumova
Nakon toga slijedi pročišćavanje oblaka točaka (Filter Redundant Points), pri čemu se odabirom shell-a pojavljuje padajući izbornik (Slika 57).
Slika 57. Uklanjanje prekobrojnih točaka
Global Mean Distance označava srednju vrijednost udaljenosti između svih vrhova u odabranom području. Ovaj postupak ponavlja se nekoliko puta kako bi velik broj prekomjernih točaka bio uklonjen. Slika 58 prikazuje rezultat uklanjanja prekomjernih točaka. Pri pročišćavanju podataka potrebno je pripaziti da se postupak ne ponovi previše puta jer se na taj način izgube detalji na površini plohe.
49
Slika 58. Prikaz oblaka točaka prije i nakon pročišćavanja
Nakon pročišćavanja i prorjeđivanja skanova slijedi triangulacija površina. Odabire se naredba u izborniku Build > Triangulate > Surface > 3D.
Slika 59. Triangulacija površina
50
Budući da je oblak točaka koji je obrađivan nehomogen, u padajućem izborniku odabrana je opcija Manual Decision (Slika 59).
Postupak je ponovljen za svih sedam skanova. U ovom dijelu obrade važno je naglasiti kako se pri procesu triangulacije na plohama pojavljuju praznine koje program kasnije ne prepoznaje kao praznine. Primjer je prikazan na (Slika 60).
Slika 60. Nepovoljna triangulacija plohe
Postupak triangulacije površina se ponavlja dok se ne dobije potpuniji prikaz.
Na modeliranim poligonalnim plohama mogu se pojaviti praznine i procjepi.
Naredba Fill Holes popunjava praznine koje su vjerojatno unesene u model za vrijeme samog procesa skaniranja. Ova naredba stvara poligonalnu strukturu za popunjavanje praznina. Postoji više načina popunjavanja praznina: automatsko popunjavanje svih praznina, postupno popunjavanje praznina, te kombinacija obaju. Automatski se mogu popunjavati sve male i jednostavne praznine, zatim je moguće velike složenije praznine popuniti postupnim popunjavanjem. Kada je uključena ova naredba svi granični bridovi praznina su prikazani crvenom bojom, radi lakšeg prepoznavanja, te korisnik može izabrati hoće li automatski popuniti sve praznine odjednom ili će postupno popunjavati (Slika 61).
51
Slika 61. Praznina za popunjavanje
Osim takvih praznina nastaju i praznine zbog pojavljivanja nepravilnih oblika pri samom procesu izrade poligonalne plohe.. Takvi nepravilni oblici opisani su u poglavlju 5.2.2 ovog diplomskog rada.
6.2.2. OBRADA PLOHA
U daljnjoj obradi ploha slijedi pročišćavanje nepravilnosti na modeliranim površinama poligonalnih ploha, popunjavanje praznina, isticanje detalja, itd.
Potrebno je najprije površinu obraditi funkcijom Smooth čime se djelomično gube detalji i površina se izgladi. Naredba Smooth nudi tri metode poravnanvanja: Laplacian, Loop i Curvature. Ovaj postupak je iterativni postupak, korisnim može odabrati broj iteracija, te stupanj glačanja površine zadavanjem faktora težine.
Potrebno je površinu djelomično izravnati kako bi se kasnije uklapanjem u postojani oblak točaka upotpunili detalji. Detalji se izvlače preklapanjem površine s originalnim oblakom točaka.
Primjer rezultata takvog postupka prikazani su na Slika 62.
Slika 62 Obrada detalja oltara u crkvi Sv. Nikole
Postupak se nastavlja odabirom naredbe Tool > Fill Holes > Surface automatski se popunjavaju praznine koje softver sam pronalazi i popunjava algoritmima.
Slijedi naredba Subdivide Shell kojom se dodaju novi vrhovi, prilagođavaju koordinate postojećih , i time se poboljšava površina poligonalnog modela većim brojem trokuta u odabranom području i više izglađenom površinom. Naredba dijeli odabrane trokute, proizvodi tri ili četiri nova na svaki originala trokut.
52
Time se poboljšava krivuljin kontinuitet među susjednim stranama za odabrano područje, što je važno zbog mogućnosti modeliranja površine pri preklapanju s originalnim oblakom točaka.
Naredbom Tool >> Fit Shell To >> Point Cloud.
Ovim postupkom na već trianguliranoj 3D površini se modeliraju detalji preklapanjem originalnog oblaka točaka iz referentne ljuske (Shell) s u gore navedenom postupku modeliranim poligonalnim modelom.
Konačan rezultat dopunjavanja detalja na postranom oltaru crkvi Sv. Nikole je prikazan (Slika 63).
Slika 63. Modeliranje oltara u crkvi Sv. Nikola
Proces obrade ovog dijela podataka odnosno površina je bio dugotrajan, vjerojatno zbog procesne snage računala i količine virtualne memorije. Zbog toga sve mogućnosti modeliranja u RapidForm-u i nisu u potpunosti istražene, odnosno u ovom diplomskom radu tek se počinje otkrivati široka paleta mogućnosti obrade laserskog skaniranja
Pri poteškoćama s aplikacijom, RapidForm nudi opciju spremanja modela prije pada sustava (Slika 64), čime se sprječava gubitak podataka.
53
Slika 64. Pad aplikacije
Obrađeni su svi skanovi crkve te je slijedio postupak međusobno uklapanja modele kao bi se dobio model crkva u potpunosti.
6.3. SPAJANJE MODELA
Pri skaniranju laserskim skanerom koriste se, kako je već spomenuto, kontrolne marke. To su točke koje su zajedničke na pojedinim skanovima. Obradom podataka u RapidFormu kontrolne točke nisu bile vidljive. Kako nam nisu bili dostupni podaci o količini refleksije na kontrolnim markama, odnosno njihovom upijanju svjetlosti, točke na kojim su bile kontrolne marke poistovjećene su sa ostalim točkama. Preklopile su se u oblaku točaka te nisu mogle biti korištene pri preklapanju skanova odnosno modela. Preklapanje modela omogućeno je preklapanjem ljuski (engl. Shell) u kojima se nalaze pojedini skanovi.
U skan radnom okružju (Workbench) registracija ljuski (Registration of 2 Shells) omogućava registraciju poligonalnih modela zahvaljujući područjima koja se međusobno preklapaju. Registracija je moguća ukoliko se identificiraju identična područja odnosno točke na različitim skanovima koje treba međusobno uklopiti. Aplikacija računa točne aproksimacije položaja ljuski u odnosu jedna nas drugu uzimajući u obzir geometrijska svojstva među ljuskama (Initial Registration) odabirom identičnih točaka.
Pri radu s ovom naredbom, ljuska (Shell) koja se najprije odabire pomiče se u odabranu ljusku.
Aplikacija prikazuje višestruki sustav prozor, kako bi se prikazala svaka ljuska individualno u svome prozoru i time olakšao odabir referentnih točaka za ovaj postupak (Slika 65).
54
Slika 65. Initial Registration
Postupak se višestruko ponavlja dok se ne postigne što preciznije preklapanje modela.
Nakon Initial Regiistration, moguće je nastaviti s Global Registration kojom sustav automatski sam pronalazi identična područja koristeći područja preklopa. Ako su područja međusobnog preklapanja mala ili su ljuske (engl. Shell) međusobno previše udaljene, rezultat će naravno biti jako loš. Zbog toga je bolje koristiti najprije Initial Registration, te dovršiti postupak s Global Registration-om (Slika 66).
Slika 66. Rezultat preklapanja
55
Nakon uspješne međusobne registracije ljuski odnosno skanova, moguće je spojiti modele u jednu ljusku (Surface Merging). Procesom spajanja, preklapajući identična područja su uklonjena i susjedne granice su spojene međusobno novo dodanim poligonima. Rezultat i točnost ostaju sačuvani nakon spajanja.
Rezultat uklapanja ljuski, tj. uklopljeni model portala i zvonika crkve je prikazan (Slika 67).
Slika 67. Spoj u jednu ljusku
Slika 68 prikazuje područje koje je zahvaćeno laserskim skaniranjem crkve izvana, uz geodetsku osnovu koja je postavljen oko crkve pri izmjeri crkve Sv. Nikole.
Slika 68.Stajališta laserskog skaniranja, područja skana
Iz priloženog se vidi kako crvka nije skanirana u potpunosti, te bi pri izradi presjeka istočne i južne strane i izradom presjeka sjeverne i zapadne područja koje je bilo skanirano, bilo uočeno je da međusobnim uklapanjem postojećih modela nije
56
moguće dobiti cjelokupni tlocrtni presjek crkve zbog nedostataka podataka. Jasno je da bi pri izradi presjeka bilo moguće napraviti samo tlocrtni presjek, jer u ostalim presjeci ne bi mnogo prikazivali jer na prikazu nije moguće dobiti ni debljinu zidova. Crkva je skanirana izvana, a skanovi iznutra nisu mogli biti uklopljeni u model zbog nedostataka podataka kontrolnih marki. Pokušana je izrada presjeka svakog pojedinačnog skana, te naknadno uklapanje, jer zbog nedovoljne procesne snage računala na kojem su podaci obrađivani nije bilo moguće presjeći cjelokupni uklopljeni model odjednom. Međutim ni to nažalost nije bilo moguće.
Slika 69. Tlocrtni prikaz južne i istočne strane
Slika 70. Tlocrtni prikaz sjeverne i zapadne strane crkve
57
Tlocrtnim prikazom skanova (Slika 69, i Slika 70), prikazano je kako bi presjeci izgledali. Slika 71 prikazuje primjer presjeka koji je izrađen pri obradi podataka studentske prakse Faros 2003
Slika 71. Tlocrti presjek crkve Sv. Nikole
Usporedba modela obrade podataka laserskog skaniranja crkve i fotografija crkve (Slika 72).
Slika 72. Stražnja i zapadna strana crkve Sv. Nikole
Može se primijetiti kako se na modelu uočavaju sva oštećenja (Slika 73).
58
Slika 73. Prikaz detalja oštećenja
Moguće je direktno odmjeravanje na gotovom 3D modelu, nude se različite funkcije za trodimenzionalno mjerenje, te prikupiti podatke kao što su veličina, površina, volumen. Time se još jednom naglašava prednost laserskog skaniranja jer više nije potreban ponovni odlazak na teren kao bi se odmjerilo ili dodatno izmjerilo neko područje.
Moguća je analiza kvalitete plohe, proračun različitih devijacija, geometrijsko dimenzioniranje i te ostale slične funkcije skaniranog područja nizom alata u Inspect Workbench-u
Konačni prikaz 3D modela može biti žičani i sjenčani.
Žičani model nije baš pogodan za vizualizaciju jer ne prikazuje skrivene površine, pa takvo stanje u složenijim modelima može dovesti do nerazumijevanja međusobnog položaja pojedinih elemenata modela (Medan 2004).
Slika 74. VRLM 3D modela crkve Sv. Nikole
59
Upravo iz tih razloga se pri vizualizaciji koristi sjenčani model. On nam omogućuje mnogo kvalitetniji i realniji prikaz objekta. Primjer vizualizacije 3Dmodela crkve Sv. Nikole pomoću npr. tekstura prikazan na Slika 74 za vrijeme obrade podataka studentske prakse Faros 2003 .
Konkretna izmjera crkve Sv. Nikole obavljena je u svrhu izrade prikaza zatečenog stanja na terenu i za izradu elaborata za Zaštitu spomenika i kulturne baštine. To je još jedan segment primjene laserskog skaniranja. Kako je izmjera objekta obavljena klasičnom metodom, ali i laserskim skaniranjem može se nedvojbeno zaključiti kako je metoda laserskog skaniranja, ali i sam postupak izrade modela iz podataka dobivenih na taj način znatno brži i jednostavniji postupak.
Važno je još naglasiti kako RapidForm omogućava prijenos podataka u različite formate, te se obrađeni modeli mogu koristiti u drugim aplikacijama.
Sve ove opcije koje se otvaraju korištenjem aplikacija za obradu 3D podataka laserskog skaniranja omogućavaju sve potrebno za izradu različitih elaborata.
Zbog hardverskih nedostataka nažalost nisu istražene i iskorištene sve ove mogućnosti RapidForm-a.
6.4. SADRŽAJ PRILOŽENOG MEDIJA (CD-A)
Na priloženom mediju pohranjeni su podaci korišteni pri izradi diplomskog rada i svi postignuti rezultati. Logički su organizirani prema smislu (Tablica 5).
Tablica 5. Sadržaj priloženog medija
RB. Mapa/ Datoteka Sadržaj 1 2 3 1. Diplomski.doc Tekst diplomskog rada
2. Sw_(2-7).xyz Podaci laserskog skaniranja
3. Model_(2-7).mdl Poligonalni modeli svakog pojedinog skana
4. Sv.Nikola.mdl Spojeni model vanjskog dijela crkve
5. Sv.Nikola.dxf Spojeni model vanjskog dijela crkve
60
7. ZAKLJUČAK
Cilj ovog diplomskog rada je obrada podataka laserskog skaniranja crkve Sv. Nikole dostupnim softverom. Podaci su obrađivani upotrebom aplikacije RapidForm 2004. Korišteni su podaci dobiveni laserskim skanerom Cyrax 2500.
Korištenje laserskih skanera za izmjeru različitih građevina i prirodnih objekata je jedna od metoda za vrlo brzo i kompletno prikupljanje 3D informacija. Podaci koji su dobiveni laserskim skaniranjem, ne mogu biti korišteni bez ispravnog pristupa. Zahvaljujući razvoju računalne tehnologije, upotrebom novih tehnologija za rukovanje 3D podacima omogućava se sve složenije modeliranje. Razvijeni su različiti algoritmi unutar različitih softvera koji nude sve potrebne mogućnosti za obradu uz mogućnost analiza i testiranja kvalitete i točnosti podataka.
RapidForm je vrlo moćna aplikacija za obradu takvih podatka s velikom paletom alata, omogućava gotovo sve, od obrade oblaka točaka, izrade površina, različitih analiza kvalitete, do uklapanja fotografija na modeliranu površinu. Potrebno je naglasiti kako ovakva aplikacija kao i svaka aplikacija za obradu velike količine 3D podataka zahtjeva vrlo snažno računalo s obzirom na operacije i algoritme koje obrađuje. Upravo to se pokazalo kao jedno od ključnih ograničenja u slučaju ovog diplomskog rada. Kako da se privremena licenca od 30 dana dobiva izričito nakon slanja podataka o računalu, te se može koristiti izričito samo za to računalo, nije bilo velikog izbora. Računalo kojim je izrađivan ovaj diplomski rad nije bilo dovoljno jako da bi se aplikacija u potpunosti istražila (platforma: Windows XP Professional; radna memorija: 256 MB; procesor: Athlon 1.4GHz; grafička kartica: RADEON IGP 32MB). Nije bilo moguće uočiti sve prednosti aplikacije, a sami procesi obrade tekli su relativno sporo.
61
Literatura:
Graves, T., Jenkins, B. (2004): Laser scanning changes the rules, The American Surveyor, May-Jun
INUS Technology Inc., (2004): RapidForm 2004 Tutorial
INUS Technology. Inc., (2004): RapidForm 2004 Help
Kern, F. (2003): Automatisierte modellierung von bauwerksgeometrien aus 3d-laserscanner daten, doktorski rad, Geodätische Schriftenreihe der Technischen Universität Braunschweig.
Matijević, H., Roić, M. (2002): Terestrički laserski skaneri. Geodetski list. (79) 3, str. 171-187, Zagreb.
Medan, R., (2004): Podrška upravljanju geodetskim fakultetom i VRLM, diplomski rad, Geodetski fakultet, Zagreb
Piegl L., (1991): On NURBS: A Survey, IEEE Computer Graphics and Applications. (11) 1, str. 55-71.
Rogers, D., F., Earnshaw, R., A. (1991): State of the Art in Computer Graphics - Visualization and Modeling, Springer-Verlag, str. 225–269, New York.
POPIS URL-ova: URL 1 Laserscanning med Cyrax 2500, http://www.meab-mx.se/tidning/cyrax2500.htm, (04. 04. 2005.)
URL 2 RapidForm 2004, http://www.rapidform.com, (10. 12. 2005.)
URL 3 Terrestrial Laser Scanner Data Processing, http://www.isprs.org/istanbul2004/comm5/papers/608.pdf, (15. 04. 2005.)
URL 4 Laser scanner application on complex shapes of arhitecture, http://www.photogrammetry.ethz.ch/tarasp_workshop/papers/monti.pdf, (15. 04. 2005.)
URL 5 Bluff Movement Study, http://www.isite3d.com/pdf/bluff_study.pdf, (04. 04. 2005.)
URL 6 Bluff Movement Study, http://www.isite3d.com/pdf/geology_applications.pdf, (04. 04. 2005.)
62
Ž I V O T O P I S
E U R O P E A N C U R R I C U L U M V I T A E
F O R M A T
OSOBNE OBAVIJESTI
Ime TOPIĆ, IVANA Adresa Cesta dr. Franje Tuđmana, 144, 21214, Kaštel Kambelovac, Hrvatska Telefon +385 (98) 181 2001
Faks E-pošta [email protected]
Državljanstvo Hrvatsko, Češko
Datum rođenja 22. ožujka, 1980
RADNO ISKUSTVO
• Datum (od – do) • Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja Vještačenje Bajilo
• Vrsta posla ili područje • Zanimanje i položaj koji obnaša Studentska praksa
• Osnovne aktivnosti i odgovornosti
• Datum (od – do) • Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja Geodezie Krkonoše (CR)
• Vrsta posla ili područje • Zanimanje i položaj koji obnaša Studentska praksa
• Osnovne aktivnosti i odgovornosti ŠKOLOVANJE I IZOBRAZBA
• Datum (od – do) 1994- 1998
• Naziv i vrsta obrazovne ustanove 5. Gimnazija «Vladimir Nazor», Split • Osnovni predmet /zanimanje
• Naslov postignut obrazovanjem • Stupanj nacionalne kvalifikacije
(ako postoji) 4. stupanj
63
OSOBNE VJEŠTINE I
SPOSOBNOSTI Stečene radom/životom, karijerom, a
koje nisu potkrijepljene potvrdama i diplomama.
MATERINSKI JEZIK HRVATSKI, ČEŠKI
DRUGI JEZICI
ENGLESKI, TALIJANSKI • sposobnost čitanja IZVRSNO, DOBRO • sposobnost pisanja IZVRSNO, DOBRO
• sposobnost usmenog izražavanja IZVRSNO, DOBRO
SOCIJALNE VJEŠTINE I SPOSOBNOSTI
Življenje i rad s drugim ljudima u višekulturnim okolinama gdje je značajna
komunikacija, gdje je timski rad osnova (npr. u kulturnim ili sportskim
aktivnostima).
ORGANIZACIJSKE VJEŠTINE I
SPOSOBNOSTI Npr. koordinacija i upravljanje osobljem,
projektima, financijama; na poslu, u dragovoljnom radu (npr. u kulturi i
športu) i kod kuće, itd.
TEHNIČKE VJEŠTINE I
SPOSOBNOSTI S računalima, posebnim vrstama
opreme, strojeva, itd.
MICROSTATION, AUTOCAD, PHOTOSHOP, RAPIDFORM 2004, OFFICE,VJEŠTINE STEČENE NA FAKULTETU I TOKOM STUDENTSKE PRAKSE
UMJETNIČKE VJEŠTINE I
SPOSOBNOSTI Glazba, pisanje, dizajn, itd.
DRUGE VJEŠTINE I SPOSOBNOSTI
Sposobnosti koje nisu gore navedene.
VOZAČKA DOZVOLA NE
DODATNE OBAVIJESTI
DODATCI
