ARTEMIS

Modele 3D ale monumentelor - partea 1

Prin documentarea 3D a clădirilor și monumentelor istorice se înțelege documentarea cu precizie a reliefului suprafețelor acestora cu scopul de a genera replici digitale tridimensionale cu informații metrice care pot fi folosite pentru obținerea de secțiuni, ortofotografii în cadrul proceselor de evaluare a monumentului sau pentru prezentări grafice ale acestuia. Astăzi documentarea digitală 3D este un proces inevitabil în administrarea bunurilor de patrimoniu.

Principala metodă utilizată pentru documentarea digitală 3D a suprafețelor din ultimii ani este scanarea cu laser 3D. În timp ce oferă rezultate la precizii foarte mari (~0.02 mm) fără prea mult efort fizic această metodă este dependentă de o sursă de curent și este dificil de manevrat și transportat în zonele de munte, întregul echipament depășind 20kg (fără generator de curent). Din acest motiv, în cadrul evaluării preliminare s-a stabilit ca metodă de înregistrare 3D să fie fotogrametria, o metodă mai veche de documentare 3D dar care în ultimii ani datorită dezvoltării puternice a sistemelor de calcul și a algoritmilor software de procesare a datelor a devenit un concurent redutabil metodei de scanare cu laser. Pe scurt, fotogragmetria este o știință și artă de a obține replici digitale 3D utilizând fotografii 2D. Fotogrametria oferă o versatilitate și mobilitate deosebită în schimbul efortului fizic: daca în in cazul scanării cu laser, echipamentul era poziționat astfel încât din câteva scanări să acopere toate unghiurile suprafeței investigate, în cazul fotogrametriei, operatorul se deplasează pentru a efectua fiecare înregistrare trebuind să acopere fiecare suprafață cu suprapuneri de 30-60% între fotografiile adiacente. Acest fapt duce la un volum crescut de muncă în faza colectării de date.

În cazul nostru, fotogrametria pe lângă mobilitate ne-a permis înregistrarea unor suprafețe din unghiuri închise care ar fi fost imposibil de atins cu un scaner cu laser. Un alt plus este posibilitatea obținerii de texturi în culori naturale a suprafețelor înregistrate. În acest caz însă, calitatea texturilor depinde direct de lumina ambientală și de prezența umbrelor în special în situațiile de exterior, unde nu se poate bloca lumina soarelui.

Echipament

Înregistrările au fost efectuate cu un aparat foto profesional Nikon D810, aparat ce dispune de un senzor full-frame cu o rezoluție de 36.3 Mpx (7360x4912 pixeli) fără filtru low-pass (permite captarea mai multor detalii). Obiectivul utilizat în toate înregistrările a fost Nikkor 35 mm f/2D, un obiectiv larg, fix, ce permite înregistrarea la o calitate foarte bună a unor cadre foarte largi, fără distorsiuni majore (care sunt ușor de interpretat de algoritmii software de procesare pentru fotogrametrie).

Au mai fost folosite lămpi LED portabile pentru asigurarea unei iluminări egale pe suprafețele interioare, suspendate pe stative.

Pentru scalare au fost folosită o țintă alb negru cu dimensiuni precise.

Rezumatul înregistrărilor și procesarea datelor

În continuare sunt prezentate selectiv detaliile achiziției de date și rezultatele obținute în această primă etapă. Sunt detaliate problemele întâlnite și soluțiile propuse pentru completarea rezultatelor.

Piatra lui Iosif

Nr. Imagini	1430
[GB]	23,6
Calitate	medium
Format	OBJ
Mesh procesat [mil poligoane]	534
Mesh exportat [mil poligoane]	4
Stocare [MB]	432
Timp procesare	4d10h
Comentarii	Inițial procesarea s-a început la calitate High, integral (nu pe bucăți). La al doilea pas de procesare (generarea norului dens de puncte), după 19 zile de procesat și 47% realizat, a fost întrerupt procesul și s-a optat pentru varianta Medium de caliate. Pentru prima dată în experiența noastră s-a încercat, și am avut succes, înregistrarea unui interior și a unui exterior în același timp. Modelul rezultat este complet.
Biserica Piatra lui Iosif by CERTO on Sketchfab

Fundătura

Nr. Imagini	490
[GB]	8,2
Calitate	high
Format	-
Mesh procesat [mil poligoane]	1096
Mesh exportat [mil poligoane]	-
Stocare [GB]	-
Timp procesare	6d13h
Comentarii	A fost procesat inițial la calitate High având o durată totală de procesare de 6 zile și 13 ore. În urma procesării s-au observat unele lipsuri la podea, tavan și partea superioară a acoperișului. Imaginile expuse aparțin unei procesări la calitate Medium, care a fost generată într-un timp total de aproximativ 20 de ore. Modelul nu este complet vor fi necesare completări de fotografii în zonele menționate mai sus.

Agatonul Nou

Nr. Imagini	1570
[GB]	25,7
Calitate	low
Format	OBJ
Mesh procesat [mil poligoane]	93,9
Mesh exportat [mil poligoane]	2
Stocare [GB]	214,5
Timp procesare	3d9h
Comentarii	Din cauza poziționării acestui obiectiv, fotografierea anumitor porțiuni a fost imposibilă. Fiind situat pe un vârf de stâncă, un perete exterior este îndreptat spre un gol în care existau doar copaci (fiind imposibilă și ridicarea unei drone în acea zonă). Un alt minus a fost reprezentat de lumina soarelui care a generat umbre foarte puternice pe suprafață. În ciuda acestor obstacole, meshul a putut fi procesat în intregime cu singura reținere legată de calitatea texturii care a păstrat și umbrele generate de vegetația înconjurătoare. Vegetația foarte bogată a îngreunat deosebit de mult procesarea datelor. A fost necesară o procesare la calitate Low, care a permis totuși păstratea detaliilor importante. Modelul este complet dar o revenire asupra unei înregistrări în condiții optime de iluminare (zi înnorată) este recomandată.
Agatonul Nou by CERTO on Sketchfab

Procesarea datelor de fotogrametrie a fost realizată cu un software specializat Agisoft Photoscan PRO. Fluxul de lucru pe scurt, presupune selecția imaginilor, alinierea și extragerea pozițiilor camerelor în spațiu, generarea unui nor dens de puncte, generarea suprafeței 3D (a meshului), curățarea scenei, generarea texturii, exportarea modelului final într-un format general acceptat (ex: OBJ) iar în final publicarea/prezentarea acestuia (www.sketchfab.com este un exemplu de platforma pentru publicarea online a modelelor 3D pentru vizualizare interactivă).