3D modelling with the use of photogrammetric methods

• Autorzy: Piech Izabela , Adam Tomasz , Dudas Paulina

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.141898

Warianty tytułu

PL

Modelowanie 3D z wykorzystaniem metod fotogrametrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Extremely intensive development of technology has resulted in many innovations. There are new methods of acquiring spatial data, such as laser scanning, unmanned aerial vehicles or digital non-metric cameras, which are the subject of this study. Integration of this data has become a new tool that has expanded existing measurement capabilities, finding applications in 3D modelling, archaeology and monument conservation. Owing to scanning, we can get the coordinates of almost every point of the scanned surface, obtaining full and detailed information about the object dimensions. The level of technical advancement of digital cameras allows them to be successfully used in short-range photogrammetry [27], and recently also in low-altitude aerial photogrammetry (unmanned aerial vehicles). Two different test objects were selected to achieve the intended purpose. The monument located on the 14-meter-high top of the Wanda Mound was adopted as the first object. It consists of a simple rectangular plinth made of brown marble. On its top there is a figure of an eagle with a crown of white marble. On the west wall of the plinth there is an inscription “Wanda” and a drawing showing a sword crossed with a distaff. The following features supported the choice of the monument: interesting shape of the object, which includes both simple geometric forms with large and flat surfaces (plinth), and more detailed surfaces (figure of an eagle); detailed texture of the object (complicated marble veins, wing details). The second object under study was The Helena Modrzejewska National Stary Theatre. The building was rebuilt in the style of Viennese Art Nouveau, so that it fully incorporates into the rest of buildings. Measurements included data obtained from a non-metric camera, Leica ScanStation scanner and DJI S 1000 multi-rotor.

PL

Niezwykle intensywny rozwój technologii od początku obecnego stulecia, zaowocował wieloma innowacjami, również w dziedzinie geodezji i kartografii, a w szczególności w zakresie fotogrametrii i teledetekcji. Oprócz ewolucji znanych już form pomiarów jak przejście ze zobrazowań analogowych na cyfrowe, pojawiły się też nowe metody pozyskiwania danych przestrzennych jak skaning laserowy, bezzałogowe statki powietrzne czy cyfrowe kamery niemetryczne, będące przedmiotem niniejszego opracowania. Integracja tych danych stała się nowym narzędziem, które rozszerzyło dotychczasowe możliwości pomiarowe, jak również znalazło zastosowanie poza branżą geodezyjną, na przykład w modelowaniu 3D, archeologii czy konserwacji zabytków. Dzięki skaningowi otrzymujemy współrzędne niemal każdego punktu skanowanej powierzchni w dowolnym miejscu, nawet już po zakończeniu pomiaru i opuszczeniu obiektu. Otrzymujemy zatem pełną i szczegółową informację o wymiarach obiektu, o znajdującej się wewnątrz infrastrukturze niekiedy trudno dostępnej bądź skomplikowanej. Poziom zaawansowania technicznego aparatów cyfrowych pozwala już od kilkunastu lat na stosowanie ich z powodzeniem w fotogrametrii bliskiego zasięgu [27], a od niedawna także i w fotogrametrii lotniczej niskiego pułapu (bezzałogowe statki powietrzne). Bezzałogowe statki powietrzne okazują się świetnym narzędziem wspomagającym proces zbierania danych o wysokorozdzielczych metrycznych zdjęciach elewacji budynków. Do zrealizowania zamierzonego celu wybrano 2 różne obiekty testowe.

Słowa kluczowe

EN

3D modelling; visualization; terrestrial laser scanning; unmanned aerial vehicle; non-metric camera

PL

modelowanie 3D; wizualizacja; skaning laserowy naziemny; bezzałogowy statek powietrzny; kamera niemetryczna

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 481--500
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Piech Izabela

• Krakow University of Agriculture, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying, Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6710-4387

autor

Adam Tomasz

autor

Dudas Paulina

Bibliografia

• [1] J.A. Bell, “3ds max 6”, Effective solutions. Helion, 2004, Warszawa.
• [2] F. Biljecki i in., “Applications of 3D City Models: State of the Art Review”, International Society for Photogrammetry and Remote Sensing Journal of Geo-Information, 2015, no. 4, pp. 2843-2889, DOI: 10.3390/ijgi4042842.
• [3] A. Boroń, A. Rzonca, A. Wróbel, “The digital photogrammetry and laser scanning methods used for heritage documentation”, Roczniki Geomatyki, Kraków, 2007, vol. 5, no. 8, pp. 133-139.
• [4] H. Boulaassal, C. Chevier, T. Landes, “From laser data to parametric models: towards an automatic method for building façade modelling”, Lecture Notes in Computer Sciences, 2010, vol. 6436, pp. 42-55. [Google Scholar]
• [5] A. Bujakiewicz, D. Zawieska, M. Kowalczyk, “Three dimensional modelling of architectural structure”, Archives of Photogrammetry, Cartography and Remote Sensing, Materials of the National Geoinformation Symposium “Geoinformation as an integrated tool for spatial research”, Wrocław - Polanica Zdrój, 2003, vol. 13B, pp. 325-337, http://ptfit.sgp.geodezja.org.pl/archiwum.html#:~:text=eISSN%202391%2D9477%2C-doi%3A%2010.14681,-Archiwum%20Fotogrametrii%2C%20Kartografii.
• [6] W. Changchang i in., “Multicore Bundle Adjustment”, Computer Vision and Pattern Recognition, 2011, pp. 3057-3064, DOI: 10.1109/CVPR.2011.5995552.
• [7] C. Chevrier, N. Charbonneau, P. Grussenmeyer, Parametric Documenting of Built Heritage: 3D Virtual Reconstruction of Architectural Details, International Journal of Architectural Computing, 2010, vol. 08, issue 02, pp. 132-146, DOI: 10.1260/1478-0771.8.2.135.
• [8] A. Habib, M. Ghanma, R. Al-Ruzouq, E.M. Kim, “3-D Modelling of Historical Sites Using Low-Cost Digital Cameras”, XXth International Society for Photogrammetry and Remote Sensing Congress, Istanbul, Commission 5, SS4-CIPA-Low-Cost Systems in Recording and Managing the Cultural Heritage, Stambuł, Turkey, 2004, pp. 570-575.
• [9] K. Hämming, G. Peters, “The structure-from-motion reconstruction pipeline - a survey with focus on short image sequences”, Kybernetika, 2010, vol. 46, no 5, pp. 926-937.
• [10] M. A. Herman i in., “Fundamentals of Physics for College and University Candidates”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 2009.
• [11] T. Jebara i in., “3D structure from 2D motion”, Institute of Electrical and Electronics Engineers Signal Processing Magazine, 1999, vol. 16, issue 3, pp. 66-84, DOI: 10.1109/79.768574.
• [12] T. Ju, “Fixing Geometric Errors on Polygonal Models: A Survey”. Journal of Computer Science and Technology, 2009, vol. 24, no. 1, pp. 19-29, DOI: 10.1007/s11390-009-9206-7.
• [13] S. Kostka, “Photogrammetry - an old technique in a new edition”, Wydawnictwo Jaskinie, 2014, no. 3 (76), pp. 14-16.
• [14] B. Kwoczyńska, A. Rzepka, “Application of non-metric camera in modelling of small architecture objects”, Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Oddział w Krakowie, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi, 2013, no. 2/II, pp. 31-41, DOI: 10.14597/infraeco.2014.1.1.001.
• [15] Z. Kurczyński, “Photogrammetry”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 2015.
• [16] D. G. Lowe, “Object recognition from local scale-invariant features”, Proceedings of the International Conference on Computer Vision in Corfu, Kerkyra, Greece, 1999, pp. 1150-1157, DOI: 10.1109/ICCV.1999.790410.
• [17] D. G. Lowe, “Distinctive image features from scale-invariant keypoints”, International Journal of Computer Vision, 2004, vol.60, no. 2, pp. 91-110, DOI: 10.1023/B:VISI.0000029664.99615.94.
• [18] E. Nowak, J. Nowak, “Modelling 3D views based on amateur photography”, Acta Scientiarum Polonorum. Geodesia et Descriptio Terrarum, 2009, vol. 8, no. 2, pp. 39-52.
• [19] R. Pilecki, “Applications of terrestrial laser scanning”, Czasopismo Techniczne Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2012, no. 26.
• [20] Praca zbiorowa, “Photogrammetry and the laser scanning in the 3D modeling”, Publisher: Wyższa Szkoła Inżynieryjno-Ekonomiczna, Rzeszów, 2015, pp. 5-6.
• [21] Praca zbiorowa, “Modeling and visualization of 3D data based on photogrammetric measurements and laser scanning”, Publisher: Wyższa Szkoła Inżynieryjno-Ekonomiczna, Rzeszów, 2015, pp. 5-7.
• [22] Pu Shi, G. Vosselman, “Automatic extraction of building features from terrestrial laser scanning”, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2006, vol. 36, part 5, pp. 147-160.
• [23] A. Salwierz, T. Szymczyk, “Methods of creating realistic spaces - 3D scanning and 3D modelling, 2020, vol.14, pp. 101-108, DOI: 10.35784/jcsi.1584.
• [24] P. Sawicki, “Unmanned aerial vehicles in photogrammetry and remote sensing - state of the art and trends”, Photogrammetry and Remote Sensing Archive, Olsztyn, 2012, vol. 23, pp. 365, 366, 373, http://ptfit.sgp.geodezja.org.pl/archiwum.html#:~:text=eISSN%202391%2D9477%2C-,DOI%3A%2010.14681,-Archiwum%20Fotogrametrii%2C%20Kartografii.
• [25] W. Baturo, “Subject Dictionaries. Mathematics”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 2011.
• [26] A. Takaaki, S. Yasuhito, “3D Facial Model Creation Using Generic Model and Front and Side Views of Face”, Ieice Transactions on Information and Systems, 1992, vol. E75-D, no. 2, pp. 191-197.
• [27] R. Tokarczyk, A. Boroń, “An investigation of digital photographic cameras for the close-range photogrammetry”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Kraków, 2000, vol. 10, pp. 63-1:63-10, http://ptfit.sgp.geodezja.org.pl/archiwum.html#:˜:text=eISSN%202391%2D9477%2C-,DOI%3A%2010.14681,-Archiwum%20Fotogrametrii%2C%20Kartografii.
• [28] Uchański i in., “The problem of standardization of terrestrial laser scanning techniques for architecture inventory purposes”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Międzyzdroje, 2008, vol.18, pp. 636-637, http://ptfit.sgp.geodezja.org.pl/archiwum.html#:~:text=eISSN%202391%2D9477%2C-DOI%3A%2010.14681,-Archiwum%20Fotogrametrii%2C%20Kartografii.
• [29] Scan-3D “Drony - fotogrametria”. [Online]. Available: www.scan-3d.pl/oferta/drony-fotogrametria.
• [30] https://dronereport.pl/uslugi-dronem/modele-3d-chmury-punktow.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).