Rekonstrukcja geometrii 3D krzewu na podstawie naziemnego skaningu laserowego

• Autorzy: Tymków P. , Borkowski A.

Warianty tytułu

EN

3D geometry reconstruction of single shrub using terrestrial laser scanning data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Technologia naziemnego skaningu laserowego dzięki swojej precyzji i rozdzielczości przestrzennej umożliwia odtworzenie geometrii drzew i krzewów zarówno w podejściu makrostrukturalnym, gdzie modelowany jest jej kształt obrysu zewnętrznego jak i w podejściu mikrostrukturalnym, gdzie przedmiotem modelowania jest kształt i topologia pojedynczych gałęzi. W pracy przedstawiono propozycję metody odtworzenia geometrii 3D krzewów a podstawie pomiarów w chmurze punktów pozyskanych naziemnym skaningiem laserowym (TLS). Metoda pomiarowa oparta jest na podziale chmury punktów TLS wzdłuż osi pionowej na segmenty o jednakowej grubości. W każdym segmencie, w zależności od wyboru podejścia, dokonywana jest selekcja punktów tworzących bądź obrys zewnętrzny rośliny, bądź obrys poszczególnych gałęzi. Wykorzystano do tego celu algorytm wyznaczania otoczki wypukłej (ang. convex hull). Utworzone na podstawie wybranych punktów bryły reprezentujące fragmenty rośliny w pojedynczym segmencie integrowane są z bryłami z segmentów sąsiadujących. W podejściu mikrostrukturalnym wymaga to odtworzenia modelu topologii gałązek rośliny, którą oparto o schemat grafu. Aby zapewnić łagodne i spójne połączenia poszczególnych segmentów metoda selekcji punktów opiera się na kombinacji metody otoczki wypukłej 2D i 3D, która zapewnia utworzenie jednakowej powierzchni styku łączonych ze sobą brył. Na potrzeby oceny ilościowej wykonany został model krzewu, którego pole powierzchni i objętość w podejściu makro i mikrostrukturalnym wyznaczono na podstawie bezpośrednich pomiarów przymiarem liniowym. Parametry te porównano z otrzymanymi na podstawie modeli 3D. Do budowy modelu makrostrukturalnego odpowiednią metodą modelowania jest metoda warstwowa (multi convex hull), przy czym grubość warstwy należy wybierać na poziomie kilku centymetrów. Do budowy modelu mikrostrukturalnego zaproponowano metodę łączenia brył, przy czym grubość segmentu dla tej metody powinna się kształtować na poziomie rozdzielczości skanowania.

EN

GIS applications requires detailed 3D models of land cover objects. Trees and shrubs, next to the building, constitute the main type of them. Terrestrial laser scanning (TLS) allows to determine precisely not only the external shape of the plant, but the geometry of individual branches as well. A method of macro- and micro-structure estimation of a single shrub is presented in this work. In the research data from several shrubs were used. In the macro-structural approach, where the plant is considered as a compact solid, it is important to choose those measurement points which represent the surfaces of the plant. To achieve better matching to the non-convex parts of the hull, the use of a multi-stage solid generation procedure in which points are divided into segments with common edges was proposed. This method assumes that the plant is divided along the Z axis into segments of a given width. Points from one segment are projected onto the division plane and 2D convex hull is generated for all the points. Finally, selected points (again in 3D space) are used to generate 3D convex hull. In order to define the geometry of vegetation the micro-structure procedure is supplemented by the segmentation algorithm to split points into groups, which form one branch. To verify the accuracy, the total surface area and the total shrub volume of branches calculated for individual variants were compared with the total surface area and volume derived from the direct measurements. Additionally, a few shrubs was measured and the qualitative analysis was performed.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie 3D; skaning laserowy; modelowanie roślinności; bliski zasięg; TLS

EN

3D modelling; 3D laser scanning; vegetation modeling; close range; TLS

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 21
• Strony: 405--414
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Tymków P.

• Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

autor

Borkowski A.

• Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Bibliografia

• 1.Bienert, A., Maas, H.-G. and Scheller, S., 2006. Analysis of the information content of terrestrial laserscanner point clouds for the automatic determination of forest inventory parameters. ISPRS WG VIII/11 & EARSeL joint Conference ’3D Remote Sensing in Forestry’, Vienna, 14-15 February pp. 1–6.
• 2.Cluzeau C. , Dupouey J.L. , Courbaud B., 1995. Polyhedral representation of crown shape. A geometric tool for growth modeling. Annals of Forest Science 52 (4) s. 297–306.
• 3.Fritsch D., Kada M., 2004. Visualisation Using Game Engines. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Science, Vol. XXXV, b5, pp. 621–625.
• 4.Goodman J. E., O`Rourke J. (edt.), 2004. Handbook of discrete and computational geometry. Chapman & Hall/CRC, p 1539.
• 5.Janowski A., Sawicki P., Szulwic J., 2004. Wizualizacja 3D w standardzie OpenGL obiektu architektonicznego na podstawie danych fotogrametrycznych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 14, s. 271–278.
• 6.Mokwa M., Tymków P., Wężyk P., 2009. Identification of flow resistance coefficients in floodplain forests, Studia Geotechnica et Mechanica, Vol. XXXI No. 1, pp. 39–50.
• 7.Pfeifer, N., Winterhalder, D., 2004. Modelling of tree cross sections from terrestrial laser scanning data with free-form curves. The International Archives of the Photogrammetry, Remote
• 8.Sensing and Spatial Information Sciences, Freiburg, Germany, Vol. 36, Part 8/W2, pp. 76 81.
• 9.Thies M., Spiecker H., 2004. Evaluation and future prospects of terrestrial laser scanning for standarized forest inventories. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVI- 8/W2. pp.192–197.
• 10.Tymków P., Borkowski A. 2010. Vegetation modelling based on TLS data for roughness coefficient estimation in river valley. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Science, Vol. XXXVIII No. 8, pp. 309–313.
• 11.Wężyk P., Sroga R., Szwed P., Szostak M., Tompalski P., Kozioł K., 2009. Wykorzystanie technologii naziemnego skaningu laserowego w określaniu wybranych cech drzew i drzewostanów.
• 12.Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji. ISBN 978-83-61-576-09-9. 19, 447–457.