Building the Models of Cultural Heritage Objects Using Multiple 3D Scanners

• Autorzy: Skabek K. , Kowalski P.

Warianty tytułu

PL

Budowa modeli obiektów dziedzictwa kulturowego z wykorzystaniem wielu skanerów 3D

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Our main goal is building of 3D model of cultural heritage objects using 3D scanners. We have tested four scanners: Konica-Minolta VI-9i, Faro LS880 HE80, Faro Laser ScanArm, and Portable 3dMDface System. Their features were utilized in the multiscanning process and that gives us new possibilities to modelling of complex objects. Scans are processed and integrated using Geomagic Studio (we also relate to Rapid Form, FARO Scene and Gexcel Reconstructor software packages). The tests give us hints and conclusions about the proper way of usage of the scanners. We also propose the scheme of multi scanning.

PL

Artykuł podejmuje problem skanowania obiektów dziedzictwa kulturowego przy pomocy skanerów przestrzennych. Obiekty dziedzictwa kulturowego stanowią szeroką klasę obiektów przestrzennych: rzeźby, płaskorzeźby, obiekty architektoniczne. Obiekty te różnią się wielkością, złożonością i dostępnością. Zakładamy, że obiekty nie zmienią swojego kształtu w czasie skanowania. Ograniczenia w digitalizacji takich obiektów związane są m.in. z brakiem możliwości nanoszenia dodatkowych warstw matowiących. Istotnym czynnikiem jest konieczność akwizycji tekstury powierzchni w wielu analizowanych przypadkach. W swoich badaniach ograniczyliśmy się do obiektów stosunkowo niewielkich (o wymiarach rzędu kilkudziesięciu centymetrów w każdym wymiarze), co pozwalało prowadzić czasochłonne testy w laboratorium. Testom poddano cztery różne skanery przestrzenne: Konica-Minolta VI-9i, Faro LS880 HE80, Faro Laser ScanArm, oraz Portable 3dMDface System. Zastosowanie poszczególnych skanerów odpowiada charakterowi zadań, do których zostały zbudowane – najwyrazistsze przykłady to: Faro LS880 HE80, przeznaczony do skanowania dużych przestrzeni (do odległości ok. 76 m), co jednak wiąże się z mniejszą dokładnością i gęstością próbkowania i utrudnia łączenie skanów z tego skanera z innymi testowanymi urządzeniami; Portable 3dMDface System, którego główną zaletą jest szybkie wykonanie skanu 3D, co pozwala na minimalizację błędów skanowania związanych z odkształcaniem obiektu (system przystosowany do skanowania twarzy). W przypadku dwóch pozostałych skanerów – Minolta Vi-9i i Faro Laser ScanArm zakres skanowanego obszaru się nakłada, choć różnią się dostępnością do szczegółów obiektu i dokładnością. Pierwszy z nich pozwala lepiej odwzorować ogólną geometrię skanowanego obiektu, drugi jest bardziej mobilny i cechuje się większą tolerancją na barwę i albedo powierzchni. Każdy z testowanych obiektów: popiersie Hermesa, odcisk godła Polski, oraz model samochodu stanowią odrębny przypadek, ze względu na możliwe do stosowania metody – wybór obiektów testowych miał umożliwić weryfikację funkcjonowania skanerów i oprogramowania w zastosowaniu do typowych obiektów dziedzictwa kulturowego, jak też wypracowanie schematów postępowania. Zaproponowano schemat skanowania obiektu w oparciu o kilka skanerów: 1. Wybierz pierwszy skan do integracji (rozpoczynając od skanowania skanerem Minolta, ze względu na jego charakterystykę). Tak pozyskany skan stanowi nasz tymczasowy model. 2. Importuj kolejne skany (przetwarzając je w miarę potrzeby). Uwaga: skany muszą posiadać wspólne części z istniejącym modelem. 3. Dokonaj manualnej rejestracji nowego skanu z istniejącym modelem. 4. Sprawdź jakość modelu. Jeśli to konieczne: przetwarzaj model. Jeśli wciąż istnieją różnice między skanami (np. identyczne powierzchnie w modelu okazują się równoległe do siebie), to wykonaj rejestrację globalną. 5. Jeśli wciąż mamy skany, które należy dołączyć do modelu – wracamy do punktu 2. 6. Opcjonalnie łączymy skany w jeden model. Procedura łączenia różnych skanerów podczas skanowania tego samego obiektu poprawia zeskanowany obszar, mimo jednak zaproponowania w artykule schematu postępowania dla skanowania wielu skanerami, wciąż sama procedura w znacznej mierze zależy od doświadczenia operatorów skanerów.

Słowa kluczowe

EN

3D scanner; 3D mesh; 3D representation; scanning; cultural heritage

• Wydawca: Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Theoretical and Applied Informatics
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 21, No. 2
• Strony: 115--129
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Skabek K.

autor

Kowalski P.

• Institute of Theoretical and Applied Informatics Polish Academy of Science ul. Bałtycka 5, Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. Al-Kheder S., Al-Shawabkeh Y., Haala N.: Developing a documentation system for desert places in Jordan using 3D laser scanning and digital photogrammetry, Journal of Archeological Science 36 (2009), pp. 537-546.
• 2. Arayici Y.: An approach for real world data modeling with the 3D terrestrial laser scanner for built environment, Automation in Construction vol. 16 (2007), pp. 816-829.
• 3. Bernardini F., Rushmeier H.: The 3D Model Acquisition Pipeline, Computer Graphics forum, Vol. 21, no 2, pp. 149-172, 2002.
• 4. Blais F., Beraldin J.-A.: Recent developments in 3D multi-modal laser imaging applied to cultural heritage, Machine Vision and Applications (2006) vol. 17, pp. 395-409.
• 5. Fontana R., Greco M., Materazzi M., Pampaloni E., Pezzati L., Rocchini C., Scopigno R., Three-dimensional modelling of statues: the Minerva of Arezzo, Journal of Cultural Heritage vol. 3 (2002), pp. 325-331.
• 6. Kowalski P., Skabek K.: Porównanie technik digitalizacji obiektów przestrzennych dla potrzeb wirtualnego muzeum. Zastosowanie Internetu w społecze´nstwie informacyjnym, rozdział 9, pp 117-132. Praca zbiorowa pod redakcja˛ naukowa˛ Andrzeja Grzywaka i Adriana Kapczyn´skiego. WydawcaWyz˙sza Szkoła Biznesu w Da˛browie Górniczej, 2008, ISBN: 978-83-88936-54-8.
• 7. Naai-Jung Shih, Huey-JiunWang, Chen-Yan Lin, Chai-Yuan Liau: 3D scan for the digital preservation of historical temple in Taiwan, Advances in Engineering Software, vol. 38, pp. 501-51, 2007.
• 8. Pieraccini M., Guidi G., Atzeni C.: 3D digitizing of cultural heritage, Journal of Cultural Heritage 2 (2001), pp. 63-70.
• 9. Yastikli N.: Documentation of cultural heritage using digital photogrammetry and laser scanning, Journal of Cultural Heritage, vol. 8 (2007), pp. 423-427.