Scanarea laser terestra - O abordare suplimentara pentru documentarea si animatia 3D

Scanarea laser terestra - O abordare suplimentara pentru documentarea si animatia 3D

In timp ce metodele aeriene sunt la baza fotogrametriei moderne, in ultima perioada s-a observat o crestere a frecventei utilizarii metodelor terestre pentru suplimentarea datelor aeriene in domeniul modelarii 3D a oraselor , respectiv a animatiilor acestora. Acest articol descrie o abordare a utilizarii scanarii laser terestre pentru marirea detaliilor si realismului setului de date obtinut prin metode aeriene.

La creearea unei noii strategii de intregrare a datelor din surse multiple se remarca doua aspecte principale :- in primul rand metodele de inregistrare a seturilor de date sunt necesare si in al doilea rand un model adecvat de date trebuie introdus care sa contina multiplele aspecte ale datelor. In consecinta vom prezenta metodele pentru georeferentierea automata a datelor laser terestre si vom introduce conceptul LASER MAPS care sunt extrase din date laser terestre si captate intr-un model 3D.

INTRODUCERE

Metodele aeriene, fotogrametria aeriana sau LIDAR aeropurtat sunt potrivite pentru cartare sunt metodele alese in cazul in care este necesara acoperirea unei suprafete mari. Produsele derivate din senzori aeropurtati, cum ar fi: ortofotoplanurile si DEM-uruile sunt bine fundamentate in domeniu.

O data cu aparitia graficii computerizate moderne si cresterea numarului de utilizatori in anii precedenti, necesitatea de noi metode de prezentare a datelor geodezice utilizand tehnologia realitatii virtuale a crescut.

In mod special in modelarea virtuala a oraselor, unde animatiile in timp real sunt frecvent intalnite, discrepanta dintre modul de colectare aeriana a datelor si cea normala , terestra utilizate in prezentarea datelor este foarte evidenta.

Multe dintre detaliile necesare pentru crearea unei impresii vizuale realiste lipsesc in cazul utilizarii senzorilor aerieni, in mod exclusiv.

In 1974, Catmull, a propus folosirea unei cartarii a valorilor inregistrate pentru reprezenterea suprafetelor pentru a sugera un nivel mai inalt a detaliilor.

Pentru modelarea virtuala a oraselor, fatadele sunt suprafete plane, dar acest aspect poate fi ignorat atunci cand suprafetele sunt transpuse in proiectie ortogonala, cu atat mai mult cu cat unghiul sub care este cartata suprafata este mai mic. Cartarea 3D detaliata a fatadelor prezinta un dezavantaj major, acestea fiind dependente de conditiile de iluminare din timpul preluarii imaginilor , fapt care impune o iluminare artificiala, pentru a permite corelarea imaginii reale cu imaginea preluata in momentul schimbarii (in modelarea 3D) a perspectivei.

Pentru a depasi aceste neajunsuri a fost necesar adaugarea unor detalii geometrice modelelor, detalii care pot fi inregistrate la o rezolutie mare folosind scanarea laser terestra. Pentru a putea corela datele obtinute prin scanare laser terestra cu datele obtinute prin metode de fotogrametrie, un pas indispensabil este alinierea geometrica a seturilor de date intr-un sistem de referinta comun.

ANALIZA 2D A TEXTURII FATADELOR

Exista un numar mare de sisteme pentru modelarea 3D a mediilor urbane, bazate fie pe aerofotograme fie pe date obtinute prin scanare laser, sisteme care creeaza descrieri poliedrice individuale a cladirilor (vezi fig. 1)

Prin adaugarea unei texturi acestor structuri poliedrice se obtine o imagine mult mai realista a cladirilor (fig. 2).

Cand este utilizata aerofotogrametria, structurii acoperisurilor ii poate fi alocata o anumita textura in mod automat, in schimb, pentru texturarea fatadelor este necesara o imagine preluata de la sol, care este apoi transpusa pe suprafetele poliedrice a cladirilor. Pentru aceasta , se aleg patru puncte distincte atat in sistemul de coordinate al planului fatadei, cat si pe imaginea preluata, puncte care apoi vor fi suprapuse in mod corespunzator. Prin simplul fapt ca toate suprafetele poliedrului care compun cladirea sunt bine determinate de o linie de contur, cele patru puncte pot fi alese in mod arbitrar in colturile acestor suprafete, eliminand astfel nevoia unor alte elemente de control si a calibrarii aparatului folosit pentru preluarea acestor imagini.

Ideea utilizarii unei harti bidimensionale continand caroiaje pentru stocarea unor valori care urmeaza a fi transpuse pe o suprafata s-a dovedit a fi foarte avantajoasa in practica si au fost implementate in majoritatea sistemelor GIS moderne.

Fig. 1

Fig. 2

Georeferentierea datelor obtinute prin scanare laser terestra

Scanarea laser terestra furnizeaza masuratori de suprafete in mod direct, cu date exacte, independente de variatia distantei de masurare si de rezolutie. Pentru a integra datele inregistrate in diferite statii intr-un system de date existent, cum ar fi aceea a unui model virtual al unui oras este necesara georeferentierea datelor SLT. Aceasta practica implica utilizarea punctelor de control tridimensionale, lucru imposibil de realizat datorita inregistrarii separate a datelor de pozitie si inaltime din sistemul geodezic.

Astfel, georeferentierea datelor SLT este obtinuta prin introducerea unui sistem de masuratori auxiliare, de exemplu o statie totala, pentru transferarea informatiei de control geodezic pe punctele respective.

Georeferentierea comandata de senzori, prezinta avantajul economisirii de timp prin masuratori automatizate si directe in determinarea pozitiei globale si a orientarii fiecarei statii. Comparand sistemul conventional cu acela al unei statii totale, acesta din urma necesita mult mai putin echipament auxiliar si nu necesita puncte de control preexistente.(se utilizeaza GPS-ul). Precizia acestei metode de pozitionare este de 10m, sau chiar mai buna atunci cand se foloseste un semnal de corectie.

Texturarea tridimensionala a fatadelor

O instalatie de scanare laser moderna are posibilitatea de a furniza suprafete cu puncte dese (rezolutie mare), care, transpuse in caroiaje pot fi imediat reproduse grafic, dar numai prin sisteme computerizate.

Gruparea punctelor in entitati diferentiate necesita o modelare a rezultatelor primare in segmente de date, pentru realizarea separarii diferitelor structuri arhitecturale (ziduri, acoperis, s.a.), modelare care nu este automatizata. De aici survine impedimentul aplicarii acestei metode pe scara mare-complexe arhitecturale.

Pentru a captura geometria reala a suprafetelor este utilizata harta de inlocuire, introdusa de Cook in 1984. Pentru aceasta metoda de modelare, diferenta dintre geometria reala fata de reprezentarea simplificata este stocata intr-o harta de inlocuire separata.