ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE

Diplomová práce

Vyhotovení výkresové dokumentace historické budovy z dat z laserového skenování

Vypracovala: Pavla Brůhová Vedoucí diplomové práce: Ing. Bronislav Koska, Ph.D.

2011

CZECH TECHNICAL UNIVERSITY IN PRAG FACULTY OF CIVIL ENGINEERING

Diplomová práce

Creation of Historical Building Drawing Documentation from Laser Scanning Data

Pavla Brůhová

Supervisor: Ing. Bronislav Koska, Ph.D.

2011

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracovala samostatně pouze za odborného vedení vedoucího diplomové práce Ing. Bronislava Kosky, Ph.D. Dále prohlašuji, že veškeré podklady, ze kterých jsem čerpala, jsou uvedeny v seznamu použité literatury.

V Praze dne 16.12.2011

.....…………………. Pavla Brůhová

Poděkování: Ráda bych touto cestou vyjádřila poděkování Ing. Bronislavu Koskovi, Ph.D. za jeho užitečné připomínky, trpělivost a ochotu při vedení mé diplomové práce.

ANOTACE

Předmětem této diplomové práce je vyhotovení dokumentace historické budovy, Maiselovy synagogy, z dat laserového skenování. Práce popisuje současný stav v oblasti laserového skenování. Dále identifikuje relevantní metody dokumentace památkových objektů a diskutuje vhodnost použití těchto metod. Dále je v práci prezentována vhodná metoda vyhodnocení naměřených dat z Maiselovy synagogy s využitím různých softwarů, Leica Cyclone 5.6, Microstation XM s nadstavbou CloudWorx. V diplomové práci jsou definovány postupy zpracování naměřených dat v jednotlivých softwarech jak pro práci v rovině, tak i v prostoru.

KLÍČOVÁ SLOVA: Leica Cyclone 5.6, Microstation XM, CloudWorx, Leica HDS3000, laserové skenování

ANNOTATION

The objective of the master’s thesis is the completion of historical building documentation on the example of the Maisel Synagogue from the data acquired by the laser scanning technology. The thesis describes the state-of-the-art of the laser scanning technology field. Furthermore relevant methods of memorial structures documentation are identified and their applicability discussed. Efficient method of such a data processing using Leica Cyclone 5.6 and Microstation XM with CloudWorx extension is presented. In the thesis techniques for data processing are specified for the two and three dimensional space.

KEYWORDS: Leica Cyclone 5.6, Microstation XM, CloudWorx, Leica HDS3000, Laser scanning

OBSAH

OBSAH 1. Úvod ……………………………………………………………...……10 2. Současný stav v laserovém skenování ………………………...……..11 2.1. Základní pojmy v laserovém skenování …………………………..……....11 2.2. Metody měření délek …………………………………………………….. 11 2.3. Metody určování úhlů ……………………………………………………. 12 2.4. Rozdělení skenerů …………………………………………………………13 2.5. Principy fungování laserového skenování ………………………………...14 2.6. Vlivy působící na laserové skenování …………………………………….16 2.7. Postup zpracování měření laserového skenování …………………………16 2.8. Bezpečnost práce ………………………………………………………….17

3. Metody dokumentace památkových objektů ……………………….18 3.1. Základní pojmy ……………………………………………………………18 3.2. Zaměření pomocí laserového skenování …………………………………..18 3.2.1. Dokumentace ve formě mračna bodů …………………………...19 3.2.1.1. Stereoskopické zobrazení ……………………………...19 3.2.1.2. Ortopohled ……………………………………………..19 3.2.2. Vyhotovení trojúhelníkové sítě ………………………………….20 3.2.3. Použití geometrických primitiv ………………………………….20 3.3. Metody fotogrammetrické ………………………………………………...20 3.3.1. Jednosnímková fotogrammetrie …………………………………20 3.3.2. Stereofotogrammetrie ……………………………………………21 3.3.3. Digitální průseková fotogrammetrie …………………………….22 8

3.4. Metody geodetické ………………………………………………………...22

4. Použité přístroje a software ………………………………………….24 4.1. Leica HDS3000 ……………………………………………………………24 4.2. Software Leica Cyclone …………………………………………………...25 4.2.1. Základní pojmy pro práci se softwarem Leica Cyclone ………...25 4.3. Nadstavba CloudWorx pro Microstation ………………………………….27 4.4. Software Microstation ……………………………………………………..27

5. Leica Cyclone 5.6 ……………………………………………………..29 5.1. Základní ovládání …………………………………………………………29 5.1.1. Výřez kreslené části ……………………………………………..31 5.2. Nastavení základní roviny ………………………………………………...32 5.3. Vektorizace ………………………………………………………………..33 5.4. Tvorba prostorových linií v softwaru Leica Cyclone ……………………..36

6. Microstation XM ……………………………………………………..37 6.1. Microstation 2D …………………………………………………………...37 6.2. Microstation 3D …………………………………………………………...39 6.2.1. Nejdůležitější ovládací prvky nadstavby CloudWorx …………..40 6.2.2 Kresba ve 3D ……………………………………………………..40

7. Historie Maiselovy synagogy ………………………………………...43 8. Zhodnocení dosažených výsledků a práce …………………………..46 9. Závěr …………………………………………………………………..49 10. Seznam obrázků …………………………………………………….50 11. Seznam použité literatury …………………………………………..52 12. Přílohy ……………………………………………………………….54

9

ÚVOD

1. ÚVOD K zadání a následnému vypracování předkládané práce bylo přistoupeno proto, že laserové skenování je stále poměrně novou metodou, která získává čím dál větší oblibu v široké geodetické a architektonické veřejnosti a to zejména díky své kompletnosti dat, ale také rychlosti sběru velkého množství dat. Vzhledem k tomu, že historické objekty jsou značně členité a rozsáhlé, hrají zmíněné výhody laserového skenování velkou roli při volbě vhodné metody pro zdokumentování historických budov. Nejinak tomu bylo v mém případě při zpracování dokumentace Maiselovy synagogy. Tato dokumentace vznikla na základě podnětu pražského Židovského města. Cílem této diplomové práce je seznámit se s problematikou laserového skenování jakož i s různými metodami vyhodnocení architektonických památek. Dalším bodem diplomové práce je vyhodnotit naměřená data za pomoci softwaru Microstation a Cyklone tak, aby výsledkem vyhodnocení byla výkresová dokumentace Maiselovy synagogy. V neposlední řadě je cílem předkládané práce i porovnání možnosti zpracování mračna bodů za použití softwaru Microstation s nadstavbou CloudWorx nebo programem Cyclone.

10

SOUČASNÝ STAV V LASEROVÉM SKENOVÁNÍ

2. SOUČASNÝ STAV V LASEROVÉM SKENOVÁNÍ Před samotným uvedením do problematiky laserového skenování je třeba vysvětlit některé pojmy, které se vyskytují dále v textu.

2.1. Základní pojmy v laserovém skenování


3D laserové skenování – proces, při kterém laserový skener určuje prostorové souřadnice bodů a ukládá je do paměti.




Software pro zpracování – programový systém, který slouží ke zpracování naměřených mračen bodů. Výstupem je pak model objektu v počítači.




Mračno bodů – soubor zaměřených bodů ve 3D.




3D laserový skener – zařízení umožňující 3D skenování, s možností volby vhodných parametrů skenování.




Laserový skenovací systém - systém umožňující převod reálného objektu do počítačového virtuálního modelu CAD. Jeho součástí je 3D laserový skener, software pro jeho ovládání a zpracování, příslušenství.




Zorné pole laserových skenovacích systémů – maximální úhlový rozdíl krajních výstupních

laserových

svazků

paprsků.

Bývá

udáváno

ve

stupních

v horizontálním i vertikálním směru.

2.2. Metody měření délek Délky jsou měřeny pomocí laserového dálkoměru. Dálkoměry pracují na různých principech. Zejména se můžeme setkat s elektronickým nebo optickým dálkoměrem. Elektronické dálkoměry se dále rozlišují podle principu při měření ve skenovacích systémech na impulsní a fázové. Mezi nejpoužívanější patří impulsní a optické dálkoměry. 11

Impulsní dálkoměr funguje na principu měření tranzitního času, který je třeba k tomu, aby elektromagnetický impulz prošel dvojnásobkem měřené délky.

DÁLKOMĚR VYSÍLAČ OBJEKT PŘIJÍMAČ

d

Obr. č.1: Elektronické měření délek

Optické měření délek se řeší na základě obecného trojúhelníku, ve kterém je známá délka jedné strany a úhly k ní přilehlé. Nebo jsou tyto úhly alespoň měřeny. Tato metoda dosahuje vysoké přesnosti na krátké vzdálenosti, s rostoucí vzdáleností přesnost klesá. Metoda je limitována délkou základny.

P

α

β Základna

Obr. č. 1: Schéma optického měření délek

2.3. Metody určování úhlů V současné době existuje několik metod, kterými lze určovat úhly. Jedná se o princip rozmítání svazku rotujícím zrcadlem, rozmítání svazku kmitajícím odrazným 12

hranolem, rozmítání svazku rotací zdroje, rozmítání svazku pomocí optických vláken a rozmítání svazku pomocí statického optického elementu. Přístroj HDS3000, který byl využit k měření ení dat pro tuto diplomovou práci, práci využívá dvě z uvedených metod. Horizontální úhel je určován ur podle dle servomotoru, kterým otáčí otá skener podle jeho svislé osy. osy Vertikální úhel je pak určen en od polohy rovinného zrcadla a vychýlení laserového svazku ve svislé rovině.

2.4. Rozdělení lení skenerů skener Jeden z určujících ujících a zároveň limitujících faktorů laserových skenerů skener je jejich zorné pole. Tato vlastnost skenerů skener souvisí i s naváděním paprsku ku do bodů rastru. Skenery se tedy rozdělují podle zorného pole na panoramatické a kamerové. Kamerovými skenery jsou nazývány ty, jejichž laserový svazek se rozmítá do malého lého zorného pole. U těchto t skenerů je rozmítání laserového paprsku zajištěno zajišt dvěma ma zrcadly nebo hranoly, hranoly jejichž osy otáčení jsou vzájemně kolmé. Opačným případem ípadem jsou skenery panoramatické. Jejich zorné pole totiž pokrývá celé okolí. To je zajištěno zajiště servomotory, které umožňují otáčení čení celé dálkoměrné dálkom soustavy. Kamerový systém nachází uplatnění uplatn spíše přii skenování vzdálených objektů objekt a panoramatický systém je výhodnější výhodn použít přii skenování interiérů. interiérů Proto se využívá k vyhotovení dokumentace historických budov.

Obr. č.3: Kamerový a panoramatický skener

13

Další dělení 3D skenerů se může provést podle principu měření na polární skenery a skenery se základnou. Polární skenery se dále rozdělují podle toho, zda-li je měřen tranzitní čas nebo fázový rozdíl. Skenery se základnou se rozdělují podle použití kamer s jednou kamerou nebo se dvěma kamerami. V případě principu získávání vzdálenosti se pak mohou dálkoměrné skenery dělit do dvou skupin: impulsní a fázové. Skenery bývají také děleny podle dosahu, přesnosti a rychlosti skenování. Platí, že čím kratší je standardní vzdálenost skenování, tím vyšší je přesnost.

2.5. Principy fungování laserového skenování Základním principem laserového skeneru je prostorová polární metoda. K určení souřadnic bodu je třeba znát délku průvodiče (r) a dva prostorové úhly ( θ ,ϕ ). Souřadnice se pak vypočtou podle vzorce:

x = r ⋅ sin θ ⋅ cosϕ y = r ⋅ sin θ ⋅ sin ϕ z = r ⋅ cosθ Jinou variantou určení polohy bodu je měření ze základny o známé délce a k ní přilehlých úhlů.

Obr. č.4: Schematické znázornění prostorové polární metody

14

Na rozdíl od klasické geodézie jsou takto určené body v pravidelných krocích a získává se tak velké množství bodů, tzv. mračno bodů. Pro zlepšení orientace je zde možnost odlišit body barvou, podle toho jaká byla intenzita přijatého signálu při měření délek.

Obr. č.5: Mračno bodů – Maiselova synagoga

Oproti tradičním geodetickým metodám se jedná o metodu neselektivní a bezkontaktní. Je proto třeba dobře promyslet stanoviska, ze kterých bude měření prováděno. Charakterizujícím rysem laserového skenování je přesnost, vysoká hustota měřených bodů, krátká doba pořízení velkého množství dat a vysoká automatizace zpracování měřených dat.

Obr. č.6: Rozdíl mezi geodetickým měřením (vlevo) a skenováním (vpravo) 15

Z toho zcela jasně vyplývají přínosy laserového skenování, kterými jsou: přesné zaměření současného stavu, významné zkrácení práce v terénu, měření mohou probíhat za plného provozu, eliminace chybných nebo nepřesných měření, 3D modelování, rychlé zpracování digitálních modelů terénů a další. Za limitující faktory se můžeme stále ještě považovat pořizovací cena přístroje a softwaru, a to i přes skutečnost, že je metoda laserového skenování stále populárnější. Za další nevýhodu můžeme být považována i značná obtížnost a pracnost vyhodnocení zaměřených dat.

2.6. Vlivy působící na laserové skenování Nejdůležitější vliv na přesnost měření má přesnost určení vzdálenosti a přesnost určení úhlů. Pokud je skenovaný objekt určen z více mračen, které jsou spojovány přes vlícovací body, má vliv na přesnost zpracování určení přesnosti těchto bodů. Mezi vlivy působící na množství vráceného signálu patří geometrie měřeného objektu a vliv povrchu měřeného objektu. Nejvhodnější je difúzní objekt s vysokou odrazivostí, což je světlý materiál s drsným povrchem.

2.7. Postup zpracování měření laserového skenování Před samotným zaměřením probíhá rekognoskace zájmového objektu, předběžně se volí vhodné rozmístění stanovisek pro skenování. Výběr stanovisek bývá ovlivněn možnostmi přístroje, zejména pak dosahem a zorným polem. Vhodné je využít k rozhodování o rozmístění stanovisek měření i dřívější dokumentaci skenovaného objektu, existuje-li. Během měřických prací jsou veškeré měřené hodnoty ukládány do paměti počítače k dalšímu zpracování. Výsledkem měřické činnosti je mračno bodů. Vzhledem k tomu, že skener bývá obvykle umístěn a orientován obecně, musí se provést transformace bodů do požadovaného souřadnicového systému. Tento problém se řeší obdobně jako ve fotogrammetrii, kdy na skenovaný objekt se vhodně umístí několik vlícovacích bodů o známých souřadnicích v požadovaném souřadnicovém systému, které byly určeny 16

např. měřením totální stanicí. Spojovací body pak umožňují spojit několik skenů k sobě. Spojovací body by měly být rozmístěny tak, aby pokryly celou překrytovou část skenů, nejlépe polohově i výškově. Je třeba se vyhnout situaci, kdy by body ležely pouze v jedné rovině. Na místě se také zkontroluje, jestli vlícovací body byly správně naskenované, případně se doskenují s větší hustotou. Díky znalosti souřadnic vlícovacích bodů se může provést prostorová transformace. Pokud je k dispozici nadbytečný počet vlícovacích bodů, dochází k vyrovnání. V případě více skenů se postupuje stejným způsobem. Po dokončení transformace následuje filtrace dat, očištění dat a šumu nebo jen redukce objemu dat na základě nastavení nějakého filtru. Dále se jednotlivé části mračna bodů aproximují, buď jednoduchými geometrickými útvary, nebo přímkovými segmenty jako jsou linie, křivky a kruhové oblouky. Při použití pouze přímkových segmentů se mluví o drátovém modelu. Náročnějším zpracováním je modelování, při jehož tvorbě se využívá geometrických primitiv, jakými jsou např.: koule, kvádr, kužel.... Jedná se o nejnáročnější část zpracování. Další možností vyhodnocení je pospojovat body trojúhelníkovou sítí a vytvořit tzv. mesh Takto vytvořený model umožňuje další zpracování, především vizualizaci, která umožňuje přiřazování různých textur nebo virtuální prohlížení. Tento model tedy hlavně zlepšuje orientaci v daném objektu.

2.8. Bezpečnost práce Laser, jako elektronický zesilovač elektromagnetického záření, je zdrojem velmi intenzivního monochromatického, téměř rovnoběžného záření. Pomocí spojné čočky lze paprsek soustředit do velmi malého prostoru. Zářivá energie, která vystupuje z laseru, je soustředěna do velmi krátkého časového okamžiku. Vzniká záření s vysokou hustotou zářivého toku a energie. Hrozí proto poškození sítnice oka. Ochranu zdraví usnadňuje roztřídění laserů do tříd podle stupně nebezpečnosti jejich záření. V České Republice je pro práci s lasery vydána Směrnice č. 61 ministerstva zdravotnictví ČSR z roku 1982. Kromě této směrnice existuje technická norma ČSN EN 60 825 a nařízení vlády č. 480/2000 Sb. O ochraně zdraví před neionizujícím zářením. Kapitola 2 vychází z těchto zdrojů: [4]

17

METODY DOKUMENTACE PAMÁTKOVÝCH OBJEKTŮ

3. METODY DOKUMENTACE PAMÁTKOVÝCH OBJEKTŮ 3.1. Základní pojmy


Crystal Eyes – technologie digitální stereofotogrammetrie, která funguje na základě aktivních brýlí. Mezi skly jsou tekuté krystaly, přičemž na monitor se vysílá levý a pravý snímek spolu s informací, který snímek je právě zobrazen. Vysílá-li se levý snímek, je uzavřena průchodnost do pravého oka, obdobně pro pravý snímek. Pokud je frekvence změny vysoká, dosahuje tedy hodnoty alespoň 25 Hz, vnímá tuto změnu lidské oko jako stereovjem.

3.2. Zaměření pomocí laserových skenovacích systémů Památkáři potřebují ke své práci získat informace nejen o současném stavu památky, ale vyžadují i informace o konstrukčních pracích nutných pro opravu či rekonstrukci. Je tedy potřeba poskytnout více informací než by požadovaly běžné prováděné práce. Pokud se k zaměření architektonických památek využije 3D laserové skenery, získají se tak podklady v měřítku 1:1. Mezi další přednosti se řadí přesné zaznamenání tvaru linií. Historické budovy velmi často nemají zřetelné všechny linie, rohy a tvary. Tím se dosáhne vytvoření kvalitního digitálního 3D modelu. Dále laserové skenování umožňuje archivovat rozsáhlé soubory dat, které mohou být v budoucnosti neprodleně využity pro další práci s objektem. Oproti klasickým geodetickým metodám se získává velké množství dat za krátkou dobu. Objekt bývá měřen z více stanovisek a sloučen v jedno mračno bodů. Celé mračno je tak v jednotném souřadnicovém systému.

18

3.2.1. Dokumentace ve formě mračna bodů Tento výstup je stále populárnější. Zejména díky své časové nenáročnosti. Zpracování dat může trvat jen několik desítek minut. Ani případné očištění od částí, které nejsou objektem zájmu, nemusí trvat příliš dlouho. Pokud je mračno dostatečně husté, získává tím zadavatel výstup s dostatečnou vypovídající hodnotou. Výstup ve formě mračna bodů můžeme například vylepšit stínováním. Díky stínování dojde ke zlepšení prostorového vjemu. I přesto je v detailech nedostačující pro spolehlivý výběr prostorových bodů. Při této formě dokumentace je však vhodné zadavateli umožnit přístup k mračnu bodů. Tím mohou být různé aplikace jako např.: Cyclone, RiSCAN, 3Dipsos,… Nevýhoda této formy dokumentace spočívá v ceně těchto softwarů. Ceny softwarů jsou poměrně vysoké. Běžné grafické softwary jako AutoCad a Microstation neumožňovaly načtení tak ohromného množství bodů a bylo pro ně potřeba nadstaveb např.: CloudWorx.

3.2.1.1. Stereoskopické zobrazení Tato metoda odstraňuje jak problémy neprostorovosti detailů, tak i nutnost výběru bodu přímo z mračna. Navíc tento způsob vyhodnocení nevyžaduje tak vysokou hustotu mračna jako předchozí metoda. Za nevýhodné se u této metody považuje velká časová náročnost.

3.2.1.2. Ortopohled Princip metody spočívá v definování roviny. Obvykle je tato rovina volena rovnoběžně s fasádou. Mračno je pak natočeno kolmo na tuto rovinu a zobrazeno v ortogonálním pohledu.

19

3.2.2. Vyhotovení trojúhelníkové sítě Na mračně bodů se za pomoci softwaru vygeneruje trojúhelníková síť. Takto vygenerovaná síť obvykle nesplňuje přesně naše požadavky a je tedy nutné ji na některých místech ručně zeditovat, např. opravením chybných trojúhelníků nebo zaplněním děr. Takto vytvořenou síť je možné vystínovat. Při práci s trojúhelníkovou sítí neztrácí zhotovitel prostorový vjem ani při přiblížení a reprezentaci rovinných tvarů stačí nižší počet prvků. Je také možné používat textury. Navíc některé softwary jsou schopny redukovat trojúhelníky, tak aby byla zachována dostatečná geometrie prvků, např. hran.

3.2.3. Použití geometrických primitiv Vymodelování daného objektu pomocí geometrických primitiv můžeme považovat za jeden z nejpreciznějších způsobů vyhodnocení mračna bodů. Útvary jsou prokládány metodou nejmenších čtverců a eliminuje se vliv náhodných odchylek podrobných bodů. Poloha útvarů je tak z matematického hlediska optimální. Tato dokumentace je navíc nenáročná na objem dat. Za nevýhodu se považuje velká časová náročnost.

3.3. Metody fotogrammetrické Fotogrametrie patří mezi další oblíbené metody, které se využívají k vyhodnocování historických památek. Pro získávání měřických snímků se v dnešní době nejvíce používá měřických i neměřických digitálních komor. Podle použité komory se pak dále rozhoduje i o technologii vyhodnocení.

3.3.1. Jednosnímková fotogrammetrie Jednosnímková fotogrammetrie je jedna z

nejstarších a nejpoužívanějších

fotogrammetrických metod. Jedná se vlastně o vztah dvou rovin. Vše, co není přesně v rovině, se ovlivňuje radiálním posunem, který je způsoben středovým promítáním a

20

prostorovým členěním objektu. Matematicky lze danou skutečnost vyjádřit kolineární (projektivní) transformací. X =

a1 ⋅ x + a 2 ⋅ y + a 3 c1 ⋅ x + c 2 ⋅ y + 1

Y=

b1 ⋅ x + b2 ⋅ y + b3 c1 ⋅ x + c 2 ⋅ y + 1

Řešením rovnic je celkem 8 neznámých. Z toho plyne, že minimální počet vlícovacích bodů je 4. Přesto není doporučeno používat právě minimální počet, protože chybí kontrola. Na vlícovacích bodech vycházejí nulové střední chyby. Pokud se provádí kolineární transformace na 4 body, chyba u budovy se jistě pozná, ale chyba zkreslení fotoplánu již tak zřejmá není. Jednosnímkovou fotogrammetrii tedy není vhodné používat u objektů, které jsou hloubkově členité. Při dokumentaci památkových objektů není příliš dobré používat dlouhoohniskové kamery, jelikož mají jen malé zorné pole. Největší uplatnění nachází tato metoda při vyhodnocování fasád domů, fresek nebo archeologických nalezišť.

3.3.2. Stereofotogrammetrie Tato metoda využívá binokulárního přímého měření snímkových souřadnic. Vyhodnocení se provádí na digitálních nebo analytických přístrojích, dříve byly obvyklé analogové přístroje. Pro kvalitní vyhodnocení se dbá na vhodnou délku základny. Digitální vyhodnocení využívá stereoskopů, polarizačních přístrojů nebo metody Crystal Eyes. Na analytických přístrojích se provádí relativní i absolutní orientace. Při pohybu měřické značky se ve skutečnosti pohybují snímky nepřímo přes procesor počítače. Model je tedy v počítači pouze simulován. Při vyhodnocení se měří snímkové souřadnice podrobných bodů, procesoru se vlastně zadávají modelové souřadnice a následně se vypočítají geodetické souřadnice, které jsou běžně exportovány do programů jako AutoCad a Microstation.

21

3.3.3. Digitální průseková fotogrammetrie V případě průsekové fotogrammetrie se vlastně jedná o úlohu protínání vpřed z úhlů. Řeší se prostřednictvím vyhotovení měřických snímků s dostatečným překryvem tak, aby bylo možné identifikovat spojovací body. Snímky se zhotovují z dostatečně dlouhé základny tak, aby byl úhel protnutí vhodný. Délka základny se může určit pomocí rovnice: b =

1 ⋅ y , kde y představuje průměrnou vzdálenost stanoviska fotografování od 3

objektu. V následujícím kroku se musí geodeticky zaměřit dostatečný počet vlícovacích bodů. Minimální počet, který umožňuje transformaci do geodetického systému, je sedm veličin, například dva body o všech třech souřadnicích a alespoň jedna dobře identifikovatelná vzdálenost. Obvykle se ale zaměřuje 6-10 vlícovacích bodů o třech souřadnicích. Vhodnou veličinou ale může být i dobře změřená délka. Nutná podmínka je změření spojovacích bodů na snímku, které slouží k vytvoření modelu. Výpočet pak probíhá na základě fotogrammetrických rovnic. Porovnání průsekové fotogrammetrie a laserového skenování může být značně obtížné. Velkou roli hraje použitý skenovací systém. Obecně se může říci, že obě metody jsou srovnatelně přesné i časově náročné. Platí to ovšem jen v případech fasád, které obsahují jednoduché plochy. U průsekové fotogrammetrie lze vyzdvihnout kratší dobu sběru dat, levnější software i vybavení oproti laserovému skenování. Vyplývá z toho, že je přeci jen výhodnější. Avšak laserové skenování se považuje za metodu univerzálnější.

3.4. Metody geodetické Pokud by se historická budova zaměřila jen za pomoci geodetických metod, byl by to úkol značně náročný. Nejprve by se muselo důkladně promyslet, které body měřit, tak aby bylo možné vystihnout průběh hran a jednotlivé tvary památky. Jednalo by se o velké množství bodů, které by bylo nutné zaměřit. Částečně by práci usnadnilo použití pasivního odrazu, ale i přesto by zaměření bylo pracné. Navíc při použití bezhranolového měření délek se jen těžko určuje přesnost této metody. Takto měřená 22

délka bývá ovlivněna nenulovou šířkou laserového svazku a není koaxiální se záměrnou přímkou přístroje. Použití geodetických metod bývá nezbytností i u ostatních metod: fotogrammetrické, laserové skenování. Nejčastěji tuto metodu využíváme k zaměření půdorysu interiéru nebo jednodušších fasád. Díky běžnému používání totálních stanic, patří mezi nejrozšířenější geodetické metody používané k dokumentaci architektonických památek polární metoda. Lze se setkat ale i s kontrolními a konstrukčními oměrnými. V dnešní době již bývá měření klasickým pásmem nahrazováno spíše ručními laserovými dálkoměry s pasivním odrazem, které jsou známy pod názvem DISTO. K určení souřadnic stanoviska se také využije metody protínání zpět a protínání z délek. Kapitola 3 vychází z těchto zdrojů: [4] , [6] , [7] , [8] , [9]

23

POUŽITÉ PŘÍSTROJE A SOFTWARE

4. POUŽITÉ PŘÍSTROJE A SOFTWARE 4.1. Leica HDS3000 Data byla pořízena přístrojem Leica HDS 3000 (High Definition Surveying) viz obrázek č.7. Tento skenovací systém se řadí mezi skenery polární panoramatické 3D. Jeho předchůdcem byl HDS2500, také známý pod názvem Cyrax 2500. Měřící systém se skládá z vlastního laserového skeneru, notebooku se softwarem Cyclon, kabely, elektrickým zdrojem a sadou odrazných terčů. Zorné pole skeneru HDS3000 je vodorovné rovině 360° a ve svislé rovině pak 270°. Pro měření délek využívá pulsní technologii a řadí se do bezpečnostní třídy 3R podle IEC 608A5-1. Dosah je uváděn výrobcem až 134m při odrazivosti 18% s polohovou přesností 6mm. Avšak optimální vzdálenost se nachází v rozmezí 1-100m. Rychlost skenování se uvádí až 1800 bodů/s. Přesnost měření úhlů je 3.6 mgon. Samotných měřických prací jsem se neúčastnila, data ke zpracování mi byla poskytnuta vedoucím diplomové práce Ing. Bronislavem Koskou, Ph.D.

Obr. č.7: Leica HDS3000

24

Terče od firmy Leica Geosystem HDS jsou speciální terče určené k signalizaci vlícovacích, spojovacích bodů. Software Cyclone je dokáže automaticky detekovat během měření. Jsou vhodné zejména díky své vysoké odrazivosti navíc hlavní cílová modrá část terče má jinou odrazivost než světlá reflexní část. Lze se setkat s rovinnými nebo polokulovými. Dále se rozdělují na nalepovací nebo magnetické.

Obr. č.8: Odrazné terče HDS, polokulový (vlevo), rovinný (vpravo) Podkapitola 4.1. vychází z těchto zdrojů: [4], [5]

4.2. Software Leica Cyclone 4.2.1. Základní pojmy pro práci se softwarem Leica Cyclone


Database – jedná se o soubor s příponou IMP, který obsahuje veškeré informace o projektu, soubor naměřených dat. Každá databáze může obsahovat několik projektů.




Project – jedná se jednotlivé projekty v databázi, slouží k ukládání skenovaných dat.




ScanWorld – složka v rámci projektu, která slouží k ukládání jednotlivých mračen bodů pořízených z jednoho stanoviska nebo k ukládání jednotlivých pohledů skeneru.




ModelSpace – obsahuje prvky, jejich geometrii a informace o jejich uložení. 25




ModelSpace View – souhrn nastavení použitých pro daný ModelSpace, ze kterého byl vytvořen. Pomocí ModelSpace View lze data v ModelSpace prohlížet a manipulovat s nimi.

Cyclone je jedním z velmi oblíbených softwarů sloužících ke zpracování 3D mračna bodů v zeměměřictví, inženýrské geodézii a technologických aplikacích, jelikož umožňuje řadu možností a pracovních postupů v projektech laserového skenování. Cyclone má netradiční avšak efektivní databázové řazení, které zlepšuje práci se skenovacími projekty. Umožňuje více uživatelům pracovat na jedné databázi. Tím jsou uživatelé ušetřeni zbytečného kopírování a přemisťování objemných souborů. Cyclone se skládá z několika různých samostatných softwarových modulů. Mezi nejvýznamnější pak patří:


Cyclone-SCAN: umožňuje uživatelské nastavení laserových skenerů. Je zde možnost definování hustoty a rozsahu skenování, filtrování dat, dávkové skenování, …. Dochází tím k usnadnění získání mračna bodů. Pokud je skener vybaven kompenzátorem, lze provádět některé geodetické metody, mezi které patří určení stanoviska a orientace nebo určení polygonových pořadů.




Cyclone_REGISTER: umožňuje rychle a přesně orientovat mračna bodů, která byla pořízena z různých stanovisek. To se dá provést buď za pomoci odrazných terčů, které poslouží k umístění mračna do souřadnicového systému nebo jen pomocí vzájemných překrytů, při kterých nejsou potřeba ani terče.




Cyclone _MODEL: umožňuje vytvořit 3D objekty z mračna bodů a dále je exportovat do CAD a jiných aplikací. Umožňuje i opačný import. Kromě vytváření 3D objektů, vytváří i trojúhelníkové sítě.




Cyclone-SERVER: poskytuje přístup k mračnu bodů více osobám současně. Podporuje současné připojení od jednoho do deseti uživatelů na jeden server v síti




Cyclone-SURVEY: umožňuje geodetům snadno vektorizovat liniové prvky a získat souřadnice z mračna bodů. Nástroje podporují topografické modely, tvorbu trojúhelníkových sítí. Jedná se vlastně o podmnožinu modulu CycloneMODEL. 26




Cyclone-VIEWER: tento prohlížeč umožňuje vizualizaci dat na počítači bez licence, dovoluje sdílet databáze s ostatními uživateli. Také obsahuje základní ovládací prvky jako je rotace, zoom , posun a to nejen s mračnem bodů, ale i s vymodelovanými objekty.

Podkapitola 4.2. vychází z těchto zdrojů: [12]

4.3. Nadstavba CloudWorx pro Microstation Jedná se o nadstavbu vhodnou pro CAD aplikace, jakými jsou například Microstation nebo AutoCad. Využívá technologii Cyclone. Umožňuje snadno zobrazit husté mračno bodů ve výkresech a navíc je možné mračno vizualizovat pomocí nástrojů typických pro tyto aplikace jako je oblouk, křivka, úsečka. CloudWorx tedy vytváří přesné projekty, které mohou sloužit jako podklad k posouzení stávajícího stavu a budoucího projektu. Pro zlepšení práce lze importovat jednotlivé části mračna nebo mračno skrýt ohradou. Při některé části vyhodnocení se oceňuje i schopnost redukce bodů v mračnu. Další z vlastností usnadňující práci je tvorba řezů v daném místě. Výstupem mohou být jak 2D, tak 3D výkresy. Při zpracování lze využít přiřazení mračnu různé povrchy. Podkapitola 4.3. vychází z těchto zdrojů: [11]

4.4. Software Microstation MicroStation patří mezi základní softwarové CAD platformy pro geodety, architekty, projektanty…. Je vyvíjen firmou Bentley a umožňuje práci jak v rovině, tak i v prostoru. Základní užívací formát je DGN, který prodělal významnou změnu. Tento nový formát odstraňuje předchozí zkostnatělost a umožňuje práci i s jinými formáty jako je DWG nebo DXF. DWG data zpracovává MicroStation V8 XM na stejné úrovni jako samotný AutoCAD, a to včetně grafických elementů, hladin, pohledů a rozvržení. MicroStation V8 XM umožňuje pracovat s informacemi na vyšší úrovni. Z toho hlediska nachází uplatnění hlavně při výměně dat a jejich opakovaném použití.

27

Microstation V8 XM nemá žádná omezení v počtu vrstev, liniových, textových a kótovacích stylech. Dále pak šetří přenosovou kapacitu sítě a požadavky na ukládací prostor. Užitečným nástrojem je kontrola výkresů z hlediska použití správných vrstev, liniových, textových a kótovacích stylů. Používání buněk se nesetkává s žádným omezením. Buňky mohou být vytvářeny v různých pracovních jednotkách, knihovny mohou obsahovat jak 2D, tak 3D buňky. Výsledné výstupy pak mohou být i ve formě obrázků ve formátech BMP nebo JPEG a animace jsou pak ve formátu AVI. Další zlepšení se nachází ve správě změn výkresu. Počet operací, které při práci mohu opravovat (vrátit zpět) je dán jen volným místem na disku. Tato vlastnost značně snižuje možnost náhodného ztracení dat. Každý DGN soubor má vlastní historii, která zaznamenává vývoj výkresu. To umožňuje rozčlenění podle změn a následně se vrátit k předcházejícímu stavu. Do Microstationu lze vložit i nové prvky - ve výkresovém formátu nebo v rastrovém. Takovýchto souborů může obsahovat několik. Opět jsou podporovány jak 2D, tak 3D modely. Podkapitola 4.4. vychází z těchto zdrojů: [10]

28

LEICA CYCLONE 5.6

5. LEICA CYCLONE 5.6 Program Leica Cyclone 5.6 je produktem společnosti Leica Geosystems. Jedná se o software, který bývá nejvíce využíván pro zpracování 3D mračna bodů. Umožňuje zpracování dat v databázích. Skládá se z několika samostatných softwarových modulů pro různé přizpůsobení systému. Práce s programem Cyclone se rozděluje na dvě samostatné části. V jedné je strukturované rozdělení databáze a v druhé části probíhá vizualizace a zpracování. Jsou zde zobrazeny nástroje a další možnosti Cyclone. Program Cyclone umožňuje kromě dobré vizualizace mračna bodů také vyhotovení kresby v rovině. Jedná se o intuitivní práci, a proto se v programu dá poměrně rychle zorientovat.

5.1. Základní ovládání První fází této práce bylo importování poskytnuté databáze synagogy.imp do programu Cyclone.

Následně proběhlo zjisťování základních funkcí, potřebných

k běžnému ovládání. - View Mode → posun: pravé tlačítko a současný pohyb myši → otočení: levé tlačítko a současný pohyb myši → zoom: obě tlačítka a současný pohyb myši - Pick Mode → výběr jednoho prvku - Multi-Pick Mode → výběr více prvků najednou - Seek Mode → definuje bod otočení, posunu nebo zvětšení - Fence → ohrada - Hide Point Clouds → skrývání a zobrazování mračna - Cloud Density Reduction → nastavení hustoty zobrazeného mračna - Perspective, Ortographic → perspektivní, ortogonální pohled

29

Před započetím všech vyhodnocovacích prací, bylo potřeba vyřešit problém nedostačujícího zobrazení mračna bodů. Tento deficit se odstranil za pomoci nastavení výkresu v programu Cyclone:  Edit → Preferences → Point Cloud

Obr. č.9: Nastavení hustoty mračna - Cyclone

Tyto vlastnosti umožňují vhodné nastavení prostředí Cyclone. Dovolují nastavit maximální počet zobrazovaných bodů. Takto definované hodnoty lze ponechat i pro další otevírání výkresu, pokud jsou uloženy pomocí Defaults.

30

5.1.1. Výřez kreslené části Vzhledem k velikosti daného objektu a potřebě vyhotovit dokumentaci každé strany synagogy zvlášť, je velmi výhodné vytvořit nový ModelSpace View. V každém ModelSpace může být vytvořeno několik ModelSpace View. Výřez se vyhotoví funkcí Fence a měl by být vyhotoven i s částí interiéru, aby bylo možné lépe vyhotovit tzv. ortopohled. V ortopohledu je zobrazen řez, který je veden zhruba středem synagogy, prvky stěny, objekty nacházející se uvnitř objektu (respektive v jeho půlce). Druhá půlka je pak vyhodnocována při vektorizaci protilehlé stěny. Jednotlivé pohledové vrstvy jsou odlišené různým typem a tloušťkou čar, respektující technickou normu ČSN 01 3420 Výkresy pozemních staveb – Kreslení výkresů stavební části.  Fence → Copy Fenced to New ModelSpace Pokud je potřeba přemístit jednotlivá mračna či jen část mračna z různých ModelSpace do jednoho, stačí jen:  Fence → Select Fenced → Copy → Paste (v ModelSpace, do kterého se potřebuje umístit vybrané mračno) Další užitečná funkce, která ušetří řadu kopírování mračen a vytváření nových ModelSpaces je Limit Box. Pomocí této funkce se může velmi rychle upravovat viditelná oblast mračna. Objekty nacházející se mimo Limit Box nejsou zobrazovány. Při použití Limit Box jsou zachovány veškeré funkce a nástroje programu Cyclone. Po zrušení Limit Box se objeví celé původní mračno.  View → Set Limit Box by Fencing/ Set Limit Box by Cursor

31

Obr. č.10: Výběru funkcí Fence

Obr. č.11: Zobrazení pomocí Limit Box

5.2. Nastavení základní roviny Před začátkem samotné vektorizace je důležité co nejlépe zvolit základní rovinu, ve které bude kresba probíhat. Rovinu je třeba proložit co největším množstvím bodů, které charakterizují vyhodnocovanou stěnu a leží v jedné rovině – viz obrázek č.12. Před konečným nastavením roviny se zkontroluje pohled shora. Vybrané množiny bodů určené k proložení roviny musí skutečně ležet v jedné pohledové rovině. V případě této synagogy lze vidět, že některé stěny nejen že nejsou dokonale svislé, ale jsou i jinak deformované. Horní a dolní části mají různou odchylku od svislice, proto se k výběru proložení roviny vybere horní nebo dolní část – nechá se na uvážení zpracovatele. Já jsem volila horní část a to z toho důvodu, že v horní části objektu byly množiny bodů lépe rozmístěné a zabíraly větší plochu prokládané roviny. Vytvoření a nastavení roviny: Při vytváření roviny se nastaví v ModelSpace View ortogonální pohled!  Fence (vybere se plocha) → Selection Segment Clouds → Cut by Fence

→ Select All → Edit Objekt →

Stejný postup se zopakuje i při výběru dalších množin bodů a pak se dále postupuje:  Vyberou se jednotlivé množiny bodů pomocí Multi-Pick Mode  Fit to Cloud → Patch 32

 Tools → Reference Plane → Set on Object  Tools → Reference Plane → Align View to Active Plane

Obr. č.12: Vybrané množiny bodů pro tvorbu roviny

Obr. č.13: Proložení roviny stěnou

Obr. č.14: Vytvořená rovina – z horní části

5.3. Vektorizace Po nastavení roviny je vše připravené k vektorizaci. Aby se s již nastaveným pohledem omylem nepohnulo, zablokuje se možnost otáčení mračna příkazem:  Viewpoint → View Lock → Rotate

33

Zobrazená rovina kresby by práci znesnadňovala, proto se raději převede do jiné vrstvy a následně se zvolí možnost nezobrazovat. Při práci s vrstami lze nadefinovat i další nové vrstvy, které se využijí při vektorizaci - vrstva pro řez, kresbu stěny, pro kresbu prvků nacházejících se před stěnou a podobně. Rozdělení do vrstev usnadňuje pozdější práci v Microstationu.  View → Layers

- viditelnost - výběr vrstev - přiřazení barev

Obr. č.15: Správce vrstev Cyclone

Přiřazení prvku do vrstvy: Prvek se označí Pick Modem, vybere se, do které vrstvy se prvek řadí a potvrdí se tlačítkem Assign. Odstranění se provádí obdobně jen s tlačítkem Delete. Nastavení aktivní vrstvy se provede příkazem Set Current. Kreslicí nástroje se získají klepnutím pravého tlačítka myši v základní liště, kde se pak zvolí Drawing Tools.

Obr. č.16: Kreslicí nástroje Cyclone

34

- Draw Line – kreslí úsečku - Draw Polyline – kreslí linii - Draw Square – kreslí čtverec - Draw Rectangle – kreslí obdélník - Draw Isometric Polygon – kreslí pravidelný n-úhelník - Draw Polygon – kreslí n-úhelník - Draw Text – umožňuje vkládat text - Draw Arc – kreslí různé typy oblouku - Draw Circle – kreslí různé typy kružnic - Draw Elipse – kreslí elipsu - Draw Cubic Spline – kreslí křivku - Draw Cubic Spline Loop – kreslí uzavřenou křivku - Edit Drawing Parametrs – umožňuje editovat kreslicí parametry, tloušťku čáry a barvu Pokud je během vektorizace potřeba přikopírovat část mračna bodů, stačí jen:  Fence (vybírat potřebnou část) → Ctrl+c → Ctrl+v (v okně, ve kterém se mračno bodů požaduje) Kopírování již vyhotovené kresby z jednoho ModelSpace View do druhého ModelSpace View, který obsahuje část mračna bodů, se považuje za nepraktické. Postup kopírování kresby je sice obdobný jako v případě kopírování mračna bodů ke kresbě, avšak v tomto případě se kopírovaná kresba zobrazí malá oproti mračnu bodů a nelze ji nijak natočit, zvětšit velikost a transformovat. Proto se tento postup nedá použít. Během vektorizace se velmi často potřebuje změnit pohled, posunout ho a pokračovat v již započaté kresbě. V programu Cyclone je toto řešení trochu problematické. Je-li zapnuta jedna z kreslicích metod, musí se přepnout na View Mode, pak opět zvolit předchozí kreslicí metodu. Zobrazí se ikona vyzývající buď k přerušení, nebo pokračování kresby. Zvolí se tedy Keep a následně je nutné vrátit se do posledního kresleného bodu. Pak se může vektorizovat dál.

35

5.4. Tvorba prostorových linií v softwaru Leica Cyclone Výše uvedené kreslicí módy umožňují jen kresbu v rovině. Při vyhodnocování objektu se lze setkat s řadou nepřehledných míst. Některé kreslené linie se totiž vzájemně překrývají a různě zabíhají pod sebe. Je proto nutno si tuto nepřehlednou situaci pomocí Fence zobrazit v novém ModelSpace a vytvořit si útlý řez v nepřehledné situaci. Zde se vybere několik význačných bodů, kterými se linie povede dále. Viz obr. č. 18. Problematická část se rozdělí na jednotlivé útlé řezy. Pak se již jednoduše pomocí Multi-Pick vyznačí průběh linie a těmito body se linie proloží.  Create Object → From Pick Points → Line Segment, Polyline…

Obr. č.17: Příprava k tvorbě prostorové linie (vlevo), Obr. č.18: Volba kresby linie (vpravo)

Pak je potřeba vytvořenou linii exportovat zpět do původního ModelSpace. To se provede takto:  File → Launch → Update Original ModelSpace Kresba z programu Cyclone nevypadá pěkně graficky a ani neodpovídá nárokům na stavební dokumentaci, kde je potřeba různých druhů čar, kótování či umístění tabulek, proto se musí exportovat hotový výkres ze Cyclone do Microstationu. Export dat se provede:  File → Export → COE Formát a vyplní se název 36

MICROSTATION XM

6. MICROSTATION XM Microstation je vyspělý grafický program umožňující kvalitní vyhodnocení. Má řadu jedinečných funkcí potřebných k vytvoření kvalitních výstupů. Stejně jako ostatní CAD aplikace ani Microstation nepostrádá možnost vizualizace a práce ve 3D.

6.1. Microstation 2D Práce v programu Microstation byla až druhou fází po skončení vektorizace mračna v softwaru Cyclone.

Vyexportovaný výkres ve formátu COE

posloužil jen jako

podklad. Ke správnému načtení se musí nejprve založit nový výkres ve formátu 3D. Nastaví se základní prostředí výkresu jako například správné jednotky. Do takto připraveného se může začít importovat COE formát.  Utilities → MDL Applications → COEIN → Load Z původního výkresu vytvořeného v programu Cyclone zůstane jen rozřazení do vrstev. Ovšem barvy nezůstanou zachovány. Dále se práce s kresbou omezí na jedno okno (např.: View 1). Kresba ze Cyclone se zobrazí v požadovaném pohledu (zleva, zepředu…). K nastavení pohledů slouží funkce Rotate View. Zkontroluje se, jestli nedošlo ke stranové záměně, podle mračna bodů v Cyclonu. Pak už stačí jen toto okno exportovat do 2D. To se provede následovně:  File → Export → 2D → zvolí se export okna s nastaveným pohledem V případě, že se COE Format otevře rovnou ve výkresu 2D Microstationu, pak se zobrazí pouze v podobě pohledu shora jako jedna spojitá linie, se kterou nelze manipulovat. Proto je potřeba zachovat výše uvedený postup. V rovinném výkresu, který se v Microstationu takto vytvořil, se kresba ze Cyclone překreslí již s využitím nástrojů a funkcí Microstationu. Pro optimalizaci práce se opět

37

využije možnosti rozčlenění do vrstev. Ve vrstvě se rovnou určí i požadovaná tloušťka čar a její barva. Nastavení vrstev:  Setting → Levels → Manager → New Level Převedenou kresbu ze Cyclone do Microstationu nelze jednoduše editovat, protože prvky ze Cyclone mají omezenou možnost oprav a ani automatické vyhlazení linií není možné. Kresbu je nutno znovu celou nakreslit v prostředí Microstationu. Právě větší možnosti Microstationu dovolují některé zvektorizované složitější prvky rozkopírovat. Dále se výkres okótuje. Ve výkresu se nachází dva typy kót. Jednak jsou to kóty výškové, jednak jsou to polohové kóty, které slouží ke kótování jednotlivých objektů nacházejících se ve výkresu. Výškové kóty jsou relativní a jsou vztaženy k určitému místu (nejnižší místo v řezu výkresu). Pokud kresba byla vyhotovena v Cyclonu 2D kreslicími módy, jejich exportem do Microstationu se kresba, a tím pádem ani její rozměry či vzdálenosti mezi jednotlivými prvky, nemění. To se dá jednoduše zkontrolovat odměřením vzdáleností v obou vyhodnocovacích softwarech. Během zpracování se velmi často zjistí chybějící část kresby. Je tedy třeba ji v programu Cyclone dokreslit. Pak provést celou proceduru vyexportování do 2D Microstionu znova. Takto dodělaný výkres se pak referenčně připojí a chybějící část dodělá.  File → Reference → Tools → Attach → připojíme chtěný DGN výkres Ačkoliv některé části synagogy byly naskenovány hustěji, jemné detaily přesto nelze z laserového skenování vyhodnotit. V případě, že jsou k dispozici fotografie, raději se k vyhodnocení oltáře využije fotogrammetrická metoda. I přes to jsem si k výkresu připojila print screen udělaný z virtuálního videa, který lze najít na internetu. Bohužel tento sken byl různě deformovaný a sloužil spíše jen informativně.  File → Raster Manager → File → Attache → připojí se chtěný obrázek

38

Některé části synagogy jsou hodně ozdobné a členité, všechny tyto členitosti nemůže kresba vystihnout. Byla by příliš nepřehledná, proto se volí vytvoření příčných řezů, aby se dostatečně znázornil skutečný stav oblasti. Použije se stejný pracovní postup jako u samotné vektorizace celé stěny. Bohužel linie mohou být tak malé, že při exportu do Microstationu (3D) vznikne jen jedna nespojitá linie. Muselo se tedy použít nadstavby CloudWorx (viz kapitola 6.2. Microstation 3D) a pomocí ní a transformace rastrů detaily vytvořit.

6.2. Microstation 3D Jedním z dalších cílů této diplomové práce bylo i vyzkoušení si práce v prostoru a to pomocí nadstavby CloudWorx, která umožňuje načtení mračna bodů do Microstationu. CloudWorx se zavede pomocí MDL Aplikací, obdobně jako v případě formátu COE. V tomto případě se objeví celá nová záložka Applications umožňující práci s mračnem. Nejprve je nutné si mračno načíst. To se provede takto: Applications → CloudWorx → Import ModelSpace View Následně se nám objeví tabulka viz obr. č.19:, ve které se zvolí jednotky a ModelSpace View, který se požaduje. To je celkem výhodné, nemusí se totiž pracovat s celým velkým mračnem, ale v programu Cyclone se může vytvořit nový ModelSpace View, vhodný k práci (jedna stěna, okno…).

Obr. č.19: Výběr ModelSpace View – Microstation - CloudWorx 39

Kromě nové záložky v okně Microstionu přibydou ještě pracovní nástroje CloudWorx: CloudWorx Menu, CloudWorx Standard, CloudWorx Menu, CloudWorx Rendering, CloudWorx Clipping.

6.2.1. Nejdůležitější ovládací prvky nadstavby CloudWorx - Point Cpoud On/Off – vypínání/zapínání mračna - Open CloudWorx Project - umožňuje otvírat projekt ve formátu CWPRJ - Regenerate Cloud Point – znovunačtení mračna bodů - Point Density Off – ruší snížení hustoty mračna, vrátí ho do původní největší hustoty - Point Density Level 1,2,3,4 - jednotlivá škála zobrazení hustoty mračna, 4 je nejméně husté mračno

Přepínání mezi pravoúhlými a polárními souřadnicemi se provede v AccuDraw mezerníkem. Běžné kreslicí a ovládací prvky zůstávají stejné jako při práci bez nadstavby.

6.2.2. Kresba ve 3D Po importování ModelSpace View je třeba nadefinovat pomocný souřadnicový systém pro rovinu stěny, která se chce vyhodnocovat. K tomu se využijí hodnoty normály z již vytvořené plochy v programu Cyclone. Informace o rovině se získají tak, že se nejprve označí rovina v Cyclone a pak se dá Object Info. Viz Obr č.20:

40

Obr. č.20: Informace o rovině

Normála tedy představuje jednu osu pomocného souřadnicového systému. Druhá se dopočte pomocí bodu roviny a této normály. Třetí osa se doplní tak, aby systém byl pravoúhlý. Pro usnadnění se tento systém vykreslí pomocí funkce Line. Pak už se jen tento pomocný souřadnicový systém nastaví.  Utilities → Auxiliary Coordinates → Define ACS (by Points) (Počátek pro jižní stěnu pomocného souřadnicového systému nabýval těchto hodnot: X=-1003.801 m; Y=-1995.496 m; Z= 199.315 m) Problémem se stala samotná vektorizace. Přestože byl nadefinovaný pomocný souřadnicový systém, kresba neudržela aktivní hloubku roviny a tím linie vybíhaly do prostoru. Nastavení a udržení aktivní hloubky lze nastavit pomocí:  Rotation View → 3 Points Zde je potřeba dávat pozor na volené body, aby opravdu ležely v rovině. Nevýhodou je, že takto zvolené body zdaleka nevystihují celou stěnu. Navíc je třeba tyto body

41

označit, aby se při změně pohledu nevybraly jiné body. Další zásadní problém je i mizení mračna bodů během vektorizace. Zajímavostí vektorizace je fungování automatického nájezdu na body, který se doporučuje raději vypnout. Například při použití funkce měření vzdáleností se nájezd na body mračna nechytá. Při samotné vektorizaci ano, ale obvykle na nevhodné a nechtěné body.

42

HISTORIE

7. HISTORIE MAISELOVY SYNAGOGY Maiselovu synagogu můžeme navštívit v Židovské obci, která se nachází v Praze. V okolí synagogy se nachází dalších pět synagog včetně Starého židovského hřbitova.

Obr.č.21: Maiselova Synagoga, [13 ]

43

Obr. č.21: Poloha synagogy,[1]

Mordechaj Maisel (1528-1601) byl významnou osobností české židovské komunity. Zasloužil se o její velký rozvoj.

Financoval řadu staveb, např.: školu, špitál,

chudobinec, tři synagogy, dláždění veřejného prostranství židovského ghetta. Byl to vzdělaný člověk a zdatný obchodník a finančník. Jeho služeb využíval i samotný císař Rudolf II. Odměnou za tyto služby mu byla řada privilégií a také mu byla udělena korouhev, kterou můžeme dnes vidět právě v Maiselově synagoze. Ve svých dvaašedesáti letech koupil Maisel prázdný pozemek, tzv. pustku a nechal na ní postavit vlastní svatostánek. Tak vznikla největší a nejhonosnější synagoga v tehdejší době. Stavitelem byl Juda Goldshmied-Coref de Herz, který navrhl na svou dobu neobvyklou renesanční trojlodní budovu s výraznými gotizujícími rysy. Vedením stavby byl pak pověřen Josef Wahl. Rozlehlá synagoga byla vystavěna na dvaceti sloupech s postranními loděmi, které sloužily k modlitbám pro ženy. V té době se jednalo o ne zcela obvyklý jev. Najdeme zde sbírku synagogálního stříbra, zlacený stříbrný pohár, který podle pověsti patřil rabínu Löwovi. Ve vitrínách jsou pak uloženy dokumenty o postavení židovských obyvatel. Zrovnoprávnění židovského obyvatelstva nastalo až za Josefa II, tolerančním patentem. Můžeme zde také nalézt dlužní úpis z roku 1378, na kterém je ručitelem Jan Žižka z Trocnova.

44

V roce 1689 synagoga zcela vyhořela a při obnově byla zkrácena jen na 14 pilířů a provedena v barokním stylu. Během druhé světové války nacisté shromažďovali do synagogy velké množství uměleckých předmětů. Objevovalo se zde kolem 6000 uměleckých předmětů z ostatních 153 českých a moravských synagog. Sbírka byla v roce 1950 přenechána Státnímu židovskému muzeu, které později v Maiselově synagoze představovalo stálou expozici Stříbro českých synagog. V 60. letech 20. století proběhla rekonstrukce interiéru a následně proběhla celková oprava v letech 90. V současné době je v synagoze stálá expozice Židovského muzea Dějiny Židů v Čechách a na Moravě od 10. do 18. století. Kapitola 7 vychází z těchto zdrojů: [2],[3]

45

ZHODNOCENÍ DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ A PRÁCE

8. ZHODNOCENÍ DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ A PRÁCE Program Cyclone je velmi efektivní co se týče zobrazování mračna. Práce s mračnem je ve srovnání s ostatními softwary lehce zvladatelná a ovládání Cyclonu je velmi intuitivní. Ocenila jsem i snadnost vytváření roviny, včetně možnosti vypsání jejich atributů. K vektorizaci se mi však Cyclone příliš vhodný nejeví. Není zde možnost napojování na již nakreslenou linii, postrádám vyhlazování linie a oříznutí prvku. Editace již nakreslené linie je značně omezená. Kresba v Cyclonu ve 3D je velmi pracná a i zde má Cyclone své rezervy. Program Cyclone umožňuje spolupracovat i s ostatními grafickými aplikacemi jako je AutoCad a Microstation. Využívá k tomu nadstaveb CloudWorx a COE. V Grafických programech se pak snadno zedituje a dodělá kresba. Pokud jsou navíc používány ke kresbě 2D kreslicí prvky, transformací se přenášené informace nemění. Vzdálenosti nabývají stejných hodnot jako v programu Cyclone. Je zachováno i rozřazení do vrstev, se kterými je možno dále manipulovat. Jen se ztratí informace o barvě. Celá kresba má jedinou barvu. Při práci se softwarem Cyclone jsem se ještě setkala s problémem kopírování kresby. Kresbu jsem chtěla zkopírovat do jiného ModelSpace View (chyběla mi část mračna). Takto zkopírovaná kresba však byla velmi malá a Cyclone neumožňuje její zvětšení. Tento problém bylo možno vyřešit opačným postupem, kdy jsem přikopírovala chybějící část mračna. Od původního plánu, vyhotovit celou Maiselovu synagogu jako 3D model v Microstationu XM, jsem nakonec upustila, jelikož vektorizace mračna se potýkala s řadou problémů. Ačkoliv jsem nadefinovala pomocný souřadnicový systém, ve kterém měla vektorizace probíhat, kresba neměla všude stejnou hloubku a nebyla tedy kreslena ve chtěné rovině. Navíc nastavení pomocného souřadnicového systému jsem musela částečně dopočítat pomocí normály roviny, kterou mi vypíše Cyclone a bodu nacházejícího se v této rovině. Nastavit stejnou aktivní hloubku se mi nakonec podařilo 46

pomocí nastavení pohledu třemi body. Otázkou však je, jak správně zvolit tyto tři body a pokud změním pohled, jak se vrátit k původnímu nastavení této roviny. Řešením by mohlo být označení bodů, které byly zvoleny k definování roviny. Hlavním, pro mě neřešitelným problémem, se tedy stalo mizení mračna při použití veškerých kreslicích funkcí. Dále bylo občas třeba zopakovat načítání ModelSpace View, aby se mračno zobrazilo v plné velikosti, ale to byl jen nepatrný detail. Během práce bylo dobré mít vypnutou funkci automatického chytání na bod, protože i přes pečlivé přiblížení byl vybrán zcela jiný bod a práce tím byla komplikovanější. Pro práci v rovině považuji Microstation za velmi propracovaný a nesetkala jsem se s žádným problémem. Spíše bych jen podotkla, že některé detaily synagogy byly naskenovány hustěji a mohly být podrobněji vykresleny např. vzory zábradlí, oltář. Ačkoliv oltář měl větší hustotu bodů, nebylo jeho vyhodnocení úplně ideální. Pro něj bych spíše využila fotogrammetrické vyhodnocení. Bohužel jsem neměla jeho fotografie. Vzhledem k tomu, že se jedná o objekt starý, není vše pravidelné ani přesně kolmé a rovnoběžné. Toto můžeme zřetelně vidět zejména v horní části výkresů, které jsou přílohou této diplomové práce, kde jsou linie velmi křivé, začínají a končí v různých výškách. Bylo tedy třeba se zamyslet i u výškového kótování. Základní bod výškového kótování, kterému jsem přiřadila nulu, je umístěn v nejnižším místě spodní linie řezu ve výkresu č.1. Mluvím o nejnižším bodě z toho důvodu, že linie spodního řezu má v různých místech různou výšku. Tuto zvolenou nulovou výšku jsem si pak přenesla i do ostatních výkresů a od ní jsem kótovala. Ve výkresech kromě relativních výškových kót nalezneme i polohové kóty. Vzhledem ke značné členitosti budovy byly některé linie generalizovány kvůli přehlednosti výkresu a byly u nich vytvořeny vertikální řezy. Tyto řezy jsem chtěla obdobně vektorizovat v programu Cyclone stejně jako při vyhotovení celé stěny. Bohužel se jednalo o tak malé linie, které při exportu do Microstationu (3D) splynuly v jednu nespojitou linii. Nakonec jsem tedy použila nadstavby CloudWorx a práci s rastry, abych řezy vytvořila. Zajímalo mě, zda-li se se stejnými problémy jako má Microstation při použití nadstavby CloudWorx, potýká i AutoCad. Stejně jako v případě Microstationu se při 47

zavedení nadstavby CloudWorx objevila nová záložka, která ale nabízí mnohem více možností oproti té v Microstationu. Je hodně podobná nabídce jakou má program Cyclone. Rovina je možné definovat přímo přes tři body (vytvořením plošky), ploška je vidět a není tedy problém se k ní vrátit. Navíc při prokládání roviny je vypsána největší hodnota odchylky bodu od proložené roviny. Tuto maximální hodnotu si mohu nastavit podle vlastního uvážení, na překročení povolené hodnoty jsem upozorněna. Možná je jen škoda, že oproti programu Cyclone, může být plocha vytvořena pouze z jedné plošky ne z více jako je ukázáno na obr. č.11. Mračno během vektorizace mi zůstávalo, tím bych tedy vyloučila nedostačující grafickou kartu počítače, na kterém jsem synagogu vyhodnocovala. Co se týče práce ve 2D považuji AutoCad a Microstation srovnatelné aplikace. Jak je tedy vidět, existuje řada softwarů a možností jak historické památky vyhodnocovat. Můžeme si tedy položit několik otázek. Máme respektovat nebo idealizovat skutečnost? Případně jaká je mezní hodnota, při které jsme ochotni kresbu idealizovat a při které budeme kreslit skutečnost? V případě, kdy se při vytváření 3D projektu rozhodnu pro respektování stavby, vzniká řada dalších problémů k zamyšlení. Když stěnou proložím plochu a zjistím, že není svislá, jak na vytvořenou plochu dále napojit další? Jak vytvořit plochu z vlnitých částí? Takových to otázek během práce vzniká mnoho a záleží na účelu využití práce a na zhotoviteli, jak je vyhodnotí. Proto jsou jistě cenné i historické či architektonické znalosti a jistý cit zhotovitele pro tuto práci.

48

ZÁVĚR

9. ZÁVĚR Díky této práci jsem se seznámila s problematikou laserového skenování. Seznámila se s několika softwary a jejich nadstavbami, které umožňují práci s mračnem bodů. Získala zkušenosti s vyhodnocováním historických objektů. Zaobírala se i různými možnostmi vyhodnocení. Vyhodnocení historických památek je jen z části exaktní vědou, část vyhodnocení je spíše intuitivní a záleží na citu, možná i historických znalostech zhotovitele. Ačkoliv je vyhodnocení mračna bodů značně pracné, jedná se o zajímavou práci. Navíc podrobné mračno dodává i komplexnější informace a možnost pro další využití. Na žádost objednavatele mohou být snadno dodělány mobilní objekty interiéru např.: závěsné lustry, skříně, vykresleny mozaiky dveří či vzory na dveřích. Myslím, že pro stavební práce na místě objektu jsou lepší 2D výkresy. Projektant, který má snadný přístup k počítači a plánuje případnou rekonstrukci, spíše ocení 3D model. Ačkoliv jsem zvyklá na práci se softwarem Microstation, pokud bych měla možnost výběru softwaru pro tvorbu 3D, volila bych AutoCad, který má přeci jen lepší schopnost práce s mračnem bodů.

49

SEZNAM OBRÁZKŮ

10. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. č.1: Elektronické měření délek …………………………………………………...12 Obr. č. 2: Schéma optického měření délek …………………………………………….12 Obr. č.3: Kamerový a panoramatický skener ………………………………………….13 Obr. č.4: Schematické znázornění prostorové polární metody ………………………...14 Obr. č.5: Mračno bodů – Maiselova synagoga ………………………………………...15 Obr. č.6: Rozdíl mezi geodetickým měřením (vlevo) a skenováním (vpravo) ………..15 Obr. č.7: Leica HDS3000 ……………………………………………………………...24 Obr. č.8: Odrazné terče HDS, polokulový (vlevo), rovinný (vpravo) …………………25 Obr. č.9: Nastavení hustoty mračna – Cyclone ………………………………………..30 Obr. č.10: Výběru funkcí Fence ……………………………………………………….32 Obr. č.11: Zobrazení pomocí Limit Box ……………………………………………….32 Obr. č.12: Vybrané množiny bodů pro tvorbu roviny …………………………………33 Obr. č.13: Proložení roviny stěnou …………………………………………………….33 Obr. č.14: Vytvořená rovina – z horní části …………………………………………...33 Obr. č.15: Správce vrstev Cyclone …………………………………………………….34 Obr. č.16: Kreslicí nástroje Cyclone …………………………………………………..34 Obr. č.17: Příprava k tvorbě prostorové linie (vlevo) ………………………………….36 Obr. č.18: Volba kresby linie (vpravo) ………………………………………………...36 Obr. č.19: Výběr ModelSpace View – Microstation – CloudWorx …………………...39 Obr. č.20: Informace o rovině …………………………………………………………41 50

Obr. č.21: Maiselova Synagoga, [13 ] ……………………………………………………….43 Obr. č.22 : Poloha synagogy,[1] ……………………………………………………………...44

51

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

11. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Mapy.cz [online]. 1999 [cit. 2011-12-04]. Maiselova synagoga. Dostupné z WWW: . [2] Www.ceskatelevize.cz [online]. 1999 [cit. 2011-12-04]. Maiselova synagoga. Dostupné z WWW: . [3] Www.praguewelcome.cz [online]. 2011 [cit. 2011-12-04]. Maiselova synagoga. Dostupné z WWW: . [4] KAŠPAR, Milan, POSPÍŠIL, Jiří, ŠTRONER, Martin, KŘEMEN, Tomáš, TEJKAL, Miloš. Laserové skenovací systémy ve stavebnictví. Hradec Králové : Vega s.r.o., 203. 111 s. [5] Hds.leica-geosystems.com[online]. 2011 [cit. 2011-11-10]. Leica HDS3000.Dostupné z WWW: . [6] KOSKA, Bronislav, Tomáš KŘEMEN a Jiří POSPÍŠIL. Dokumentace architektonických památek s využitím laserového skenování. Sborník přednášek-45. Brno: ECON publishing, s. 34-43. Dostupné z: http://k154.fsv.cvut.cz/~koska/publikace/soubory/2009_45_GID_koska.pdf [7] PAVELKA, Karel. Fotogrammetrie 20. Praha: ČVUT, 2003. ISBN 80-01-02762-7 [8] KOSKA, Bronislav, Tomáš KŘEMEN a Jiří POSPÍŠIL. Využití laserového skenování k dokumentaci stavebních památek. Stavební obzor, 2010, 19(1),s.19-24. ISSN 1210-4027. Dostupné z: http://k154.fsv.cvut.cz/~koska/publikace/soubory/2010_so_koska.pdf [9] PAVELKA, Karel. Fotogrammetrie 10. Praha: ČVUT, 1998. [10] Www.geoserver.cz[online]. 1999 [cit. 2011-12-06]. Microstation V8. Dostupné z: http://www.geoserver.cz/geodeticky-software/microstation_v8_cena_na_vyzadani-452 [11] Www.gefos-leica.cz[online]. [cit. 2011-12-07]. CloudWorx. Dostupné z: http://www.gefos-leica.cz/public/img/produkty/laseroveskenery/3d/cloudworx/cloudworx_microstation_us.pdf 52

[12] Www.gefos-leica.cz[online].. [cit. 2011-12-07]. GEFOS-Cyclone. Dostupné z: http://www.gefos-leica.cz/cz/leica/produktyl/84/cyclone [13 ] Maps.google.cz [online]. [cit. 2011-12-01]. Maiselova synagoga. Dostupné z: http://maps.google.cz/maps/place?oe=utf-8&rls=org.mozilla:cs:official&client=firefoxa&um=1&ie=UTF8&q=maiselova+synagoga&fb=1&gl=cz&hq=maiselova+synagoga&cid=27909616500 42543327

53

PŘÍLOHY

12. PŘÍLOHY

1. Výkres č.1. - Maiselova synagoga,jižní pohled 2. Výkres č.2. – Maiselova synagoga,východní pohled - oltář 3. Výkres č.3. - Maiselova synagoga, severní pohled 4. Výkres č.4. - Maiselova synagoga, západní pohled 5. CD

54