POROVNÁNÍ METOD TVORBY 3D MODELU COMPARISON OF METHODS OF 3D MODEL

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV GEODÉZIE FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF GEODESY

POROVNÁNÍ METOD TVORBY 3D MODELU COMPARISON OF METHODS OF 3D MODEL

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

MARTIN BALÁK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2015

doc. Ing. VLASTIMIL HANZL, CSc.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště

B3646 Geodézie a kartografie Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3646R003 Geodézie a kartografie Ústav geodézie

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student

Martin Balák

Název

Porovnání metod tvorby 3D modelu

Vedoucí bakalářské práce

doc. Ing. Vlastimil Hanzl, CSc.

Datum zadání bakalářské práce

30. 11. 2014

Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne 30. 11. 2014

29. 5. 2015

............................................. doc. RNDr. Miloslav Švec, CSc. Vedoucí ústavu

................................................... prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT

Podklady a literatura Hanzl V.: Fotogrammetrie, učební text, VUT v Brně, 2006 Zásady pro vypracování Vyhotovte 3D model zadaného objektu v areálu fakulty fotogrammetrickou metodou a z mračna bodů z laserového skenování. Porovnejte zadané metody z různých hledisek. Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují).

............................................. doc. Ing. Vlastimil Hanzl, CSc. Vedoucí bakalářské práce

Abstrakt Bakalářská práce se zabývá vyhotovením 3D modelu různými metodami a různými druhy zpracování. Bakalářská práce popisuje postup tvorby modelu v softwaru Photomodeler a Autodesk 123D – Catch. Důležitou částí je porovnání přesnosti fotogrammetrického vyhodnocení. Dalším faktorem hodnocení je časová náročnost. Na závěr se práce věnuje celkovému zhodnocení zpracování.

Klíčová slova 3D model, fotogrammetrie, laser scanner, Photomodeler, 123D – Catch

Abstract This bachelor thesis is about 3D modelling by using different methods and different types of processing. It describes the process of creating a model in Photomodeler software and Autodesk 123D – Catch software. A major part of the thesis focuses on comparing accuracy of the photogrammetric evaluation. Another factor used to compare the different techniques is how time – consuming it is. The final chapter is devoted to the overall evaluation of the techniques.

Keywords 3D model, photogrammetry, laser scanner, Photomodeler, 123D – Catch

Bibliografická citace VŠKP Martin Balák Porovnání metod tvorby 3D modelu. Brno, 2015. 34 s., 0 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav geodézie. Vedoucí práce doc. Ing. Vlastimil Hanzl, CSc.

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a uvedl jsem všechny použité informační zdroje.

V Brně dne 30. 4. 2015

……………………………………………………… podpis autora Balák Martin

Poděkování: Chci poděkovat vedoucímu práce doc. Ing. Vlastimilu Hanzlovi, CSc. za cenné rady v průběhu zpracování bakalářské práce a také svým spolužákům a rodině za pomoc a podporu při zpracování.

OBSAH 1 Úvod .............................................................................................................................................. 10 1.1 Blízká fotogrammetrie ............................................................................................................ 10 1.2 Laserové skenování ............................................................................................................... 10 2 Snímkování a zaměření ................................................................................................................ 11 2.1 Lokalita ................................................................................................................................... 11 2.2 Použité přístroje ..................................................................................................................... 11 2.3 Zaměření ................................................................................................................................ 12 2.3.1 Výběr bodů na objektu.................................................................................................... 12 2.3.2 Měřičská síť .................................................................................................................... 13 2.4 Přesnost blízké fotogrammetrie ............................................................................................. 13 2.5 Snímkování objektu ............................................................................................................... 14 3 Tvorba modelu v Autodesk 123D – Catch .................................................................................... 15 3.1 Aplikace firmy Autodesk ........................................................................................................ 15 3.1.1 Návod na snímání .......................................................................................................... 15 3.2 Ovládání programu ................................................................................................................ 16 3.2.1 Úvodní obrazovka ........................................................................................................... 16 3.2.2 Ovládání programu ......................................................................................................... 18 3.2.3 Volba kvality ................................................................................................................... 19 3.2.4 Transformace ................................................................................................................. 20 3.2.5 Export ............................................................................................................................. 20 4 Tvorba modelu vE Photomodeleru................................................................................................ 21 4.1 Kalibrace kamery ................................................................................................................... 21 4.2 Založení projektu ................................................................................................................... 22 4.3 Manuální vyhodnocování ....................................................................................................... 23 4.4 Transformace ......................................................................................................................... 23 4.5 Export ..................................................................................................................................... 23 5 Porovnání ...................................................................................................................................... 24 5.1 Testování kvalitativní ............................................................................................................. 24 5.1.1 Testování odchylky 123D – Catch .................................................................................. 25 5.1.2 Testování odchylky Photomodeler ................................................................................. 26 5.2 Porovnání časové náročnosti ................................................................................................ 27 5.2.1 Časová náročnost zpracování v 123D – Catch .............................................................. 27 5.2.2 Časová náročnost zpracování ve Photomodeleru ......................................................... 28 6 Závěr ............................................................................................................................................. 29 6.1 Zhodnocení Autodesk 123D – Catch ..................................................................................... 29 6.2 Zhodnocení Photomodeleru .................................................................................................. 30 6.3 Zhodnocení laserové skenování ............................................................................................ 30

Seznam použitých zdrojů ................................................................................................................. 31 Seznam použitých zkratek ............................................................................................................... 32 Seznam použitých obrázků a tabulek .............................................................................................. 33 Seznam použitých obrázků .......................................................................................................... 33 Seznam použitých tabulek ........................................................................................................... 33 Seznam příloh .................................................................................................................................. 34

1 ÚVOD Cílem bakalářské práce je vyzkoušet a porovnat metody tvorby 3D modelu na altánku za budovou C v areálu fakulty stavební VUT. 3D model bude vytvořen dvěma způsoby a následně porovnán z několika hledisek, jako jsou časová náročnost, uživatelská náročnost a dosažená kvalita.

1.1 Blízká fotogrammetrie Pozemní neboli blízká fotogrammetrie se uplatňuje v šírokém spektru oborů. Ve stavebnictví ji najdeme při dokumentaci fasád, meření deformací, ve strojírenství při měření částí výrobků, v pamatkové péči při dokumentaci památek a v podkladech pro jejich opravu, v archeologii při mapování nálezů, medicíně a kriminalistice. Výhodou fotogrammetrie je, že se jedná o bezkontaktní metodu sběru dat a zpracování probíhá v kanceláři. Nevýhodou je však závislost na počasí a světelných podmínkách při snímkování. (Hanzl, 2006)

1.2 Laserové skenování Tato metoda patří k novým progresivním technologiím vyvinutým v 90. letech minulého století. Je zapotřebí laserového scanneru, který rozmetá laserové paprsky pomocí rotujícího hranolu nebo zrcadla. Jde o záznam prostorových polárních souřadnic (vodorovný, výškový úhel a vzdálenost) získávané v pravidelném úhlovém kroku. Vzhledem k počtu zaměřených bodů mluvíme o mračnu bodů. Mračno bodů je pak pomocí lícovacích bodů transformováno do geodetického souřadnicového systému pomocí prostorové podobnostní transformace. (Hanzl, 2006) Přesnost měření laserových dat pomocí přístroje Faro focus 3D je ± 2 mm pro délky do 25 m (FARO, 2011)

10

2 SNÍMKOVÁNÍ A ZAMĚŘENÍ 2.1 Lokalita Objektem pro mé testování byl vybrán altánek v areálu VUT fakulty stavební za budovou C. Objekt byl vybrán z důvodu existence naměřených dat laserovým skenováním, který jsem využil jako podklad pro testování metod. Altánek vznikl při celkové rekonstrukci areálu fakulty stavební ukončené v roce 2013.

Obr. č. 1 Fotografie altánku v areálu Fast Obr. č. 2 Vyznačení polohy altánku (Google, 2015)

2.2 Použité přístroje Pro snímkování jsem zvolil neměřickou komoru Olympus pen PL3. Výhodu tohoto fotoaparátu je možnost výměny objektivů. K fotoaparátu jsem přidal objektiv M – Zuiko 14 mm, který má pevné ohnisko a dobrou světelnost F/1,8. Fografováno bylo z fotografického stativu a za pomocí drátové spouště.

Obr. č. 3 Olympus PEN pl3 + M- Zuiko 14 mm (Corp.,

11

2015)

Pro zaměření rozměru budovy jsem zvolil totální stanici Topcon GPT3003 v.č. 4D0509 v kombinaci s odrazným hranolem Topcon a stativem Zeiss. Pro kontrolní měření bylo využito pásmo na vidlici 30 m x 12,5 mm.

Obr. č. 4 Topcon GPT3003 (Maytracdiakio)

2.3 Zaměření Před samotným snímkováním je dobré si objekt prohlédnout, vybrat a stabilizovat vlicovací body a následně určit jejich souřadnice. Vlicovací body potřebujeme k určení prvků vnitřní orientace X ,Y , Z ,Ω,Φ,Κ, m.. Pro výpočet je dostačující znát dva úplné vlicovací body (všechny tři souřadnice) a jeden výškový (pouze jedna souřadnice). 2.3.1 Výběr bodů na objektu Vlicovací body je potřeba zvolit takové body na objektu, které jednoznačně určíme na snímcích. Vlicovací body jsem signalizoval papírovými terči. Celkem jsem zvolil čtyři vlicovací body, které jsem z důvodu dobré viditelnosti umístil na rohy objektu.

12

2.3.2 Měřičská síť Jako pomocnou měřičskou síť jsem zvolil 3 body okolo objektu a stabilizoval měřičskými hřeby. Směr místního souřadnicového systému byl vložen do stran stěn objektu. Polární metodou jsem zaměřil terče na rozích objektu. Každý terč byl měřen minimálně ze dvou stanovisek. Výpočet souřadnic vlicovacích bodů a bodů pomocné měřičské sítě proběhl v programu Groma 10. Kontrolní oměrné míry jsem zaměřil pásmem. Tabulka 1 Kontrolní oměrné míry

Vzdálenost ze souřadnic

Oměrná

Rozdíl

6,531

6,543

-0,012

6,532

6,530

+0,002

6,540

6,535

+0,005

6,531

6,538

-0,007

2.4 Přesnost blízké fotogrammetrie Přesnost určení souřadnic v blízké fotogrammetrii závisí na několika faktorech, jedním z nich je měřítko snímku. Větší měřítko znamená větší přesnost. Měřítko snímku je dáno konstantou kamery (ohniskovou vzdáleností) a vzdáleností projekčního centra od objektu. Dalšími důležitými faktory ovlivňující přesnost je rozmístění vlicovacích bodů a geometrie snímkování. (Hanzl, 2006)

13

2.5 Snímkování objektu Snímkování jsem provedl výše zmíněnou kamerou a pomůckami. Snímky jsem pořizoval v manuálním režimu na předem nastavené parametry (clona, citlivost snímače, čas a zaostření). Při fotografování se musí dodržet několik zásad. Pro ostré snímky i při delší expozici je dobré použít fotografický stativ v kombinaci se samospouští nebo dálkovým ovládáním. Objektiv je dobré mít zaostřen na nekonečno nebo na konkrétní vzdálenost po celou dobu fotografování, aby se neměnily prvky vnitřní orientace. Pro vyvážení rozložení světla na snímku je dobré nastavit clonu objektivu na více než 2/3 jeho rozsahu. Aby nám nevznikal obrazový šum v tmavých místech fotky, je dobré nastavit ISO do první třetiny rozsahu fotoaparátu. (Boháč, 2012) Snímkování jsem provedl přibližně po kružnici kolem objektu v jedné snímkové řadě. Nasnímáno bylo celkem 43 snímků. Úhel mezi snímky je v průměru 7,6°. Počet a rozmístění snímků jsem volil podle návodu k programu 123D – Catch. (Autodesk, 2015) Pro vyhodnocení v programu Photomodeler stačí výrazně méně snímků.

14

3 TVORBA MODELU V AUTODESK 123D – CATCH 3.1 Aplikace firmy Autodesk Firma Autodesk vytvořila sadu aplikací 123D pro 3D modelování a 3D tisk. Aplikace mají velmi uživatelsky přívětivé prostředí, jsou vytvořeny pro širokou veřejnost. Aplikace jsou nabízeny pro nekomerční použití zdarma. 123D – Catch

Generování 3D modelu z fotek.

123D – Design

Vše pro 3D modelování na počítači.

123D – Ciruts

Aplikace pro navrhování elektroniky.

123D – Make

Vytváření 3D puzzlí a skládaček z 3D modelů.

123D – Sculpt

3D modelování na tabletu.

Meshmixer

Úprava, spojování a kombinování 3D modelů

Tinkerplay

Aplikace pro výrobu 3D hraček

(Autodesk, 2015)

Dále se budeme věnovat aplikaci 123D – Catch, která automaticky zpracovává fotografie a vytváří 3D model. Program funguje automaticky na základě obrazové korelace. Výpočty se provádí na vzdáleném serveru. (Autodesk, 2015)

3.1.1 Návod na snímání Program vyžaduje snímkování s překryvem 90 – 95%, optimální je fotografování po kružnici okolo objektu. Je důležité, aby všechny místa na snímku byly dobře zobrazené na snímku. (Autodesk, 2015)

15

3.2 Ovládání programu 3.2.1 Úvodní obrazovka Po spuštění programu se nám objeví úvodní obrazovka.

Obr. č. 5 Úvodní obrazovka

Úvodní obrazovka se dělí do 2 částí. V horní části se nachází tři tlačítka: „Create a New Capture“ pro vytvoření nového 3D modelu. „Open an Existing Capture“ pro otevření existujícího modelu. „Create an Empty Project“ pro vytvoření prázdného projektu. V dolní části se nachází miniatury posledních otevřených projektů (Recent files) a odkazy na video tutoriály, jak s programem pracovat (Videos).

16

Po stisknutí tlačítka Create a New Capture se otevře okno pro nahrávání fotografií. Po stisknutí tlačítka select photos vybereme vhodné fotografie. Pro zpracování jsem vybral 43 fotografií.

Obr. č. 6 Rozložení snímků okolo objektu

Fotografie je možné nahrávat ve formátu .jpg, .jpeg a .tiff. Po výběru snímku stiskneme tlačítko pro odeslání Create Project. Následuje proces kde se nahrávájí snímky na server. Tam pomocí obrazové korelace probíhá automatická orientace snímků, následně automatizovaný proces generování 3D bodového mračna a z něj zasíťování modelu 3D trojúhelníkovou sítí. Nakonec je modelu přidána textura a je stažen do počítače. (Boháč, 2012)

17

3.2.2 Ovládání programu Po stáhnutí modelu se nám automaticky otevře program a načte se právě zpracovaný model. Nahoře máme základní ovládací lištu pro práci s modelem.

Obr. č. 7 Ovládací lišta

Popis tlačítek: výběr prvků obdelníkem výběr prvků lasem posun pohledů po obrazovce přiblížení a oddálení (lze použít kolečko myši) otáčení pohledu uzamknutí pohledu na snímek vytvoření animace nahrání animace na webový portál Youtube.com tvorba bodů, linií, vytvoření měřítka a orientace modelu volba kvality modelu (více kapitola 3.2.3) nastavení viditelnosti vrstev a prvků

18

3.2.3 Volba kvality Program nabízí tři stupně kvality vyhodnocení. Stupně kvality se liší počtem vyhodnocených bodů a trojúhelníků. Nejnižší stupeň „Mobile“ má použití pro prohlížení modelu na mobilních telefonech nebo tabletech. Kvalita standard je pro menší předměty dostačující. Nejvyšší kvalita „Maximum“ se požívá pro lepší zachycení detailů a pro větší předměty. Pro vyhodnocení objektu jsem zvolil nejvyšší kvality. (123D_Catch_tutorial) Tabulka 2 Příklad stupňů kvality (123D_Catch_tutorial)

Počet trojúhelníků

Velikost souboru

Mobile

29 962

2.04 MB

Standart

112 503

5.41 MB

Maximum

372 459

25.90 MB

Obr. č. 8 Příklad stupňů kvality (123D_Catch_tutorial)

19

3.2.4 Transformace Program nabízí pouze jednu možnost transformace a to zadáním známé délky a druhého směru souřadnicového systému. Pomocí podobnostní transformace je možná transformace pouze do místního souřadnicového systému. Prvně si pomocí funkce „Create refence point“ vytvoříme 3 vlicovací body. Pomocí funkce „Define refernce distance“ mezi dvěma body zadáme délku a tím určíme měřítko modelu. Vložení směrů dvou os mezi 3 body dosáhneme orientace modelu v prostoru. 3.2.5 Export Na závěr je možné provést export 3D modelu. Protože firma Autodesk předpokládá využití dalších produktů Autodesk, jsou v nabídce pouze formáty: DXF, FBX, OBJ. První dva formáty vyvinula firma Autodesk poslední formát je obecný.

20

4 TVORBA MODELU VE PHOTOMODELERU Photomodeler je software pro blízkou fotogrammetrii, sloužící pro modelování ze snímků. Program je určen pro spousty oborů včetně geodezie. První verze programu vyšla v roce 1994, dnes je dostupná patnáctá verze s názvem PhotoModeler 2015.

4.1 Kalibrace kamery Photomodeler nabízí možnost samokalibrace na základě přirozených automaticky vyhodnocených bodů (SmartPoints) nebo přesnější metodu, a to kalibrace na kódové terče. Pro geodetické účely se doporučuje použít přesnější metody. Pro kalibraci na kódové terče jsem si z programu Photomodeler vytisknul kódové značky na papíry A4. Na každém listu bylo 6 kódových značek. Na 16 papírů se vešlo 96 značek, které jsem rozložil na pevné rovné zemi přibližně do čtverce 2 x 2 m. Aby se papíry nevlnily a nehýbaly, přilepil jsem je lepící páskou.

Obr. č. 9 Kódové terče

Fotografování kalibračních listů jsem udělal ze 4 stran pod svislým úhlem cca 45° ve třech polohách fotoaparátu (horizontálně, portrét nalevo, portrét napravo). Pro kalibraci jsem vyfotografoval celkem 12 fotografií. Kalibrační listy je potřeba fotit tak, aby zabíraly co nejvíce plochy na výsledném snímku. (Petřík, 2011) Po otevření programu založíme projekt pro kalibraci fotoaparátu. Nahrajeme snímky a spustíme proces výpočtu kalibračních parametrů. Po dokončení výpočtu můžeme uložit kameru přímo do programu nebo do externího souboru. Součástí je také protokol o výpočtu a jeho kvalitě. Výsledky kalibrace jsou zobrazené v tabulkce 2 a tabulce 3.

21

Tabulka 3 Výsledek kalibrace

Tabulka 4 Prvky vnitřní orientace

Celkové RMS

0.159 pixels

Konstanta komory

7,283 mm

Maximum

0.644 pixels

Souřadnice X hlavního bodu

4,277 mm

Minimum

0.174 pixels

Souřadnice Y hlavního bodu

3,320 mm

Maximum RMS

0.254 pixels

Radiální distorze K1

1,525 * 10-3

Minimum RMS

0.108 pixels

Radiální distorze K2

-1,445 * 10-5

Radiální distorze K3

0,000

Tangenciální distorze P1

7,961 * 10-4

Tangenciální distorze P2

-4,121 * 10-4

4.2 Založení projektu Po založení projektu nahrajeme všechny vybrané fotky pro zpracování. Pro vyhodnocení jsem vybral 34 vhodných snímků. Pro vyhodnocení exteriéru budovy by stačilo výrazně méně fotek, ale pro vyhodnocení vnitřních stran stěn je lepší výběr vhodných fotografií přímo při zpracování.

Obr. č. 10 Rozložení snímků okolo objektu

Dále je potřeba zadat parametry fotoaparátu. Vybral jsem z uložených fotoaparátů, kde už existují vypočítané parametry mého fotoaparátu z předchozí kalibrace. Photomodeler umožňuje automatickou orientaci mezi snímky (relativní orientace) na základě automaticky vyhodnocených bodů (SmartPoints). Po provedení této operace se otevře program s nahranými snímky. 22

4.3 Manuální vyhodnocování Na manuální vyhodnocení nám stačí pár funkcí z hlavního panelu. Fuknce „Mark Points Mode“ slouží k vytváření bodů na snímku. Pro získání prostorových souřadnic bodu musí bod být označen alespoň na dvou snímcích. K tomu nám slouží funkce „Referencing mode“, kterou se určí, jaké body na snímcích si odpovídají. Poté můžeme využít funkce „Mark Lines Mode“ pro vytváření linií. Pro vytváření ploch použijeme funkci „Path Mode“.

Nakonec si necháme automaticky vyhodnotit

texturu objektu. (Petřík, 2011)

4.4 Transformace Transformace do geodetického souřadnicového systému probíhá pomocí prostorové podobnostní transformace (tzv. absolutní orientace). Absolutní orienaci můžeme provést několika způsoby: Jedna nebo více délek a směr dvou os – stačí znát jednu délku změřenou na objektu a poté označit dva směry. Příkladem může být změření délky parapetu okna. Směr první osy vložíme do vodorovné hrany okna a druhý směr svislé hrany okna. Prostorové souřadnice (XYZ) tří nebo více bodů – transformace probíhá pomocí vlicovacích bodů. Používá se například pro transformaci do S-JTSK. Tuto variantu jsem použil, protože známe prostorové souřadnice čtyř vlicovacích bodů. Geografické souřadnice z GPS – tato varianta slouží pro umístění modelu do systému WGS84 pomocí vlicovacích bodů, které byly určeny pomocí GPS přístroje.

4.5 Export Pro export do jiných programů jsou v nabídce tyto formáty: DXF, 3DS, WRL, OBJ, TXT, STL, igs, 3dm, ma, kml, kmz, ms, csv, pts, las, fbx. Lze nastavit, co všechno se má zapsat do souboru: body, automatické body (smartPoints), linie, plochy a textury. Některé formáty podporují jenom některé z těchto prvků. Například DXF nepodporuje zápis ploch a linií. Do formátu OBJ jde zapsat vše. Do textového formátu TXT jdou zapsat pouze prostorové souřadnice bodů.

23

5 POROVNÁNÍ 5.1 Testování kvalitativní Pro testování kvality vyhotovených modelů byl zvolen software Geomagic studio 2014. Do programu jsem importoval vytvořený model v prvním případu z aplikace 123DCatch a v druhém případu z programu Photomodeler. Jako referenční model byly připojeny body pořízené laserovým skenováním a následně byly modely postupně testovány s referenčním modelem. (Šedina, 2012) Pro testování byla zvolena metoda „3D odchylka“. Odchylky jsou měřeny jako nejkratší vzdálenosti testovaného modelu od referenčního modelu (viz. obrázek č. 20). Porovnávány jsou body laserového skenování s plochami vytvořených modelů. Výsledkem je rozdílový rastr, který barevně znázorňuje velikost odchylek. (Geomagic, 2015)

Obr. č. 11 Testování

24

5.1.1 Testování odchylky 123D – Catch Program 123D – Chatch je rychlým a výkoným nástrojem pro tvorbu 3D modelu, ale na druhou stranu vytvoří spoustu chybných oblastí. Nejproblémovější oblastí je interiér, ve kterém se nacházejí dřevěné sloupy. Interiér je přesným příkladem toho, co se u tohoto objektu nedá vyhodnotit, protože je na snímcích tmavý a zakryt sloupy. Dalším problémovým místem je zábradlí, na jehož místě vznikly kupy a ostré výběžky. V některých místech sloupů jsou rohy mírně zaobleny. Výsledkem porovnání jsou dva rozdílové rastry, jeden zobrazující odchylky do 5 cm (Obr. č. 12) a druhý odchylky do 10 cm (Obr. č. 13). Vypočítaná střední souřadnicová chyba vůči laserovému skenování je mxyz = 47,5 mm.

Obr. č. 12 Rozdílový rast

Obr. č. 13 Rozdílový rast

25

5.1.2 Testování odchylky Photomodeler Photomodeler je kvalitním a vhodným nástrojem pro manuální zpracování tohoto objektu.

Zpracování

probíhá

manuálně.

Výsledný

model

byl

porovnán

s

referenčním laserovým skenováním. Výsledkem jsou dva rozdílové rastry, jeden zobrazující odchylky do 5 cm (Obr. č. 14) a druhý odchylky do 10 cm (Obr. č. 15). Vypočtená střední souřadnicová chyba je mxyz = 34,5 mm.

Obr. č. 14 Rozdílový rast

Obr. č. 15 Rozdílový rast

26

5.2 Porovnání časové náročnosti Časová náročnost pořízení snímků i zaměření se pro jednotlivé způsoby vyhodnocení nemění. Pro zpracování jsem použil stejná data pro obě metody. Nejprve probíhalo zaměření rozměru objektu, zároveň s výběrem a určením vlicovacích bodů. Časová náročnost byla 2 – 3 hodiny. Následovalo snímání objektu, několik dní jsem čekal na ideální světelné podmínky. V den, kdy se vyčasilo a byla lehká oblačnost, byly podmínky pro fotografování ideální. Světla bylo dostatek, zároveň bylo rozptýleno tak, že slunce nevrhalo ostré stíny. Samotné fotografování zabralo 1 hodinu. 5.2.1 Časová náročnost zpracování v 123D – Catch Program 123D – Catch je časově nenáročný a v první fázi nevyžaduje žádnou práci. Po nahrání fotek se model zpracovává na vzdáleném serveru, proto nijak nezatěžuje výkon počítače, který je možno využít k jiné činnosti. Po cca 30 minutách je model hotov a stažen zpět do počítače. Následuje vizuální kontrola a oříznutí okolí. Po označení vlicovacích bodů na vybraných snímcích jsem přidal délku pro určení měřítka objektu. Práce zabere 30 minut až jednu hodinu. Následuje odeslání na server, přepočítání a po půl hodině se model stáhne do počítače. Následuje export. Celkový čas nutný na vyhodnocení se pohybuje okolo 2,5 hodiny. Výhodou je, že skoro polovinu času nemusíme programu věnovat pozornost a můžeme se věnovat jiné práci.

27

5.2.2 Časová náročnost zpracování ve Photomodeleru Pro přesnější vyhodnocování musíme provést kalibraci kamery, pokud ji ještě nemáme. Kalibrace nám zabere cca 2 hodiny. Relativní orientace snímků se provede hned po nahrání pomocí Smart Points za cca 15 minut. Zpracování se poté provádí manuálně. Na snímcích se označují body a přidávají se reference. Následně se body spojí do přímek a přímky do ploch. Při práci je potřeba být pečlivý pro dodržení přesnosti. Práce s body, přímkami a plochami nám zaberou 4 hodiny a více. Absolutní orientace pomocí vlicovacích bodů nám zabere 20 minut. Následuje export modelu, který časově záleží na zvoleném formátu a výkonu počítače. Celkový čas potřebný na vyhodnocení je 6 hodin. Celý čas je potřeba v programu pracovat. Čas je úměrný velikosti a počtu detailů modelu. Tento program je časově náročnější než 123D – Catch.

28

6 ZÁVĚR Cílem bakalářské práce bylo vyzkoušet různé metody tvorby 3D modelu a porovnat jejich tvorbu. 3D model altánku byl vyhotoven fotogrammetrickými metodami. První metoda založena na automatické korelaci obrazu (automatickém vyhodnocení) byla prováděna v programu 123D – Catch. Tvorbě modelu a ovládání programu se věnuje celá kapitola 3. Druhý model byl vytvořen v programu Photomodeler 12 a to manuální fotografickou metodou. V kapitole 4 je popsán postup tvorby 3D modelu. Pátá kapitola se věnuje porovnání kvality vyhodnocených modelů a časové náročnosti.

6.1 Zhodnocení Autodesk 123D – Catch Jak se ukázalo 123D – Catch není úplně vhodným nástrojem pro vyhodnocení tohoto modelu. Důvodem je, že i při správně nastaveném fotoaprátu je interiér tmavý a špatně zobrazený na snímcích. Nevhodné je i zakrytí interiéru sloupy, proto interiér budovy není vhodné vyhodnocovat. Exteriér budovy byl vypočítán, až na některé chyby, celkem dobře. Střední souřadnicová chyba je mxyz = 47,5 mm. Přesnost vyšla nad mé očekávání vzhledem k počtu malých chyb, jako jsou výše zmíněné (str. 25) ostré výběžky nebo zaoblené rohy. Výhodou tohoto programu je, že nezatěžuje výpočtem počítač, ani uživatele časem zpracováním, zato vyžaduje připojení k internetu. V programu chybí další možnosti absolutní orientace. Orientace je možná jen pomocí délky a směru dvou os, chybí možnosti transformace pomocí vlicovacích bodů. Program 123D – Catch by se mohl stát užitečným nástrojem pro počítání kubatur, pořizování modelu památkových objektů. Jeho využití se lépe hodí při vyhotovení modelu menších objektů (soch, architektonických detailů, atd.) v kombinaci s jinou metodou.

29

6.2 Zhodnocení Photomodeleru Photomodeler je ideálním nástrojem na vyhodnocení tohoto modelu. Je to spolehlivý program, ve kterém máme jistotu ve vyhodnocených datech. Manuální vyhodnocování je kvalitní, ale s detaily modelu úměrně stoupá čas zpracování. Hodí se pro 3D modely celých budov, fasád a různých konstrukcí. Dosažená přesnost vyhodnocených ploch je vůči laserovému skenování mxyz = 34,5 mm. Přesnost vyhodnocených bodů uváděná v protokolu z Photomodeleru je mxyz = 9 mm. Rozdíl těchto přesností je způsobem zjednodušením některých ploch. Příkladem jsou členité střešní tašky, které byly zjednodušeny na plochu. Ukázkovým příkladem může být i trávník, ve kterém jsou největší odchylky v modelu.

6.3 Zhodnocení laserové skenování Laserová skenování je nejpřesnější z vybraných metod pro vytvoření 3D modelu. Metoda je velmi detailní, ovšem je zapotřebí 3D skeneru a následně velmi dobrého softwarového a hardwarového vybavení pro zpracování a následné práci s modelem. Laserové skenování bylo pro testování bráno jako bezchybné. Při detailním zkoumání ovšem bylo zjištěno mírného zašumění především v rozích. To se mohlo mírně podepsat na středních chybách testovaných modelů.

30

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

123D_Catch_tutorial.

123D_Catch_tutorial.

wikispaces.

[Online]

http://dclabs.wikispaces.asu.edu/file/view/123D+Catch_tutorial.pdf. Autodesk,

123D.

2015.

[Online]

2015.

[Citace:

28.

duben

2015.]

http://www.123dapp.com/. Boháč, Ondřej. 2012. bakalářská práce 123D CATCH - TESTOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVORBU DETAILNÍCH 3D MODELŮ. Praha : ČVUT, 2012. Corp., B & H Foto & Electronics. 2015. www.bhphotovideo.com. [Online] 9. duben

2015.

http://www.bhphotovideo.com/c/product/808139-

REG/Olympus_V205033BU000_E_PL3_Digital_Camera_with.html. FARO, Technologies Inc. 2011. FARO® FOCUS3D manual. [Online] 2011. Geomagic. 2015. návod programu Geomagic. [Online] 2015. Google. 2015. Mapy Google. [Online] 15. duben 2015. maps.google.com. Hanzl, Vlastimil. 2006. Fotogrammetrie. Brno : VUT v Brně, 2006. Maytracdiakio. [Online] [Citace: 9. duben 2015.] http://maytracdiakio.vn/toandac-dien-tu-topcon-gpt-3000ln-1.html. Petřík, Jan. 2011. bakalářská práce. Praha : ČVUT, 2011. Šedina, Jaroslav. 2012. diplomová práce. Praha : ČVUT, 2012. Živě.cz.

2013.

[Online]

11.

září

2013.

[Citace:

28.

duben

2015.]

http://www.zive.cz/clanky/autodesk-123d-takto-bude-vypadat-modelar-21-stoleti/sc-3-a170487/default.aspx.

31

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK 3D

Trojrozměrný

MSS

Místní souřadnicový systém

ISO

Citlivost snímače kamery (dříve citlivost filmu)

PMS

Pomocná měřičká síť

S-JTSK

Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální

32

SEZNAM POUŽITÝCH OBRÁZKŮ A TABULEK Seznam použitých obrázků Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č. Obr. č.

1 Fotografie altánku v areálu Fast ....................................................................................... 11 2 Vyznačení polohy altánku (Google, 2015) ...................................................................... 11 3 Olympus PEN pl3 + M- Zuiko 14 mm (Corp., 2015) .......................................................... 11 4 Topcon GPT3003 (Maytracdiakio) ................................................................................... 12 5 Úvodní obrazovka ............................................................................................................ 16 6 Rozložení snímků okolo objektu ...................................................................................... 17 7 Ovládací lišta .................................................................................................................... 18 8 Příklad stupňů kvality (123D_Catch_tutorial) ................................................................... 19 9 Kódové terče .................................................................................................................... 21 10 Rozložení snímků okolo objektu .................................................................................... 22 11 Testování ........................................................................................................................ 24 12 Rozdílový rast ................................................................................................................. 25 13 Rozdílový rast ................................................................................................................. 25 14 Rozdílový rast ................................................................................................................. 26 15 Rozdílový rast ................................................................................................................. 26

Seznam použitých tabulek Tabulka 1 Kontrolní oměrné míry ..................................................................................................... 13 Tabulka 2 Příklad stupňů kvality (123D_Catch_tutorial) .................................................................. 19 Tabulka 3 Výsledek kalibrace .......................................................................................................... 22 Tabulka 4 Prvky vnitřní orientace ..................................................................................................... 22

33

SEZNAM PŘÍLOH 01_3d_modely 

01.1_model_123D-catch.OBJ (digitálně)



01.2_ model_photomodeler.OBJ (digitálně)

02_protokoly 

02.1_protokol_kalibrace.txt (digitálně)



02.1_protokol_photomodeler_zpracovani.txt (digitálně)

03_ rozdilove_rastry 

03.1_ rozdilovy_rastr_123d-catch_5cm.png (digitálně)



03.2_ rozdilovy_rastr_123d-catch_10cm.png (digitálně)



03.3_ rozdilovy_rastr_photomodeler_5cm.png (digitálně)



03.4_ rozdilovy_rastr_photomodeler_10cm.png (digitálně)

04_seznam_souřadnic 

04.1_seznam_souřadnic_vb.txt (digitálně)

34