Zaměření skutečného stavu důlního díla Josef skenovacím systémem Leica HDS 3000

České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Katedra speciální geodézie

Zaměření skutečného stavu důlního díla Josef skenovacím systémem Leica HDS 3000 Bakalářská práce

Zpracoval: Václav Smítka Praha 2007

2

¨

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na uvedené téma vypracoval samostatně a použil jsem jen pramenů, které jsou uvedeny v seznamu použité literatury umístěném na konci textu.

Václav Smítka

3

¨

Děkuji Ing. Tomáši Křemenovi za hodnotné rady a odborné vedení během tvorby této bakalářské práce.

4

Anotace Tato práce se zabývá problematikou prezentace trojrozměrných dat získaných z měření metodou laserového skenování. V první teoretické části jsou popsány jednotlivé možnosti prezentace 3D modelů a také samotná technologie laserového skenování. V praktické části je nejprve uveden postup zpracování naměřených dat, která byla získána ze zaměření skutečného stavu Štoly Josef, a vytvoření digitálního modelu. Následně jsou v této práci popsány pracovní postupy vytvoření výstupů z jednotlivých prezentačních metod a možnosti jejich použití na internetu.

Anotation This work deals with questions of 3D data presentation acquired from laser scanning measurement. In the first theoretical part there are described possibilities of data presentation and also the technology of laser scanning. In practical part there is primarly mentioned the procedure of final data processing acquired from as-built documentation of the spinal adit Josef and digital surface model creation. Subsequently there is described a process of output creation from single presentation methods and the description of possibilities concerning their Internet usage.

5

Obsah 1 Úvod ...................................................................................................................................... 8 2 Současný stav ve zkoumané problematice ........................................................................ 9 2.1 Technologie laserového skenování ........................................................................ 9 2.1.1 Laserový skenovací systém ..................................................................... 9 2.1.2 Teorie laserového skenování ................................................................... 9 2.1.3 Měření metodou laserového skenování ................................................. 10 2.1.4 Zpracování měření laserového skenování ............................................. 11 2.2 Možnosti prezentace naměřených dat .................................................................. 12 2.2.1 3D softwary ……................................................................................... 12 2.2.2 Obrázky, snapshoty ............................................................................... 13 2.2.3 Animace, průlety ................................................................................... 14 2.2.4 VRML modely ...................................................................................... 15 2.2.4.1 Historie jazyka VRML ........................................................... 15 2.2.4.2 Základy jazyka VRML .......................................................... 15 2.2.4.3 Software pro prohlížení a tvorbu VRML souborů ................. 16 3 Použité přístroje a software ............................................................................................. 18 3.1 Skenovací systém HDS 3000 ............................................................................... 18 3.2 Software Cyclone ................................................................................................. 21 3.2.1 Cyclone-Scan ......................................................................................... 21 3.2.2 Cyclone-Register ................................................................................... 21 3.2.3 Cyclone-Model ...................................................................................... 21 3.3 Software Geomagic Studio ................................................................................... 22 3.4 Software PolyWorks/IMView .............................................................................. 22 3.5 Software Alteros 3D ............................................................................................. 22 4 Měření dat .......................................................................................................................... 23 4.1 Lokalita ................................................................................................................. 23 4.2 Měřické práce ....................................................................................................... 24 5 Zpracování naměřených dat ............................................................................................ 26 5.1 Registrace a čištění dat ......................................................................................... 26 5.2 Vytvoření trojúhelníkové sítě ............................................................................... 26 5.3 Vytvoření celkového modelu ............................................................................... 27 6 Tvorba prezentačních výstupů ........................................................................................ 28 6.1 Vytvoření souborů pro 3D softwary ..................................................................... 28 6.2 Vytvoření snapshotů ............................................................................................. 28 6.3 Vytvoření průletových animací ............................................................................ 29 6.3.1 Tvorba animací v softwaru Cyclone ...................................................... 29 6.3.1.1 Postup tvorby .......................................................................... 29 6.3.1.2 Poznámky k tvorbě ................................................................. 30 6.3.2 Tvorba animací v softwaru Bentley Microstation ................................. 32 6.3.2.1 Postup tvorby .......................................................................... 32 6.3.2.2 Poznámky k tvorbě ................................................................. 33 6.4 Vytvoření modelu ve formátu VRML .................................................................. 33 6.4.1 Poznámky k tvorbě v softwaru Geomagic Studio ................................. 34 6.4.2 Poznámky k tvorbě v softwaru Bentley Microstation ........................... 35

6

7 Zhodnocení jednotlivých prezentačních metod .............................................................. 36 7.1 3D softwary .......................................................................................................... 36 7.2 Snapshoty ............................................................................................................. 36 7.3 Animace ............................................................................................................... 37 7.4 VRML modely ..................................................................................................... 37 8 Závěr .................................................................................................................................. 39 9 Použitá literatura .............................................................................................................. 40

7

1 Úvod Cílem této bakalářské práce je vytvoření 3D modelu Štoly Josef na základě zaměření jejího skutečného stavu pomocí skenovacího systému Leica HDS 3000 a popis a ukázka základních typů prezentací trojrozměrných dat, které se v současnosti využívají nejvíce.

V dnešní uspěchané době se nejen v geodézii, ale ve všech odvětvích, hledají a využívají pracovní postupy a metody, které jsou zaprvé nenáročné na čas a zadruhé splňují podmínku, že celý proces nevyžaduje velký počet obsluhujících pracovníků. Oba tyto zásadní předpoklady splňuje pro naše měření laserové skenování. Tato moderní metoda sice nemá příliš dlouhou historii, ale již hojně pronikla do světa moderní geodézie a stavitelství, a to zejména pro její velkou efektivitu a kvalitní výstupní data. I když je 3D skenování již hojně využíváno, širší odborná veřejnost není s jeho tématikou seznámena v dostatečné míře. O změnu v tomto ohledu se snaží tato bakalářská práce. Jejím cílem je jednak seznámení čtenářů se samotnou technologií laserového skenování a se základními fyzikálními a geodetickými principy, na kterých je tato metoda založena, ale hlavně s popisem procesu získání a následného zpracování měřených dat. Ze všech částí tohoto procesu je pak největší důraz kladen na část výsledné prezentace, jelikož právě výsledky těchto prací jsou v praxi nejdůležitější, protože jsou výsledným produktem, který se předvádí na veřejnosti. Od kvality prezentace se odvíjí kvalita celkové práce na projektu, počínaje jeho zaměřením a konče vymodelováním. Tato práce nabízí výčet nejrozšířenějších a nejužívanějších způsobů prezentace prostorových dat, popis výhod a nevýhod jednotlivých možností a také stručný popis jejich vytváření. Jelikož je v dnešní době jedním s z největších fenoménů doby celosvětová síť Internet, je u každé popisované formy prezentace také zkoumána možnost její integrace a použitelnost právě v této síti.

V praktické části této bakalářské práce, která tématicky navazuje na část teoretickou, jsou aplikovány postupy a metody popsané v teoretické části na data pořízená ze zaměření skutečného stavu Štoly Josef metodou laserového skenování.

8

2 Současný stav ve zkoumané problematice 2.1 Technologie laserového skenování 2.1.1 Laserový skenovací systém Laserový skenovací systém je systém pomocí nějž je možno převádět v prostoru umístěné předměty do počítačové podoby (počítačového modelu). Každý laserový skenovací systém je tvořen 3D laserovým skenerem, ovládacím a zpracovatelským softwarem a příslušenstvím (stativ, nástroje pro signalizace vlícovacích bodů apod.).

2.1.2 Teorie laserového skenování Laserové skenovací systémy umožňují bezkontaktní určování prostorových souřadnic, 3D modelování a vizualizaci složitých staveb a konstrukcí, interiérů, podzemních prostor, libovolných terénů apod. s mimořádnou rychlostí, komplexností a bezpečností. [1] Souřadnice se určují prostorovou polární metodou, pro níž je nutné změřit vzdálenost r bodu od skeneru a také horizontální φ a vertikální úhel θ. (obr. 1)

obr. 1 Prostorová polární metoda [1]

Vzdálenosti jsou měřeny pomocí laserového dálkoměru, který je schopen měřit až několik tisíc délek za sekundu. Tyto dálkoměry pracují nejčastěji na jednom ze dvou základních principů (obr. 2): •

impulsní - princip měření délky tranzitního času, který uběhne mezi vysláním a přijetím signálu

•

fázový - princip měření fázového rozdílu mezi vyslaným a přijatým signálem

9

obr. 2 Princip měření pomocí laserového dálkoměru [1] Metod určení úhlů, které se v současnosti užívají, je několik. Zde budou popsány pouze ty nejčastější: •

úhly jsou získávány z polohy kmitajících zrcadel nebo hranolu, kterými je rozmítán laserový svazek v jednom nebo dvou směrech

•

úhly jsou určovány z natočení servomotorů, kterými je zajišťován pohyb skeneru.

Princip určení úhlů u systému HDS 3000, který byl využit při měření pro tuto práci, je kombinací výše uvedených metod. Vertikální úhel je odvozen od polohy rovinného zrcadla vychylující laserový svazek ve svislé rovině, zatímco určení horizontálního úhlu probíhá na základě natočení servomotoru, který otáčí skener kolem jeho svislé (točné) osy.

2.1.3 Měření metodou laserového skenování Měření pomocí laserového skenování je metodou neselektivní (obr. 3), tj. nevybírají se přesně jednotlivé body, které se mají zaměřit, jako je tomu např. u klasického měření pomocí totální stanice, ale definuje se část sféry, která se má skenovat, a hustota bodů. Zbytek měření probíhá automaticky dle nastavených parametrů, přičemž celou práci řídí obslužný software. Touto metodou se získává velké množství měřených bodů (často až v řádu milionů) bez ohledu na to, o jak konstrukčně významné body jde.

10

obr. 3 Rozdíl mezi selektivní a neselektivní metodou [1]

2.1.4 Zpracování měření laserového skenování Všechny měřené hodnoty se ukládají do paměti počítače, kde jsou připraveny k dalšímu zpracování. Výsledná množina všech naměřených bodů se nazývá mračno bodů (obr. 4) a je základním výstupem z laserového měření. Každý bod mračna obsahuje informaci o svých souřadnicích x, y, z, které jsou měřeny v obecně orientovaném souřadnicovém systému s počátkem v místě pozice skeneru. Je-li měření prováděno na více stanoviscích, je možné spojit jednotlivé skeny do jednoho mračna, které lze transformovat do libovolného souřadnicového systému (např. do S-JTSK) pomocí vlícovacích bodů přirozeně nebo uměle signalizovaných, u nichž známe souřadnice v obou souřadnicových systémech. Dále může každý bod mračna obsahovat barevnou informaci a to buď ve formě hodnoty intenzity odrazu laserového svazku nebo jako RGB informaci získanou z fotografie. [1]

obr. 4 Mračno bodů [15]

11

Další fází zpracování měření je očištění mračna bodů a jeho případná decimace. Očištěním je myšleno odstranění bodů, které vznikly zaměřením nežádoucích předmětů či překážek nebo jsou způsobeny chybami v měření. Decimace je proces, při němž je hustota bodů v určitých místech zředěna. Jedná se zejména o tvarově pravidelné plochy a předměty, které se dobře aproximují geometrickými tělesy. Z upraveného mračna bodů (transformované, očištěné, popř. decimované) je možné vytvářet další typy výstupů pomocí speciálních softwarů nejčastěji dodávaných spolu se skenerem. Mezi ty nejzákladnější patří [10]: •

vektorová kresba - drátový model

•

3D model - princip prokládání mračna geometrickými tělesy

•

Digitální model terénu, povrchu - tvorba pomocí trojúhelníkových sítí; možnost tvorby vrstevnic, řezů, počítání kubatur

Závěrečnou etapou celého procesu laserového skenování je vizualizace výstupních modelů a jejich následná prezentace. Pod pojmem vizualizace se skrývá úprava zobrazení a osvětlení modelu a také obarvení modelu pomocí textur. Možnosti a způsoby prezentace výsledných dat budou popsány v následující kapitole.

2.2 Možnosti prezentace naměřených dat 2.2.1 3D softwary Prezentace 3D modelů pomocí softwarů umožňujících práci s trojrozměrnými daty je nejnázornější a z hlediska měřického nejhodnotnější formou prezentace, která se v současnosti používá. Nabízí uživateli absolutní volnost při prohlížení dat a poskytuje mu mnoho dalších funkcí pro práci s modelem. Tou hlavní je bezesporu možnost odměřování délek, úhlů nebo ploch, která se v geodézii a příbuzných oborech využívá velmi často.

Princip tvorby této prezentační metody je velmi jednoduchý. Spočívá pouze v tom, že se soubor s vyhotoveným modelem uloží ve zvoleném 3D formátu a umístí se na určené místo (Internet, přenosná média, apod.), odkud si jej může uživatel stáhnout. Pro ukládání je vhodné volit formáty, které jsou rozšířené a v současnosti nejpoužívanější (DXF, STL, PLY, 3DS, apod.).

12

Softwary, ve kterých lze pracovat s 3D modely, je možno rozdělit do dvou kategorií: •

Zpracovatelské softwary - softwary, v nichž jsou zpracovávána data laserového skenování a vytvářeny soubory s modely − Cyclone (Leica Geosystems) − Microstation (Bentley Systéme Inc.) − Geomagic Studio (Raindrop Geomagic Inc.)

•

Univerzální prohlížeče − Alteros 3D (Lighttek Software) − Deep exploration (Right Hemisphere) − SolidView (Solid Concepts Inc.)

2.2.2 Obrázky, snapshoty Prezentace pomocí obrázků je nejzákladnější a nejjednodušší forma prezentace 3D dat, jejíž tvorbu umožňuje prakticky každý grafický editor či zpracovatelský software laserového skenování (Bentley Microstation, Cyclone, Rapidform, apod.). Celý proces tvorby obrázku je založen na pořízení snímku (snapshotu) zpracovávaného objektu v té podobě, v jaké se právě nachází na obrazovce. Jedná se prakticky o stejný princip jako u funkce Print Screen v operační systému Windows s tím rozdílem, že se obrázek neukládá do schránky počítače, ale software jej uloží přímo do souboru ve zvoleném formátu. Formátů, do kterých je možné obrázek uložit bývá na výběr větší množství, ovšem mezi ty nejpoužívanější patří formáty BMP (Bitmap), JPEG nebo TIFF (Tagged image file format). Dalším rozdílem je skutečnost, že se nesnímá celá obrazovka, jak je tomu u funkce Print Screen, ale pouze pracovní okno programu se zobrazovaným objektem. Nesnímají se tedy místa, která nejsou pro obrázek důležitá, a obrázek nemusí být následně ořezáván (obr. 5). Existují však také některé softwary (např. Geomagic Studio), které umožňují vybrat si mezi tím zda snímat celou obrazovku či jen pracovní okno.

13

a

b obr. 5 Rozdíl mezi snapshotem pořízeným funkcí Print Screen (a) a v softwaru Cyclone (b)

2.2.3 Animace, průlety Animace jsou efektní a v dnešní době hojně využívané prezentační prostředky, které poskytují velice dobrou představu o mapované oblasti či objektu. Mezi ty nejběžnější patří průlety okolo zvoleného místa nebo podél zvolené trasy (liniové stavby, tunely, apod.). Tvorba animací myšlenkově navazuje na tvorbu snapshotů, protože se v podstatě jedná o sled několika obrázků jdoucích rychle po sobě. V softwaru se tedy postupně vytvoří každý snapshot zvlášť a poté jsou tyto jednotlivé snímky (framy) spojeny do jednoho video souboru podle přednastavených atributů. Mezi tyto atributy patří hlavně formát výsledného souboru (AVI, MPEG, apod.), velikost okna, ve kterém se bude animace zobrazovat, a také typ případné komprese obrázků. Ve většině softwarů probíhá tvorba jednotlivých snímků automatizovaně. Uživatel nastaví trasu, po níž se kamera pohybuje, a zvolí počet snímků, které se mají podél této trasy vytvořit, a software poté již sám vygeneruje všechny tyto

14

snapshoty. Často bývá možnost uložit takto vygenerované snímky také ve formě obrázkových souborů a animaci dotvořit v softwaru jiném.

2.2.4 VRML modely VRML (Virtual Reality Modelling Language) je jazyk vytvořený pro popis a prezentaci obsahu virtuální reality. Tento otevřený formát definuje způsob zápisu virtuálních světů do textových souborů na rozdíl od souborů pro zápis obrázků (GIF, JPEG, apod.) nebo video souborů (AVI, MPEG, apod.) Ve VRML jsou prostorová tělesa popisována pomocí seznamu souřadnic vrcholů a plochami specifikovanými indexy svých vrcholů do seznamu vrcholů. Základní tělesa (krychle, kužel, jehlan, kužel, apod.) jsou definována speciálními klíčovými slovy, tudíž není nutné rozkládat je na trojúhelníky. Ve VRML jazyku je podporováno texturování. Z modelů VRML není možné pořizovat oměrné míry.

2.2.4.1 Historie jazyka VRML První verze jazyku VRML 1.0 byla vytvořena v roce 1995 firmou Sillicon Graphics, Inc. Spolu s první verzí vznikla i skupina programátorů VAG (Virtual Architecture Group), která začala ihned tuto verzi inovovat a připravovat požadavky na verzi novou - VRML 2.0. V roce 1997 je oficiálně přijat jazyk VRML za standard ISO a od této chvíle nese název VRML 97 (název VRML 2.0 je programátorské označení VRML 97). [17]

2.2.4.2 Základy jazyka VRML Topologie jednotlivých objektů je ve formátu VRML založena na trojrozměrných souřadnicích definovaných v pravotočivé kartézské soustavě souřadnic. Při základním zobrazování dat je tato soustava situována tak, že kladná poloosa z směřuje k pozorovateli (avatarovi) a osa y směřuje na sever. Do VRML souboru je však možné přidat i další body, ze kterých lze soustavu pozorovat. Tím vznikají nové pohledy, mezi kterými se lze libovolně přepínat. Základními jednotkami jsou ve VRML metry pro určování délky, radiány pro měření úhlů a sekundy pro určování času. Barvy jsou určovány podle barevného modelu Red – Green – Blue, přičemž každá barva může nabývat hodnot z intervalu <0 ; 1>. To znamená: •

černá barva – RGB = 0 0 0

•

bílá barva – RGB = 1 1 1

15

Přípona souborů ve formátu VRML je *.wrl. Tato přípona vznikla jako zkratka ze slova world.

2.2.4.3 Software pro prohlížení a tvorbu VRML souborů Aby bylo možné zobrazit VRML soubory v počítači je nutné mít v systému nainstalovaný prohlížeč (viewer), který převede textový zápis do obrazu grafického a umožňuje uživateli s modelem manipulovat (obr. 6). Tyto prohlížeče jsou volně šiřitelé a nejčastěji jsou koncipovány jako plug-in webových prohlížečů (browserů). Těmi nejznámější programy jsou: •

Cortona Klient ( Paralel Graphics, Inc. )

•

Cosmo Player ( Silicon Graphics, Inc. )

•

World View ( Internista Software, Inc. )

obr. 6 Ukázka VRML prohlížeče Cortona Klient

16

Pro tvorbu VRML souborů se užívá editorů. Tyto editory dělíme na: •

textové – jedná se o klasické textové editory, které však dokáží strukturovaně zobrazit zdrojový kód (VRML Pad)

•

grafické – programy, ve kterých se vytváří virtuální realita přímo na obrazovce a zdrojový kód se vytváří automaticky. U těchto programů není nutné znát pravidla tvorby jazyka VRML (Rhinoceros)

V současné době je možné vytvářet VRML soubory i v jiných programech než editorech. Většina softwarů pro grafickou tvorbu dokáže ukládat (exportovat) soubory do formátu VRML, avšak často nepodporují všechny vlastnosti a možnosti, které tento jazyk nabízí.

17

3 Použité přístroje a software 3.1 Skenovací systém HDS 3000 Laserový skenovací systém HDS 3000 (obr. 7) je jedním z produktů řady HDS (HighDefinition Surveying) přístrojů, kterou vyrábí společnost Leica Geosystems. Tento přístroj včetně všech jeho příslušenství je přímým pokračovatelem typu HDS 2500, který je také znám pod názvem Cyrax 2500.

obr. 7 Leica HDS 3000 [2]

Systém HDS 3000 je opatřen skenerem panoramatického typu, který dokáže snímat body ze zorného pole o rozměrech 360° ve vodorovné a 270° ve svislé rovině. Co se týče maximální vzdálenosti, ze které je možno zaměřovat objekty, uvádí výrobce hodnotu až 120 m. Avšak při měření na takto dlouho vzdálenost není zaručena polohová přesnost určení jednotlivých bodů na snímaném objektu. Z tohoto důvodu je doporučeno volit pracovní vzdálenost do 50 m od pozice skeneru, při níž dosahuje prostorová polohová přesnost hodnoty 6mm. Pulzní laser, jímž je skener vybaven, má zelenou barvu a je zařazen do bezpečnostní třídy 3R podle IEC 60825-1. Velikost stopy, kterou laser vytváří, je při vzdálenosti 50 m menší než 6mm, což zaručuje výše uvedenou přesnost měření. HDS 3000 se při měření umísťuje na zesílený geodetický stativ se standardní Leica trojnožkou, což umožňuje provádět základní měřické procedury jako jsou centrace a horizontce na známém bodě, měření výšky přístroje a také provádění směrové orientace přístroje. Tyto vlastnosti se využijí zejména při umísťování dat do požadovaného souřadnicového systému.

18

Samotné měření je založeno na principu prostorové polární metody, při níž jsou délky měřeny výkonným laserovým impulsním dálkoměrem (princip měření tranzitního času), který je schopen změřit 4000 délek za sekundu, a směry na měřené body jsou pak odvozeny z polohy rovinného zrcadla, které vychyluje laserový svazek ve vertikálním směru, a natočením servomotorů zajišťujících horizontální otáčení přístroje. Prvotním výsledkem měření je konečná množina bodů (mračno bodů) definovaná kartézskými souřadnicemi v souřadném systému měřícího přístroje. Měřit lze v plném zorném poli skeneru - 360° x 270° (obr. 8) nebo lze vybrat pouze určitou část okolí, která bude snímána. Výběr skenovaného území se provádí za pomoci vestavěné digitální kamery a obslužného softwaru (mód QuickScan). Pomocí kamery se pořídí digitální fotografie okolí skeneru, které se ihned zobrazí na displeji notebooku. Na těchto fotografiích je poté možno definovat rozsah scény, kterou chceme skenovat. Snímky pořízené digitální kamerou se mohou dále využívat jako textury pro obarvení výsledného mračna bodů přirozenými barvami. Před započetím skenování je potřeba nastavit krok skeneru ve vertikálním i horizontálním směru na určitou vzdálenost. Tím se definuje hustota skenování. Maximální počet bodů získaný z jednoho skenu je dán součinem 20.000 x 5.000.

obr. 8 Znázornění zorného pole přístroje

19

Tabulka vybraných parametrů přístroje HDS 3000 Rozměr

265 mm x 370 mm x 510 mm

Hmotnost

16 kg

Dosah

1 m – 100 m

Zorné pole

360° horizontálně x 270° vertikálně

Bezpečnostní třída laseru

3R (IEC 60825-1)

Polohová přesnost bodu

6 mm

Přesnost v měření horizontálního úhlu

0,06 mrad

Přesnost v měření vertikálního úhlu

0,06 mrad

Přesnost v měření délky

4 mm

Rychlost skenování

až 4000 bodů / sekundu

Operační teplota

0°C až 40°C

Obslužný software

Cyclone 1,4 GHz Pentium M 512 MB SDRAM Windows XP/2000

Minimální požadavky na hardware

20

3.2 Software Cyclone Jako obslužný a zpracovatelský software ke skenovacímu systému HDS 3000 byly společností Leica Geosystems vyvinuty systémy Cyclone a CloudWorx. Základem pro celou práci se skenerem je modulární systém CycloneTM , který provází celý pracovní proces od výběru a naskenování scén, přes spojení a orientaci mračen bodů až do vygenerování konečných produktů a jejich výslednou vizualizaci. Software Cyclone je rozdělen do 6 samostatných modulů pro různé potřeby a přizpůsobení systému. V našem případě však byly využívány pouze tři a ty zde budou podrobněji popsány.

3.2.1 Cyclone-Scan Cyclone–SCAN je softwarový interface pro řízení 3D laserového skeneru Leica (Cyrax). Řídí skenovaní proces v místě objektu. Umožňuje sejmout preview (náhled) formou digitálního obrázku, zadat konkrétní výřez pro naskenování pomocí funkce ohrada, určit hustotu skenování v konkrétní vzdálenosti od přístroje, provést vlastní skenování s interaktivním prohlížením mračna a doskenovat speciální terče pro spojení a umístění mračen do souřadnicového systému. [6, 8]

3.2.2 Cyclone-Register Cyclone-REGISTER obsahuje nástroje pro orientaci mračen bodů pořízených z různých stanovisek. Provádí spojení mračen bodů pořízených z různých pozic a jejich umístění do požadovaného souřadnicového systému. Spojení mračen probíhá buďto pomocí speciálních terčů nebo pouze pomocí překrytu sousedních mračen. Pro umístění mračen je třeba, aby naskenované terče byly zároveň zaměřeny v prostorových souřadnicích klasickými metodami. Tyto terče tak slouží jako lícovací body. Po transformaci provádí modul chybovou analýzu. [6, 8]

3.2.3 Cyclone-Model Modul Cyclone-MODEL umožňuje využít mračna bodů ke zpracování do 3D objektů a jejich exportu do CAD a jiných aplikací. Stejně tak lze provést i import 3D entit z CAD a jiných aplikací. Cyclone-MODEL je převážně určen pro zpracování potrubních technologií, protože má kompletní sadu nástrojů na aproximaci mračna bodů objekty jako jsou válce, kolena, redukce, ventily, příruby apod. V jiných oborech (zeměměřictví, inženýrská geodézie, architektura atd.) a aplikacích, kde se pracuje s obecnou plochou, umožňuje tento model tvořit trojúhelníkové sítě, počítat kubatury a tvořit libovolné řezy. [6, 8]

21

3.3 Software Geomagic Studio Geomagic Studio je software umožňující zpracování dat, která byla získána metodou laserového skenování, a následné vytvoření trojrozměrného modelu. Tento software obsahuje řadu nástrojů pro práci s trojúhelníkovými sítěmi a pro tvorbu digitálních modelů povrchu a terénu, které jsou na těchto sítích založeny.

3.4 Software PolyWorks/IMView Software PolyWorks/IMView je freeware prohlížeč od firmy Innov Metric, který umožňuje zobrazovat 3D data v mnoha formátech (DXF, NAS, OBJ, PLY, POL, STL, WRL a další). Program umožňuje libovolně manipulovat se zobrazovaným modelem, měnit jeho barvy, nastavovat osvětlení či pořizovat snapshoty. Také je možné v tomto softwaru zjišťovat souřadnice jednotlivých bodů.

3.5 Software Alteros 3D Alteros 3D je prohlížeč 3D a 2D grafiky a přehrávač multimédií od společnosti Lighttek Software. Podporuje většinu typů 3D grafických souborů (3DS, MAX, VRML, TrueSpace, LightWave a další), 2D grafických souborů (PSD, PNG, TIF, JPEG, BMP, GIF), souborů videa, zvuku a DVD. Podporuje zobrazení miniatur, rotaci a změnu měřítka 3D objektů, změnu osvětlení, průhlednosti, materiálu povrchu, prohlížení v režimu prezentace, a další. [19]

22

4 Měření dat 4.1 Lokalita Štola Josef je součástí zlatorudného revíru Psí Hory, který se nachází 50 km jižně od Prahy v blízkosti Slapské přehrady mezi obcemi Čelina a Smilovice (obr. 9).

obr. 9 Umístění štoly Josef

Průzkumná štola Josef je vedena ve směru SSV napříč horninovým masivem Ostrý vrch. Horninové prostředí tvoří vulkanity (bazalty, andezity, ryolity), sedimenty (rohovce) a jejich kombinace (tufy, tufity), pronikané mladšími intruzívními horninami (granodiority, albitické žuly). Celková délka páteřní štoly je 1700 m, příčný průřez má velikost 14 až 16 m2. Na páteřní průzkumnou štolu navazují další liniová průzkumná díla s četnými rozrážkami sledujícími rudní struktury s napojením do dalších 2 pater. Ke vstupu do prostoru štoly slouží dva portály, od nichž jsou souběžně vedeny dva tunely. [14]

23

4.2 Měřické práce Měření ve výše popsané lokalitě probíhalo ve dvou dnech (5. 5. 2007 a 14. 5. 2007) a celková doba jeho trvání byla cca 16 hodin. Cílem zaměření bylo prvních 130 metrů páteřní štoly vedoucí od levého vstupního portálu (obr. 10) a okolí vstupních portálů a přilehlých ubikačních prostor.

obr. 10 Schéma zprovozněné části území, měřená část označena žlutou barvou [14]

Pro dostatečně kvalitní zmapování celého prostoru bylo měřeno z 11 stanovisek, z čehož 3 se nacházeli v prostoru před štolou a 8 v samotné tunelu. Stanoviska byla volena tak, aby z nich bylo možno zaměřit co největší území a aby překryty skenovaných scén z jednotlivých stanovisek byly dostatečně velké. Dalším kritériem pro volbu stanoviska byl počet vlícovacích bodů, které bylo možno z každého stanoviska zaměřit.

24

Vlícovací body byly signalizovány pomocí speciálních rovinných terčů s vysokou odrazivostí. Tyto terče mají čtvercový nebo kruhový tvar a jejich specifická konstrukce a užité materiály umožňují přesné určení středu a snadnou lokalizaci v mračnu bodů. (obr. 11)

obr. 11 Terče pro signalizaci vlícovacích bodů [15]

Postup skenování na každém stanovisku lze rozdělit do dvou částí: •

Skenování scény (na základě nastavených parametrů – hustota bodů, rozsah zorného pole)

•

Skenování vlícovacích bodů (speciální režim skenování s velkou hustotou bodů v okolí vlícovacího bodu označeného v obslužném softwaru v získaném mračnu bodů; výsledkem je zjištění středu vlícovacího terče)

Doba trvání jednotlivých částí byla proměnlivá. U skenování scény byla ovlivněna hlavně velikostí zaměřovaného území a hustotou bodů. Při nastavení skenování celé sféry (360° x 270°), jenž bylo využíváno v prostoru tunelu, byla doba měření přibližně 35 minut. Druhá část skenovacích prací na stanovisku – zaměření vlícovacích bodů – trvalo cca 30 minut, ovšem i tento údaj je pouze orientační a měnil se v závislosti na počtu vlícovacích bodů a na rychlosti lokalizace těchto bodů v mračnu. V případě, že žádný bod mračna nepadl na vlícovací terč (z důvodu malé hustoty měření), bylo nutné provést doskenování nejbližšího okolí vlícovacího bodu, což opět prodlužovalo dobu měření.

25

5 Zpracování naměřených dat V této části bude popsáno zpracování dat naměřených pouze v prostoru štoly. Zpracování dat a vytvoření 3D modelu ze zaměření vstupního portálu je popsáno v bakalářské práci T. Koreckého. Pro výslednou prezentaci je užito spojených modelů z obou bakalářských prací. Všechny vytvořené soubory jsou uloženy na přiloženém CD.

5.1 Registrace a čištění dat Mračna ze všech 11 stanovisek byla spojena v softwaru Cyclone do jednoho výsledného mračna. Transformace jednotlivých mračen do výsledné souřadnicové soustavy probíhala na základě zaměření vlícovacích bodů. Chyba registrace byla 0,006 m. Protokol o registraci mračen je umístěn na přiloženém CD.

Výsledné mračno bylo nutné očistit o body, které nebyly žádoucí pro vytvoření modelu. Jednalo se o body, které nebyly součástí samotného povrchu štoly (vnitřní vybavení - světla, nosné lišty, vozíky,…). Očištěné mračno bylo následně exportovány do textové souboru (formát XYZ). Tento formát byl vybrán proto, že má poměrně dobrou kompresi a lze ho importovat do softwaru pro tvorbu trojúhelníkové sítě.

Vytvořené soubory: ocistene_mracno.xyz

5.2 Vytvoření trojúhelníkové sítě Digitální model povrchu štoly byl vytvořen na základě trojúhelníkové sítě. Metoda trojúhelníkové sítě byla zvolena proto, že věrně zobrazuje členitý povrch štoly, který je nemožné proložit jakýmkoli pravidelným tělesem. Trojúhelníková síť pro účely této práce byla vytvořena v softwaru Geomagic Studio 8. Před jejím vypočtením bylo provedeno zředění bodů mračna importovaného ze Cyclone za účelem smazání rozdílů v hustotách zaměření jednotlivých částí tunelu. K tomuto účelu byla použita funkce Uniform Sample. Výsledná trojúhelníková síť byla po úpravě (odstranění děr) exportována do formátu STL. Tento formát je určený pro uložení těles reprezentovaných polygony a pro účely této práce slouží jako převodní formát mezi používanými softwary Geomagic Studio a Bentley Microstation.

26

Vytvořené soubory: sit_stola.stl sit_stola.wrp

Tabulka vybraných parametrů trojúhelníkové sítě Počet bodů po očištění

8 616 810

Hodnota funkce Uniform Sample

5 cm

Počet bodů po zředění

514 880

Počet trojúhelníků ve výsledné síti

849 968

Velikost souboru ocistene_mracno.xyz

250 MB

Velikost souboru sit.stl

135 MB

5.3 Vytvoření celkového modelu Trojúhelníková síť tvořící povrch štoly a model vstupního portálu (vytvoření viz Korecký) byly spojeny v softwaru Cyclone, čímž vznikl celistvý model, nad kterým se vytvářely jednotlivé formy prezentace. Aby bylo možné importovat trojúhelníkovou síť do Cyclone, bylo

ji

nejprve

nutné

převést

do softwaru

Microstation

pomocí

formátu

STL

(viz kapitola 5.2). V tomto softwaru byla trojúhelníková síť uložena do souboru ve formátu COE, což je výměnný formát mezi softwary Microstation a Cyclone. Celkový model portálu a štoly byl v softwaru Cyclone exportován do formátů COE a DXF. Tyto formáty sloužily jako převodní formáty do softwaru Microstation, resp. Geomagic.

Vytvořené soubory: sit_stola.coe cely_model.coe cely_model.dxf

Tabulka vybraných parametrů trojúhelníkové sítě Velikost souboru sit_stola.coe

13,2 MB

Velikost souboru cely_model.coe

13,8 MB

Velikost souboru cely_model.dxf

270 MB

27

6 Tvorba prezentačních výstupů 6.1 Vytvoření souborů pro 3D softwary Všechny soubory, které byly v předchozích kapitolách vytvořeny za účelem spojení částí modelu nebo konverze mezi softwary, mohou sloužit jako prezentační soubory, se kterými lze pracovat v 3D softwarech (zpracovatelské softwary nebo prohlížeče).

6.2 Vytvoření snapshotů Tvorba snapshotů je ve všech programech prakticky totožná, a proto zde bude uveden pouze obecný postup jejich vytváření. K tvorbě snapshotů má většinou každý software vytvořenu zvláštní funkci (Snapshot, Screen capture, apod.), která se nejčastěji nachází v první záložce hlavního menu. Po jejím spuštění se otevře okno v němž uživatel vybere místo pro uložení souboru, formát komprese a v některých případech také velikost výsledného obrázku v pixelech. Po potvrzení je celý proces ukončen. Pro účely této práce byly vytvořeny snapshoty v softwarech Cyclone 5.1, Geomagic Studio 8, Alteros 3D a InnovMetric View 10.0.

Tabulka vytvořených souborů: Název souboru

Formát souboru

Rozměry

Velikost

alteros3D_1

Rastrový obr. (BMP)

1014 x 654

1,89 MB

alteros3D_2

Formát JPEG

1014 x 654

27,1 kB

alteros3D_3

Formát GIF

1014 x 654

24,2 kB

alteros3D_4

Formát TIFF

1014 x 654

22,9 kB

alteros3D_5

Formát PNG

1014 x 654

22,4 kb

cyclone_1

Rastrový obr. (BMP)

1276 x 667

3,24 MB

cyclone_2

Formát JPEG

1276 x 667

37,0 kB

cyclone_3

Formát TIFF

1276 x 667

344 kB

cyclone_4

Formát JPEG

1276 x 667

39,0 kB

geomagic_1

Formát PNG

956 x 588

91,2 kB

geomagic_2

Formát PNG

1280 x 740

123 kB

geomagic_3

Rastrový obr. (BMP)

1280 x 740

2,70 MB

geomagic_4

Formát JPEG

956 x 588

35,1 kB

geomagic_5

Formát TIFF

956 x 588

1,60 MB

imview_1

Rastrový obr. (BMP)

728 x 628

1,30 MB

imview_2

Formát JPEG

728 x 628

25,0 kB

28

imview_3

Formát RGB

728 x 628

1,30 MB

imview_4

Formát TIFF

728 x 628

182 kB

obr. 12 Snapshot cyclone_2.jpg vytvořený v softwaru Cyclone

6.3 Vytvoření průletových animací K vytvoření průletových animací byly v této práci využity softwary Cyclone a Bentley Microstation. V následujících kapitolách budou popsány pracovní postupy tvorby v těchto softwarech.

6.3.1 Tvorba animací v softwaru Cyclone Animace v Cyclone byly vytvářeny nad celkovým modelem vzniklým spojením portálu a štoly v tomto softwaru. (viz 5.3).

6.3.1.1 Postup tvorby Nástroj pro tvorbu animací – Animation – se v Cyclone nachází v záložce Tools a standardně není aktivní. Aby se dal tento nástroj používat je nutné vložit do modelu několik bodů (minimálně 3), kterými bude nadefinována trasa, podél níž se bude pohybovat kamera při animaci. Vložení těchto bodů se děje pomocí funkce Insert → Camera, která se nachází v záložce Create Object. Body vytvořené touto funkcí se vkládají na to místo, odkud je model právě pozorován, a jsou označeny maketou fotoaparátu pro dobré rozpoznání v pracovní ploše

29

(zobrazení těchto značek je možné vypnout). Po vložení všech požadovaných bodů a jejich případné úpravě (úhel pohledu, posun, apod.) je nutné vytvořit linii, která bude těmito body procházet a bude simulovat cestu kamery. Linie se vytvoří funkcí Creath Path nebo Creath Path (Loop) v záložce Animation po označení (v režimu multipick) všech bodů v pořadí, ve kterém má linie těmito body procházet. Rozdíl mezi těmito funkcemi spočívá v tom, že první funkce tvoří křivku neuzavřenou (počáteční a koncový bod jsou různé body) zatímco druhá funkce vytvoří obrazec uzavřený (počáteční a koncový bod jsou totožné). Po provedení jedné z těchto funkcí se v modelu zobrazí vygenerovaná linie se zvýrazněnými body, jež byly zadány v předchozí kroku, a také s vyznačenými tečnami. V tuto chvíli je možné linii měnit a přetvářet do požadované podoby pomocí pohybu zvýrazněných bodů a tečen. Je-li úprava linie dokončena, musí se tato potvrdit jako konečná pomocí funkce Set path v záložce Animation. Na stejném místě se nachází také funkce Clear path, pomocí níž můžeme potvrzenou cestu smazat.

Dalším krokem při tvorbě animace je spuštění editačního okna, ve kterém se nadefinují základní parametry výsledné animace. Toto okno se spustí funkcí Animation editor, která je umístěna opět v záložce Animation. Prvním parametrem je počet snímků (framů), které se mají vytvořit mezi námi určenými body (Keyframy). Počet snímků mezi každými dvěma sousedními Keyframy nemusí být konstantní a může se měnit dle potřeby a rozložení bodů. Ve spodní části editačního okna se nachází nástroj pro náhled na jednotlivé snímky, které se mají vytvořit. Po potvrzení zadaných parametrů se přejde k samotnému vytvoření animace pomocí funkce Animate. V okně této funkce je možné vybírat z několika možností provedení a uložení animace. První možností je uložení ve formě video souboru ve formátu AVI, u kterého se nastavuje velikost obrazu, stupeň Antialiasing, což je frekvenční filtr odstraňující chyby v obraze a druh komprese jednotlivých obrázků. Druhou možností je uložení každého snímku do zvláštního souboru v obrázkovém formátu BMP nebo JPEG. Tyto soubory poté mohou být zpracovány v jiném specializovaném softwaru (např. Windows Movie Maker nebo Virtual Dub). Poslední možností je přehrání animace jen v okně Cyclone bez ukládání.

6.3.1.2 Poznámky k tvorbě Při vytváření video souboru ve formátu AVI je vhodné zvolit velkou míru komprese jednotlivých snímků. Důvodem je fakt, že komprese snímků výrazně ovlivňuje velikost výsledného video souboru. Stejný problém nastává i v případě, kdy ukládáme snímky do jednotlivých obrázkových souborů a volíme z formátů BMP nebo JPEG. Je vhodnější volit

30

formát JPEG, jelikož vytváření souborů v tomto formátu je rychlejší a velikost souborů je několikanásobně menší než u BMP. Posledním faktorem, na který je třeba brát ohled, je počet snímků v animaci. Zvolí-li se velké množství snímků, jejich následná generace trvá až několik desítek minut.

Animace pro účely této bakalářské práce byly vytvořeny v softwaru Windows Movie Maker z vygenerovaných snímků ze softwaru Cyclone. Důvodem k tomu byl fakt, že specializovaný software nabízí větší možnosti při práci s video soubory a rychlejší tvorbu.

Vytvořené soubory: cyclone_animace_portal.wmv cyclone_animace_tunel.wmv

Tabulka vybraných parametrů souboru cyclone_animace_portal Formát souboru

Windows Media File

Velikost souboru

3,56 MB

Přenosová rychlost

2079 kbps

Rozměry

720 x 576

Délka trvání

25 s

Počet snímků

200

Tabulka vybraných parametrů souboru cyclone_animace_tunel Formát souboru

Windows Media File

Velikost souboru

7,24 MB

Přenosová rychlost

2079 kbps

Rozměry

720 x 576

Délka trvání

37 s

Počet snímků

300

31

6.3.2 Tvorba animací v softwaru Bentley Microstation Pro vytvoření průletové animace v softwaru Microstation je nutné provést import celkového modelu ze Cyclone do tohoto softwaru. K tomuto úkonu byl využit výměnný formát COE.

6.3.2.1 Postup tvorby První krokem při tvorbě animace v softwaru Microstation je vytvoření průletové trasy, po které se bude pohybovat kamera. Tato trasa se vytvoří vložením úsečky (resp. lomené čáry) do modelu pomocí jedné z kreslících funkcí. Po vytvoření linie v požadované poloze a výšce se spustí funkce Filmování, která se nachází v záložce hlavního menu Pomůcky → Rendering. Otevře se ovládací okno, v němž je nutné provést následující operace. Za prvé se musí vybrat trasa. To se provádí funkcí Určit trasu v menu Funkce. Po jejím spuštění se označí počáteční a koncový bod trasy a také liniový prvek, po kterém se bude kamera pohybovat (= na začátku vytvořená linie). Je-li trasa nadefinována, je možné přistoupit k nastavení kamery. U kamery lze nastavit úhel pohledu, ohniskovou vzdálenost, typ objektivu (možnost volby ze 7 druhů, každý vytváří jiný obraz), přední a zadní rovinu oříznutí (volíme v případě, kdy nechceme snímat celý model) a polohu cíle. Ta může být buď pevná (směr snímání kamery je vztažen k těžišti) nebo pohyblivá (směr snímání kamery je ve směru letu).

Spodní část okna je vyhrazena pro nastavení výstupního souboru. Definuje se zde pohled, ve kterém se má animace provádět, způsob stínování, kterým budou vyplněny plochy, rychlost plochy, což je počet snímků za sekundu, a také velikost okna, ve kterém se bude výsledný video soubor zobrazovat. Velikost se udává v pocelech. Posledním parametrem, který lze nastavit je počet snímků, které se vytvoří podél nadefinované trasy.

Generování snímků a jejich následné spojení do video souboru se provádí funkcí Nahrávání v záložce Funkce. Po jejím spuštění se otevře dialogové okno, ve kterém se zvolí umístění pro uložení výsledného souboru a také jeho formát. Obdobně jako u softwaru Cyclone je možno volit z více druhů uložení. V nabídce je několik obrázkových formátů (TIFF, BMP, JPEG, PICT, IMG, PNG, a další), které se volí v případě, že má být každý snímek uložen do zvláštního souboru, a dva video formáty (FLI, AVI). Před vytvoření výsledného souboru je možné prohlédnout se libovolný snímek či celou animaci v okně Microstation.

32

6.3.2.2 Poznámky k tvorbě Při tvorbě animací je nutné volit s rozmyslem atributy týkající se snímků. Myslí se tím počet snímků za jednu sekundu a celkový počet snímků animace. Je to z toho důvodu, že nastavení vysokých hodnot těchto atributů klade velké nároky na hardwarové vybavení a neúměrně prodlužuje délku tvorby animace.

Formát FLI je formát, který lze přehrát přímo v okně Microstation.

Vytvořené soubory: microstation_animace_tunel.lvi microstation_animace_povrtal.lvi

Tabulka vybraných parametrů souboru microstation_animace_tunel Formát souboru

AVI

Velikost souboru

809 db

Rozměry

320 x 200

Délka trvání

25 s

Počet snímků

100

Tabulka vybraných parametrů souboru cyclone_animace_povrtal Formát souboru

AVI

Velikost souboru

1,53 MB

Rozměry

320 x 200

Délka trvání

25 s

Počet snímků

100

6.4 Vytvoření modelu ve formátu VRML Vytváření VRML modelů z dat laserové skenování je velmi jednoduché a rychlé. V podstatě se jedná o stejný princip jako u vytváření snapshotů. Do softwaru, který podporuje VRML, se načte výsledný model a spustí se funkce export nebo uložit jako … (v závislosti na druhu softwaru). V nastavení této funkce se vybere místo pro uložení a zvolí se formát VRML. Často je také možno volit mezi verzemi tohoto formátu, tzn. VRML 1.0 nebo VRML 2.0. Vytvořené soubory se dají následně upravovat v textových editorech (Vrhl CAD) nebo v editorech grafických (Rhinoceros). Ty však nejsou příliš vhodné, protože nezvládají data o

33

takové velikosti, jakou mají data z laserového skenování, a práce v nich je tím pádem velmi ztížena.

6.4.1 Poznámky k tvorbě VRML souboru v softwaru Geomagic Studio Pro převod celkového modelu ze softwaru Cyclone do Geomagic Studio bylo využito formátu DXF. Při tomto převodu byly všechna pravidelná tělesa (roviny, krychle, válce, apod.) převedena na trojúhelníkovou síť.

Software Geomagic Studio nepodporuje převod barev do formátu VRML, a proto jsou všechna data obarvena jednou univerzální barvou. Barvy je možné měnit dodatečně úpravou zdrojového kódu v textovém editoru (obr. 13).

Úpravou zdrojového kódu je také vhodné měnit a přidávat přednastavené body (Viewpointy), ze kterých se model může v prohlížeči pozorovat (obr. 14), protože systém Geomagic Studio vytvoří v modelu pouze základní pohled (Default View) popsaný v kapitole 2.2.4.2. Vhodnou volbou těchto bodů může tvůrce modelu vytvořit jednoduchou interaktivní prohlídku a poukázat tak na důležitá místa zobrazovaného modelu, která by měl uživatel vidět. Material {

OrthographicCamera {

diffuseColor 0.2 0.2 1

position 0.565556 21.748179 6.291574

ambientColor 0.3 0.3 1

height 9.209933

specularColor 0.2 0.2 0.2

}

} obr. 13 Zápis barev ve zdrojovém kódu

obr. 14 Zápis viewpointu ve zdrojovém kódu

vytvořeném v Geomagic Studio

vytvořeném v Geomagic Studio

Vytvořené soubory: geomagic_vrml.wrl

Tabulka vybraných parametrů souboru Formát souboru

VRML 1.0 File

Velikost souboru

52,1 MB

34

6.4.2 Poznámky k tvorbě VRML souboru v softwaru Bentley Microstation Software Microstation umožňuje export do formátu VRML jen tvarově jednoduchým objektům jakou jsou např. roviny. Nepravidelné trojúhelníkové sítě, které tvoří např. digitální model povrchu štoly, není možné pomocí Microstation převádět. Pro účely této práce byl tedy v Microstation vytvořen model pouze vstupního portálu. Výhodou systému Microstation je fakt, že při převodu vytváří v modelu několik základních přednastavených viewpointů (izo pohled, pohledy ze všech základních stran, atd. ).

Vytvořené soubory: microstation_vrml_1.wrl microstation_vrml_2.wrl

Tabulka vybraných parametrů souboru microstation_vrml_1 Formát souboru

VRML 1.0 File

Velikost souboru

5,20 kB

Tabulka vybraných parametrů souboru microstation_vrml_2 Formát souboru

VRML 2.0 File

Velikost souboru

5,25 kB

35

7 Zhodnocení jednotlivých prezentačních metod 7.1 3D softwary Jednou z možností prezentace dat je využití univerzálních prohlížečů (Deep exploration, Solidview, apod.), které dokáží zobrazit data v různých formátech. Zhotovitel modelu pouze umístí soubor v určitém formátu na internet, odkud si jej uživatel stáhne do svého počítače, kde jej poté zobrazí ve zmíněných prohlížečích. V těchto programech, které jsou velmi často freeware nebo shareware, poté může provádět s modelem nejrůznější operace. Samozřejmostí je libovolná manipulace a otáčení s modelem, pořizování snapshotů či možnost měnit osvětlení a textury modelu. Největší předností těchto softwarů je skutečnost, že ze zobrazovaných modelů lze pořizovat oměrné míry. Tyto softwary umožňují ukládat modely v různých formátech a slouží tedy jako konvertory mezi nimi.

Chceme-li tuto prezentační metodu využít na internetu, je vhodné ukládat modely do formátů, které umožňují velkou kompresy dat. Také je vhodné volit formáty, které jsou v dnešní době rozšířené a které většina softwarů dokáže zobrazovat. Mezi ně patří např. DXF, DWG, STL, 3DS, IGS, OBJ, PLY, PRJ, ASC, 3DM a další.

7.2 Snapshoty Snapshoty, a obrázky obecně, jsou v dnešní době k prezentacím poměrně hodně využívané a to z toho důvodu, že se jedná o velice rychlý a velmi snadný způsob, jak předvést výsledek své práce. Tvorbu snapshotů podporuje v dnešní době téměř každý grafický program, počínaje jednoduchými prohlížeči, jako jsou Alteros, Deep exploration, Rapidform Basis či Cyclone viewer, a konče složitými softwary pro tvorbu a editaci vektorových dat (Cyclone, Microstation, AutoCAD, Geomagic Studio). Je těžké rozhodnout, který program je pro tvorbu obrázků nejvhodnější jelikož postup vytváření je ve všech prakticky stejný.

Prezentace dat pomocí obrázků v sobě skýtá řadu předností. Je to hlavně fakt, že se dají převést z elektronické do tiskové podoby a k jejich předvedení tudíž není zapotřebí jakékoli výpočetní techniky. Velké uplatnění nachází obrázky také na internetu, jelikož soubory, v nichž jsou uloženy, mají poměrně malou velikost. To je výhodné nejen pro to, že nezabírají příliš mnoho místa na serveru, ale také proto, že se velmi rychle zobrazují při otevření nové webové stránky.

36

Na druhou stranu je nutné říci, že obrázky nemají příliš velkou vypovídající hodnotu o zobrazovaném objektu. K vytvoření dobrého přehledu o celém objektu je proto nutné vytvořit větší množství snapshotů (pohledy z různých strana a úhlů). Velkou nevýhodou je také fakt, že se trojrozměrná data převádí do dat dvourozměrných, čímž se ztrácí některá informace.

7.3 Animace Animace jsou v současnosti jedním z nejvíce užívaných způsobů jak prezentovat 3D modely a to i přesto, že jejich tvorba je poměrně složitá a zdlouhavá. Animace dobře zobrazují zkoumaný objekt, působí názorně a umožňují získat uživateli o modelu dobrou prostorovou představu. Velkou výhodou animací je také možnost přizpůsobovat je tvaru modelu a ostatním požadavkům (např. od zadavatele).

Použití animací při prezentacích na internetu je poměrně hodně rozšířené i navzdory tomu, že velikost video souborů (zhruba desítky MB), které tyto animace tvoří, není nejmenší a jejich nahrání a spuštění trvá někdy delší dobu. V porovnání s výslednou kvalitou však lze tento nedostatek opomenout. Animace je v prostředí internetu využívána také z toho důvodu, že působí velmi elegantně a profesionálně. Toho lze využít například pro zvýšení kreditu geodetické firmy a nalákání potenciálních zákazníků.

Pro tvorbu animací byly v této práci využity dva softwary – Cyclone a Bentley Microstation. Postup vytváření je v obou programech podobný, ale pro Cyclone hovoří uživatelsky lepší ovládání a srozumitelnost. Animace vytvořené v softwaru Microstation nelze pro naše účely využít, jelikož tento software nemá kvalitní grafiku a nezvládá zobrazovat detaily na štole. Animace je proto nekvalitní a nečitelná. Jak již bylo uvedeno tvorba animací v obou užitých softwarech je časově náročná a také klade vysoké požadavky na hardwarové vybavení počítače.

7.4 VRML modely VRML formát je moderní interaktivní metoda jak prezentovat 3D modely, která však nepronikla do oblasti laserového skenování ve velké míře. Je to způsobeno hlavně tím, že uplatnění VRML je hlavně v případech, kdy se pracuje s menším počtem dat a s pravidelnými plochami, což splňují data pořízená metodou laserového skenování jen v několika málo případech. Je-li potřeba prezentovat digitální modely terénu nebo povrchu, není formát

37

VRML tím nejlepším způsobem. Hlavní příčinou je skutečnost, že nepravidelné sítě, které nejčastěji tvoří základ těchto modelů, obsahují velké množství bodů potažmo trojúhelníků, což způsobuje v některých případech zpracovatelským softwarům velké problémy při převodu do VRML. A i když se převod povede bez problémů, použití těchto modelů je prakticky znemožněno, jelikož velikost výsledných souborů je příliš veliká. To se projeví hlavně při prezentaci na internetu, k čemuž je tento formát využíván nejvíce. Načítání takto velkého souboru (až stovky MB) trvá při standardní rychlosti připojení poměrně dlouho a také následná manipulace s modelem v prohlížeči je tím značně poznamenána.

Vezmou-li se v úvahu všechny tyto omezující faktory a vytvoří-li se podle toho vhodný model, nabízí VRML výborný způsob prezentace hlavně v prostředí Internetu, který umožňuje velkou svobodu při prohlížení dat. Uživatel může s modelem volně manipulovat, otáčet jej či přibližovat a tím z něj získávat informace, které by mu při použití obrázků či animací mohli zůstat utajeny. Poměrně velkou výhodou je také možnost vytvoření přednastavených pohledů, mezi kterými se lze v prohlížeči přepínat. Tímto nástrojem má tvůrce modelu umožněno přiblížit uživateli některá důležitá místa či data v modelu. Výhodou VRML formátu je nenáročnost na softwarové vybavení. K prohlížení dat je nutné mít pouze nainstalován prohlížeč, který nejčastěji součástí internetového prohlížeče. Podobně jako u obrázků či animací není možné ve VRML odměřovat délky.

Ze softwarů užitých pro tvorbu VRML souborů pro účely této práce podával lepší výsledky software Geomagic Studio, jelikož umožňuje konverzi všech částí modelu bez ohledu na to, jaký útvar je tvoří. Nevýhodou je však velká velikost vytvořených souborů. Software Microstation má v tomto ohledu lepší kompresní možnosti, ale neumožňuje konverzi nepravidelných sítí, což je v případě laserového skenování nepřekonatelný problém.

38

8 Závěr Bakalářská práce je rozdělena do dvou částí. V úvodní části, kterou lze nazvat teoretickou, jsem vysvětlil základní principy laserového skenování a popsal jednotlivé části procesu získávání a zpracování dat touto metodou. Zaměřil jsem se hlavně na část prezentace výsledných dat. Popsal jsem hlavní formy prezentací, které se v současnosti používají nejvíce, a nastínil čtenářům základy jejich tvorby. Ve druhé části práce jsem aplikoval teoretické poznatky na data získaná ze zaměření páteřní štoly důlního díla Josef pomocí skenovacího systému HDS 3000. Podrobně jsem zde popsal pracovní postup zpracování naměřených dat s využitím softwarů Cyclone, Geomagic Studio a Microstation. Největší pozornost jsem věnoval prezentaci výsledných dat, jimiž jsou digitální 3D model páteřní štoly a vstupního portálu, a vytvořil jsem stručné návody, jak jednotlivé formy prezentace vytvářet. Čtenáři by měli být schopni podle těchto instruktážních textů vytvořit snapshoty, animační video soubory a VRML soubory ve výše zmíněných softwarech. U každé formy prezentace jsem se také pokusil poukázat na problematické partie v procesu jejich tvorby a navrhnout řešení těchto situací. V samotném závěru bakalářské práce jsem vyjmenoval největší přednosti a nedostatky jednotlivých prezentačních forem s ohledem na jejich použití v síti internet a také jsem hodnotil, který z mnou používaných softwarů je k tvorbě jednotlivých prezentací vhodnější.

Hardwarový i softwarový vývoj jde neustále kupředu a je tedy jasné, že se v budoucnosti budou objevovat stále nové a nové možnosti, jak prezentovat 3D data.

39

9 Použitá literatura Knižní zdroje [1] KAŠPAR, M. - POSPÍŠIL, J. - ŠTRONER, M. - Křemen, T. - TEJKAL, M.: Laserové skenovací systémy ve stavebnictví. 1. vyd. Hradec Králové : Vega s.r.o., 2003. 111 s. , ISBN 80-900860-3-9

Internetové zdroje [2] KAŠPAR, Milan. Laserové skenovací systémy a uplatnění ve stavebnictví [online]. [2005], 12/2005 [cit. 2007-06-24]. Dostupný z WWW: . [3] KOHOUŠEK, Ivo. Dokumentace skutečného stavu železničních tunelů pomocí laserového skenování [online]. 2005 [cit. 2007-06-21]. Dostupný z WWW: . [4] Leica HDS3000 : The Industry Standard for High-Definition Surveying [online]. c2003 [cit. 2007-06-15]. Dostupný z WWW: . [5] ŠANTORA, Daniel. 3-D laserový skener firmy Cyra Technologies, Inc. [online]. 2002 [cit. 2007-06-15]. Dostupný z WWW: . [6] Cyclone [online]. [2003] [cit. 2007-06-16]. Dostupný z WWW: . [7] HDS 3000 : Nový 3D laserový skener [online]. [2005] [cit. 2007-06-16]. Dostupný z WWW: . [8] ŠANTORA, Daniel. Technologie 3D laserového skenování od firmy Cyra Technologies [online]. 2003 [cit. 2007-06-16]. Dostupný z WWW: . [9] Laserové skenování - 3D vizualizace : Teorie laserového skenování [online]. 2001-2007 [cit. 2007-06-20]. Dostupný z WWW: .

40

[10] Laserové skenování - 3D vizualizace : Aplikace laserového skenování [online]. c2001-2007 [cit. 2007-06-20]. Dostupný z WWW: . [11] Leica HDS3000 Product Specifications [online]. 2004 [cit. 2007-06-15]. Dostupný z WWW: . [12] TIŠNOVSKÝ, Pavel. Vektorové grafické formáty a metaformáty [online]. 2007 [cit. 2007-06-24]. Dostupný z WWW: . [13] Animace [online]. c2005 [cit. 2007-06-24]. Dostupný z WWW: . [14] Popis Štoly Josef [online]. 2007 [cit. 2007-06-18]. Dostupný z WWW: . [15] Laboratoř laserového skenování [online]. [2007] [cit. 2007-06-20]. Dostupný z WWW: . [16] ŠTRONER, Martin. Laserové skenování : Informace k přednáškám [online]. [2007] [cit. 2007-06-20]. Dostupný z WWW: . [17] Neskutečné skutečno : VRML [online]. [2006] [cit. 2007-06-22]. Dostupný z WWW: . [18] BALÍK, Radim. Konverze vektorových prostorových dat do formátu VRML. [s.l.], 2005. 50 s. Diplomová práce. Dostupný z WWW: . [19] Alteros 3D 2.7 [online]. [2006] [cit. 2007-06-20]. Dostupný z WWW: . [20] PolyWorks/IMView - Free PolyWorks Project Viewer [online]. [2006] [cit. 2007-06-20]. Dostupný z WWW: .

41

Seznam příloh Obsah přiloženého CD Obsah přiloženého CD znázorňuje následující obrázek.

Adresář animace obsahuje soubory: •

cyclone_animace_portal.wmv

•

cyclone_animace_tunel.wmv

•

microstation_animace_portal.avi

•

microstation_animace_tunel.avi

Adresář bakalářská práce obsahuje soubory: •

bakalářská_práce.pdf

Adresář celkový model obsahuje soubory: •

cely_model.coe

•

cely_model.dxf

Adresář registrace a čištění dat obsahuje soubory: •

ocistene_mracno.xyz

•

protokol_registrace.txt

42

Adresář snapshoty obsahuje soubory: •

alteros3D_1.bmp

•

alteros3D_2.jpg

•

alteros3D_3.gif

•

alteros3D_4.tif

•

alteros3D_5.png

•

cyclone_1.bmp

•

cyclone_2.jpg

•

cyclone_3.tif

•

cyclone_4.jpg

•

geomagic_1.png

•

geomagic_2.png

•

geomagic_3.bmp

•

geomagic_4.jpg

•

geomagic_5.tif

•

imview_1.bmp

•

imview_2.jpg

•

imview_3.rgb

•

imview_4.tif

Adresář trojúhelníková síť obsahuje soubory: •

sit_stola.coe

•

sit_stola.stl

•

sit_stola.wrp

Adresář VRML modely obsahuje soubory: •

geomagic_vrml.wrl

•

microstation_vrml_1.wrl

•

microstation_vrml_2.wrl

43