– proces pozyskiwania odwzorowań obiektów 3D w Muzuem Pałac w Wilanowie
W ramach tego podrozdziału opisane zostaną procesy digitalizacji 3D przeprowadzone przez Muzeum Pałac w Wilanowie we współpracy z Wydziałem Mechatroniki Politechniki Warszaw-skiej. Z grupy ponad 60 zdigitalizowanych w ostatnich latach obiektów z kolekcji Muzeum Pałac w Wilanowie wybrano dwa przykłady najlepiej obrazujące cały zakres problematyki do-tyczącej dokumentacji 3D różnego typów obiektów. Pierwszym opisywanym obiektem jest grupę ekspertów współpracujących z NIMOZ14 oraz w publikacji Proces digitalizacji 3D. Od założeń do dokumentacji cyfrowej15.
Gabinet Chiński Króla 3.4.1.
14 Zalecenia…, op. cit.
15 E. Bunsch, R. Sitnik, Proces digitalizacji 3D. Od założeń do dokumentacji cyfrowej, „Muzealnictwo” 2011, nr 52, Warszawa, s. 48 – 53.
Ilustracja 3.68. Gabinet Chiński Króla – zdjęcie archiwalne stanu zachowania pod koniec XX w.
Fot. Muzeum Pałac w Wilanowie
Ilustracja 3.69. Supraporta na ścianie wschodniej (stan przed konserwacją).
Fot. W. Holnicki, Muzeum Pałac w Wilanowie
Ilustracja 3.70. Supraporta na ścianie północnej (stan po konserwacji).
Fot. W. Holnicki, Muzeum Pałac w Wilanowie
Cel digitalizacji
Celem digitalizacji 3D Gabinetu Chińskiego Króla był pomiar przestrzenny kształtu ścian i su-fitu ze szczególnym uwzględnieniem potrzeb konserwatorskich i edukacyjnych. Dane zabrane
w 2009 r.) wyznaczone zostały na przełomie 2007 i 2008 r. W sytuacji planowanego przepro- każda deformacja powierzchni obiektu mająca więcej niż 0,2 mm zostanie zarejestrowana w pomiarze kształtu i będzie dobrze widoczna niezależnie od informacji o miejscowych różni-cach barwy obiektu.
Nazwa Wartość Komentarz
Rozdzielczość rzeczywista pomiaru
0,1 mm
(100 punktów/mm2) Odległość pomiędzy poszczególnymi punktami
pomiarowymi (niedopuszczalne jest stosowanie technik interpolacji) w końcowym modelu cyfrowym nie będzie większa niż ta wartość.
Niepewność pomiaru 0,05 mm 99 proc. punktów pomiarowych odwzorowuje geometrię powierzchni z błędem mniejszym niż wartość niepewności. Rozkład błędów jest losowy. Nie występuje żaden znaczący składnik systematyczny.
Niepewność ta dotyczy stosowanego urządzenia skanującego.
Odwzorowanie barwy tak Ze względu na ograniczone warunki techniczne (nie jest możliwe oświetlenie pomieszczenia podczas pomiarów w sposób jednorodny i stały) odwzorowanie barwy będzie realizowane tylko poprzez balans bieli kamery.
Format danych
końcowych punkty (x, y, z, R, G, B) w globalnym układzie współrzędnych
W postaci co najmniej dwóch modeli: pełnego (wszystkie dane pomiarowe) i uproszczonego (cele prezentacyjne, generacja siatki trójkątów, podgląd itp.).
Wybór techniki pomiaru i planowanie procesu rejestracji
Rozważane były dwie techniki pomiaru: triangulacja laserowa (ang. laser triangulation) oraz metody z oświetleniem strukturalnym (ang. structured light). Wybrano technikę z oświetleniem strukturalnym ze względu na następujące czynniki:
Tabela 3.6. Parametry techniczne końcowego wyniku procesu digitalizacji 3D Gabinetu Chińskiego Króla w Muzeum Pałac w Wilanowie. Opracowanie: R. Sitnik, E. Bunsch
Ilustracja 3.71. System skanujący z czterema systemami skanującymi zbudowany specjalnie na potrzeby wykonania skanowania ścian w Pokoju Chińskim Króla. Fot. P. Bolewicki
Wynikiem każdego pomiaru są chmury kierunkowe. Przykładowa chmura z jednego modułu systemu pomiarowego przedstawiona została na ilustracji 3.72. Średnia liczba punktów każdej z chmur to ok. 10 mln punktów pomiarowych.
Podczas całego procesu dokumentacji zostało wykonanych ok. 2,5 tys. pomiarów kierunkowych ścian oraz ok. 960 pomiarów sufitu. Proces pomiaru był dzielony na obszary i dokumentowany tzw. kartami pomiarowymi, które określały obszar każdego pomiaru oraz specyfikowały, kto wykonywał jaką czynność. Dokumentacja jednej z kart jest przedstawiona na ilustracji 3.74.
Każdy pomiar był weryfikowany zaraz po jego wykonaniu, każdy pomiar ma przypisaną ma-cierz kalibracji, każda czynność była wykonywana przez zespół pomiarowy (dane personalne zostały usunięte z prezentowanej karty).
Ilustracja 3.72. Fragment ściany w Gabinecie Chińskim Króla. Efekt digitalizacji 3D – gęsta chmura punktów z pomiaru wyświetlona w dedykowanym wizualizatorze. Fot. R. Sitnik
Ilustracja 3.73. Fragment ortofotoplanu przedstawiającego ścianę w Pokoju Chińskim Króla z zaznaczonymi polami poszczególnych pomiarów. Muzeum Pałac w Wilanowie
Ilustracja 3.74. Przykładowa karta pomiarów wykorzystywana w czasie skanowania Gabinetu Chińskiego Króla.
Sprawdzić na niej można weryfikację metrologiczną systemu przed rozpoczęciem pomiarów i nazwiska operatorów, którzy byli odpowiedzialni za wykonanie poszczególnych pomiarów
(na potrzeby publikacji z karty usunięto dane osobowe członków zespołu)
Proces pomiaru kończy się wraz z rejestracją ostatniego skanu 3D. Należy zwrócić uwagę, że w środowisku 3DMADMAC16.
Zastosowano także zasadę, że pewne zamknięte etapy przetwarzania realizuje/nadzoruje jedna Główne założenie procesu przetwarzania danych brzmiało: podczas tworzenia modelu referen-cyjnego (maksymalnej dokładności) niedopuszczalne są procedury zmieniające współrzędne XYZ.
16 Zob. http://ogx.mchtr.pw.edu.pl
Ilustracja 3.75. Przykładowe pojedyncze karty pomiarowe. Fot. R. Sitnik
Ilustracja 3.76. Przykładowy fragment złożony z połączonych kart pomiarowych. Fot. R. Sitnik
Wynikiem procesu łączenia jest model referencyjny, który jest główną bazą dokumentacyjną.
Z tego modelu mogą być tworzone uproszczone reprezentacje do zastosowań edukacyjnych, reklamowych i promocyjnych.
Najbardziej popularne reprezentacje to:
siatka trójkątów (można ją uzyskać, upraszczając z zadanymi parametrami chmurę punk-1)
tów i następnie stosując jeden z algorytmów triangulacji);
chmura punktów (można ją uzyskać, odpowiednio upraszczając dane).
2)
Ilustracja 3.77. Jedna ze ścian złożona z trzech fragmentów. Seria ilustracji pokazująca postępy w składaniu danych z pomiarów kierunkowych w jedną chmurę punktów – przedstawiającą całą ścianę wschodnią
Gabinetu Chińskiego Króla. Fot. R. Sitnik
Wynik końcowy i jego możliwe zastosowania
Końcowy model referencyjny dokumentujący Gabinet Chiński Króla z rozdzielczością 0,1 mm zawiera ok. 15 mld punktów pomiarowych i zajmuje 1,5 TB danych na dysku twardym. W celu jego wizualizacji i umożliwienia analizy powstały oprogramowania Massive3D i Cloud Adjust- ment opracowane przez zespół z Politechniki Warszawskiej. Pierwsze z nich jest oprogramo- waniem wizualizacyjnym 3D (pracuje wydajnie z tak dużymi modelami) z możliwością zazna-czania punktów na modelu 3D i dodawania do nich dodatkowej informacji w postaci zdjęć, plików Word itp. Drugie oprogramowanie pozwala na analizę modelu (jednak nie w czasie rzeczywistym) pod kątem wyznaczania odległości, przekrojów, pól powierzchni lub porówny-wania skanów wykonanych w innym czasie (monitoring).
Czas przygotowania systemu i oprogramowania oraz instalacja na miejscu wyniosły cztery tygo- dnie, czas rejestracji zajął ok. dwóch miesięcy, czas analizy danych – ok. czterech miesięcy. War-to zauważyć, że warunki pomiaru były bardzo specyficzne, a liczba pomiarów jest znacząca.
Powstały też wersje uproszczone (przykładowo z rozdzielczością 2 mm), pozwalające na wizu-alizację geometrii obiektu bez specjalnego oprogramowania.
Ilustracja 3.78. Supraporta na ścianie wschodniej. Wizualizacja chmury punktów z pomiaru w stworzonym na Politechnice Warszawskiej wizualizatorze. Widoczne zaznaczone na różowo miejsca pobrania prób
do badań identyfikacyjnych. Fot. R. Sitnik
Przełomowe znaczenie powiązania/korelacji zebranych danych i oprogramowania do wizuali-zacji polega na możliwości wykorzystania danych trójwymiarowych jako siatki do zbudowania przestrzennie zorganizowanej mapy informacji opisujących poszczególne miejsca digitalizo-wanego obiektu. W ten sposób do konkretnych fragmentów można przypisać np. wyniki badań identyfikacyjnych. W przypadku skomplikowanych obiektów, dla których przeprowadzono set-ki, a czasem nawet tysiące badań, tylko przestrzenne przyporządkowanie wyników pozwala na ich czytelną wizualizację. Dzięki takiej organizacji danych punkty lub obszary zaznaczone na skanie mogą funkcjonować jako aktywne odnośniki do systemu bazodanowego, pozwalając osobie niemającej zaawansowanej wiedzy merytorycznej ani doświadczenia na zrozumienie sieci zależności występujących w badanym dziele sztuki.