dokumentacji cyfrowej
dla trzech różnych obiektów: gabinetu chińskiego, waz greckich oraz wazonu piaskowcowego
na przykładzie zadania Digitalizacja wybranej kolekcji zbiorów, finansowanego w ra- mach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko, działanie 11.1 Ochrona i za- chowanie dziedzictwa kulturowego o znaczeniu ponadregionalnym; priorytet XI Kultu-ra i Dziedzictwo Kulturowe, projekt pn. Rewitalizacja i digitalizacja XVII-wiecznego zespołu pałacowo-ogrodowego w Wilanowie – etap III, realizowanego przez Muzeum Pałac w Wilanowie
1. Określenie celu digitalizacji 3D i założeń technicznych w odniesieniu do danych pomiarowych
Celem zadania było wykonanie przestrzennej digitalizacji 3D wybranych obiektów znajdujących się w posiadaniu Muzeum Pałacu w Wilanowie. Digitalizacja miała być przeprowadzona na potrzeby dokumentacji bazowej, konserwatorskiej oraz w celach edukacyjnych. Każde z wymienionych zastosowań wymaga innego przygotowania da- nych otrzymanych z pomiaru 3D. Parametry dotyczące samego pomiaru zostały dosto-sowane indywidualnie do każdej z grup obiektów umieszczonych w projekcie.
Uwzględniono przy tym takie parametry, jak np. rodzaj materiału, z jakiego wykonany jest obiekt, a także ewentualne pytania, na które miała odpowiedzieć gromadzona w ten sposób dokumentacja.
Dane bezpośrednio z pomiaru zapisywane były jako dokumentacja bazowa: odpowied- nio przetworzone, ale z zachowaniem bardzo wysokiej jakości, jako dokumentacja kon-serwatorska. Natomiast dane na użytek marketingowy i edukacyjny zostały w znaczny sposób uproszczone. Miało to na celu z jednej strony łatwiejsze wykorzystanie tych da-nych w działaniach wizualizacyjnych, w których tak wysoka precyzja odwzorowania nie jest potrzebna, a z drugiej – ochronę tych danych przed nieautoryzowanym wykorzysta-niem (w przyszłości alternatywą dla obecnego upraszczania danych będzie wizualizacja
chmur punktów w najwyższej rozdzielczości za pomocą specjalnie do tego celu przygo-2 dr hab. Robert Sitnik towanego oprogramowania; prace nad tego typu oprogramowaniem realizowane są przez Muzeum Pałac w Wilanowie i Politechnikę Warszawską).
Przez dokumentację bazową należy rozumieć wynik pomiaru w wystarczająco dokład-nej formie geometrycznej, pozwalającej na wykorzystanie jej we wszystkich możliwych zastosowaniach w postaci uproszczonej lub oryginalnej. Ta forma danych może służyć jako baza do wszelkich zastosowań, wymagająca tylko odpowiedniego przetworzenia cyfrowego. Dokumentacja konserwatorska zawiera opis stanu zachowania obiektu
digitalizacji jest dokumentacja elementów drewnianego wystroju ścian po-mieszczenia, pokrytych dekoracją w technice „laki europejskiej”),
wazon piaskowcowy o wymiarach orientacyjnych 1 m x 1 m x 2 m,
•
waza grecka o wymiarach orientacyjnych 0,4 m x 0,4 m x 0,5 m.
•
Minimalne parametry techniczne dla wybranych obiektów zostały wyspecyfikowane w poniższej tabeli. Specyfikacji dokonywał zespół złożony ze specjalistów z działów Konserwacji, Dokumentacji oraz ekspertów technicznych w zakresie techniki digitaliza-cji 3D i przetwarzania danych.
Obiekt Parametry Minimalna wartość parametru (średnia odległość między punktami, liczba punktów na mm2) Gabinet chiński Rozdzielczość danych
przestrzennych 0.1 mm, 100 punktów/mm2 Dokładność pomiaru 0.02 mm
Wazon piaskowcowy Rozdzielczość danych
przestrzennych 0.025 mm, 1600 punktów/mm2 Dokładność pomiaru 0.01 mm
Waza grecka Rozdzielczość danych
przestrzennych 0.025 mm, 1600 punktów/mm2 Dokładność pomiaru 0.01 mm
Do zapisywania zarówno pomiarowych, jak i przetworzonych danych zastosowano otwarty i rozszerzalny format danych COPSXML (ang. Cloud Of PointS XML), opraco-wany na Politechnice Warszawskiej. Format ten przystosowany jest do przechowywania
Opis planowania procesu digitalizacji 3D... 3 dużych zbiorów danych. Jego specyfikacja jest udokumentowana, więc jeśli w przyszło-ści pojawi się konieczność migracji do innego formatu, to opracowanie translatora nie przysporzy problemu.
2. Planowanie procesu digitalizacji 3D
Podczas planowania procesu digitalizacji 3D rozpatrywane były następujące elementy:
technika pomiaru oraz możliwe rozwiązania sprzętowe skanerów 3D,
•
przygotowanie pomieszczeń do pomiaru i analizy danych,
•
zagadnienia kontroli jakości,
•
dokumentacja przebiegu procesu digitalizacji 3D, uwzględniająca parametry
•
techniczne.
Jako technika pomiaru została wybrana metoda z oświetleniem strukturalnym, gwaran- tująca spełnienie wymagań w zakresie rozdzielczości i dokładności danych oraz pozwa- lająca na płynną zmianę wymiarów przestrzeni, w której dokonywany jest pomiar. Za-planowano różne rozwiązania sprzętowe w zależności od parametrów analizowanego obiektu, uwzględniając charakter jego powierzchni, możliwość aranżacji stanowiska wokół obiektu oraz automatyzacji procesu digitalizacji 3D (patrz punkt 3).
Digitalizacja 3D każdego z zaplanowanych obiektów wymagała aranżacji pomieszczeń lub zbudowania złożonego stanowiska pomiarowego (patrz punkt 3). Dla gabinetu chiń-skiego został zaprojektowany specjalny system, zawierający cztery głowice kierunkowe dokonujące pomiaru we wspólnym układzie współrzędnych, co pozwoliło na znaczącą redukcję czasu akwizycji danych i późniejszej ich analizy. Do pomiaru waz greckich powstało specjalne, w pełni zaaranżowane stanowisko, częściowo automatyzujące pro- ces akwizycji danych. Zrealizowanie pomiaru wazonu piaskowcowego wymagało zbu-dowania stanowiska wokół obiektu na terenie parku Muzeum Pałacu w Wilanowie oraz zastosowania znacznej automatyzacji akwizycji danych.
Na etapie planowania została także założona struktura opisu i dokumentacji przebiegu procesu digitalizacji 3D, uwzględniająca zapisywanie:
kalibracji skanera 3D wykorzystywanego do rejestracji współrzędnych
po-•
wierzchni wraz z obrazami kalibracyjnymi (co w przyszłości pozwoli na ponow-ne przeliczenie wszystkich pomiarów z innymi parametrami);
4 dr hab. Robert Sitnik pomiarów i obrazów pomiarowych (umożliwiających ponowne wyznaczenie
•
chmur punktów, jeśli zajdzie konieczność powtórnego przeliczania);
kart kalibracyjnych i pomiarowych z informacją identyfikującą osoby wykonujące
•
konkretne czynności oraz zawierającą parametry techniczne tych czynności (jak niepewność pomiaru, jakość gromadzonych danych czy uwagi dodatkowe);
metadanych opisowych w standardzie XML, zgodnych merytorycznie ze sche-•
matem przyjętym w Muzeum Pałacu w Wilanowie.
3. Przygotowanie stanowisk i systemów pomiarowych
W celu pomiaru dekoracji drewnianych w gabinecie chińskim z zakładaną w projekcie rozdzielczością i niepewnością oraz przy uwzględnieniu wymagań zastosowanej meto-dy pomiarowej zostały wykonane następujące prace projektowe i aranżacyjne:
zaciemnienie pomieszczenia na czas pomiarów,
•
opracowanie stanowiska do pomiaru (patrz il. 1),
•
projekt i testy systemu manipulacji systemem pomiarowym,
•
budowa i testy stanowiska pomiarowego.
•
1. Pomiar gabinetu chińskiego:
a) fragment gabinetu chińskiego, b) czterokierunkowy system pomiarowy
Urządzenie do manipulacji systemem pomiarowym powinno uwzględniać możliwość zmiany kierunku obserwacji głowic pomiarowych oraz możliwość ich podniesienia na wysokość 4 m. Zdecydowano się na ręcznie obsługiwany mechanizm z powodu stosunkowo małej odległości pomiędzy powierzchniami zabytkowymi a głowicami pomiarowymi oraz koniecznej precyzji ruchu i monitorowania ewentualnego kontaktu
a) b)
Opis planowania procesu digitalizacji 3D... 5 z zabytkiem. Po zakończeniu prac projektowych całe stanowisko zostało zbudowane i przetestowane. Testy głowic pomiarowych (uwzględniające badania uzyskanych powtarzalności, rozdzielczości i niepewności pomiarów) oraz mechanizmu do ich przemieszczania wypadły poprawnie, więc można było przystąpić do pomiarów.
Przygotowanie stanowiska do digitalizacji waz greckich wymagało wybrania odpowied-niego pomieszczenia na terenie muzeum oraz zbudowania w nim zaciemnionego stano- wiska pomiarowego. Opracowane na potrzeby projektu stanowisko zostało przedstawio-ne na il. 2. Ze względu na obrotową symetryczność waz został wykorzystany stolik obrotowy sterowany przez komputer, co pozwoliło na znaczące przyspieszenie pomia-rów. Głowica pomiarowa została umieszczona na statywie pozwalającym na jej stabilne pozycjonowanie względem analizowanej wazy. Po wstępnych testach poprawności dzia-łania stanowiska i głowicy pomiarowej można było przystąpić do pomiarów.
2. Zaciemnione stanowisko do digitalizacji 3D waz greckich
Digitalizacja 3D wazonu piaskowcowego wymagała zbudowania stanowiska pomiaro- wego w parku Muzeum Pałacu w Wilanowie. Ze względu na znaczne gabaryty analizo- wanego obiektu w stosunku do uzyskanej przestrzeni roboczej głowicy pomiarowej ze-spół projektowy zdecydował o znacznym zautomatyzowaniu pomiaru z zastosowaniem ramienia robota. Dodatkowo, ze względu na konieczność zaciemnienia oraz stabilizacji temperatury, powstał (i został zrealizowany) projekt przedstawiony na il. 3.
a) b)