Naziemne skanowanie laserowe i trójwymiarowa wizualizacja

Naziemne skanowanie laserowe i trójwymiarowa wizualizacja

Naziemne skanowanie laserowe i trójwymiarowa wizualizacja Jaskini Łokietka
Przez 27 lat, od kiedy Jaskinia Łokietka w Ojcowskim Parku Narodowym została
udostępniona dla masowego ruchu turystycznego, jej korytarze i sale przemierzyło ponad
milion osób.
Technologia naziemnego
skanowania laserowego
pozwala na bezinwazyjne
pozyskiwanie danych 3D i generowanie modeli obiektów w tym i wnętrza jaskini, pozwalając
m.in. na precyzyjne monitorowanie zmian rzeźby jaskiń pod wpływem ruchu turystycznego,
projektowanie przebiegu tras i symulowanie specjalistycznego oświetlenia.
W lipcu 2014 roku, członkowie Sekcji Geomatyki Koła Naukowego Leśników
Laboratorium Geomatyki (Wydział Leśny Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w
Krakowie) pod kierunkiem dr hab. inż. Piotra Wężyka przy zaangażowaniu Klubu
Podróżników „Śródziemie” w Krakowie rozpoczęli realizację projektu badawczego: Jaskinia
Łokietka 3D.
Głównym celem projektu jest wykonanie inwentaryzacji Jaskini Łokietka metodą
naziemnego skanowania laserowego (ang. Terrestrial Laser Scanning; TLS), wykonania
modelu 3D (*.OBJ), profili poprzecznych, określenia kubatury i wymiarów poszczególnych
sal i korytarzy oraz przygotowanie wizualizacji multimedialnych. W dalszej kolejności
podjęte zostaną prace nad integracją uzyskanych chmur punktów TLS z danymi z lotniczego
skanowania laserowego (ALS; OPN, ISOK) oraz zdjęciami cyfrowymi (naziemnymi i
lotniczymi) dzięki wykonaniu pomiarów GNSS i tachimetrycznych (dr inż. Artur Warchoł,
WIŚiG; UR Kraków).
Sprzęt pomiarowy wykorzystywany w projekcie to: skaner FARO FOCUS 3D (AGH
w Krakowie) oraz Trimble TX5 3D (dzięki uprzejmości firmy Geotronics Polska sp. z o.o.),
tachimetr bezlustrowy NIKON NPL 352 i odbiornik GNSS Trimble R6 (UR Kraków,
WIŚiG). Dodatkowo zastosowano aparaty cyfrowe wyposażone w odbiornik GPS i kompas
elektroniczny do prowadzenia dokumentacji fotograficznej. Do łączenia chmur punktów TLS
pozyskanych z kilkudziesięciu stanowisk - wykorzystano oprogramowanie Faro Scene 5.3
(FARO).
Prace w Jaskini Łokietka poprzedziły testy a przez trzy kolejne noce (po zakończeniu
ruchu turystycznego) wykonano 48 skanów (5 przed wejściem do Jaskini). Kluczową
czynnością było odpowiednie rozmieszczenie kul referencyjnych niezbędnych do połączenia
poszczególnych skanów. Łącznie tworzą one chmurę TLS składającą się z ponad 2 mld
punktów.
Ryc. 1. Fragment zeskanowanej jaskini - 15 pozycji Skanera Trimble X5 3D – (od prawej) przejście z Sali
Rycerskiej przez Kuchnię do Sypialni Jaskini Łokietka (OPN). Kolory oznaczają pojedyncze stanowiska
skanera.
Ryc. 2. Chmura punktów TLS Jaskini Łokietka (co 10 z ponad 2 mld punktów).
Ryc. 3. Pokolorowana chmura punktów TLS wartościami RGB (zdjęcia) ze stanowisk skanera przed wejściem
do Jaskini Łokietka. Zielone obiekty - wykryte sfery (kule), na których dokonywane jest łączenie chmur
punktów TLS z różnych stanowisk.
Ryc. 4. Przekrój przez chmurę punktów TLS - Sala Rycerska. Odcienie szarości oznaczają intensywność odbicia
promieni lasera.
Ryc. 5. Połączone chmury punktów TLS – rzut izometryczny (kolory oznaczają poszczególne stanowiska
skanera).
Ryc. 6. Rzut izometryczny z pierwszego stanowiska skanera w Sali Rycerskiej. Kolory oznaczają wysokość
względną.
Ryc. 7. Widok planarny (intensywność) skanu TLS.
W projekcie testowano także metodę generowania chmur punktów w oparciu o
stereomatching ze zdjęć naziemnych wykonywanych kamerami cyfrowymi (NIKON D3100).
Do tego celu wykorzystano oprogramowanie Pix4D mapper, które umożliwia generowanie
precyzyjnych modeli 3D. Metoda ta stanowi ciekawą alternatywę uzupełnienia w pewnych
przypadkach technologii naziemnego skanowania laserowego.
Ryc. 8. Pokolorowana wartościami RGB chmura punktów wygenerowana ze zdjęć cyfrowych (lustrzanka)
wykonanych w Sali Rycerskiej Jaskini Łokietka. Łącznie wykorzystano 357 zdjęć (11h godz. Przetwarzania;
oprogramowanie Pix4D mapper).