Az épületek megfelelő pontosságú felmérése és dokumentálása az építészet, illetve a műemlékvédelem egyik alapvető problémája. A feladat gyorsan és hatékonyan megoldható a digitális fotogrammetriai technológiával előállított fotórealisztikus 3D épületmodellek segítségével. Cikkemben egy konkrét példán keresztül bemutatom ezek előállításának módját, illetve alkalmazásuk néhány lehetőségét.

Tesztobjektumként az Árpád-korban épült, sopronbánfalvi Mária Magdolna templomot választottam.

A fényképfelvételek elkészítéséhez egy UMK-típusú fotóteodolitot, illetve egy Olympus C-1000 amatőr digitális fényképezőgépet használtam. A kiértékelés nem sztereoszkopikusan történt, ezért nem törekedtem a normál elrendezésű képpárok kialakítására, hiszen esetünkben a fotogrammetriai térmodellnél sokkal fontosabb szerepet játszik a fotogrammetriai sugárnyaláb. Ügyeltem arra, hogy a homológ sugarak lehetőleg 90°-hoz minél közelebbi szögben metsszék egymást, illetve a fontosabb tárgypontok legalább három képen leképződjenek.

Természetesen az analóg UMK-képeket digitalizálni kellett. Ehhez egy professzionális Zeiss-Integraph PS-1 fotószkennert, illetve egy Hewlett Packard ScanJet II típusú síkágyas A4-es szkennert alkalmaztam mintegy 600 dpi-s felbontással. Az ennek megfelelő 42 µm-es pixelméret kb. 3 mm-es terepi felbontást eredményez.

A professzionális mérőkamerák (például UMK) igen stabil geometriával rendelkeznek, így kalibrálásukra ritkán kerül sor. Ezzel szemben az amatőr fényképezőgépek belső tájékozási elemei könnyen változnak (Kraus, 1996), így kalibrálásuk minden komolyabb projekt előtt ajánlott.

Az Olympus fényképezőgép kalibrálását a kanadai EOS System Inc. CameraCalibrator 3.0 elnevezésű szoftverével végeztem el. Egy ismert geodéziai koordinátájú pontokból álló tesztmező fényképezése után a program segítségével automatikusan mérhetőek a pontok pixelkoordinátái. Ezek alapján sugárnyaláb-kiegyenlítéssel kiszámíthatóak a kamera kalibrációs adatai, melyek a későbbiekben még módosulhatnak, ugyanis az alkalmazott kiértékelő szoftverek lehetőséget biztosítanak önkalibráció alkalmazására.

A modell méretarányának megállapítása, illetve a nagyobb pontosság elérése érdekében egy Geodimeter 600 típusú mérőállomás segítségével meghatároztam néhány geodéziai illesztőpontot. Ennek során mesterséges pontjelölést nem alkalmaztam. A végeredményül kapott modell pontosságának megállapítása céljából további ellenőrző-pontokat, illetve távolságokat határoztam meg.

A modell elkészítése során össze szerettem volna hasonlítani egy professzionális, illetve egy egyszerűbb eljárást, ezért a felvételeket egymástól függetlenül két különböző szoftver felhasználásával is kiértékeltem. Mindkettő az ún. többképes kiértékelő rendszerek közé tartozik, tehát a képkoordináták mérése tetszőleges számú képen párhuzamosan, monokulárisan történik. A sztereoszkopikus szemlélést egyik programcsomag sem teszi lehetővé, ezért elsősorban földi fotogrammetriai feladatok megoldására alkalmasak, hiszen itt a jól azonosítható élek, illetve erős kontúrok miatt ez kevésbé zavaró.

Egyik szoftver sem igényel különleges hardverkörnyezetet, a feladatot egy szokványos személyi számítógéppel (PII-400 MHz, 128 MB RAM) oldottam meg.

4.1.1. Orpheus

A PS-1 szkennerrel digitalizált képeket az ORPHEUS (Orient-Photogrammetric Engineering Utilities System) elnevezésű professzionális fotogrammetriai programcsomag segítségével értékeltem ki. E szoftver tulajdonképpen a Bécsi Műszaki Egyetem Fotogrammetria Tanszékén kifejlesztett Orient nevű sugárnyaláb-kiegyenlítő programcsomag új, grafikus felhasználói felülete, amely egyúttal a digitális képeken történő különféle méréseket, illetve korrekciókat is lehetővé tesz. Windows, illetve Unix környezetben egyaránt installálható. Az ORPHEUS működése közben az Orient kiszolgálóként állandóan a háttérben fut, sőt az ún. DIRAN (Direktiven Analysator) parancsokkal közvetlenül vezérelhető.

4.1.2. PhotoModeler 3.1

A HP szkennerrel digitalizált képek feldolgozásához a kanadai EOS System Inc. által kifejlesztett PhotoModeler Pro 3.1 elnevezésű, Windows alatt futó fotogrammetriai kiértékelő szoftvert használtam fel. Az analitikus technológiát felváltó drága digitális fotogrammetriai munkaállomások mellett napjainkban egyre több viszonylag olcsó kiértékelő rendszer (ún. Low-Cost Photogrammetric System) jelenik meg a piacon, melyek közül a PhotoModeler az egyik legelterjedtebb.

A kiértékelés mindkét szoftverrel nagyon hasonlóan történik, ezért a következőkben csak a lényeges különbségekre utalok. Első lépésként tekintsük át a digitális kiértékelés munkafolyamatát (1. ábra).

A felhasznált kamerák belső tájékozási elemeinek és néhány egyéb paraméter (munkakönyvtár, képek elérési útvonala, képpiramisok felbontása, iterációs paraméterek stb.) megadása után a belső tájékozás elvégzése következik, melynek során a képkoordináták mérése pixelméret alatti (subpixel) tartományban manuálisan történt (az ORPHEUS újabb verziója már lehetővé teszi a keretjelek automatikus mérését is).

A belső tájékozás után lehetővé válik az illesztőpontok, illetve a modellt alkotó részletpontok képkoordinátáinak mérése. Ennek során a magsugár-geometria alkalmazását mindkét szoftver lehetővé teszi, természetesen csak a már tájékozott képek esetében. Ez különösen az íveket alkotó homológ pontpárok azonosításánál jelentett nagy segítséget. A képkoordináták apriori középhibái az ORPHEUS esetében pontonként (sőt koordinátánként) megadhatóak, így a nehezebben azonosítható, bizonytalanul látszódó pontok kisebb súllyal vonhatók be a kiegyenlítésbe. A PhotoModeler sajnos az egész projektre vonatkozóan egyetlen apriori középhibával számol, így ez esetben egy pontot vagy teljes súllyal veszünk figyelembe, vagy kihagyjuk a kiegyenlítésből. Az ORPHEUS által használt Orient különböző geometriai kényszereket is figyelembe tud venni a kiegyenlítés során.

A PhotoModeler ezt sajnos nem teszi lehetővé, ráadásul az elvégzett számítások pontosságáról igen kevés információt ad. A nagyobb precizitást igénylő mérnök-fotogrammetriai feladatok megoldására az ORPHEUS tehát lényegesen alkalmasabb.

A sugárnyaláb-kiegyenlítés eredményeként megkapjuk a képek külső tájékozási adatait, a tárgypontok kiegyenlített koordinátáit (3D), a kiegyenlített képkoordinátákat (2D) és illesztőpontokat, illetve, ha önkalibrációt is végeztünk, akkor a kamerák belső tájékozási elemeit. Ezt követően a tárgypontok közötti topológia definiálásával létrejön a 3D modell, melyet számos adatformátumban (DXF, 3ds, OBJ, X, VRML, RAW) elmenthetünk.

Az ORPHEUS, illetve a PhotoModeler felhasználásával készült modell pontossága egyaránt néhány cm-re tehető.

A drótvázas modellnél (2. ábra) a topológia felépítésében csak a pontokat összekötő vonalak vesznek részt. A kápolna drótvázas modellje (DXF-formátumban elmentve) tetszőleges CAD-rendszerbe exportálható további feldolgozás céljából.

2. ábra. A templom drótvázas modellje

A topológiában felületeket is definiálunk (3. ábra), ezáltal a modell renderelhető.

3. ábra. A templom felületmodellje

Egy objektum 3D fotórealisztikus megjelenésű felületmodellje. A fotómodell tehát mind a képi (fotó), mind a geometriai (modell) információkat tartalmazza. A fényképfelvételek textúrájának a 3D modell felületére történő transzformálásával állítható elő (4. ábra), így megőrizhető a képtartalom információgazdagsága.

4. ábra. A fotómodell egy részlete

A gyenge felbontású, de színes Olympus-képeket a fotómodell textúrájának előállítása során használtam fel, míg a modell geometriájára vonatkozó információkat a kiváló felbontású, elrajzolásmentes UMK mérőkamerával készült fekete-fehér felvételek biztosították.

A drótvázas modell és a fotómodell együttes kezelése (5. ábra) egy szinte kompromisszummentes megoldást kínál a fotogrammetriai kiértékelés eredményeinek bemutatására. A módszer a raszteres megjelenítés információgazdagságát ötvözi a vektoros megjelenítés geometriai pontosságával.

A PhotoModeler segítségével a modell tetszőleges részéről készíthető ortofotó (6. ábra), sőt a fotómodell ortogonális nézetét kinyomtatva szintén ortofotót kapunk eredményül.

Az elkészített 3D modell alkalmazására számos lehetőség kínálkozik. Tetszőleges CAD-rendszerbe (pl. AutoCad, MicroStation) importálható, ahol alapul szolgálhat a további – építészeti célú – feldolgozáshoz. Az épületről CAD-es környezetben a modell alapján szinte “gombnyomásra” generálhatók különféle alaprajzok és metszetek a kívánt méretarányban. Az épületek felújításakor tehát kiegészíthetjük, illetve pótolhatjuk a gyakran hiányos eredeti tervrajzokat.

A fotómodellek az animáció, illetve a látványtervezés területén szintén nagy segítséget jelentenek, felhasználásuknak szinte csak a fantáziánk (és persze gépünk kapacitása…) szabhat határt.

Ugyanakkor egyre terjednek a 3D térinformációs rendszerek, melyeknek alapját szintén a fotómodellek képezhetik.

A Fotómodell (VRML-formátumban elmentve) a világhálón mindenki számára elér-

hetővé, sőt interaktívvá tehető. A térbeli navigálást egy ingyen letölthető, a Web-böngészőbe beépülő Plug-in teszi lehetővé.

A VRML nyelv tehát alkalmas az építészeti fotogrammetria eredményeinek dokumentálására, archíválására, valamint segítségével egy olyan platformfüggetlen 3D információs-rendszer hozható létre a világhálón, amely a Java nyelv felhasználásával szinte bármilyen felhasználói igény kielégítésére képes.

Irodalom

EOS System Inc.: PhotoModeler Pro Version 3.0 User Manual, Vancouver, 1997.

Kager, H.: Orient, A Universal Photogrammetric Adjustment System, TU Wien, 1995.

Kraus, K.: Photogrammetrie II, Dümmler Verlag, Bonn, 1996.

Rottensteiner, F.: ORPHEUS User Manual, TU Wien, 1999.

The paper shows the digital photogrammetric workflow and the technical details of creating 3D Photomodel applying a software of Eos Inc. Called PhotoModeler Pro and a professional bundle adjustment software system called ORPHEUS (Orient-Photogrammetric Engineering Utilities System). The accuracy and workflow of these softwares were compared.