Alltran documentation - Katedra speciální geodézie

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
TEZE K DISERTAČNÍ PRÁCI
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
Fakulta stavební
Katedra speciální geodézie
Ing. Bronislav Koska
OPTOELEKTRONICKÉ METODY 3D ZAMĚŘENÍ POVRCHŮ
PŘEDMĚTŮ
OPTOELECTRONIC METHODS OF 3D MEASURING SURFACES OF OBJECTS
Doktorský studijní program: GEODÉZIE A KARTOGRAFIE
Studijní obor: Geodézie a kartografie
Teze disertace k získání akademického titulu „ doktor“, ve zkratce Ph.D.
Praha, září 2009
Disertační práce byla vypracována v kombinované formě doktorského studia na katedře speciální
geodézie Fakulty stavební ČVUT v Praze
Uchazeč: Ing. Bronislav Koska
Katedra speciální geodézie
Fakulta stavební ČVUT v Praze
Thákurova 7, Praha 6
Školitel: prof. Ing. Jiří Pospíšil, CSc.
Katedra speciální geodézie
Fakulta stavební ČVUT
Thákurova 7, Praha 6
Oponenti:
Teze byly rozeslány dne: .................................
Obhajoba disertace se koná dne v ................. hod. před komisí pro obhajobu disertační práce ve studijním
oboru Geodézie a kartografie v zasedací místnosti č. Fakulty stavební v Praze
S disertací je možno se seznámit na děkanátě Fakulty stavební ČVUT V Praze na oddělení pro vědeckou
a výzkumnou činnost, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, místnost C106
předseda komise pro obhajobu disertační práce
ve studijním oboru
Geodézie a kartografie
Fakulta stavební ČVUT v Praze
Thákurova 7, 166 29 Praha 6
OBSAH
1
ÚVOD ......................................................................................................................................................................... 2
2
CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE................................................................................................................................... 3
3
SOUČASNÝ STAV ................................................................................................................................................... 3
3.1
3.2
3.3
3.4
4
SOUČASNÝ STAV V OBLASTI ZÁKLADNOVÝCH SKENOVACÍCH SYSTÉMŮ ............................................................... 3
SOUČASNÝ STAV ORTOGONÁLNÍHO PROKLÁDÁNÍ ................................................................................................. 5
ALLTRAN .............................................................................................................................................................. 5
DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................... 6
METODY ŘEŠENÍ ................................................................................................................................................... 6
4.1 LORS41................................................................................................................................................................ 6
4.1.1 Princip.................................................................................................................................................. 6
4.1.2 Řešení ................................................................................................................................................... 6
4.1.3 Výpočet parametrů roviny v libovolné poloze točny............................................................................. 7
4.2 SPATFIG ................................................................................................................................................................ 8
4.3 ALLTRAN .............................................................................................................................................................. 8
4.4 DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................... 9
5
VÝSLEDKY............................................................................................................................................................... 9
5.1 LORS41................................................................................................................................................................ 9
5.1.1 Hardwarové řešení ............................................................................................................................... 9
5.1.2 Softwarové řešení ................................................................................................................................. 9
5.1.2.1
5.1.2.2
5.1.2.3
5.1.2.4
Kalibrace .......................................................................................................................................................9
Teoretické řešení .........................................................................................................................................10
LORS41 – Scanning....................................................................................................................................10
LORS41 – Processing .................................................................................................................................10
5.1.3 Provedené experimenty ...................................................................................................................... 11
5.1.4 Testování přesnosti............................................................................................................................. 11
5.1.5 Budoucí vývoj ..................................................................................................................................... 12
5.2 SPATFIG .............................................................................................................................................................. 12
5.3 ALLTRAN ............................................................................................................................................................ 13
5.4 DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................. 14
5.4.1 Aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii .................................................. 14
5.4.2 Ostatní projekty .................................................................................................................................. 14
6
NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VLASTNÍ PŘÍNOSY V BODECH...................................................................................... 15
6.1
6.2
6.3
6.4
LORS.................................................................................................................................................................. 15
SPATFIG .............................................................................................................................................................. 15
ALLTRAN ............................................................................................................................................................ 15
DALŠÍ PROJEKTY ................................................................................................................................................. 15
7
ZÁVĚR ..................................................................................................................................................................... 16
8
ŘEŠENÉ GRANTY A VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY.................................................................................................. 17
8.1 GRANTOVÁ AGENTURA ČESKÉ REPUBLIKY ......................................................................................................... 17
8.2 INTERNÍ GRANTOVÁ SOUTĚŽ ČVUT.................................................................................................................... 17
8.3 VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY A OSTATNÍ PROJEKTY ......................................................................................................... 17
9
LITERATURA POUŽITÁ V TEZI ....................................................................................................................... 18
10 VLASTNÍ PUBLIKACE......................................................................................................................................... 19
10.1 CITACE V ZAHRANIČNÍCH PUBLIKACÍCH.............................................................................................................. 22
11 SUMMARY.............................................................................................................................................................. 24
1
1 ÚVOD
1
ÚVOD
Technologie prostorového skenování je revoluční v několika ohledech. Nejedná se pouze o
vysokou rychlost sběru dat a automatizaci tohoto procesu, kde je v geodézii srovnatelná snad jen
technologie dálkového průzkumu země nebo fotogrammetrie. Jedná se zejména o bezprecedentně
širokou oblast využití a rozmanitost principů i funkčního rozsahu přístrojového vybavení.
Z hlediska přístrojového vybavení existují komerční přístroje pro skenování předmětů rozměrů
a detailnosti v řádu mikrometrů určené například ke kontrole tištěných spojů až po letecké
skenování ze vzdálenosti několika kilometrů k určení digitálního modelu terénu velkých území. To
co spojuje tyto rozsahově a přístrojově diametrálně rozdílné aplikace je výstupní produkt měření v
podobě prostorového mračna bodů a podobnost jeho zpracování.
Existuje celá řada principů prostorového skenování s typickým nasazením v určitém funkčním
rozsahu. Jmenujme nejzákladnější, kterými se zabývám v této práci. Jsou to polární skenovací
systémy s funkčním rozsahem od jednotek metrů po několik kilometrů a systémy základnové, které
fungují na triangulačním principu a jejichž funkční rozsah je standardně od jednotek centimetrů do
desítek metrů. Existuje mnoho variant základnových skenovacích systémů. Další principy jsou
použitelné pro řádově menší funkční rozsahy a pro ilustraci jmenujme skenování na základě
zaostřování (například mikroskopu).
Velkému funkčnímu rozsahu (10-6 až 103 metru) odpovídá velmi široký rozsah aplikační. V
oboru geodézie jsou komerčně nejúspěšnější aplikace srovnání skutečného stavu podzemních
liniových staveb s projektem, kontrola objemu zemních prací, určování digitálního modelu terénu
velkých území leteckým laserovým skenováním, zaměřování složitých průmyslových objektů a
zaměřování komplexních zejména historických fasád budov. Dále v geodézii existují aplikace, ve
kterých je prostorové skenování používáno zatím omezeně, ale které mají velký potenciál se v
budoucnu významně prosadit.
Z jiných oborů jmenujme například strojírenství a stavitelství, kde prostorové skenování slouží
k získávání podkladu, ve formě trojúhelníkových 3D modelů, pro statické výpočty nebo speciálně
ve strojírenství je možné použít 3D model k výrobě funkční kopie na 3D tiskárně tzv. "rapid
prototyping". V archeologii je skenování používáno například k získávání 3D modelů pro
dokumentaci a nekontaktní průzkum složitých artefaktů, virtuální rekonstrukce z úlomků, mapování
a vizualizace již neexistujících historických budov a celých sídel nebo k tvorbě 3D kopií rapid
prototypingem například pro zpřístupnění vzácných předmětů zrakově handicapovaným občanům.
Dříve spíš okrajové využití ve filmovém a herním průmyslu se stává stále významnějším odvětvím.
Skenují se slavní herci, tvrze, formule, závodní okruhy a další předměty. V kriminalistice se
dokumentují místa činu a provádí se jejich virtuální rekonstrukce a studie. 3D modely vytvořené na
základě prostorového skenování byly již například ve Velké Británii použity jako důkazní materiály
u soudu. Poslední obor, ale nikoliv významem, který bych zde rád jmenoval je robotika a
počítačové vidění. Zde jsou 3D skenovací systémy používány k "vidění" robotů a rozpoznávání
objektů.
Předložená práce se zabývá několika z mnoha aspektů prostorového skenování.
V první části se věnuji popisu hardwarového a softwarového řešení finančně nenákladného, ale
přesného, 3D skenovacího systému LORS, dále návrhu vyspělejšího systému FOS3D a návrhu
maximálně automatizovaného pracovního postupu tvorby finálního modelu založeného na volně
dostupném softwaru.
V druhé a třetí části se zabývám vlastním softwarovým řešením několika z častých úloh v
procesu vyhodnocení dat z 3D skenerů. Jedná se o ortogonální prokládání obecných geometrických
útvarů realizované v knihovně Spatfig a dále o transformace používané v základnových
2
2 CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE
skenovacích systémech nebo k vyhodnocení mračen bodů, které jsou realizované v knihovně
Alltran.
V poslední části se věnuji výsledkům zkušebních aplikací 3D skenovacích systémů v různých
náročných úkolech, kde řešení jinou technologií buď nebylo výhodné, anebo nebylo vůbec možné.
Vždy je provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a analýzou
aposteriorních odchylek.
2
CÍLE DISERTAČNÍ PRÁCE
Prvním a původním cílem mé práce bylo vytvoření prototypu 3D skenovacího systému, který
začal vznikat v rámci grantového projektu GA ČR 103/02/0357 "Moderní optoelektronické metody
topografie ploch". Základní koncepce i první hardwarové komponenty byly při mém zapojení do
projektu již navrženy. V původním konceptu bylo finálním výstupem ze systému mračno bodů.
Při řešení tohoto cíle se vyskytly problémy, které vedly ke stanovení dalších cílů. Podrobné
zdůvodnění tohoto kroku je uvedeno v disertační práci.
Cíle disertační práce v bodech:
1. Vytvoření prototypu a otestování 3D skenovacího systému.
2. Navržení a naprogramování softwarového řešení ortogonálního prokládání, které splňuje naše
požadavky, minimálně pro geometrické útvary nutné k řešení 3D skenovacího systému LORS
a obsažené v normě [5], lépe pro libovolné geometrické útvary zadané implicitní nebo
parametrickou funkcí. Základní požadavky jsou: Znalost použitého algoritmu, možnost použití
kovarianční matice vstupních bodů, možnost získání kovarianční matice výstupních
parametrů, možnost dávkového řešení pro potřeby testování.
3. Navržení a naprogramování softwarového řešení pro transformace minimálně v rozsahu
nutném k řešení a testování výstupů prvního cíle a se snadnou implementací nových
transformací.
4. Řešení dílčích cílů v rámci výzkumných projektů řešených mým školitelem [#1], [#2], [#3] a
[#7].
3
SOUČASNÝ STAV
Pro práci bylo stanoveno několik cílů, které spolu sice úzce souvisejí a spadají do oblasti 3D
skenování, ale jejich spojení v jediný a vyvážený souhrn skutečného stavu by vedl k příliš obsáhlé
studii. Proto byl v práci současný stav rozdělen do řešených kapitol.
3.1 Současný stav v oblasti základnových skenovacích systémů
V současné době je nabídka hardwaru v základnových skenovacích systémech velmi bohatá a
nepřehledná. Na internetu je možné najít stovky různých systémů. Nejúplnější a nejaktuálnější jsou
různé webové přehledy jako například www.3dlinks.com (odkaz "3D Hardware" → "3D Scanners")
nebo www.simple3d.com.
Poznámka: V oblasti polárních skenovacích systémů použitelných ve stavebnictví existuje na
globálním trhu pouze několik málo výrobců a modelů a skupina laserového skenování na Katedře
speciální geodézie jejich nabídku průběžně sleduje a dokumentuje, viz např. publikace [*36].
Opravdu vyčerpávající a aktuální přehled současného stavu z hlediska principů a aplikací jsem
nalezl v článku [10].
Z důvodu svého zaměření (program Geodézie a kartografie) se ve své práci věnuji zejména
systémům založeným na technologiích s nejpřesnějšími výstupy a současně aplikovatelných
3
3 SOUČASNÝ STAV
zejména v oborech s mým zaměřením tradičně spojenými jako je archeologie, památková péče a
strojírenství. Jedná se o technologie laserové triangulace, strukturovaného světla a fotogrammetrie.
Technologie laserové triangulace je detailně vysvětlena při popisu systému LORS41, který ji
používá, technologie strukturovaného světla v kapitole popisující nově navržený systém FOS3D a
klasickou fotogrammetrii je možné najít jednak [9] a [8], ale moderní přístupy lépe v [11] a [13].
Dále je v práci popsáno několik nejrozšířenějších a nejznámějších základnových 3D
skenovacích systémů (posouzeno subjektivně na základě citací v odborných publikacích i dalších
médiích). S některými z nich jsem měl možnost se osobně seznámit a použít je pro praktická
měření. V tezi jsou pouze vyjmenovány (v závorkách je uveden výrobce): Handyscan EXAscan
(Creaform), Konica Minolta VI-9 (Konica Minolta), NextEngine, GOM Atos (GOM), FlexScan3D
(3D3 Solution) a David – Laserscanner.
Poznámka: U každého jmenovaného systému jsou v disertační práci uvedeny informace o
principu fungování. Tyto informace jsou neověřené, neboť výrobci je z konkurenčních důvodů tají a
jsou založeny na zkušenosti a hloubce poznání dané problematiky autorem této práce.
Obr. 1 – Kopie sousoší Svaté Ludmily na Karlově mostě a sousoší v bodové fázi zaměřené systémem
EXAscan autorem této práce
Dále je v práci stručněji zpracován i stav v oblasti softwaru na zpracování naměřených dat.
Poznámka: Autor práce ani jeho kolegové doposud nezaregistrovali žádnou publikaci, která by
podrobně srovnávala na trhu dostupné softwary pro zpracování mračen bodů a sítí. Vznik takové
publikace je velmi problematický, protože použitelných softwarových produktů jsou desítky, jejich
cena se pohybuje v řádu desítek až stovek tisíc korun a jimi používané algoritmy jsou z
konkurenčních důvodů utajovány. Není pravděpodobné, že by jedno pracoviště nakoupilo desítky
softwarů a provedlo jejich důkladné testování a porovnání.
Jsou vyzdvihnuty open source projekty, které se velmi intenzivně vyvíjejí i v současné době, a
které jsou mnohem vhodnější pro poznání dané problematiky. Kromě zdrojových kódů bývají k
4
3 SOUČASNÝ STAV
dispozici i odkazy na vědecké práce vedoucí k implementovaným nástrojům a nové "myšlenky"
bývají implementovány výrazně rychleji. V současné době je nejzajímavějším projektem software
MeshLab (http://meshlab.sourceforge.net/). Jedná se o uživatelsky, ale zejména funkčně, vyspělý
software, jehož vývoj v současné době aktivně probíhá (29. 4. 2009 byla po zhruba roce vydána
nová verze označená 1.2.0). Software je vyvíjen v jazyce C++, používá multiplatformní framework
pro uživatelské rozhraní Qt.
Obr. 2 – Model andělíčka zaměřený systémem LORS41 v prostředí MeshLabu
3.2 Současný stav ortogonálního prokládání
Současný stav v algoritmech a softwarech ortogonálního prokládání byl teoreticky
nejnáročnější částí předkládané práce. Na této problematice pracovalo několik skupin zejména z
matematicko-fyzikálních fakult a fakult informačních technologií různých univerzit po celém světě.
Z důvodu značně rozsáhlého a detailního zpracování této části ve studii disertační práce [*13] není
tento text již uveden ani v disertační práci a je přiložen pouze v elektronické podobě. Nejúplnější a
podle mého názoru nejlepší zpracování ortogonálního prokládání bylo publikováno v disertační
práci [3], ze které jsem vycházel.
Z hlediska softwaru nebylo nalezeno žádné řešení s licencí freeware ani open source, které by
splňovalo naše požadavky. Existující komerční řešení nám nevyhovovaly zejména z následujících
důvodů: Neznámá metoda a algoritmus výpočtu, nemožnost použití kovarianční matice vstupních
bodů a výstupních parametrů, nemožnost implementace dalších geometrických útvarů, nemožnost
dávkového řešení pro potřeby testování.
3.3 Alltran
Pouze v tomto projektu jsem si z časových důvodů dovolil průzkum současného stavu, v
některých případech, omezit pouze na program Geodézie a kartografie na Stavební fakultě ČVUT v
Praze, i když původní průzkum (zejména hledání softwarového řešení) probíhal především na
platformě internetu celosvětově.
5
4 METODY ŘEŠENÍ
Knihovna Alltran implementuje transformace, které jsou známy, ale neznámé jsou pro některé
z nich obecné metody výpočtu přibližných hodnot.
Pro výpočet přibližných hodnot pro transformace souřadnic mezi kartézskými souřadnicovými
systémy jsem nalezl ve skriptech Fakulty stavební, zcela chybné "řešení", které vede k řešení
singulární matice. Singularita řešení je odvozena v kapitole "Singulární řešení podle skript"
předložené práce. Jedná se o skripta:
1. Ingeduld, M. – Jandourek, J. – Ratiborský, J. – Blažek, R.: GEODÉZIE – Metody
výpočtu a vyrovnání geodetický sítí. In: Praha: ČVUT, dotisk prvního vydání, 1993.
2. Jandourek, J. – Ratiborský, J.: GEODÉZIE VI – Způsoby vyrovnání účelových
geodetických sítí v E2 a v E3. In: Praha: ČVUT, první vydání, 1995.
Další řešení uvedené v publikaci [7] zase vyžaduje vyšší než nutný počet bodů a v některých
ohledech se zdá zbytečně složité.
Pro projektivní transformaci jsem nalezl řešení v základní knize klasické fotogrammetrie [9].
Řešení je relativně velmi komplikované a hlavně získané přibližné hodnoty nejsou v některých
případech dostatečně přesné.
Z hlediska softwaru byl problém najít volně dostupné nástroje i k nejjednodušším
geometrickým transformacím, a pokud nějaké existovali, tak nesplňovali ani základní požadavky na
operativnost použití.
3.4 Další projekty
Průzkum současného stavu v dalších řešených projektech probíhal vždy celosvětově a z
důvodu velkého rozsahu je přístupný pouze v příslušných publikacích uvedených pro jednotlivé
projekty v kapitole 5.4 strana 14.
4
METODY ŘEŠENÍ
4.1 LORS41
4.1.1 Princip
Systém je složen ze tří hardwarových komponent. Jedná se o digitální kameru, laserový modul
a točnu. Laserový modul je umístěn na točně a vytváří rovinu. Snímkové souřadnice jednotlivých
pixelů laserové stopy na měřeném objektu definují, při známých parametrech vnější a vnitřní
orientace digitální kamery, záměrné přímky v prostoru. Parametry vnitřní orientace jsou určeny
kalibrací a parametry vnější orientace jsou určeny na základě projektivní transformace. Jsou známy
parametry točny (bod na ose a vektor osy). Je znám vztah mezi aktuální polohou točny a parametry
laserové roviny.
Prostorový bod je definován jako průsečík laserové roviny a záměrné přímky.
4.1.2 Řešení
Postupnými inovacemi se dospělo k současné verzi LORS41.
Řešení je možné pro přehlednost rozdělit na hardwarovou a softwarovou část. Softwarovou
část je možné dále dělit na software ke kalibraci, k měření a k vyhodnocení. Vytvoření každého
softwaru předcházelo řešení teoretické.
Postup řešení byl následující.
Byla navržena inovace v oblasti software nebo hardwaru.
6
4 METODY ŘEŠENÍ
V případě hardwaru byl proveden průzkum trhu s ohledem na plánované využití. Například v
případě kamery (nebo motoru) je nutnou podmínkou existence možnosti programového ovládání,
což představuje existenci tzv. "software development kit" (dále SDK). Jen malá část z
neprůmyslových digitálních kamer SDK obsahuje.
V případě softwaru, je nutné nejprve ověřit a odvodit řešení. Není vždy dopředu zřejmé, jestli
navržené teoretické řešení je skutečně matematicky řešitelné. Jako příklad bych uvedl přechod od
řešení tzv. direktní lineární transformací (dále DLT) k řešení plnou projektivní transformací. DLT je
matematická transformace jejíž geometrická interpretace je složitá [8]. Hlavní výhodou DLT je její
lineární forma z hlediska jejich parametrů a tedy možnost jejího výpočtu bez znalosti přibližných
hodnot. Naopak její významnou nevýhodou je, že její parametry nelze vypočítat pro body ležící v
rovině a je zřejmé, že je jednodušší vytvořit, určit a udržovat rovinné kalibrační bodové pole než
prostorové. Projektivní transformaci je možné geometricky interpretovat jako středové promítání
ideální (dírkovou) kamerou. Řešení oběma metodami vede k jiným rovnicím řešení průsečíku
laserové roviny a optické přímky. Největší problém této inovace je nalezení přibližných hodnot pro
nelineární rovnice projektivní transformace. Původní řešení tohoto problému bylo posléze vyvinuto
a publikováno v [*32] a je možné jej najít v kapitole "Původní řešení 3D resekce – získání
přibližných hodnot pro projektivní transformaci" v disertační práci.
4.1.3 Výpočet parametrů roviny v libovolné poloze točny
Jako příklad řešení provedeného samostatně autorem předkládané práce uvádím řešení
parametrů roviny v libovolné poloze točny, které se nachází v disertační práci v kapitole stejného
názvu jako tato.
Jak již bylo uvedeno, rovina je zaměřena v jedné poloze točny. Úkolem je určit parametry této
roviny v libovolné poloze točny. Rovina je dána rovnicí:
A ⋅ X + B ⋅Y + C ⋅ Z + D = 0 ,
(1)
Jsou vhodně automaticky vypočteny tři body v této rovině v globálním (kalibračním) systému
XYZ. Tyto body je ale nutné znát i v lokální rotující souřadnicové soustavě xyz. Proto byla
provedena jejich transformace. Základní vztah prostorové transformace je:
X i = X CR + R ⋅ xi ,
(2)
kde Xi je bod i v souřadnicové soustavě XYZ, XCR je posun, R je rotační matice a xi je bod i v
lokálním souřadnicovém systému xyz. V naší situaci přepíšeme rovnici (2) na tvar:
x0i = RT ⋅ ( X 0i − X CR ) ,
(3)
R = RZ' (α1 ) ⋅ RY' (α 2 ) ⋅ RZ' (α 3 ) ,
(4)
kde:
RZ' (α 1
⎛ cos α
⎜
) = sin α
⎜⎜
⎝ 0
1
− sin α 1
1
cos α 1
0
0⎞
⎟
⎟⎟
1⎠
0 , RY' (α 2
⎛ cos α
⎜ 0
)=
⎜⎜
⎝ − sin α
2
2
⎛
nRPx
α1 = arccos ⎜
⎜ nRPx 2 + nRPy 2
⎝
0
sin α 2
1
0
0
cos α 2
⎞
⎟, R
⎟⎟
⎠
Z'
(α 3
⎛ cos α
⎜
) = sin α
⎜⎜
⎝ 0
⎞
⎟ , α 2 = arccos(nRPz ) ,
⎟
⎠
3
− sin α 3
3
cos α 3
0
0⎞
⎟,
⎟⎟
1⎠
0
(5)
(6)
kde nRP je vektor osy otáčení točny, úhel α3 je aktuální směr natočení točny, který je v
okamžiku zaměření roviny nulový a index 0 u X0i a x0i znamená právě nulový α3.
Výsledná transformace bodů v rovině má tvar:
7
4 METODY ŘEŠENÍ
x0i = RY'T (α 2 ) ⋅ RZ'T (α1 ) ⋅ ( X 0i − X CR ) .
(7)
Pokud bude laserová rovina natočena o nějaký nenulový α3 je transformace bodů do systému
XYZ definována jako:
X iα3 = X CR + RZ' (α1 ) ⋅ RY' (α 2 ) ⋅ RZ' (α 3 ) ⋅ x0i .
(8)
Pokud obě transformace spojíme, získáme výsledný vztah ve tvaru:
X iα3 = X CR + RZ' (α1 ) ⋅ RY' (α 2 ) ⋅ RZ' (α 3 ) ⋅ RY'T (α 2 ) ⋅ RZ'T (α1 ) ⋅ ( X 0i − X CR ) .
(9)
Nyní je již možné získat rovnici laserové roviny v dané poloze točny proložením rovnice
roviny třemi transformovanými body například podle [2] vztahem:
x − x1
y − y1
z − z1
x2 − x1
y2 − y1
z2 − z1 = 0 ,
x3 − x1
y3 − y1
z3 − z1
(10)
a tedy
A = ( y2 − y1 ) ⋅ ( z3 − z1 ) − ( y3 − y1 ) ⋅ ( z2 − z1 ) ,
(11)
B = − [ ( x2 − x1 ) ⋅ ( z3 − z1 ) − ( x3 − x1 ) ⋅ ( z2 − z1 ) ] ,
(12)
C = ( x2 − x1 ) ⋅ ( y3 − y1 ) − ( x3 − x1 ) ⋅ ( y2 − y1 ) ,
(13)
D = − x1 ⋅ A − y1 ⋅ B − z1 ⋅ C .
(14)
4.2 Spatfig
Nejprve byl proveden důkladný průzkum současného stavu v zahraniční literatuře, který byl
publikován ve studii k této disertační práci [*13]. Byly vybrány metody popsané v práci [3].
Dále řešení probíhalo navržením objektové architektury knihovny, napsáním zdrojových kódů
a jejím testováním.
Na základě seznámení se s programovacím jazykem C++ autorem této práce během studií,
obecném hodnocení tohoto programovacího jazyka jako výkonného pro numerické výpočty viz
například aktuální verze publikace [4] v tomto jazyce a jeho minimální závislosti na operačním
systému byl zvolen tento programovací jazyk.
Jako knihovna pro operace s maticemi, byla na základě již existujících zkušenosti s ní, osobní
známostí s jejím autorem, která umožňuje pružné konzultace a řešení problémů, a vhodné licenci
GNU GPL [1] zvolena knihovna MatVec, která je modulem projektu GNU Gama viz [6].
4.3 Alltran
Softwarové řešení probíhalo velmi podobně jako u projektu Spatfig.
Z důvodu větší různorodosti implementovaných transformací, bylo nutné samostatně vyřešit
několik teoretických problémů. Jednalo se o řešení přibližných hodnot pro transformace
kartézských souřadnic v prostoru, které je v jediném výskytu ve skriptech programu Geodézie a
kartografie na Fakultě stavební uvedeno chybně a v publikaci [7] není uvedeno řešení pro
dostačující tři body, nebo již zmíněné "původní řešení 3D resekce".
8
5 VÝSLEDKY
4.4 Další projekty
Jedná se zejména o projekty aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské
geodézii. Byly řešeny speciální aplikace, kde řešení jinou technologií buď není výhodné, anebo není
vůbec možné. V těchto projektech byl postup řešení následující.
Nejprve byl proveden průzkum současných metod řešení dané problematiky. Dále byl navrhnut
způsob řešení s využitím technologie laserového skenování. Vždy následoval praktický experiment
v laboratorních a/nebo reálných podmínkách. Bylo provedeno vyhodnocení naměřených dat. Vždy
bylo provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a analýzou
aposteriorních odchylek.
5
VÝSLEDKY
5.1 LORS41
Byl vytvořen a otestován laserový skenovací systém LORS41, který je v aktuální konfiguraci
určen k měření objektů rozměrů až 1.3 x 0.9 x 1.0 metru (šířka, výška, hloubka). Systém se skládá z
hardwarových a softwarových komponent.
5.1.1 Hardwarové řešení
Systém tvoří pevná metrová základna. Na jednom konci základny je upevněna točna, s pevně
uchyceným laserovým modulem. Na druhém konci je umístěna digitální kamera. Systém je
koncipován na skenování ve vzdálenosti přibližně dva metry od základny a proto je kamera stočena
ke středu základny viz obrázek níže.
Obr. 3 – Systém LORS41
Konkrétní hardwarové složky jsou: Digitální kamera Canon E350D s objektivem Sigma 18–50
mm F3.5–5.6 DC v krajní širokoúhlé poloze, točna ovládaná krokovým motorem Microcon SX231012 s řídící deskou CD30M (čip M1486B) a šnekovou převodovkou TOS Znojmo MRTK30A s
převodovým poměrem 60:1 a laserový modul DPGL-3005L-45 (výkon 5 mW, vlnová délka 532
nm) s clonou. Konkrétní složky můžou být nahrazeny obdobnými.
5.1.2 Softwarové řešení
5.1.2.1 Kalibrace
Kalibrací systému je myšleno určení všech parametrů systému nutných pro měření a zahrnuje
metody, postupy, pomůcky, algoritmy a programy.
9
5 VÝSLEDKY
Zejména se jedná o parametry prostorové konfigurace systému, kdy je v jednom
souřadnicovém systému nutné určit pozici všech komponent systému (kamera, točna, rovina).
Souřadnice všech bodů nutných pro kalibraci systému byly určeny metodou prostorového
protínání z úhlů totální stanici Topcon GPT 2006 (směrodatná odchylka ve směru 0.0020 gon).
Směrodatná odchylka ve vzájemné poloze takto určených bodů byla vypočtena na základě zákona
hromadění směrodatných odchylek a je přibližně 0.08 mm.
Pro určení polohy laserové roviny, vektoru osy točny a bodu na ose točny byla použita
knihovna Spatfig. Pro určení vnější orientace a s ní spojené transformace byly použity objekty
knihovny Alltran.
5.1.2.2 Teoretické řešení
Hlavní části jsou řešení rovnice roviny v libovolné poloze točny, popsané v kapitole 4.1.3, a
"průsečík záměrné přímky a roviny" popsaný ve stejnojmenné kapitole disertační práce.
5.1.2.3 LORS41 – Scanning
Program LORS41 – Scanning je jednoduchý program, který řídí digitální kameru a krokový
motor točny. Nastavuje se pouze interaktivně pravý a levý okraj skenování a velikost kroku točny v
gonech. Před najetím laseru do oblasti skenování se provede referenční snímek a poté systém již
automaticky provede měření.
5.1.2.4 LORS41 – Processing
Pro vyhodnocení je použit program nazvaný LORS41 – Processing. Program umožňuje provést
veškeré nutné operace pro získání výsledných 3D souřadnic.
Program je napsán v jazyce C++ ve vývojovém prostředí "Microsoft Visual C++ 2008 Express
Edition". V tomto prostředí je možné kombinovat C++ společně s interpretovaným "Microsoft
.NET Frameworkem".
Obr. 4 – Pracovní prostředí LORS41 – Processing
10
5 VÝSLEDKY
5.1.3 Provedené experimenty
Bylo provedeno několik experimentů k ověření správné funkčnosti celého systému a srovnání s
dostupnými komerčními systémy.
Níže je uveden výsledek zaměření sochy barokního andělíčka. Socha byla zaměřena celkem
13–ti skeny. V první etapě bylo provedeno devět skenů. Protože socha je velmi tvarově členitá, bylo
nutné provést vyhodnocení naměřených částí a zjistit, které části sochy ještě nejsou naskenovány. V
druhé etapě bylo naměřeno pět skenů. Byl vyhotoven finální model, který obsahuje po redukci
přibližně 400 tisíc trojúhelníků.
Obr. 5 – Model sochy barokního andělíčka zaměřený systémem LORS41
5.1.4 Testování přesnosti
Přesnost celého systému byla určena zaměřením kalibračního přípravku (relativní přesnost v
malé části pracovní oblasti) a kalibračního pole (obsažena celá pracovní oblast) systémem LORS41
a jeho porovnáním s přesnými souřadnicemi shodnostní prostorovou transformací. Jako terče byly
použity koule známého poloměru. Důvod a metodika této metody testování je popsán v kapitole
"Použití transformací k posuzování přesnosti množin bodů" v disertační práci.
Směrodatná odchylka jednotková aposteriorní pro kalibrační přípravek této transformace vyšla
0.5 mm. Směrodatná odchylka transformace pro kalibrační pole byla 0.9 milimetru. V obou
případech bylo použito proložení koule se zadaným poloměrem (v knihovně Spatfig).
Na základě těchto výsledků lze posuzovat celkovou přesnost systému LORS41, i když je nutné
si uvědomit, že se nejedná o přesnost jednoho bodu, ale přesnost vymodelované koule z několika
desítek bodů.
11
5 VÝSLEDKY
5.1.5 Budoucí vývoj
Z důvodu náročnosti kalibrace systému LORS byl verzí 41 jeho vývoj ukončen.
Na základě praktických zkušeností získaných při jeho vývoji a na základě studia
"fotogrammetrických" metod používaných v komunitě počítačového vidění [13], [11] a [12]
(fundamentální matice, epipolární geometrie, homogenní souřadnice, ...) byl navržen a detailně
popsán vyspělý skenovacího systému FOS3D, který myšlenkově navazuje a v určitých ohledech
zdokonaluje současné komerční systémy.
Na základě zkušeností získaných při tvorbě modelů z různých 3D skenovacích systémů (Leica
HSD3000, Creaform Handyscan EXAscan, Konica Minolta VI-9i, LORS, ...) a v různých
softwarech (Cyclone, Geomagic, 3Dipsos, MeshLab, ...) byl navržen pracovní postup tvorby
výsledného modelu s maximální mírou automatizace a maximální kvalitou výstupu postavený na
volně dostupných softwarech se známými algoritmy výpočtu např. viz [14] a software MeshLab
(http://meshlab.sourceforge.net/).
S využitím dvou výše uvedených komponent je možné vytvořit 3D skenovací systém, který by,
podle názoru předkladatele, mohl být i na vysoce konkurenčním trhu 3D skenovacích systémů
komerčně úspěšný.
5.2 Spatfig
Byla vytvořena a otestována knihovna tříd a funkcí Spatfig, určená k prokládání obecných
geometrických útvarů v 2D (přímka, kružnice, ...) a 3D (rovina, přímka, koule, válec, kužel, ...)
metodou ortogonálního prokládání v souladu s metodou nejmenších čtverců. Implementovány jsou
zejména geometrické útvary, které jsou používané v oblasti terestrického laserového skenování. V
knihovně jsou řešeny odhady směrodatných odchylek vyrovnaných určovaných parametrů, jejich
kovarianční matice a jsou uvažovány případné kovarianční matice měření.
Knihovna je napsaná v jazyce C++ a je dostupná pod všeobecnou veřejnou licencí GNU [1].
Byl vytvořen jednoduchý konzolový program pro použití této knihovny a vypracována její
podrobná dokumentace. Vše je dostupné na webových stránkách předkladatele disertační práce.
Byly vytvořeny metody pro parametrizaci vhodnou k vykreslení v CAD aplikaci a bylo
realizováno základní propojení se systémem Microstation.
Obr. 6 – Vizualizace první a poslední iterace proložení válce mračnem bodů v systému Microstation
(červeně je označen nejbližší bod na tělese od daného bodu)
Jako další výsledky je možné uvést:
•
Odhaleni použití chybného algoritmu prokládání v softwaru 3Dipsos viz [*13].
12
5 VÝSLEDKY
•
Zjištění nedostatečného řešení vah v použitém algoritmu převzatém z [3] a návrh jeho
nápravy.
•
Použití v projektech LORS a projektech aplikací laserového skenování v inženýrské
geodézii viz kapitola 5.4.1.
Knihovna Spatfig byla jedním z hlavních výstupů grantového projektu [#2].
5.3 Alltran
Byla vytvořena knihovna pro výpočet transformačního klíče a transformaci souřadnic pro
různé transformace založené na metodě nejmenších čtverců. Knihovna obsahuje přibližně čtyřicet
jednoduchých a dvacet složených transformací zejména z oborů geodézie a fotogrammetrie. Byla
vypracována její podrobná dokumentace.
Pro ilustraci je níže uveden seznam a stručný popis obsažených jednoduchých transformací:
Základní typ
Základní
Distorze
Polynomické
Přímá lineární
(DLT)
TPS
Projektivní
Konkrétní typ
obecná afinní – lineární
obecná afinní
afinní
podobnostní
shodnostní
shodnostní rovinná
korekce radiálních distorzí
korekce radiálních distorzí 2
korekce radiálních a tangenciálních distorzí
kvadratická
kubická
čtvrtého stupně
DLT (2D) – lineární
DLT (2D)
DLT (2D) s rd
DLT (2D) s rd2
inverze DLT 2D s rd2
DLT 2D rd_td
DLT 2D s cubic_2d
Thin Plate Splines
Projektivní (fixní x0, y0, f)
Projektivní (fixní f)
Projektivní (fixní x0, y0)
Projektivní (fixní x0, y0, f) s rd2
Projektivní (fixní f) s rd
Projektivní (fixní f) s rd_td
Projektivní (fixní x0, y0, f)
Projektivní (fixní f)
Projektivní ze dvou snímků
Projektivní ze dvou snímků (fixní x0, y0, f)
Projektivní (fixní f) s rd
Projektivní (fixní f) s rd_td
Projektivní (fixní x0, y0, f, rd_td)
Označení v knihovně
general_affine_linear
general_affine_m
affine_2d, affine_3d
similarity_2d (_3d)
identity_2d (_3d)
identity_3d_planar
rd
rd2
rd_td
quadratic_2d
cubic_2d
quartic_2d
dlt_app, dlt_2d_app
dlt, dlt_2d
dlt_rd, dlt_2d_rd
dlt_rd2, dlt_2d_rd2
inv_dlt_2d_rd2
dlt_2d_rd_td
dlt_2d_cubic_2d
thin_plate_spline_2d
projective
projective_x0y0
projective_f
projective_rd2
projective_x0y0_rd
projective_x0y0_rd_td
projective_planar
projective_planar_x0y0
projective_double_inner
projective_double
projective_planar_x0y0_rd
projective_planar_x0y0_rd_td
projective_planar_ rd_td
Dimenze
multidim.
multidim.
2D, 3D
2D, 3D
2D, 3D
3D
2D
2D
2D
2D
2D
2D
2D, 3D->2D
2D, 3D->2D
2D, 3D->2D
2D, 3D->2D
2D
2D
2D
2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
3D->2D
Tab. 1 – Implementované jednoduché transformace
Knihovna je napsaná v jazyce C++ s využitím jeho objektových vlastností a je dostupná pod
všeobecnou veřejnou licencí GNU viz [1]. Zdrojový kód knihovny obsahuje přibližně sedm tisíc
řádků.
Byly vytvořeny jednoduché konzolové programy pro použití této knihovny a pro testování
vhodnosti jednotlivých transformací.
13
5 VÝSLEDKY
Jako další výsledky je možné uvést:
•
Návrh původního řešení 3D resekce.
•
Vyšetření optimálního postupu získání přibližných hodnot pro prostorové transformace
kartézských souřadnic.
•
Navržení metodiky k posuzování přesnosti komplexních souřadnicových systémů na
základě aposteriorního rozboru transformací.
5.4 Další projekty
5.4.1 Aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii
Navržení metodiky, provedení praktických experimentů v laboratorních a/nebo reálných
podmínkách a analýza dosažených výsledků ve speciálních aplikacích. Jsou uvedeny pouze
projekty, kde se metoda terestrického laserového skenování ukázala jako výhodná alternativa ke
klasickým metodám.
V závorkách je uveden odhad mého podílu na řešení jednotlivých projektů. Jedná se o
následující projekty (název projektu je taky názvem příslušené kapitoly disertační práce):
•
Plošné monitorování dynamických deformací vrat plavební komory viz [*34] nebo
[*40] (40%).
•
Zaměření jeřábové dráhy viz [*35] (20%).
•
Možnosti využití technologie laserového skenování pro měření nerovnosti povrchu
vozovek viz [*37] (50%).
•
Kontrola provedení zemních prací technologií pozemního skenování viz [*39] (10%).
•
Použití technologie laserového skenování pro měření deformací viz [*25] (30%).
5.4.2 Ostatní projekty
V rámci ověřování parametrů polárních laserových skenovacích systémů byla navržena a
ověřena původní metoda testování úhlové přesnosti polárních skenovacích systémů s velkou
možností zobecnění. Detaily je možné najít v publikaci [*17]. Na základě této publikace byl článek
vyžádaný pro otištění v mezinárodním časopise GIM International [*26] (podíl předkladatele
cca 30%).
Byl proveden výzkum vhodných metod pro odstranění vad digitálních komor. Byla testována
řada jednoduchých i složených transformací implementovaných pro tuto potřebu do knihovny
Alltran. Výsledky experimentů je možné najít v publikaci [*38] (podíl předkladatele 50%).
Dalším projektem bylo "Srovnání možností vyhodnocení historické fasády zaměřené
laserovým skenovacím systémem nebo fotogrammetricky" viz [*18], [*27] a [*28] (podíl
předkladatele cca 30%).
14
6 NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VLASTNÍ PŘÍNOSY V BODECH
6
NEJDŮLEŽITĚJŠÍ VLASTNÍ PŘÍNOSY V BODECH
6.1 LORS
Na vývoji se podílelo více autorů, a můj podíl na řešení jednotlivých verzí je podrobně popsán
v disertační práci. Obecně platí, že můj podíl na jednotlivých vývojových verzích významně rostl a
v práci popsaná verze LORS41 je již téměř výhradně mým dílem. Jsem autorem následujících
konkrétních prvků a inovací, které jsou podrobně popsány v práci:
•
Použití počítačově řízeného krokového motoru a digitální kamery (standardní zrcadlovky) s
programově řízeným nekontinuálním snímkováním.
•
Konfigurace systému na pevné základně a z toho plynoucí řešení rotace roviny v obecné
poloze v prostoru kolem obecně umístěné osy.
•
Použití projektivní transformace místo původně používané direktní lineární transformace,
což umožnilo použití stabilnějšího rovinného kalibračního pole místo kalibrační klece.
•
Vytvoření programu pro měření (automatické programové řízení krokového motoru a
digitální kamery) a softwaru pro automatické vyhodnocení naměřených dat.
•
Vytvoření programů potřebných pro kalibraci s použitím projektů Spatfig a Alltran.
•
Návrh vyspělého skenovacího systému FOS3D.
6.2 Spatfig
•
Důkladný průzkum současného stavu vývoje v celosvětovém měřítku a výběr
nejvhodnějšího řešení viz [*13].
•
Naprogramování zdrojového kódu knihovny Spatfig s využitím objektových vlastností
jazyka C++. Zdrojový kód obsahuje přibližně čtyři tisíce řádků.
•
Vypracování podrobné dokumentace knihovny Spatfig.
•
Vytvoření funkcí pro parametrizaci geometrických útvarů vhodnou k vykreslení v CAD
aplikaci a realizace základního propojení se systémem Microstation.
•
Odhalení použití chybného algoritmu prokládání v softwaru 3Dipsos viz [*13], zjištění
nedostatečného řešení vah v použitém algoritmu převzatém z [3] a návrh jeho nápravy.
6.3 Alltran
•
Návrh původního řešení 3D resekce (ve spolupráci s Ing. J. Řezníčkem).
•
Vyšetření optimálního postupu získání přibližných hodnot pro prostorové transformace
kartézských souřadnic.
•
Naprogramování rozsáhlého zdrojového kódu knihovny Alltran s využitím objektových
vlastností jazyka C++. Zdrojový kód obsahuje přibližně sedm tisíc řádků.
•
Vypracování podrobné dokumentace knihovny Alltran.
6.4 Další projekty
Tyto projekty vznikaly ve spolupráci s kolegy z domovské Katedry speciální geodézie, jiných
kateder, ale i jiných vysokých škol a firem (Control System International). Vždy se jednalo o
původní metodu řešení daného problému. Konkrétní přínosy je možné najít v publikacích
uvedených v kapitole 5.4 strana 14. Ve stejné kapitole je možné najít i odhad mého podílu na nich.
15
7 ZÁVĚR
7
ZÁVĚR
Prostorové skenování zahrnuje velmi širokou problematiku jak konstrukčně tak zejména
aplikačně. Stručné shrnutí několika nejvýznamnějších aplikací bylo zařazeno do úvodu. Práce
samotná se zabývá pouze několika konkrétními aspekty z této problematiky, které byly stanoveny v
kapitole 2 "Cíle disertační práce".
Prvním cílem práce bylo vyvinutí nenákladného, ale přesného, základnového 3D skenovacího
systému zejména pro testovací účely. Nejprve je podrobně popsán současný stav v této oblasti.
Z důvodu bohatých aplikačních možností tohoto typu systémů je nabídka na globálním trhu velmi
bohatá až nepřehledná. Problémem průzkumu současného stavu je taky velmi vysoká cena
některých systémů. Protože se v této oblasti pohybuji již delší dobu a spolupracuji s řadou podobně
zaměřených odborníků, měl jsem možnost několik z nejvýznamnějších systémů osobně vyzkoušet a
otestovat. Díky tomu mohu posoudit vlastnosti námi vyvinutého systému porovnáním s nejlepšími
komerčně dostupnými systémy.
Dále je v práci podrobně popsáno hardwarové a softwarové řešení poslední verze systému
označené LORS41. Jsou uvedeny ukázky modelů vytvořených tímto systémem a je prezentováno
testování přesnosti. Uvedené výsledky deklarují kvality a praktickou použitelnost systému. Jeho
hlavní nevýhodou je náročná kalibrace. Díky rozsáhlým zkušenostem získaným při vývoji systému
LORS a při práci s jinými komerčními systémy byl navržen a podrobně popsán nový systém
označený FOS3D, který náročnost kalibrace významně snížil. Při návrhu systému FOS3D bylo, na
rozdíl o LORSu, řešeno i softwarové řešení zpracování získaných dat do podoby 3D modelu, které
je založené na volně dostupném softwaru. V závěru kapitoly "Vývoj skenovacího systému LORS" v
disertační práci je shrnut vlastní přínos předkladatele. Jedná se zejména o významně rostoucí podíl
v pozdějších verzích vývoje systému LORS. Jsou uvedeny konkrétní softwarové i hardwarové
řešení a inovace navržené a realizované předkladatelem.
Druhým cílem bylo vytvoření knihovny k ortogonálnímu prokládání. Tento požadavek vznikl z
počátku na základě potřeb při vývoji systému LORS, ale později došlo k jeho zobecnění. Po
rozsáhlém průzkumu současného stavu v této oblasti prezentovaném ve studii [*13] byla vybrána
metoda popsaná v publikaci [3]. Byla naprogramována, otestována a dokumentována knihovna
Spatfig. Knihovna byla a je používána v projektu LORS a v řadě dalších projektů řešených v rámci
Laboratoře laserového skenování.
Třetím cílem bylo vytvoření softwarového nástroje k řešení geometrických transformací
potřebných při provozu, kalibraci a testování systému LORS. Zadání bylo později zobecněno na
knihovnu se snadným zavedením, použitím a řetězením transformací založených na metodě
nejmenších čtverců. Byly řešeny různé varianty fotogrammetrických transformací založených na
projektivní transformaci. Konkrétně se jedná o projektivní, direktní lineární a kolineární
transformaci, dále základní geometrické transformace kartézských systémů a řadu dalších.
Vytvořené nástroje byly použity ve výzkumu vhodných metod k odstranění vad digitálních kamer.
Některé aspekty zaváděných transformací nebyly známy a musely být řešeny předkladatelem. Jedná
se například o původní metodu řešení 3D resekce. Byla naprogramována, otestována a
dokumentována knihovna Alltran. Konkrétní přínosy překladatele jsou uvedeny v závěru kapitoly.
V kapitole "Další projekty" se věnuji rozsahem, nikoli významem, menším projektům, které
vznikali převážně ve spolupráci členů Laboratoře laserového skenování většinou jako součást řešení
různých grantových projektů a výzkumných záměrů. Z důvodu již tak značného rozsahu disertační
práce jsou tyto projekty jen stručně představeny a je uveden odkaz na publikaci s podrobným
popisem. První část "Aplikace terestrického laserového skenování v inženýrské geodézii" je
popsaná svým názvem. Jedná se zejména o experimentální aplikování 3D skenovacích systémů v
různých speciálních aplikacích, kde řešení jinou technologií buď není výhodné, anebo není vůbec
možné. Vždy je provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a
16
8 ŘEŠENÉ GRANTY A VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY
analýzou aposteriorních odchylek. U některých aplikací je možné očekávat komerční nasazení. V
druhé podkapitole jsou uvedeny ostatní zajímavé projekty, kterých jsem se zúčastnil. Zde bych
vyzdvihl projekt popsaný v kapitole "Ověřování parametrů polárních laserových skenovacích
systémů" disertační práce, kde byla navržena a ověřena původní metoda testování parametrů
laserových skenerů s velkou možností zobecnění. Na konci kapitoly je uveden odhad mého podílu
na jednotlivých projektech a příslušných publikacích. Publikace z těchto projektů patří "bodově" k
mým nejhodnotnějším.
Je možné konstatovat, že původní i později vytyčené cíle se podařilo naplnit.
Na základě zkušeností a potřeb při řešení popsaných projektů byla stanovena řada cílů pro další
vývoj. Na závěr každé kapitoly byl umístěn odstavec "Budoucí vývoj", který tyto cíle shrnuje a je
stručně navrhnut způsob řešení. Z nejvýznamnějších cílů bych jmenoval nový skenovací systém
FOS3D, softwarové zpracování mračen bodů s použitím volně dostupných softwarů, kde bude
pravděpodobně nutné některé části vyřešit vlastními prostředky, řešení "omezených" a složených
geometrických útvarů u projektu Spatfig, návrh lepší architektury knihovny Spatfig a Alltran bez
použití podmínek pro vyrovnávané parametry a začlenění váženého ICP "Iterative closest point" do
knihovny Alltran, což implikuje zavedení prostorových indexů.
8
ŘEŠENÉ GRANTY A VÝZKUMNÉ ZÁMĚRY
Jsou uvedeny základní údaje v pořadí: název grantového projektu, číslo, hlavní řešitel, roky, v
kterých jsem se na projektu podílel.
8.1 Grantová agentura České republiky
[#1] Využití 3D skenerů v geodézii a památkové péči, 205/04/1398, doc. Dr. Ing. Karel Pavelka,
2005 – 2006.
[#2] Zpracování a analýza produktů hromadného sběru 3D dat terestrickými skenovacími
systémy, 103/06/0094, prof. Ing. Jiří Pospíšil, CSc., 2006 – 2008. Webové stránky projektu
"k154.fsv.cvut.cz/~GACR_103060094/".
[#3] Vliv použití progresivní techniky na urychlení technologických a měřících procesů,
103/06/0617, prof. Ing. Věra Voštová, CSc., 2007 – 2008.
8.2 Interní grantová soutěž ČVUT
[#4] Testování možností využití neměřické digitální kamery pro laserový a optický rotační skener.
Zkoumání metodiky posuzování přesnosti 3D skenerů, Ing. B. Koska, 2005.
[#5] Prezentace výsledků vývoje laserového a optického rotačního skeneru LORS a představení
veřejné knihovny tříd a funkcí Spatfig, Ing. B. Koska, 2005.
8.3 Výzkumné záměry a ostatní projekty
[#6] Podzemní výukové středisko Josef, prof. Ing. Jaroslav Pacovský, CSc., 2007 – 2008.
[#7] Udržitelná výstavba, MŠM 6840770005, prof. Ing. Ivan Vaníček, DrSc., 2007 – 2009.
[#8] Nové možnosti pro dokumentaci a prezentování nejcennějších památek dědictví národa
pomocí technologie 3D scanování, Ing. Martin Dvořák, 2008 – 2009. Stránky projektu
"http://www.3d-pamatky.com/". Dokument v pořadu České televize Planeta věda
"http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/208411058200042-planeta-veda/" a zkrácená verze v
hlavním zpravodajství "http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/208411000101226udalosti/?index%5B%5D=69177".
17
9 LITERATURA POUŽITÁ V TEZI
9
LITERATURA POUŽITÁ V TEZI
[1]
GNU General Public Licence [online]. Verze 2, červen 1991 [cit. 11.11.2005]
<http://www.gnu.org/licenses/gpl.html>.
[2]
Rektorys, K. a spolupracovníci: Přehled užité matematiky I (a druhý díl Přehled užité
matematiky II). Sedmé vydání: Nakladatelství Prometheus, 1995.
[3]
Ahn, S. J.: Least Squares Orthogonal Distance Fitting of Curves and Surfaces in Space. In:
Lecture Notes in Computer Science, vol. 3151, p. 1-125, doctoral thesis, 2004.
[4]
Press, W. H. – Teukolsky, S. A. – Vetterling, W. T. – Flandery, B. P.: Numerical Recipes in
C – The Art of Scientific Computing – Second Edition. Cambridge University Press, 1992.
[5]
ISO 13060-6: Geometrical Product Specifications (GPS) – Acceptance and reverification test
for coordinate measuring machines (CMM) – Part 6: Estimation of errors in computing
Gaussian associated features. In: Standard ISO 10360-6, Geneva, Switzerland, 2001.
[6]
Čepek, A.: MatVec – C++ matrix/vector template library. Software, modul projektu
GNU Gama.
<http://www.gnu.org/software/gama/>.
[7]
Pavelka, K. – Štroner, M.: Lineární prostorová transformace. In: Geodetický a kartografický
obzor. Roč. 47, č. 5, s. 93-116., ISSN 0016-7096, 2001.
[8]
Pavelka, K.: Fotogrammetrie 10. 2. vyd. Praha: ČVUT, 191 s., ISBN 80-01-02649-3, 2002.
[9]
Kraus, K.: Photogrammetry Volume 2 - Advanced Methods and Applications.
Duemmler/Bonn, Germany, 4th edition, ISBN 3-427-78694-3, 1993.
[10] Sansoni, G. – Trebeschi, M. – Docchio, F.: State-of-The-Art and Applications of 3D Imaging
Sensors in Industry, Cultural Heritage, Medicine, and Criminal Investigation. In: Sensors, č.
9, s. 568-601, 2009.
<http://www.mdpi.com/1424-8220/9/1/568>
[11] Hartley, R. – Zisserman, A.: Multiple View Geometry in Computer Vision. Cambridge
University Press, 2000.
[12] Šonka, M. – Hlaváč, V. – Boyle, R.: Image processing, analysis and machine vision. 2nd ed.,
PWS, Boston, 1998.
[13] Pollefeys, M.: Visual 3D Modeling from Images. Tutorial notes.
<http://www.cs.unc.edu/~marc/tutorial.pdf>
[14] Curless, B.: New Methods for Surface Reconstruction from Range Images. Doctoral thesis,
1997.
<http://www.cs.washington.edu/homes/curless/publications/>
18
10 VLASTNÍ PUBLIKACE
10 VLASTNÍ PUBLIKACE
Všechny níže uvedené publikace jsou v plném rozsahu dostupné na webových stránkách
předkladatele "k154.fsv.cvut.cz/~koska/" a na přiloženém CD. V případě více autorů je v závorce
uveden podíl předkladatele podle VVVS (databáze publikací ČVUT v Praze www.vvvs.cvut.cz).
[*1] Koska, B.: Měřická fotodokumentace objektu metodou průsekové fotogrammetrie včetně
vizualizace a animace. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ. Praha: ČVUT, Fakulta
stavební, Katedra mapování a kartografie, díl 1, s. 24-31, ISBN 80-01-02832-1, 2003.
[*2] Koska, B. – Štroner, M. - Pospíšil, J.: Algoritmus určování rovnice roviny pro laserové
skenování. In: Stavební obzor. Ročník 12, č. 10, s. 309-313, ISSN 1210-4027, 2003. (34%)
[*3] Koska, B.: Laserový a optický rotační skener. In: Juniorstav 2004 [CD-ROM]. Brno: VUT
Brno, Fakulta stavební, ISBN 80-214-2560-1, 2004.
[*4] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Algoritmus určování rovnice obecné roviny pro
laserové skenování včetně rozborů přesnosti. In: Stavební obzor. Ročník 13, č. 2, s. 55-60,
ISSN 1210-4027, 2004. (34%)
[*5] Koska, B. – Kašpar, M. – Pospíšil, J. – Štroner, M. – Křemen, T.: Development of Rotation
Scanner, Testing of Laser Scanners. In: INGEO 2004 [CD-ROM]. Bratislava: Slovak
University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ISBN 87-90907-34-5, 2004.
(English) (20%)
[*6] Koska, B.: Veřejná knihovna tříd a funkcí SPATFIG a její aplikace. In: Proceedings of
Juniorstav 2005. Brno: VUT Brno, Fakulta stavební, díl 9, s. 235-239, ISBN 80-214-2833-3,
2005.
[*7] Koska, B.: Odhad přesnosti rotačního laserového skeneru a optimalizace jeho konfigurace.
In: Geodetický a kartografický obzor. Ročník. 51, č. 2, s. 27-39, ISSN 0016-7096, 2005.
[*8] Koska, B.: Testing Possibilities of Using a Standard Digital Camera at Laser and Optic
Rotating Scanner. Investigating Method to Evaluate Accuracy of 3D Scanning Systems. In:
Proceedings of Workshop 2005. Prague: CTU, p. 996-997, ISBN 80-01-03201-9, 2005.
(English)
[*9] Pospíšil, J. – Štroner, M. – Koska, B. – Křemen, T. – Kašpar, M.: Development of the
Laserscanner, Testing of the Influence of the Materials and the Configuration. In:
Proceedings of Workshop 2005. Prague: CTU, p. 988-989, ISBN 80-01-03201-9, 2005.
(English) (20%)
[*10] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Laserový skenovací systém LORS - vývoj a ověřování
přesnosti. In: Stavební obzor. Ročník 14, č. 4, s. 123-126, ISSN 1210-4027, 2005. (34%)
[*11] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: The Result Presentation of the Development of Laser
and Optic Rotating Scanner LORS and Introduction of Public Library of Classes and
Functions SPATFIG. In: Optical 3-D Measurement Techniques. Wien: Vienna University of
Technology, vol. 1, p. 63-73, ISBN 3-9501492-2-8, 2005. (English) (50%)
[*12] Koska, B.: Veřejná knihovna tříd a funkcí SPATFIG k ortogonálnímu prokládání obecných
geometrických útvarů mračnem bodů. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ 2005.
Praha: ČVUT, Fakulta stavební, Katedra mapování a kartografie, s. 29-33, ISBN 80-0103417-8, 2005.
[*13] Koska, B.: Optoelektronické metody 3D zaměření povrchů předmětů. Studie k disertační
práci, 2005.
19
10 VLASTNÍ PUBLIKACE
[*14] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: The Results of Development and Planned Innovations
of the Laser and Optic Rotating Scanner LORS. In: Workshop 2006 [CD-ROM]. Prague:
CTU, p. 768-769, ISBN 80-01-03439-9, 2006. (English) (34%)
[*15] Koska, B.: Library of Classes and Functions SPATFIG under Public Licence GNU GPL. In:
Workshop 2006 [CD-ROM]. Prague: CTU, p. 770-771, ISBN 80-01-03439-9, 2006.
(English)
[*16] Koska, B. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Innovations in the Development of Laser and Optic
Rotating Scanner LORS. In: XXIII International FIG Congress. Munich, Germany, ISBN 8790907-52-3, 2006. (English) (34%)
[*17] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Verification of Laser Scanning Systems Quality. In:
XXIII International FIG Congress. Munich, Germany, ISBN 87-90907-52-3, 2006. (English)
(33%)
[*18] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J.: Srovnání možností zaměření a vyhodnocení historické
fasády. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ. Praha: České vysoké učení technické v
Praze, s. 11-16, ISBN 80-01-03619-7, 2006. (40%)
[*19] Koska, B. – Obr, V.: Dvoukroková metoda kalibrace digitální kamery s využitím
nelineárních transformací. In: Aktuální problémy fotogrammetrie a DPZ. Praha: České
vysoké učení technické v Praze, s. 38-41, ISBN 80-01-03619-7, 2006. (60%)
[*20] Pospíšil, J. – Štroner, M. – Koska, B. – Křemen, T. - Raška, M.: Geodetické práce pro
udržitelnou výstavbu. In: Udržitelná výstavba 2. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, s. 229-237,
ISBN 80-01-03605-7, 2006. (20%)
[*21] Pospíšil, J. – Koska, B. – Křemen, T. - Štroner, M.: Využití skenovacích systémů pro měření
posunů. In: Sborník workshopu VZ Udržitelná výstavba. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, s.
154-158, ISBN 978-80-01-03977-9, 2007. (25%)
[*22] Koska, B. – Obr, V.: The Two-step Method Calibration of Digital Camera Utilizing Nonlinear Transformation. In: Proceedings of Workshop 2007. Praha: ČVUT, Fakulta dopravní,
vol. A, p. 18-19, ISBN 978-80-01-03667-9, 2007. (English) (60%)
[*23] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Calculation Modules for PointClouder. In: Proceedings
of Workshop 2007. Praha: ČVUT, Fakulta dopravní, vol. B, p. 634-635, ISBN 978-80-0103667-9, 2007. (English) (34%)
[*24] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Verification of Laser Scanning Systems Quality. In:
Proceedings of Workshop 2007. Praha: ČVUT, Fakulta dopravní, vol. A, p. 256-257, ISBN
978-80-01-03667-9, 2007. (English) (33%)
[*25] Pospíšil, J. – Koska, B. – Křemen, T.: Using Laser Scanning Technologies for Deformation
Measuring. In: Optical 3-D Measurement Techniques. Zurich: Swiss Federal Institute of
Technology Zurich, vol. 2, p. 226-233, ISBN 3-906467-67-8, 2007. (English) (33%)
[*26] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Leica HDS 3000 in the Lab. In: GIM International,vol.
21, no. 8, ISSN 1566-9076, 2007. (English) (33%)
[*27] Haličková, J. – Chlepková, M. – Koska, B.: Porovnanie metódy laserového skenovania a
digitálnej fotogrametrie pri dokumentácii historickej fasády. In: Zborník referátov zo
seminára k 50. výročiu sústredenej výučby na Počúvadle. Bratislava: STU, Stavebná fakulta,
Katedra geodézie, ISBN 978-80-227-2727-3, 2007. (Slovak) (33%)
[*28] Koska, B. – Haličková, J. – Chlepková, M.: Posúdenie presnosti metódy laserového
skenovania a digitálnej fotogrametrie pri dokumentácii historickej fasády. In:
20
10 VLASTNÍ PUBLIKACE
Interdisciplinárne aplikácie fotogrametrie a geodézie. Bratislava: STU, Stavebná fakulta,
Katedra geodézie, 2007. (Slovak) (33%)
[*29] Štroner, M. – Koska, B.: Software na zpracování mračen bodů z laserového skenování. In:
43. Geodetické informační dny [CD-ROM]. Brno: Spolek zeměměřičů Brno, s. 94-100, ISBN
978-80-86433-42-4, 2007. (50%)
[*30] Pospíšil, J. – Křemen, T. – Koska, B.: Programové možnosti zpracování prostorových dat v
oblasti inženýrské geodézie. In: 43. Geodetické informační dny [CD-ROM]. Brno: Spolek
zeměměřičů Brno, s. 102-114, ISBN 978-80-86433-42-4, 2007. (33%)
[*31] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Laserové skenování ve speciálních
průmyslových aplikacích. In: Workshop fotogrammetrie, DZP a laserového skenování. Telč:
ČVUT v Praze a Společnost pro fotogrammetrii a DPZ, s. 1-15, ISBN 978-80-01-03969-4,
2007. (25%)
[*32] Koska, B. – Řezníček, J.: Solving Approximate Values of Outer Orientation Parameters for
Projective Transformation. In: In: Proceedings of Workshop 2008. Prague: CTU, vol. A, p.
162 - 163, ISBN 978-80-01-04016-4, 2008. (50%)
[*33] Křemen, T. – Pospíšil, J. – Koska, B.: Check Execution of Earthmoving Works by an
Automatically Controlled Dozer. In: Proceedings of Workshop 2008. Prague: CTU, vol. B, p.
622 - 623, ISBN 978-80-01-04016-4, 2008. (English) (20%)
[*34] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Kyrinovič, P. – Haličková, J.: Monitoring of Lock
Chamber Dynamic Deformation. In: Proceeding of Measuring the Changes - 13th FIG
Symposium on Deformation Measurements and Analysis and 4th IAG Symposium on
Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC: Lisabon, 2008. (English)
(40%)
[*35] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J. – Kyrinovič, P. – Haličková, J. – Kopáčik, A.:
Checking of Crane Rails by Terrestrial Laser Scanning Technology. In: Proceeding of
Measuring the Changes - 13th FIG Symposium on Deformation Measurements and Analysis
and 4th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC:
Lisabon, 2008. (English) (20%)
[*36] Křemen, T. – Koska, B.: Výběrový přehled: Terestrické skenovací systémy. In: Zeměměřič.
Ročník 15, č. 5+6, s. 10-12, ISSN 1211-488X, 2008. (50%)
[*37] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J.: Možnosti využití technologie laserového skenování
pro měření nerovnosti povrchu vozovek. In: Workshop fotogrammetrie, DZP a laserového
skenování a GIS. Praha: ČVUT v Praze, Fakulta stavební, s. 1-8, ISBN 978-80-01-04199-4,
2008. (50%)
[*38] Koska, B. – Pospíšil, J. – Obr, V.: Eliminations of Some Defects of the Digital Cameras Used
in the Laser Scanning Systems. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on
Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, Slovak University
of Technology in Bratislava, p. 1-10, ISBN 978-80-227-2971-0, 2008. (English) (50%)
[*39] Křemen, T. – Pospíšil, J. – Koska, B.: Laser Scanning for Checking Earth Moving Works. In:
INGEO 2008 - 4th International Conference on Engineering Surveying [CD-ROM].
Bratislava: Department of Surveying, Slovak University of Technology in Bratislava, 2008,
p. 1-10, ISBN 978-80-227-2971-0, 2008. (English) (20%)
[*40] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Haličková, J. – Kyrinovič, P.: Monitoring Lock
Chamber Dynamic Deformation. In: Civil Engineering Surveyor. Vol. 12, no. 11, p. 41-44,
ISSN 0266-139X, 2008. (English) (40%)
21
10 VLASTNÍ PUBLIKACE
[*41] Koska, B.: Alltran. In: Online. Autorizovaný software. Verze 1.02 (24. 4. 2009).
<http://k154.fsv.cvut.cz/~koska/projekty/alltran/alltran.php>
[*42] Koska, B. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Spatfig. In: Online. Autorizovaný software. Verze 1.01
(24. 4. 2009). (80%)
<http://k154.fsv.cvut.cz/~koska/projekty/spatfig/spatfig.php>
[*43] Koska, B. – Pospíšil, J. – Štroner, M.: Laserový a optický rotační skener LORS2. Prototyp.
(60%)
10.1 Citace v zahraničních publikacích
[*17] Křemen, T. – Koska, B. – Pospíšil, J.: Verification of Laser Scanning Systems Quality. In:
XXIII International FIG Congress. Munich, Germany, ISBN 87-90907-52-3, 2006. (English)
(33%)
1. Soudarissanane, S. – Lindenbergh, R. – Gorte, B.: Reducing the Error in Terrestrial Laser
Scanning by Optimizing the Measurement Set-up. In: The International Archives of the
Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5.
Beijing 2008, ISSN 1682-1750, s. 615-620.
2. Bucksch, A. – Lindenbergh, R. – Ree, J.: Error budget of terrestrial laserscanning: influence
of the intensity remission on the scan quality. In: GeoSiberia 2007 - International Exhibition
and Scientific Congress, 2007.
3. Yapo, T. – Stewart, Ch. – Radke, R.: A Probabilistic Representation of LIDAR Range Data
for Efficient 3D Object Detection. S3D Workshop, Egan Convention Center in Anchorage,
Alaska, 27. 6. 2008.
4. Urban, R. – Štroner, M. – Křemen, T.: The Test of Distance Accuracy Dependence on
Angle of Incidence. In: Optical 3-D Measurement Techniques, Wien, 2009.
[*5] Koska, B. – Kašpar, M. – Pospíšil, J. – Štroner, M. – Křemen, T.: Development of Rotation
Scanner, Testing of Laser Scanners. In: INGEO 2004 [CD-ROM]. Bratislava: Slovak
University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ISBN 87-90907-34-5, 2004.
(English) (20%)
5. Jaszcak, P., J.: Terrestrial Laser Scanning for Landslides Deformation Monitoring. Thesis
project, Institut de Geomàtica, 14.12.2006, Castelldefels, Spain.
6. Reshetyuk, Y.: Investigation and Callibration of Pulsed time-of-flight terrestrial laser
scanner. Licentiate thesis in geodesy, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm,
2006.
7. Čepek, A. – Pytel, J.: Collaborative Academy. In: FIG Workshop on eGovernance,
Knowledge Management and eLerning, Budapešť, Hungary, 2006, s. 271-275.
8. Pavelka, K. – Řezníček, J.: 3D Documentation of Sculptures by Using Image Correlation
Techniques. 24. congress ASPRS, Kuala Lumpur, 11.-16.11. 2007, s. 372-378.
[*34] Koska, B. – Křemen, T. – Pospíšil, J. – Kyrinovič, P. – Haličková, J.: Monitoring of Lock
Chamber Dynamic Deformation. In: Proceeding of Measuring the Changes - 13th FIG
Symposium on Deformation Measurements and Analysis and 4th IAG Symposium on
Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC: Lisabon, 2008. (English)
(40%)
9. Paffenholz, J-A. – Vennegeerts, H. – Kutterer, H.: High Frequency Terrestrial Laser Scans
for Monitoring Kinematic Processes. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on
22
10 VLASTNÍ PUBLIKACE
Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, SUT in
Bratislava, 2008, ISBN 978-80-227-2971-0, s. 1-13.
[*38] Koska, B. – Pospíšil, J. – Obr, V.: Eliminations of Some Defects of the Digital Cameras Used
in the Laser Scanning Systems. In: INGEO 2008 - 4th International Conference on
Engineering Surveying [CD-ROM]. Bratislava: Department of Surveying, Slovak University
of Technology in Bratislava, p. 1-10, ISBN 978-80-227-2971-0, 2008. (English) (50%)
10. Urban, R. – Štroner, M.: Scanning System Bimatrik. In: Optical 3-D Measurement
Techniques, Wien, 2009.
[*11] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: The Result Presentation of the Development of Laser
and Optic Rotating Scanner LORS and Introduction of Public Library of Classes and
Functions SPATFIG. In: Optical 3-D Measurement Techniques. Wien: Vienna University of
Technology, vol. 1, p. 63-73, ISBN 3-9501492-2-8, 2005. (English) (50%)
11. Čepek, A. – Pytel, J.: Collaborative Academy. In: FIG Workshop on eGovernance,
Knowledge Management and eLerning, Budapešť, Hungary, 2006, s. 271-275.
[*4] Koska, B. – Štroner, M. – Pospíšil, J.: Algoritmus určování rovnice obecné roviny pro
laserové skenování včetně rozborů přesnosti. In: Stavební obzor. Ročník 13, č. 2, s. 55-60,
ISSN 1210-4027, 2004. (34%)
12. Pavelka, K. – Řezníček, J.: New Low-Cost 3D Scanning Techniques for Cultural Heritage
Documentation. In: Proceedings of the ISPRS XXI Congress [CD-ROM]. Beijing: ISPRS,
2008, vol. 8, p. 222-225, ISSN 1682-1750.
23
11 SUMMARY
11 SUMMARY
Spatial scanning includes very wide knowledge field both from the construction side and
especially from the application side. The thesis deals with some of many aspects of 3D scanning.
In the first part the hardware and software solution of inexpensive but accurate 3D scanning
system LORS is described, the new more advanced 3D scanning system FOS3D is designed and the
design of maximally automated workflow of final 3D model creation based on free available
software is suggested.
In the second and third part my own software solutions of some common tasks in 3D data
processing is presented. At first the orthogonal fitting of general geometrical figures is solved in the
library Spatfig. At second the transformations used in the baseline 3D scanning systems or used for
the 3D data processing are realized in the library Alltran.
The last part is engaged in experimental application of 3D scanning systems in some
challenging special tasks. The different solution for these tasks either is unsuitable or doesn't exist.
The objective evaluation is done for all the applications by means of the comparison with different
technology and a posteriori deviations analysis.
The state of the art research, my own contribution and the brief suggested future development is
stated for all projects.
SHRNUTÍ
Prostorové skenování zahrnuje velmi širokou problematiku jak konstrukčně tak zejména
aplikačně. Předložená práce se zabývá několika z mnoha aspektů prostorového skenování.
V první části je popsáno hardwarové a softwarové řešení finančně nenákladného, ale přesného,
3D skenovacího systémů LORS, dále návrh vyspělejšího systému FOS3D a návrh maximálně
automatizovaného pracovního postupu tvorby finálního modelu založeného na volně dostupném
softwaru.
V druhé a třetí části je představeno vlastní softwarové řešení několika z častých úloh v procesu
vyhodnocení dat z 3D skenerů. Jedná se o ortogonální prokládání obecných geometrických útvarů
realizované v knihovně Spatfig a dále o transformace používané v základnových skenovacích
systémech nebo k vyhodnocení mračen bodů, které jsou realizované v knihovně Alltran.
Poslední část je věnována výsledkům experimentálních aplikací 3D skenovacích systémů v
různých náročných úkolech, kde řešení jinou technologií buď není výhodné, anebo není vůbec
možné. Vždy je provedeno objektivní zhodnocení výsledků srovnáním s jinou technologií a
analýzou aposteriorních odchylek.
Ve všech projektech je uveden důkladný průzkum současného stavu, uveden vlastní přínos
autora práce a stručně navržen budoucí vývoj.
24