3D сканирование памятника В.И. Ленину на площади 1905 года, г. Екатеринбург.

Главная площадь города Екатеринбурга, которая носит название «Площадь 1905 года», видела много вариантов памятников. До революции на площади находился Кафедральный собор, перед которым установили в 1906 году памятник Александру ІІ. В 1918 году его место заняла Статуя Свободы. Затем в 1920 году на постаменте установили бюст Карла Маркса. А через несколько месяцев вместо бюста установили памятник Освобожденного Труда. В 1930 году собор и памятник были взорваны. В центре площади воздвигли громадную трибуну. 5 ноября 1957 над трибуной установлен памятник В. И. Ленину, скульптор В. И. Ингал.

В 2013 году памятник, объект культурного наследия областного значения, решено отремонтировать. В рамках проектно-исследовательских работ специалисты компании Триметари выполнили натурные изыскания памятника методом лазерного сканирования.

По результатам сканирования составлен комплект обмерной документации, куда вошли чертежи масштаба 1:20. Помимо этого, в соответствии с техническим заданием, составлена высокодетальная 3D-модель скульптуры, состоящая из более чем 270 000 полигонов. Обмерная документация, выполненная по данным лазерного сканирования, успешно принята Министерством культуры Свердловской области.

Технология лазерного сканирования позволяет получить архитектурные обмеры точнее, а главное, намного быстрее традиционных способов. Кроме того, результат лазерного сканирования может быть представлен как в 2D (плоские чертежи), так и 3D виде. 3D модель памятника является его точной копией и помимо реставрационных, способствует решению архивационных задач. Сохранение культурного наследия должно являться приоритетом в любое время, благо технологические решения позволяют выполнять работы по сохранению с меньшими издержками и в меньшие сроки.

Создание виртуальной 3D модели Денисовой пещеры на Алтае

Проект «Виртуальная Денисова пещера на Алтае» посвящён созданию трёхмерной (3D) цифровой модели Денисовой пещеры на Алтае, а также программного обеспечения для интерактивной визуализации этой модели и связанной с ней информации. Проект выполнен в 2012 г. Центром виртуальной истории науки и техники ИИЕТ РАН (г. Москва) совместно с Институтом археологии и этнографии СО РАН (г. Новосибирск) в рамках Целевой программы РАН «Развитие постоянно действующей выставки достижений РАН». Лазерное сканирование и 3D моделирование пещеры и образцов находок было выполнено компанией Триметари (г. Санкт-Петербург).

Денисова пещера на Алтае — выдающийся природный и археологический памятник мирового значения. Регулярные раскопки здесь ведутся с 1982 г., выявлено более 20 культурных слоев, собрано более 80000 экспонатов. Находки, сделанные в Денисовой пещере в 2008 г., привели к открытию новой эволюционной ветви в развитии человека [1]. Несомненную актуальность представляет сохранение информации об этом уникальном объекте с использованием современных методов 3D документирования: создание виртуальной (цифровой) 3D модели пещеры и наиболее интересных находок, визуализация результатов археологических исследований на основе созданной модели.

В августе 2012 г. было выполнено лазерное сканирование и детальная фотосъёмка пещеры. Было сделано 37 сканерных станций, полное облако точек содержит около 50 млн. точек. Затем по результатам лазерного сканирования и фотосъёмки была создана текстурированная полигональная модель. Модель содержит 88254 полигонов: 86000 – непосредственно пещера, 2254 – искусственные объекты (настилы, перила, лестницы). Разрешение текстуры составляет для разных участков от 30 до 100 тыс. пикселей на 1 кв м. поверхности модели. Таким образом, в результате выполнения проекта была создана детальная 3D модель пещеры, которая фиксирует её геометрию и внешний вид с высокой точностью.

Созданная 3D модель была привязана к археологической системе координат (АСК), которая используется археологами для пространственной привязки (фиксации местоположения) сделанных находок. Ось X АСК повёрнута на 62 градуса по часовой стрелке относительно направления на север, ось Y перпендикулярна оси X, ось Z направлена вертикально. Началом координат АСК является условная точка в пространстве недалеко от выхода из пещеры. АСК зафиксирована на объекте с помощью пяти реперов в стенах пещеры. Эти репера были отсняты в ходе сканирования. При обработке данных модель пещеры была переведена в координаты АСК, точность привязки составила около 5 см. Таким образом, была обеспечена возможность сопоставления созданной 3D модели с археологическими схемами, и непосредственного переноса массива имеющихся археологических данных в виртуальное пространство 3D модели.

Отдельно было проведено высокоточное лазерное сканирование, фотографирование и 3D моделирование нескольких образцов находок, сделанных в пещере (каменных орудий). Созданные модели предметов содержат порядка 50 тыс. полигонов. При их текстурировании использованы карты нормалей, полученные по более выскополигональным моделям (500 тыс. полигонов на предмет). Таким образом, была достигнута высокая визуальная реалистичность и детальность виртуальных моделей предметов, при относительно небольшом объеме модели и текстуры – что особенно важно для задач интерактивной визуализации в стерео режиме.

Для визуализации созданной 3D модели пещеры была создана интерактивная 3D презентация (программное обеспечение). Презентация реализована как в моно, так и в стерео режим отображения. Презентация обеспечивает визуализацию облака точек, 3D модели пещеры, 3D моделей находок, 3D моделей деревянных настилов, перил и лестниц, пространственного расположения находок в различных археологических горизонтах («облако находок»). Кроме того, реализована визуализация дополнительных данных: направлений на стороны света, осей и сетки АСК, местоположения реперов АСК. Поддержана возможность горизонтального среза виртуальной модели на любом уровне для удобства визуального анализа геометрии пещеры и расположения находок.

В презентации предусмотрено четыре окна: «Глобус», «Пещера», «Облако находок» и «3D модель находки», пользователь может переключаться между ними в произвольном порядке. В окне «Глобус» отображается виртуальный глобус с внедрённой на него трёхмерной моделью пещеры – таким образом, можно изучить расположение пещеры на местности и окружающий рельеф. В окне «Пещера» отображаются модели пещеры и других объектов. В окне «Облако находок» визуализируется только местоположение находок в археологических горизонтах. В окне «3D модель находки» отображаются модели отдельных предметов, с возможностью переключения между ними.

Созданные 3D модели и программное обеспечение могут использоваться как для презентационных, так и для исследовательских задач (например, визуального анализа стратиграфии и осадконакопления). Также презентация может использоваться для организации виртуальной экскурсии, в том числе, посредством общедоступного Интернет-ресурса. Это особенно актуально для Денисовой пещеры на Алтае, которая является труднодоступным для посещения объектом.

Авторы выражают благодарность Светлане Байковой, Андрею Иванову, Дмитрию Линовскому и Ивану Рысю (ООО «Триметари») за участие в работах по лазерному сканированию, моделированию и текстурированию 3D моделей, Михаилу Васильевичу Шунькову (ИАЭТ СО РАН) за помощь в организации полевых работ, Максиму Козликину (ИАЭТ СО РАН) за подготовку исходных данных о расположении находок и полезные консультации, а также Сергею Котельникову и Сергею Зеленскому.

3D лазерное сканирование Юго-Западной ТЭЦ, Санкт-Петербург

В феврале 2013 года сотрудниками компании «Триметари» выполнены инженерно-геодезические изыскания методом наземного лазерного сканирования первого блока Юго-Западной ТЭЦ. Работы по сканированию существующих инженерных конструкций проводились с целью создания трехмерной модели для выполнения проектирования строительства второй очереди электроцентрали.

Полевые работы выполнялись трехмерными лазерными сканерами FARO Focus3D Multisensor, Leica ScanStation2. Параллельно со сканированием выполнялась фотосъемка объекта цифровой зеркальной камерой. Фотоснимки использовались для дешифрации на этапе камеральной обработки.

Камеральная обработка результатов проводилась в шесть этапов:

  • регистрация данных лазерного сканирования, объединение облака точек в единую модель;
  • фильтрация и сегментирование облака точек;
  • создание векторной модели: построение стальных конструкций, трубопроводов, оборудования, несущих конструкций и вписывание в облако точек;
  • редактирование, объединение, оптимизация модели, экспорт в формат AVEVA PDMS,
  • создание объекта Leica Truview,
  • составление отчета.

В результате объединения сканерных данных в единое облако точек достигнута среднеквадратическая погрешность (СКП) регистрации данных 0,008 м. В процессе фильтрации и сегментации облака точек проводилось выделение участка работ согласно ранее утвержденным границам, а также удаление некорректных и «шумовых» данных, полученных в результате попадания в сканируемую область зеркальных объектов, работающего персонала, техники и т.д.

Построение трехмерной векторной модели выполнялось с применением метода твердотельного моделирования для геометрически правильных объектов, использовались геометрические примитивы (цилиндры, сферы, плоскости, объекты выдавливания). Для металлоконструкций (уголки, каналы, швеллеры, балка) и труб использовался соответствующий сортамент ГОСТ. Смоделированные элементы позиционировались при помощи автоматической и полуавтоматической функции вписывания геометрии в облако точек.

PDMS модель в электронном виде представлена в виде набора макрофайлов для загрузки в соответствующие сайты иерархии PDMS. Созданная 3D модель послужила основой для проектирования второй очереди. Помимо векторной PDMS-модели сотрудниками компании выполнены работы по созданию объекта TruView. Объект Leica Truview представляет собой интерпретацию облака точек. Данные лазерного сканирования в Leica TruView отображаются с позиции сканера. Программа позволяет производить измерения, делать пометки, получать трехмерные координаты точек. Все изменения могут быть сохранены и переданы другим пользователям по сети.

В результате инженерно-геодезических изысканий методом наземного лазерного сканирования технологических трубопроводов, вентиляционных коробов и кабельных металлоконструкций первого блока Юго-Западной ТЭЦ, компанией Триметари создана трехмерная векторная модель объекта в формате AVEVA PDMS, а также представлено облако точек в различных форматах для работы в средах PDMS, AutoCAD, Microstation. Работы выполнены в полном объеме и в обозначенный срок.

По материалам сайта www.trimetari.com