Επιλογή βέλτιστης μεθοδολογίας αποτύπωσης μνημείων

Παρουσίαση των κανόνων και κριτηρίων που θα πρέπει να λαμβάνονται υπ’ όψιν για την επιλογή της μεθόδου ψηφιοποίησης.

Κριτήρια επιλογής ή απόρριψης για την εφαρμογή της εμπειρικής μεθόδου αποτύπωσης

Η εμπειρική μεθοδολογία ενδείκνυται όταν το μνημείο – χώρος δεν έχειπολύπλοκο σχήμα και μπορεί να αποτυπωθεί με λίγες μόνο μετρήσεις που διασφαλίζουν ωστόσο την τελική ακρίβεια του προϊόντος (σε κλίμακα 1:50 ή μικρότερες). Επίσης είναι ιδανική για την αποτύπωση κατόψεων ή όψεων-τομών εσωτερικών χώρων και όταν οι άλλες μέθοδοι δεν μπορούν να εφαρμοστούν για διάφορους λόγους πχ δεν υπάρχει απαραίτητος χώρος για τη λήψη των φωτογραφιών (φωτογραμμετρική μεθοδολογία) ή για την τοποθέτηση τοπογραφικού οργάνου σε κατάλληλη θέση και τη μέτρηση χαρακτηριστικών σημείων (τοπογραφική μεθοδολογία). Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία από Αρχιτέκτονες Μηχανικούς για την αποτύπωση εσωτερικών συνήθως χώρων και πρέπει να συνοδεύονται οι μετρήσεις πάντα από ένα καλό σχεδιάγραμμα του χώρου και των μετρήσεων που υλοποιήθηκαν.

Κριτήρια επιλογής ή απόρριψης μεθόδου της τοπογραφικής μεθόδου αποτύπωσης

Η εφαρμογή της τοπογραφικής μεθοδολογίας για την αποτύπωση ενδείκνυται όταν το μνημείο–χώρος δεν έχει πολύπλοκο σχήμα οπότε ο αριθμόςτων μετρημένων σημείων για τον προσδιορισμό της θέσης, της μορφής και του σχήματος είναι μικρός αλλά και η προσπελασιμότητα των σημείων που χρειάζεται να μετρηθούν είναι δύσκολη. Είναι ιδανική για δημιουργία προϊόντων υψηλής ακρίβειας σε κλίμακες 1:50 ή μικρότερες και επιπλέον απαιτεί σημαντικό χρόνο παραμονής στο πεδίο για μετρήσεις. Επίσης, χρησιμοποιείται ιδιαίτερα σε περιπτώσεις μεγάλης έκτασης του αντικειμένου και συνήθως για την αποτύπωση εξωτερικών χώρων – όψεων κτιρίων αλλά και αρχαιολογικών χώρων ή σκαμμάτων. Σε περίπτωση που απαιτείται η καταγραφή της υφής της εξωτερικής επιφάνειας του μνημείου είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τη φωτογραμμετρική μεθοδολογία για τη δημιουργία ενός εικονικού προϊόντος (πχ. ανοιγμένη εικόνα ή ορθοεικόνα) ή τεχνική ανίχνευσης ακτίνας laser.

Κριτήρια επιλογής βέλτιστης τεχνικής και καταλληλότερου λογισμικού φωτογραμμετρικής επεξεργασίας για την αποτύπωση μνημείων - χώρων

Η φωτογραμμετρική μεθοδολογία είναι κατάλληλη σε περιπτώσεις πολύπλοκων αντικειμένων όταν υπάρχει πληθώρα λεπτομερειών που αποτυπώνονται σε ψηφιακές εικόνες και χρήζουν αποτύπωσης (πχ όψεις διατηρητέων κτιρίων, κατόψεις κτιρίων - αρχαιολογικών σκαμμάτων). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί εφόσον υπάρχει ο απαραίτητος χώρος μπροστά ή πάνω από το μνημείο – χώρο που θα αποδοθεί φωτογραμμετρικά. Ενδείκνυται όταν υπάρχει δυσκολία στην προσπέλαση των λεπτομερειών του μνημείου ή όταν απαγορεύεται η άμεση επαφή με το αντικείμενο μελέτης. Είναι ιδανική για την διαχρονική παρακολούθηση των μνημείων ή όταν απαιτείται συστηματική καταγραφή των φάσεων εξέλιξης σε εργασίες αναστήλωσης – ανασκαφής. Δίνει άμεσα αποτελέσματα και με χρήση στερεοσκοπικών μεθόδων μπορεί να προβληθεί το μοντέλο του μνημείου-χώρου τρισδιάστατα. Με χρήση μετρήσεων υψηλής ακρίβειας που προέρχονται πάντα από τοπογραφικές μετρήσεις με χρήση γεωδαιτικού σταθμού ή αντίστοιχης ακρίβειας τοπογραφικό όργανο, μπορεί να οδηγήσει σε υψηλή ακρίβειας αποτελέσματα-τελικά διαγράμματα αποτύπωσης σε κλίμακες 1:50 ή και μικρότερες.

Ωστόσο, υπάρχουν διάφορες φωτογραμμετρικές τεχνικές που μπορεί να χρησιμοποιηθούν και να οδηγήσουν σε διαφορετικής μορφής φωτογραμμετρικά προϊόντα με χρήση διαφορετικού εξοπλισμού και λογισμικού.

Σε όλες τις περιπτώσεις η χρήση της φωτομηχανής είναι απαραίτητη όπως επίσης και η υλοποίηση μετρήσεων με χρήση τοπογραφικών οργάνων. Εάν, απαιτείται εξαιρετική ακρίβεια αποτελεσμάτων πρέπει να χρησιμοποιηθεί μετρική ή ημί-μετρική φωτομηχανή ή τουλάχιστον μια βαθμονομημένη κοινή (αναλογική ή ψηφιακή) φωτογραφική μηχανή. Πολλά φωτογραμμετρικά πακέτα παρέχουν τη δυνατότητα με χρήση προτύπων βαθμονόμησης να οδηγήσουν σε υψηλής ακρίβειας φωτογραμμετρικές εικόνες με χρήση τεχνικών αυτοβαθμονόμησης (πχ PhotoModeler).

Ενδείξεις και Προϋποθέσεις για τη Χρήση Φωτογραμμετρικών Τεχνικών Ψηφιοποίησης Μνημείων - Χωρών

Στερεοσκοπική φωτογραμμετρική επεξεργασία σε ΨΦΣ: Η βέλτιστη τεχνική φωτογραμμετρικής επεξεργασίας εικόνων είναι χωρίς αμφισβήτηση η στερεοσκοπική που όχι μόνο παρέχει στους σύγχρονους Ψηφιακούς Φωτογραμμετρικούς Σταθμούς (ΨΦΣ) στερεοσκοπική παρατήρηση με αποτέλεσμα την αποφυγή χονδροειδών σφαλμάτων απόδοσης των λεπτομερειών του μνημείου – χώρου, αλλά παρέχει και αρκετούς αυτοματισμούς όπως, αυτόματη αναγνώριση προτύπων για τον υπολογισμό του εσωτερικού – εξωτερικού και σχετικού προσανατολισμού των εικόνων ενός στερεομοντέλου αλλά και αυτοματισμούς στη συλλογή των ομόλογων σημείων για την εξαγωγή των λεπτομερειών του αντικειμένου με εμπροσθοτομία.

Εικόνα 20. Γεωμετρία στερεοσκοπικών λήψεων

Βασική προϋπόθεση για την στερεοσκοπική επεξεργασία των εικόνων είναι η λήψη των φωτογραφιών με τρόπο ώστε οι άξονες της φωτογραφικής μηχανής στις δύο στάσεις να είναι παράλληλοι μεταξύ τους και κάθετοι στην επιφάνεια του προς μελέτη αντικειμένου. Επίσης, θα πρέπει κάθε λεπτομέρεια που χρήζει μέτρησης να είναι ορατή σε τουλάχιστον δύο εικόνες ενός στερεομοντέλου. Η κοινή περιοχή μεταξύ δύο εικόνων του στερεομοντέλου θα πρέπει να είναι της τάξης του 60% του συνολικού format των εικόνων και σε περίπτωση που δεν καλύπτεται το αντικείμενο με ένα στερεοζεύγος θα πρέπει να δημιουργηθούν περισσότερα συνεχιζόμενα στερεομοντέλα (Εικόνα 20, Εικόνα 21). Τα φωτοσταθερά στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να καλύπτουν πλήρως τα στερεομοντέλα των εικόνων που δημιουργούν μια ή περισσότερες λωρίδες (strips) φωτογραμμετρικών στερεοσκοπικών εικόνων. Όταν οι λήψεις για τη δημιουργία των εικόνων ενός στερεομοντέλου δεν είναι παράλληλες είναι πιθανό να μην είναι εφικτή η επίτευξη της στερεοσκοπικής όρασης οπότε και ηστερεοσκοπική παρατήρηση και συλλογή των λεπτομερειών του αντικειμένου.

Εικόνα 21. Στερεοσκοπικά ζεύγη για την επεξεργασία σε ΨΦΣ

Συγκλίνουσα ή μη Στερεοσκοπική Φωτογραμμετρική Επεξεργασία:
Όταν η απόσταση φωτογράφησης μπροστά από το αντικείμενο μελέτης είναι μικρή και επομένως αδύνατη η λήψη κατάλληλων εικόνων για στερεοσκοπική επεξεργασία (με τους άξονες της φωτομηχανής παράλληλους μεταξύ τους και κάθετους στην επιφάνεια του αντικειμένου) είναι προτιμότερο να γίνεται χρήση της συγκλίνουσας μη στερεοσκοπικής φωτογραμμετρικής επεξεργασίας. Στην περίπτωση αυτή οι άξονες της φωτογραφικής μηχανής συγκλίνουν προς το κέντρο βάρους του μνημείου – χώρου (Εικόνα 22,Εικόνα 23) και η επεξεργασία των εικόνων γίνεται σε ειδικά φωτογραμμετρικά πακέτα (Photomodeler, Image-Modeler, ShapeCapture, iWhitness, 3DBuilder) που το κόστος τους μάλιστα είναι σημαντικά μικρότερο από αυτό των ΨΦΣ καθώς το υλικό στερεοσκοπικής παρατήρησης και επεξεργασίας (εξειδικευμένοι Η/Υ, σύστημα στερεοσκοπικής παρουσίασης) δεν είναι απαραίτητο για τη συλλογή των λεπτομερειών του αντικειμένου.

Εικόνα 22. Συγκλίνουσα φωτογραμμετρική λήψη εικόνων

Εικόνα 23. Φωτογραμμετρικές λήψεις για την εφαρμογή συγκλίνουσας μη στερεοσκοπικής επεξεργασίας

Φωτογραμμετρική Αναγωγή: Όταν το αντικείμενο μελέτης αποτελείται από επίπεδες οριζόντιες ή κατακόρυφες επιφάνειες είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθεί η μονοσκοπική φωτογραμμετρική επεξεργασία εικόνων με χρήση της ψηφιακής Φωτογραμμετρικής Αναγωγής. Και πάλι απαιτείται η χρήση φωτοσταθερών για την επίλυση των εξισώσεων της μορφής (23) και τη δημιουργία της ανηγμένης εικόνας. Η εισαγωγή της ανηγμένης εικόνας σε ένα περιβάλλον CADD είναι εύκολη υπόθεση και η συλλογή και σχεδίαση των λεπτομερειών της όψης ή κάτοψης του χώρου μπορεί να γίνει χωρίς να είναι απαραίτητη η στερεοσκοπική παρατήρηση (επομένως και το ακριβό σύστημα στερεοσκοπικής όρασης και μέτρησης). Ο χρόνος της ψηφιοποίησης είναι πολύ μικρότερος με συνέπεια να μειώνεται και το τελικό κόστος της αποτύπωσης –ψηφιοποίησης του μνημείου.

Εικόνα 24. Αρχική και προοπτικά διορθωμένη εικόνα

Όταν επί του αντικείμενου είναι ορατά δύο τουλάχιστον ζεύγη οριζόντιων και κατακόρυφων γραμμών ίσως να είναι αρκετή η μέτρηση μιας ή δύο αποστάσεων παράλληλα προς το οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο για να δημιουργηθεί με επίλυση των μαθηματικών εξισώσεων της προοπτικής γεωμετρίας η ανηγμένη εικόνα (Εικόνα 24) [100].

Καταλήγοντας θα πρέπει να τονιστεί ότι η φωτογραμμετρική μεθοδολογία δεν μπορεί να αποδώσει την ακρίβεια που επικαλείται ότι επιτυγχάνει στην αποτύπωση μνημείων χωρίς την επικουρία της Τοπογραφίας για τη μέτρηση των φωτοσταθερών (εκτός ίσως από την περίπτωση της προοπτικής διόρθωσης των εικόνων και των εφαρμογών συγκλίνουσας φωτογραμμετρίας). Συμπληρώνει όμως την Τοπογραφική Μεθοδολογία στην αποτύπωση μνημείων ως μια πλήρης και συνεχής (λόγω της εικονικής παρουσίασης των ανοιγμένων εικόνωνκαι ορθοεικόνων) απεικόνιση των μνημείων – χώρων και παρέχει μια σειρά από νέα προϊόντα τρισδιάστατης παρουσίασης (Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους, Ορθοεικόνα, Επενδυμένο Μοντέλο) που μπορούν με κατάλληλη επεξεργασία να αποδώσουν στο γραφικό περιβάλλον εξειδικευμένου λογισμικού το εικονικό μοντέλο (virtual model) των μνημείων – χώρων με δυνατότητα διαδραστικότητας και πλοήγησης.

Κριτήρια επιλογής ή απόρριψης μεθόδου της ανίχνευσης laser για αποτύπωση

Η τεχνική ενδείκνυται σε όλες τις περιπτώσεις τρισδιάστατης ψηφιοποίησης μνημείων – χώρων με ιδιαίτερα ακριβή αποτελέσματα. Οδηγεί στην παραγωγή προϊόντων υψηλής ακρίβειας παρόμοιας με αυτά των τοπογραφικών μεθόδων αλλά με την πληρότητα και τη συνέχεια των προϊόντων της φωτογραμμετρικής μεθόδου. Σε μερικές περιπτώσεις και κάτω από συνθήκες έντονου φωτισμού μπορεί να παρουσιάζονται σφάλματα ή αδυναμία μετρήσεων [55].

Όταν το αντικείμενο έχει σχετικά απλό σχήμα ή/και μικρό μέγεθος είναι ασύμφορη η χρήση της μεθόδου σάρωσης λόγω του υψηλού κόστος του τεχνικού εξοπλισμού και της επεξεργασίας που θα ακολουθήσει τη διαδικασίατων μετρήσεων.

Η χρήση του laser scanner στο πεδίο είναι απλούστερη από τη χρήση οποιουδήποτε άλλου τοπογραφικού οργάνου καθώς το όργανο λειτουργεί με αυτόματο τρόπο και η οδήγησή του από το χειριστή γίνεται συνήθως με τη βοήθεια Η/Υ μέσω ενός αρκετά φιλικού διαδραστικού περιβάλλοντος επικοινωνίας. Η περαιτέρω όμως επεξεργασία για τη μορφοποίηση των επιφανειών του μοντέλου – χώρου απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις και έμπειρο χειρισμό από κατάλληλα εκπαιδευμένο προσωπικό σε περιβάλλον σχεδίασης CADD.

Η χρήση των laser profilers μπορεί να εφαρμοστεί για την αποτύπωση όχι τόσο του πλήρους τρισδιάστατου μοντέλου του μνημείου – χώρου αλλά για την δημιουργία διαγραμμάτων τομών και κατόψεων υπό κλίμακα.