Článok pojednáva o nových technológiách v geodézii, ktoré majú svoje široké uplatnenie v pamiatkovej architektúre. Na konkrétnych príkladoch historických pamiatok sú predstavené výsledky zamerania a spracovania nameraných údajov technológiami terestrického laserového skenovania a blízkej digitálnej fotogrametrie. Obe technológie sa vyznačujú pomerne krátkou dobou zberu údajov, spracovaním, tvorbou ich 3D modelov a zisťovaní geometrických súvislostí na modelovaných objektoch.

Úvod

            V súčasnosti pri príprave a spracovaní revitalizačnej dokumentácie pamiatkovej obnovy v oblasti architektúry a archeológie sa javia  vhodné digitálne metódy na zameranie objektov a ich spracovanie do počítačových modelov. Pred ich rekonštrukciou prípadne sanáciou je nutné previesť prieskumné a projektové práce, za účelom vyhovenia realizačného projektu, ktorý dokumentuje rozsah obnovy historického objektu. Veľmi dobre sa tu uplatňujú práve technológie terestrického laserového skenovania (TLS)  a digitálnej fotogrametrie pri zameriavaní plastík, reliéfov, archeologických nálezov i pri zachytení historických nástenných malieb. Takáto vyzualizácia je v konečnom dôsledku integrovaná do digitálnych prezentácií, ktoré sú využívané pre rôzne rozhodovacie štúdie. Parametre premiestnenia, rotácií a pretvorenia objektu je možné určovať aj z týchto meraní, použijúc rôzne analytické riešenia a postupy spracovania.

Vyhotovenie kompletnej dokumetácie historickej pamiatky laserovým skenovaním pozostáva z nasledovných krokov:

·  Rekognoskácia terénu a výber vhodných stanovísk v závislosti od dosahu, uhlového rozsahu prístroja, tak aby bol zabezpečený nutný počet meraní s dostatočným prekrytom

·  Samotný zber nameraných bodov priestorovou polárnou metódou a ich hodnôt RGB škály (Red, Green, Blue), nastavenie parametrov skenovania

·  Zameranie polohy stanovísk skenera a odrazových zrkadiel, určujúcich priestorovú orientáciu snímok

·  Spracovanie súborov nameraných bodov (tzv. mračna bodov) v softvérovom prostredí  priamo dodávanom výrobcom prístroja na prvotné spracovanie výsledkov merania

·  Vyhotovenie kompletných priestorových modelov v špecializovaných softvéroch na spájanie, orezávanie, modelovanie a konečnú grafickú úpravu.

Za účelom testovania technológie terestrických laserových systémov a zdokumentovania  historického objektu pred jeho rekonštrukciou padol výber na drevený kostolík v Miroli (obr. 1) na severovýchode Slovenska, na území Zakarpatskej Ukrajiny. Ide o objekt grécko-katolíckeho obradu z roku 1770 [1]. V rámci karpatských drevených kostolov východného obradu ho zaraďujeme do skupiny bojkovských kostolov s lemokovskou modifikáciou. Veže i stupňovité štvorhranné kupoly nad svätyňou i loďou sú zakončené makovičkami so slepými tamburmi a krížmi. Strecha objektu i veže je pokrytá šindľom. Zrub a horná časť veže sú pobité vertikálnym doštením. Ikonostas a oltár je štvorradová polychrómovaná architektúra z 18. storočia s ikonami a cárskymi dverami. Horné rady ikon sú novšie, z konca 18. storočia. Ikonostas je riešený podľa presných ikonografických zásad. K motívom ikonostasu okrem iného patria výjavy z ľudového prostredia s postavami pastierov a žien v kroji.

Obr.1. Drevený kostolík v Miroli.

         Meranie prebehlo na jar a jeseň 2006 meračským systémom Callidus CP 3200 , plno – panoramatickým skenerom a univerzálnym meračským systémom Sokkia Power Set 2010 počas dvoch dní a následné spracovanie súboru nameraných dát sa vyhotovilo v prostredí 3D Extractor, dodávaným výrobcom. V špecializovanom softvéri RapidForm XOV kórejskej firmy INUS Technology, Inc. sa vykonalo modelovanie polygonálnej siete do CAD modelu a mapovanie modelu textúrami sa vykonalo v prostredí 3D Studio Max.

Meračské a grafické práce:

Pred samotným začatím merania bola vykonaná rekognoskácia terénu a navrhol sa   počet a poloha stanovísk skenera tak, aby  bol realizovaný nutný počet meraní s dostatočným prekrytom a zohľadnením dosahu prístroja 32m. Ako vlícovacie body pre spájanie skenov slúžili odrazové zrkadlá, ktoré boli umiestnené ľubovoľne v teréne. Ich poloha bola určená pomocou univerzálnej meračskej stanice Sokkia Power Set 2010 v lokálnom súradnicovom systéme (obr. 2). Po uvedení prístroja do činnosti sa nastavili parametre skenovania – uhlový výrez,  hustota naskenovaných bodov a  snímanie kamery pre  hodnoty farebnej škály RGB.

Obr. 2. Callidus CP 3200 a univerzálny meračský prístroj Sokkia.

            Na každom stanovisku prebehol zber dát,  meranie prebehlo automaticky, archivované dáta bolo možné priebežne kontrolovať a podľa nutnosti dopĺňať. Výsledkom boli súbory nameraných údajov – tzv. mračná bodov (obr. 3).

Obr. 3. Spojené mračná bodov z prvého a druhého merania.

Vzhľadom k tomu, že limitujúcim faktorom pri zbere dát bol dosah prístroja, bolo nutné vykonať ďalšie meranie za pomoci lešenia. Samotný zber údajov trval dva dni a na spájanie jednotlivých snímok sa použili technológie vlícovacích bodov a metóda spájania pomocou identických línií. Ďalšie spracovanie do polygonálneho modelu  (obr. 4) prebehlo v softvérových prostrediach 3D Extractor, Rapidform a 3D Studio Max (obr. 5).

Obr. 4. Polygonálny a drátený model kostolíka.

Obr. 5. Výsledný model kostolíka a jeho fotografia.

Meranie a vyhodnotenie fasád budov digitálnou blízkou fotogramatriou.

Pre potreby projektovej dokumentácie rekonštrukcie budov alebo ich fasád slúži digitálna prieseková fotogrametria (konvergentné snímkovanie so všeobecnou orientáciou osí záberu) ako meracia metóda, ktorá poskytuje 2D alebo 3D vektorové alebo rastrové výstupy. Práve rastrový výstup – ortofotomapa (mozaika) fasády je tým výstupom, ktorý má najväčšiu informačnú hodnotu, keďže okrem geometrických charakteristík obsahuje aj originálne textúrne vlastnosti objektu [2].

Digitálnou priesekovou  fotogrametriou bola nasnímkovaná stena objektu „Kasárne“ v areáli Trenčianskeho hradu . Pre projekt turistickej ubytovne bol fotogrametricky rekonštruovaný skutočný stav steny bývalých kasární v objekte Trenčianskeho hradu.

Obr. 6. Ortofotomapa a pôdorys steny.

Stena je dlhá 50 m, vysoká do 11 m a hrúbka steny sa pohybuje od 1.2 m do 0.5 m. Pôdorys má tvar písmena „S“. V rámci geodetickej dokumentácie bol určený priestorový tvar steny (obr.  6), poloha v lokálnom súradnicovom systéme a ortofotomapa (obr. 7) ako ortogonálna projekcia do vertikálnej roviny rovnobežnej so spojnicou okrajov steny. Všetky body objektu boli signalizované prirodzene a priestorová presnosť modelu m_XYZ sa pohybuje do 2 cm.

Obr. 7. Textúrovaný virtuálny 3D model steny.

Celý proces spracovania merania sa vykonáva v počítačovom prostredí softvérom PhotoModeler. Pri výpočte sa využívajú matematické vzťahy analytickej fotogrametrie. Numericky sa obnoví chod určujúcich lúčov v priestore od snímkového bodu k objektovému. Pre spojenie snímok je potrebné identifikovať na nich spojovacie body, ktoré potom slúžia na vytvorenie modelu (obr. 8) [3].

Obr. 8. Programové prostredie  softvéru PhotoModeler.

Vnútorná presnosť vytvorenia modelu v referenčnom súradnicovom systéme bola posúdená pomocou výsledných chýb určenia súradníc podrobných bodov modelu z numerického vyrovnania programom PhotoModeler. Na základe týchto hodnôt bola vypočítaná stredná polohová chyba určenia súradníc bodov na modeli m_p = 0,037m.

Model kostola sv. Jána Krstiteľa kartuziánskeho kláštora na Skale

Kláštorisko, zrúcanina stredovekého kláštora,  sa nachádza v centre Slovenského raja, neďaleko Spišskej Novej Vsi. Tento kartuziánsky kláštor na Skale útočišťa bol dlhé storočia pochovaný pod vrstvou zeme a nezáujmu ľudí. Vzhľadom k rozsiahlosti kláštora bol na vytvorenie modelu použitý len kostol sv. Jána Krstiteľa a priľahlá sakristia.

Geodetické práce – pre potreby projektu bolo na objekte zameraných 48 vlícovacích, jednoznačne signalizovaných bodov. Pri meraní bola použitá polárna metóda a voľné stanovisko. Na meranie bola použitá totálna stanica Leica TC 800.

Fotogrametrické práce – Na fotogrametrické práce bola použitá kalibrovaná digitálna kamera Olympus C8080. Celý objekt kartuziánskeho kláštora bol nasnímkovaný na 34 snímok s rozlišovacou schopnosťou 3264 x 2448 pixelov. Na určenie priestorovej polohy bodov kláštora bola použitá metóda konvergentného snímkovania so všeobecnou orientáciou osi záberu.

Prvotný model kostola, vyhotovený v softvéri PhotoModeler, bol následne exportovaný a upravovaný v grafickom systéme MicroStation. V tomto programovom prostredí boli modelu priradené plochy a skutočné textúry. Posledným krokom bola vizualizácia modelu v programovom prostredí Maya (obr. 9).

Obr. 9.  Vizualizácia modelu kostola v programe Maya.

Zameranie fasády arcibiskupského seminára digitálnou fotogrametriou:

Ako  ďalší objekt merania bola vybratá fasáda arcibiskupského seminára, ktorá sa nachádza na ulici Thákurova v Prahe Dejvice. Na fotogrametrické zameranie fasády bola zvolená metóda konvergentného snímkovania. Snímky boli vyhotovené pomocou digitálnej fotografickej kamery Nikon D200.

Fasáda bola nasnímaná na 21 snímok s rozlíšením 3872×2592 tak, aby boli zachytené všetky jej časti. Snímky boli následne spracované v softvéri PhotoModeler 5 (obr.10), kde sa získali priestorové súradnice lomových bodov objektu.