TARİHİ ESERLERİN FOTOGRAMETRİK YÖNTEMLE 3D MODELLENMESİNE ÖRNEK

Transkript

1 Selçuk Üniversitesi Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Öğretiminde 30. Yõl Sempozyumu,16-18 Ekim 2002, Konya SUNULMUŞ BİLDİRİ TARİHİ ESERLERİN FOTOGRAMETRİK YÖNTEMLE 3D MODELLENMESİNE ÖRNEK Zaide DURAN, Gönül TOZ İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Fotogrametri Anabilim Dalõ, Maslak İSTANBUL, Özet: Tarihi yapõlarõn dokümantasyonu ve korunmasõ, çağõmõzda insanlõğõn ortak sorunu olarak kabul edilen ve üzerinde önemle durulan bir olgudur. Mimarlarõn ve arkeologlarõn tarihi eserler üzerinde çalõşõrken gereksinim duyduklarõ kesin gösterim ve görselleştirmeyi sağlayan 3D modeller fotogrametrik yöntemle gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalõşmada, tarihi eserlerin korunmasõnda gereksinim duyulan 3D (texture) doku kaplõ modeller ve bu modellerin sanal gerçeklikte gösterilimi ele alõnmõştõr. Fatih semtinde bulunan eski bir evin 45 mm odak uzaklõğõna sahip WildP31 resim çekme makinesi ile çekilen resimleri ve CIPA test binasõ Photomodeler yazõlõmõnda değerlendirilmiş ve 3D doku kaplõ modeller elde edilmiştir. 1. GİRİŞ Binlerce yõllõk uygarlõk tarihi içinde insanõn doğrudan veya doğa ile birlikte yarattõğõ ve bugün Kültür Mirasõ diye adlandõrõlan belgeleri koruma olayõ, çağõmõzda insanlõğõn ortak çabasõ olarak kabul edilen ve üzerinde önemle durulan bir olgudur. İletişim araçlarõnõn ulaştõğõ hõzlõ gelişimin dünya halklarõnõ hergün biraz daha birbirine yaklaştõrmasõ, bu ortak mirasa sahip çõkmayõ da kuvvetlendirmekte ve bu mirasõ kendi yerleşimleri üzerinde bulunduran halklarõn sorumluluğunu artõrmaktadõr. Bu sorumluluğun en önemli sonucu ise, kültür mirasõ korumada tüm dünya ülkelerinin aynõ anlayõş ve kritere sahip olma zorunluluğudur. Kuşkusuz bu zorunluluk, on bin yõllõk tarihi mirasa sahip Anadolu insanõ için, tüm dünya halklarõndan öte bir anlam taşõmaktadõr. Ne yazõk ki bu tarihi mirasa ait yapõlar zamanla doğal afetlerle ve insanlarõn verdiği zararlarla sürekli aşõnmõş ve yõpranmõşlardõr. Şimdiki neslin sorumluluğu bu tarihi mirasõn gelecek nesillere zarar görmeden aktarõlmasõdõr. Bu; tarihi, arkeolojik, yapõsal ve mimari çalõşmalar bir bütün olarak bu yapõlarõ anlamak ve bunlarõn restorasyonu, sağlamlaştõrõlmasõ ve korunmasõ için bilgi ve yeni teknikler geliştirmek için önemlidir. Yersel fotogrametri tekniği, yõllardõr arkeolojik ölçmeler ve tarihi eserlerin dokümantasyonu için kullanõla gelen bir yöntemdir. Digital tekniklerin gelişimiyle birlikte fotogrametri, mimari eserlerin dokümantasyonu ve korunmasõnda daha verimli ve ekonomik bir yöntem haline gelmiştir.son yõllarda Digital Fotogrametri ve Bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler sonucu binalarõn 3 boyutlu olarak tekrar oluşturulmasõ güncel araştõrma konularõ içinde yer almõştõr. 3 boyutlu bina modelleri, şehir planlama ve turizm için gittikçe zorunlu hale gelmektedir. [ Suveg and Vosselman, 2000]. Bu çalõşmada kullanõlan 3D foto modelleme gerçekte erişilmez olan yersel objeleri anlamada oldukça etkilidir. Varolan objelerden elde edilen fotomodellerin kullanõlmasõ, karmaşõk yersel yapõlarõn anlaşõlmasõnõ kolaylaştõrõr. Sanal gerçeklikten (Virtual reality) 403

2 Tarihi Eserlerin Fotogrametrik Yöntemle 3d Modellenmesine Örnek gelen metotlar yardõmõyla, yazõ veya ses formundaki ek bilgiler foto modellere bağlanabilir. Örneğin; bir mimar, önemli bir binayõ görselleştiren ve tanõmlayan foto modelden 3D interaktif bilgi elde edebilir. [Dorffner and Forkert, 1998]. 2. DOKU KAPLAMA VE GÖRSELLEŞTİRME Bir 3 boyutlu foto model, doku bilgisinin cisme ait fotoğraflardan veya diğer optik kayõt sistemlerinden alõndõğõ bir obje modelidir. İki kõsõmdan oluşur. Birinci kõsõm, objenin şeklinin saklandõğõ 3 boyutlu obje modeldir. Bitişik yüzey parçalarõ objeyi andõrõr. İkinci kõsõm ise yüzey parçalarõndan elde edilen foto dokusudur [Dorffner and Forkert, 1998]. Fotogrametrik veriden elde edilen modeli görselleştirmek için model VRML (Virtual Reality Modeling Language- Sanal Gerçeklik Modelleme Dili) ne dönüştürülür. Sanal gerçeklik), en basit şekliyle, bilgisayarda canlandõrõlan üç boyutlu görüntülerin arayüzler yardõmõyla ekranda insanlara gerçek bir dünya gibi gösterilmesidir. [Chen, 1999]. Bugün birçok alanda farklõ amaçlarla kullanõlan bu teknolojiye yapay gerçeklik, sanal dünyalar, sanal ortamlar gibi isimler de verilmektedir. Sanal gerçeklik modellerinin yaratõlabilmesi için özel sanal gerçeklik model geliştirme dili VRML mevcuttur. Bu dil istenilen katõ modelleri istenilen şekilde oluşturulup internet ortamõnda sunmak için kullanõlabilmektedir. Ancak sanal gerçeklik modeli oluşturmak için bu dillerin bilinmesi gerekli değildir. Çünkü kullanõlan birçok yazõlõm bu dile otomatik olarak dönüşüm yapmaktadõr (Emem, 2002). Sanal gerçeklik modellerinde gezinti yapabilmek için bazõ ara yüzlere gereksinim duyulmaktadõr. Bu ara yüzler birçok firma tarafõndan ücretsiz olarak kullanõcõya sunulmaktadõr. VRML, hiyerarşik dönüşümler, õşõk kaynaklarõ, geometri, animasyon, maddesel özellikler ve doku kaplama gibi özellikleriyle 3D veri için bir formattõr. [Carey and Bell, 1997]) VRML, World Wide Web de 3 boyutlu verinin yayõnlanmasõ için uygunluğu yüzünden populer hale gelen herkese açõk bir formattõr.. Bu yüzden, VRML kullanan bir çok yazõlõm vardõr. VRML e dönüşüm tamamen otomatiktir ve Geometrik kõsõmda obje koordinatlarõ ve topoloji bilgileri dönüştürülür. [Heuvel, 1998] 3. UYGULAMA 3.1 Dimitri Kantemir Evi Çalõşmada iki farklõ bina ele alõnmõştõr. Birinci bina, Fatih te Low-House veya Parsonage adõyla anõlan Dimitri Kantemir binasõdõr. Bu binanõn 45 mm odak uzaklõğõna sahip Wild P31 ile çekilen resimleri üzerinde çalõşõlmõştõr. Bina üzerine işaretlenen kontrol noktalarõnõn jeodezik ölçümleri Alman ve Türk öğrenciler tarafõndan yapõlmõş ve jeodezik ölçümlerde Pentax Total station kullanõlmõştõr [Toz and Wiedemann, 1999]. 404

3 Duran, Toz Şekil 1. Dimitri Kantemir binasõnõn doğu bölümüne ait orijinal görüntü Bu çalõşmada, 2 boyutlu resimlerden 3 boyutlu model elde etmek için kullanõlan bir digital fotogrametri yazõlõmõ olan Photomodeler kullanõlmõştõr. (Eos Systems Inc., 1997). Görüntü koordinatlarõ ve çizgiler her görüntüde manuel olarak ölçülmüştür. (Şekil2.) Eşlenik ölçmeler sonucu yöneltme ve değerlendirme işlemleri gerçekleştirilmiş ve bina yüzeyine ait toplam 690 yüzey parçasõ oluşturulmuştur. Şekil 2. Eşlenik görüntüde değerlendirme işlemi Sadece binanõn doğu cephesine ait görüntüler bulunduğu için sadece bu yüzeye ait 3 boyutlu model elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen 3 boyutlu model DXF,VRML ve 3D Studio Max formatõna dönüştürülmüştür. Şekil 4 te bu yüzeye ait çizgisel bir değerlendirme verilmektedir. Elde edilen 3 boyutlu doku kaplõ model görselleştirilmek için VRML ye dönüştürülmüştür. Bu VRML modeli direkt ölçmelerden elde edilmiştir ve doku kalitesi kullanõlan görüntülere göre değişmektedir. VRML ile elde edilen görüntü Şekil 5 te verilmektedir. 405

4 Tarihi Eserlerin Fotogrametrik Yöntemle 3d Modellenmesine Örnek Şekil 3. Photomodeler yazõlõmõnda çizgi ve yüzeylerin tanõmlanmasõ Şekil 4. Binaya ait üç boyutlu çizgisel model Binaya ait ortofotolar Photomodeler yazõlõmõnda, tanõmlanmõş tüm yüzeyler ve bu yüzeyleri belirleyen 3 kontrol noktasõ seçilerek elde edilmiştir. Elde edilen ortofotolar tüm distorsiyon etkileri giderildiğinden dolayõ binayõ gerçek haliyle yansõttõğõ için gösterimde oldukça önemlidir. Şekil 6. de Photomodeler da elde edilen ortofoto gösterilmektedir. 406

5 Duran, Toz Şekil 5. Photomodeler da elde edilen 3 boyutlu doku kaplõ modele ait 2 farklõ VRML görüntüsü Şekil 6. Dimitri Kantemir Binasõnõn Ortofoto Görüntüsü 407

6 Tarihi Eserlerin Fotogrametrik Yöntemle 3d Modellenmesine Örnek 3.2 CIPA Test Binasõ Çalõşmada kullanõlan ikinci bina CIPA test binasõdõr. Modellenen bina 35*12*18 metre boyutlarõnda Zürih te eski bir toplantõ salonudur. Binaya ait Fuji DS300 ve Olympus C1400L kameralarõyla TIFF ve JPEG formatõnda çekilmiş toplam 31 resim bulunmaktadõr. Bu resimler binanõn sadece iki yüzüne ait resimlerdir. Binanõn tüm yüzeylerine ait resimler bulunmamaktadõr. Bina yüzeyine ait toplam 400 adet kontrol noktasõ ölçülmüştür. Bu uygulamada Olympus C1400L digital kamera ile çekilmiş 6 resim ve 21 kontrol noktasõ kullanõlmõştõr. Bu çalõşmada kullanõlan resimler ve diğer veriler adresinden indirilmiştir. Iç yöneltme ve dõş yöneltme parametreleri hesaplandõktan sonra 3 boyutlu değerlendirme sonunda model oluşturulmuş ve oluşturulan model üzerinde yüzeyler (digital yüzey modeli) oluşturularak resimlerdeki texture yapõsõ modele taşõnmõştõr. Değerlendirme işlemi ve değerlendirme sonucu elde edilen VRML ve Ortofoto görüntüleri aşağõda verilmiştir. 3.3 Karşõlaşõlan Problemler ve Öneriler Çalõşma sõrasõnda karşõlaşõlan problemlerden bazõlarõ şunlardõr; Binanõn tüm cephelerine ait resimler olmadõğõ için binanõn tam olarak modellenmesi mümkün olamamõştõr. Özellikle CIPA test binasõ için çatõ bölgesinde kontrol noktasõ olmadõğõndan değerlendirme ve elde edilen ortofotoda bozulmalar ortaya çõkmõştõr. Ortofotodaki problem küçük parçalarõn ortofolarõ elde edilip birleştirilmesiyle giderilebilir. Buna ait bir örnek şekil 10 da verilmektedir. Binanõn tüm yüzeylere ait normal durumda çekilmiş resimler olmasõ durumunda ideal bir bina modeli oluşturulabilir. Doku (texture) kalitesi yakõndan çekilmiş ve yüksek çözünürlüklü resimlerle artõrõlabilir. Şekil 7. Photomodeler programõnda CIPA test binasõnõn çizgi ve yüzeylerin tanõmlanmasõ 408

7 Duran, Toz Şekil 8. CIPA Test Binasõnõn VRML görüntüsü Şekil 9. CIPA Test Binasõna ait Ortofoto Görüntüsü Şekil 10. CIPA Test Binasõna ait parça parça elde edilmiş Ortofoto Görüntüler 409

8 Tarihi Eserlerin Fotogrametrik Yöntemle 3d Modellenmesine Örnek 4. SONUÇLAR Tarihi binalarõn ve cisimlerin dokümantasyonunda yakõn resim fotogrametrisi tekniklerinin kullanõmõnõn artmasõyla veri elde etme ve 3 boyutlu modelleme tekniklerinin gelişimine bir ivme kazandõrmõştõr. 3 boyutlu foto modeller, ayrõntõlõ ve gerçekçi bir görüntü vermede oldukça etkilidirler. Bu modellerin oluşturulmasõ için, digital görüntüler gereklidir. Digital veri elde etme araçlarõnõn gelişmesiyle birlikte daha hõzlõ ve daha gerçekçi modeller üretilebilmektedir. 3 boyutlu obje modeline uygulanan doku, mümkün olabildiğince, resimlerden elde edilir. Resim kalitesi artõkça ( daha küçük piksel boyutu vb.) daha etkili bir 3 boyutlu model elde edilebilir.3d modellerin VRML formatõnda saklanmasõyla, internet aracõlõğõyla kullanõcõlara kolaylõkla sunulabilir. 5. KAYNAKLAR Carey, R., Bell, G., The Annotated VRML 2.0 Reference Manual, Addison Wesley Developers Press, (1997). Dorffner, L. and Forkert, G, Generation And Visualization Of 3D Photo-Models Using Hybrid Block Adjustment With Assumptions On The Object Shape ISPRS Journal Photogrammetry and Remote Sensing, Vol.53, pp , (1998). Eos Systems Inc., PhotoModeler User Manual Version 3.0. Eos Systems Inc, 12th Ed., Vancouver, (1997. Suveg, I., Vosselman, G., 3D Reconstruction of Building Models, IAPRS, Vol. XXXIII, Amsterdam, Toz, G. and Wiedemann, A., Geodetic And Photogrammetric Work of an International Student Team For The Fatih-Project, Third Turkish-German Joint Geodetic Days, Vol.1, pp , Istanbul, (1999). Van den Heuvel, F.A., 3D Reconstruction From A Single Image Using Geometric Constraints. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, Vol.53 pp , (1998). Emem, O. Üç Boyutlu Kent Modelleme, Tasarõm ve Uygulama, Yõldõz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul,