Praca dyplomowa - AGH

Akademia Górniczo-Hutniczaim. Stanisława Staszica w Krakowie_____________________________________Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii ŚrodowiskaZakład Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji ŚrodowiskaPraca dyplomowaMAGISTERSKAImię i nazwisko: Justyna OpalaKierunek studiów: Geodezja i KartografiaSpecjalność: Geoinformatyka, Fotogrametria i TeledetekcjaInteraktywna prezentacja multimedialna obiektu zabytkowego dlacelów dydaktycznych z wykorzystaniem narzędzigeoinformatycznychInteractive multimedia presentation of the historical object for thedidactic purposes using geoinformation toolsPromotor:Dr inż. Tomasz PirowskiRecenzent:Dr inż. Andrzej WróbelOcena:Kraków, rok akad. 2007/08Niniejsza praca dyplomowa opracowana została przeze mnie samodzielnie i zgodnie z Ustawa o prawie autorskim i prawachpokrewnych z dnia 4.02.1994 r. (Dz. U. 1994 nr 24 poz. 83) wraz z nowelizacja z dnia 25.03.2003 r. (Dz. U. 2003 nr 166 poz.1610) oraz z dnia 1.04.2004 r. (Dz. U. 2004 nr 91 poz. 869)......................................(czytelny podpis studenta)

Justyna OpalaGeodezja i KartografiaGeoinformatyka, Fotogrametria i TeledetekcjaInteraktywna prezentacja multimedialna obiektuzabytkowego dla celów dydaktycznych z wykorzystaniemnarzędzi geoinformatycznychPROGRAM PRACY I PRAKTYKI DYPLOMOWEJ1. Zebranie i opracowanie literatury dotyczącej tematu pracy i obiektu.2. Omówienie przebiegu prac terenowych.3. Praktyka dyplomowa – prace terenowe.4. Zebranie i opracowanie wyników pomiarów.5. Analiza wyników i sformułowanie końcowych wniosków.6. Opracowanie redakcyjne pracy.2

Składam serdeczne podziękowaniaPanu dr inż. Tomaszowi Pirowskiemuza pomoc i rady udzieloneprzy realizacji pracy3

StreszczeniePraca dyplomowa zawiera opis rejestracji i kameralnego opracowaniawybranych elementów składowych interaktywnej prezentacji multimedialnejzabytkowej, gotyckiej Bazyliki Bożego Ciała na krakowskim Kazimierzu. Celem byłowykorzystanie różnego rodzaju technik fotografii, by na ich podstawie – za pomocąpółprofesjonalnych programów – wykonać panoramy sferyczne, galeria anaglifóworaz trójwymiarowe modele elementów należących do prezentowanego obiektu.Praca składa się z części teoretycznej i praktycznej.W części teoretycznej, na podstawie badań literaturowych, opisano projektykrajowe i zagranicznie, które dotyczyły wykorzystania geoinformatyki w różnychdziedzinach życia, a w których walory wizualne i prezentacyjne były szczególnieistotne. Przedstawiono wykorzystane w pracy narzędzi geoinformatyczne orazopisano szczegółowo obiekt pod względem historycznym i architektonicznym.W części praktycznej przedstawiono przebieg prac terenowych i kameralnych.Szczegółowo przedstawiono problemy dotyczące poprawnej rejestracji obiektu wterenie, zaprezentowano wykorzystane kamery i dodatkowy specjalistyczny sprzęt:jak głowice panoramiczne i obiektywy szerokokątne. Na podstawie szeregu testówwybrano najlepsze sposoby i sprzęt do rejestracji danych dla celów prezentacyjnych.Do zdjęć panoramicznych zastosowano aparat (Canon PowerShot A520) zzamontowanym konwerterem szerokokątnym z dedykowaną do niego głowicąpanoramiczną. Zdjęcia anaglifowe wykonano podobnej klasy aparatem (CanonPowerShot S3IS) umieszczonym na statywie. Zdjęcia do modeli 3D wykonanopółprofesjonalnym aparatem cyfrowym (Canon PowerShot A610 oraz lustrzankącyfrową Nikon D200 z obiektywem Nikkor 18-79 mm). Trójwymiarowe modelowanieobiektów przeprowadzono w programie ImageModeler firmy Autodesk. Processklejania panoram odbył się w oprogramowaniu Stitcher Unlimited (Autodesk), aanaglify wygenerowano za pomocą darmowej aplikacji StereoPhoto Maker.Prezentacja multimedialna została wykonana w technologii Shockwave. W jejskład wchodzi 3 panoramy sferyczne połączone interaktywnie w „wirtualnąwędrówkę” i wzbogaconych o anaglifowe zdjęcia szczegółów. Wykonane modele 3Dfragmentów obiektu zostały udostępnione do przeglądania w technologii QuickTime.Opracowane elementy prezentacji multimedialnej pełnią rolę poznawczą orazedukacyjną. Taka forma wizualizacji obiektu służy jego promocji i reklamie.4

SummaryThe following paper elaborates on the process of an interactive multimediapresentation of an historic object. For this purpose, different photographic techniqueswere used in order to create a spherical panorama, gallery of the anaglyphs andthree-dimensional models (of the elements) of the presented object. The focus of theanalysis is Basilica of Corpus Christi in Cracow’s Kazimierz which is considered as avalued historical point of interest for architecture engineers as well as tourists.The thesis is divided into two parts: theoretical and practical respectivelly.The first one presents the geoinformation tools used for the analysis as well as howthey were additionally used in various areas of global technology and industry. Fromthe second part of the thesis you can find out how the terrain as well as paper workwere progressing. What is more, the author decribed technical problems that hadoccured during the project. It was very important for the analysis to take the photo notonly by very sophisticated equipment but as well as by the very simple digitalcamera. At the end of the second part of the paper, the best solucion of creating andstitching panoramas and anaglyphs was chosen and then justified.Terrain tests and final pictures were taken with the semi-professional digitalcamera. The photo images used for the spherical panorama were made with the wideangel conversion lens and suitable panoramic tripod head. In comparison, theanaglyph photographs were taken with the same digital camera, using only thetripod. A new software ImageModeler was used to create the three dimensionalmodel, the other one, Stitcher Unlimited program helped with stitching the sphericalpanorama (both programs by Autodesk). The anaglyphs were built in a free softwarecalled StereoPhoto Maker. The multimedia presentation which contains sphericalpanorama inside and outside of the basilica, can be observed by using Spi-V engineand the anaglyphs can be opened in any photo browser but only with specialglasses. 3D models have various export opportunities, for example VRML97, whichcooperate with VRMLView, GL View, BSContactVRML-X3D.Every part of the multimedia presentation play a cognitive and educationalrole. This form of visualization of the historical object servs as the promotion andadvertisement of cultural heritage.5

Spis treści1. Wstęp .................................................................................................................. 82. Narzędzia geoinformatyczne jako źródło danych do wizualizacji obiektów ....... 102.1 Modelowanie i wizualizacja 3D................................................................... 102.1.1 Pojęcie wirtualnej rzeczywistości ........................................................ 112.1.2 Trójwymiarowe modele miast.............................................................. 132.1.3 Modele 3D w architekturze i dziedzictwie kulturowym......................... 262.1.4 GIS 3D ................................................................................................ 362.1.5 Modelowanie 3D dla celów rozrywkowych .......................................... 372.1.6 Inne dziedziny zastosowania modelowania 3D ................................... 422.2 Panoramy................................................................................................... 462.2.1 Co to są zdjęcia panoramiczne i ich rodzaje ....................................... 462.2.2 Jak powstają panoramy....................................................................... 502.3 Zdjęcia anaglifowe jako sposób na obraz 3D ............................................. 512.3.1 Krótko o stereoskopii........................................................................... 522.3.2 Wykonanie anaglifów .......................................................................... 523. Charakterystyka obiektu zabytkowego .............................................................. 543.1 Lokalizacja obiektu..................................................................................... 543.2 Rys historyczny .......................................................................................... 553.3 Opis architektoniczny obiektu..................................................................... 564. Prace terenowe i kameralne dotyczące obiektu ................................................ 614.1 Analiza problemu rejestracji zdjęć do modelu ............................................ 614.1.1 Canon PowerShot A610...................................................................... 614.1.2 Canon PowerShot A520 + konwerter Raynox DCR-5000................... 634.1.3 Canon PowerShot S3 IS + konwerter Raynox DCR-6600 PRO.......... 654.1.4 Nikon D200 + Nikkor 10.5mm f/2.8 „Rybie oko” .................................. 674.1.5 Nikon D200 + Nikkor 18-70mm f/3.5-4.5............................................. 684.1.6 Kodak EasyShare DX7590.................................................................. 694.2 Budowa modelu 3D w praktyce.................................................................. 694.3 Tworzenie panoram sferycznych................................................................ 714.3.1 Rejestracja zdjęć panoramicznych...................................................... 714.3.2 Proces sklejania i wyrównywania ........................................................ 714.4 Wykonanie anaglifów ................................................................................. 724.4.1 Rejestracja stereogramów................................................................... 726

4.4.2 StereoPhoto Maker narzędziem do tworzenia anaglifów..................... 725. Model 3D obiektu............................................................................................... 745.1 Wprowadzenie do zagadnienia wizualizacji 3D.......................................... 745.2 Praca w programie ImageModeler ............................................................. 765.2.1 Zapoznanie z oknem głównym............................................................ 775.2.2 Wczytanie zdjęć .................................................................................. 785.3 Kalibracja aparatu cyfrowego ..................................................................... 795.3.1 Wybór zdjęć do precyzyjnej kalibracji.................................................. 805.3.2 Rozmieszczenie znaczników............................................................... 835.3.3 Proces kalibracji.................................................................................. 845.3.4 Ulepszenie kalibracji ........................................................................... 855.3.5 Wewnętrzne charakterystyki kamery................................................... 855.3.6 Definiowanie układu przestrzennego .................................................. 875.4 Tworzenie modelu 3D ................................................................................ 875.4.1 Tworzenie trójwymiarowych obiektów ................................................. 885.4.2 Podstawowa edycja obiektu................................................................ 895.4.3 Złożona edycja obiektu........................................................................ 925.4.4 Sposoby wizualizacji modelu w ImageModeler ................................... 935.5 Proces teksturowania modelu 3D............................................................... 955.5.1 Wybór zdjęć do nakładania tekstur ..................................................... 955.5.2 Nałożenie tekstur ................................................................................ 965.5.3 Edycja tekstur...................................................................................... 975.6 Możliwości eksportu z programu ................................................................ 985.7 Weryfikacja programu ImageModeler w praktyce..................................... 1036. Wnioski............................................................................................................ 1127. Literatura ......................................................................................................... 1167

1. WstępDzięki dynamicznemu rozwojowi technicznemu oraz sieci Internet zwykłyużytkownik ma możliwość poznawania świata pod każdym względem. Innowacyjnesposoby prezentowania rzeczywistych obiektów w świecie wirtualnym zdobyłypopularność i przyczyniają się do powstawania nowych form wizualizacji.Jeszcze niedawno zainteresowanie wzbudzały proste prezentacjemultimedialne w programach typu Microsoft Office PowerPoint czy statyczne stronyinternetowe pisane w języku HTML, zawierające ilustracje i tekst. Dziś wymaganiaodbiorców znacznie wzrosły i standardem stał się trójwymiar. Prezentacje 3Dskładają się z fotorealistycznych obiektów przeniesionych z rzeczywistego świata,które odzwierciedlają dokładnie ich właściwości (cienie, światło, chropowatość, itp.).Za sprawą złożonych rozwiązań odbiorca ma możliwość obserwowania przedmiotupod dowolnym kątem, przemieszczania się czy zmiany parametrów np. oświetlenia.Wizualizacje 3D pozwalają na szybkie i tanie zapoznanie się z obiektem orazkrajobrazem rzeczywistym poprzez wirtualny świat. Dzięki technikomgeoinformatycznym pozyskuje się różnego rodzaju dane przestrzenne, któreudostępnia się użytkownikom (na stronach internetowych lub płytach CD/DVD, awkrótce na urządzeniach przenośnych). Z tego względu interaktywne prezentacje 3Dznajdują coraz więcej zastosowań w promocji, reklamie, rozrywce, turystyce i innychdziedzinach.Tematem poniższej pracy dyplomowej jest opracowanie elementów dointeraktywnej prezentacji multimedialnej obiektu zabytkowego. Ich połączenie iwzbogacenie w warstwę informacyjną może dawać w efekcie produkt o dużychwalorach edukacyjnych. W pracy główny nacisk położono na przedstawieniewybranego obiektu za pomocą interesujących trójwymiarowych form wizualizacji:panoram sferycznych, anaglifów oraz modelu 3D.Obiektem, który wybrano jako przedmiot pomiarów do pracy dyplomowej jestBazylika Bożego Ciała na krakowskim Kazimierzu. Ta monumentalna gotyckabudowla należy do najciekawszych na terenie Europy Środkowej. Jej sylwetka górujenad całą okolicą, a barokowe wnętrze zniewala przepychem charakterystycznym dlatej epoki. Specyfikę Bazyliki Bożego Ciała (lokalizację obiektu, rys historyczny iarchitektoniczny) opisano w rozdziale pt. „Charakterystyka obiektu zabytkowego”.8

Prezentacja obiektu zabytkowego wykonana w oparciu o narzędziageoinformatyczne umożliwia przedstawienie trójwymiarowej budowli na płaskiejpowierzchni. W pracy poddano testom kilka technik wizualizacji 3D: przedewszystkim teksturowane modele 3D, a także prostsze rozwiązania - panoramysferyczne oraz anaglify. W pracy do modelowania trójwymiarowego obiektuzastosowano program firmy Autodesk zwany ImageModeler. Tego typuoprogramowanie opiera swoje działanie na zdjęciach wykonanych w terenie, z tegowzględu powstały element jest bardzo realistyczny. Za pomocą zdjęć, które sąpraktycznie przy takim podejściu jedynym źródłem danych, można w relatywnieprosty sposób wydobyć informację przestrzenną, a następnie zbudowaćtrójwymiarowy model. Problematykę tę opisano w rozdziale 5 pt. „Model 3D obiektu”.Opis dodatkowych form wizualizacji tj. tworzenie panoram w programie StitcherUnlimited i anaglifów za pomocą programu StereoPhoto Maker znajduje się wrozdziale 2 i 4.Założeniem powstałej pracy dyplomowej było szybkie i sprawne wykonaniemodelu 3D Bazyliki Bożego Ciała o dokładności wystarczającej do celówprezentacyjnych z wykorzystaniem jak najbardziej amatorskiego, taniego sprzętufotograficznego. Są to niezbędne warunki, aby tego typu narzędzia znalazły swoichzwolenników w przeciwieństwie do kosztownych i skomplikowanych opracowaćfotogrametrycznych. W tym celu zastosowano kilka aparatów, od podstawowychamatorskich „cyfrówek” po lustrzanki i konwertery używane przez profesjonalistów. Wrozdziale 4 skupiono się na analizie podejmowanych prób uzyskiwania poprawnychzdjęć i otrzymanych wyników oraz opisano prace kameralne wykonane na potrzebypracy.W części podsumowującej zostały zawarte wnioski dotyczące modelowania wprogramie ImageModeler, jego wady i zalety. Zweryfikowano początkowe założenia zkońcowymi ocenami wynikającymi z przeprowadzonych prac. Można tam takżeznaleźć dowody na przydatność tego typu oprogramowania w celu promocjidziedzictwa kulturowego w Polsce i na świecie.9

2. Narzędzia geoinformatyczne jako źródło danych dowizualizacji obiektówPołowa XX wieku, czyli rozwój techniki komputerowej zapoczątkował nowąerę, a mianowicie stał się narzędziem codziennej pracy i rozrywki przeciętnegoczłowieka. Wachlarz zastosowań jest coraz bardziej rozległy i poszerza się z dnia nadzień. Każdy posiadacz komputera i Internetu może poznawać świat w pełnym tegosłowa znaczeniu (Kucharski, 2005).Nowoczesne technologie komputerowe rozwijające się w kierunkupozyskiwania, modelowania oraz upublicznienia danych przestrzennychspowodowały, że trójwymiarowa wizualizacja komputerowa stała sięnajpopularniejszym podejściem w prezentowaniu rzeczywistych obiektów,krajobrazów oraz scen w wirtualnym świecie (Cisło, 2007b).Nowe narzędzia geoinformatyczne podwyższają wymagania odbiorców.Aktualnie standardem w prezentowaniu obiektów przestrzennych stał się trójwymiarw przeciwieństwie do poprzednich tradycyjnych metod. Dzięki innowacyjnymtechnikom multimedialnym, realnym stało się udostępnianie obiektów wcześniejnieosiągalnych dla szerszego grona użytkowników (Cisło, 2007a).Współcześnie można dostarczyć na tyle kompletne dane o obiekcie, że możnago wirtualnie zrekonstruować. W ten sposób użytkownik jest w stanie wirtualnie„przenieść się” w dane miejsce a przez to przyswoić o wiele bogatszą informację, niżze zdjęcia. W tym kierunku powstaje coraz więcej nowych zastosowań. Dynamicznierozwija się nurt interaktywnych prezentacji obiektów wykorzystywanych do promocjidziedzictwa kulturowego, projektów architektonicznych i inżynieryjnych, elementówmuzealnych w dziedzinie archeologii, inwentaryzacji zabytków, rozrywce, a także wturystyce i reklamie.2.1 Modelowanie i wizualizacja 3DWizualizacja 3D jest jednym ze sposobów prezentowania trójwymiarowegoobiektu na płaskiej powierzchni, aby przedmiot wydawał się przestrzenny. Pojęciewizualizacji wiąże się z dziedziną grafiki komputerowej, która polega naprzedstawieniu obiektów 3D na ekranie monitora (Jachimski et al., 2007).10

Trójwymiarowe modelowanie obiektów cieszyło się w ostatnich latachwyjątkowym zainteresowaniem. Jednakże, codzienne zastosowania modelowania 3Di wizualizacji nadal wymagają systematycznego rozwiązywania licznych problemównatury technicznej (Wang et al., 2005).2.1.1 Pojęcie wirtualnej rzeczywistościKoncepcja wirtualnej rzeczywistości Virtual Reality (VR), czylitrójwymiarowego sztucznego świata powstałego za pomocą technologiikomputerowej, pozwala pojedynczemu użytkownikowi na interakcje, zgłębienie wśrodowisku oraz przeżycia w nierealnym świecie stworzonym na podstawierzeczywistości. VR dostarczyło zmian społecznych, naukowych, ekonomicznych oraztechnologicznych na początku lat 60-tych XX wieku. Od tego czasu wirtualnarzeczywistość przeniknęła do wielu dziedzin życia (Moore et al., 2004).Twórca pojęcia wirtualnej rzeczywistości Jarone Lanier wraz ze StevemBrysonem zdefiniował ją jako "Sposób użycia technologii komputerowej w tworzeniuefektu trójwymiarowego świata zawierającego interaktywne obiekty z silnympoczuciem trójwymiarowej obecności" (Bryson, 1996).Wirtualna prezentacja obiektu znacznie różni się od tradycyjnego podejścia tj.rzutów czy przekrojów. Modelowanie 3D ma za zadanie przedstawić pod każdymwzględem realistyczny obraz przedmiotu, który cechuje kształt, wymiar, materiał, zktórego jest wykonany obiekt, itp. Wirtualny model można łatwo cieniować, nakładaćróżnego rodzaju tekstury, zmieniać barwy, oświetlać oraz łatwo obracać, oglądać podróżnym kątem, a nawet obserwować od wewnątrz (Borowiec i Tokarczyk, 1998).Programy, które zajmują się modelowaniem trójwymiarowym nazywają siępotocznie „modelerami”. Powstaje coraz więcej tego typu oprogramowania, odnajprostszych po bardziej skomplikowane, od darmowych wersji po bardzokosztowne. Modeler tworzy i modyfikuje przedmioty trójwymiarowe za pomocąprostych funkcji (np. skalowanie, obrót, rozciąganie, itp.) oraz podstawowych figur(tzw. primitives) (np. prostopadłościany, kule, walce, itp.) Szczegółowy opis tworzeniaobiektów 3D w zaprezentowanym w tej pracy programie ImageModeler zostałzawarty w rozdziale „Model 3D obiektu”.Istnieje coraz więcej dziedzin życia, w których znajduje zastosowaniemodelowanie 3D. Najczęściej jednak efekty wizualizacji zostają zamieszczone wInternecie, w celu udostępnienia szerszej publiczności interesujących produktów, tj.11

modele 3D miast, przedmioty muzealne, obiekty architektoniczne, postacie w grachkomputerowych oraz wiele innych. Spowodowało to powstanie pewnych standardów,które umożliwiły umieszczanie i oglądanie obiektów trójwymiarowych na stronachinternetowych w czasie rzeczywistym. Do najpopularniejszych technologii w tejdziedzinie należy VRML (Virtual Reality Model Language), który w 1997 rokuzatwierdziła Międzynarodowa Organizacja Standaryzacji ISO (wersja VRML 97).Jego następcą jest Extensible 3D (X3D), a odpowiednikiem odpowiedzialnym zaudostępnianie informacji geoprzestrzennych (mapy, numeryczny model terenu NMT)w Internecie jest GeoVRML.VRML jest plikiem tekstowym, który w zakodowany sposób przechowujeinformacje o obiekcie (jego kształcie, kolorach, teksturach, oświetleniu,transparentności, itp.), a następnie przesyła je do użytkownika zamiast gotowejsceny. Odkodowanie przesłanych danych odbywa się w komputerze użytkownika, coprowadzi do wyświetlenia obiektu trójwymiarowego na ekranie monitora. W tensposób przeprowadzona procedura nie wymaga dużej przepustowości łącza iodbiorca ma możliwość dynamicznego przeglądania obiektu. W przypadkuprezentacji statycznej obiektu (wersja VRML 1.0) wyświetlane są poszczególnewidoki o stałych wielkościach, w kolejnej wersji (VRML97) użytkownik ma możliwośćmodyfikować lokalizacje środka rzutów, kierunek patrzenia, a także ingerować wzmianę odległości obrazowej (przybliżać, oddalać obiekt) (Cisło, 2007a; Jachimski etal., 2007).Standard X3D jest rozszerzoną wersją formatu VRML połączony z XML.Dołączył on w 2004 roku do grona międzynarodowych standardów ISO. Jego zapisjest specyficzny dla języka znacznikowego, zmieniła się forma nagłówka wporównaniu z VRML, a pozostałe elementy jak budowa oraz struktura językapozostały niezmienione. (Jędryczka, 2004). Format Extensible 3D jest darmowymnarzędziem służącym do oglądania obiektów 3D na stronach internetowych w czasierzeczywistym. Nie jest tak popularny jak jego poprzednik VRML, ale należy do grupyjęzyków rozszerzalnych i daje większe możliwości (Cisło, 2007b).W geodezji i fotogrametrii narzędziem znajdującym zastosowanie jestGeoVRML, które przeznaczone jest dla danych geograficznych. Standard ten należydo Web3D Consortium od 2000 roku. Omawiane narzędzie służy głównieużytkownikowi do umieszczenia danych georeferencyjnych, tj. map oraznumerycznego modelu terenu na stronach internetowych za pomocą standardu12

VRML (www.geovrml.org). Różni się od prekursora możliwością pracy w różnychukładach współrzędnych (wspomaga przechodzenie między układami oraz łączeniedanych z różnych źródeł), wspiera pojedynczą precyzje, skalowalność danych iporuszanie się po nierzeczywistym świecie. Zapewnia animacje i pełny opismetadanych. Niestety GeoVRML nie zdobył jeszcze dużej popularności, dlategoistnieje niewielka grupa programów zapewniających eksport do tego standardu(Jędryczka, 2004).2.1.2 Trójwymiarowe modele miastOdkąd Al Gore, wice-prezydent Stanów Zjednoczonych przedstawił koncepcje„cyfrowego świata” w roku 1998, stała się ona ważną formą strategii „zachodnichkrajów” w rozwoju nauki, technologii oraz ekonomii. W ten sposób kolejne częściUSA rozwinęły i zaprezentowały „cyfrowe regiony”, które weszły w skład „cyfrowegoświata”. W tym przedsięwzięciu za główne źródło informacji służyły wysokorozdzielcze zdjęcia satelitarne. Te dane przede wszystkim dostarczyły przestrzennejinformacji niezbędnej do stworzenia cyfrowego miasta, składającego się z typowejzabudowy. Konieczna była również dokładna geograficzna lokalizacja budynków,ulic, innych obiektów, a także rozkład granic terenów zielonych, wodnych orazinnych. Dostępne dane: satelitarne zdjęcia wysokorozdzielcze, numeryczny modelterenu oraz dwuwymiarowe dane wektorowe oraz powierzchniowe uzyskanych napodstawie zdjęć satelitarnych, kolejno poprawiono, zintegrowano i dopasowanoodpowiednie tekstury w celu wygenerowania wirtualnego miasta 3D (Gaofeng, 2008).Zapotrzebowanie na trójwymiarowe modele miast rośnie w bardzo szybkimtempie. Zastosowania można doszukiwać się w wielu dziedzinach życia, mianowicieplanowaniu i projektowaniu przestrzennym, architekturze, wizualizacjach środowiskai wielu innych. W połączeniu z aktualnym rozwojem nowych technologiikomputerowych pojawiła się potrzeba zastąpienia danych dwuwymiarowychmodelami 3D. Informacje trójwymiarowe dostarczają odbiorcy okazji na lepsze ibardziej szczegółowe postrzeganie wirtualnej rzeczywistości (Makutėnienė et al.,2006).Prekursorami w dziedzinie udostępnienia obrazów 2D i 3D pokrywającychZiemię w Internecie są Google Inc. (serwis Google Earth) oraz NASA (serwis WorldWind). Obecnie powstaje coraz więcej programów dostarczających podobne dane iwykonujących pokrewne funkcje. Jedną z nich jest Virtual Earth 3D powstała w 200613

oku oraz wiele innych. Aplikacje te są dostępne dla użytkowników bez żadnych opłat(Google Earth dzieli się na trzy wersje, domowa jest darmowa, a wersje Plus orazPro są komercyjne płatne). Programy wymagają jedynie pośrednictwa Internetu.Odbiorca ma możliwość przeniesienia się do wybranego miejsca na Ziemi lub naniebie, posiada wgląd do bazy danych wektorowych, zdjęć lotniczych i satelitarnychoraz do modeli 3D miast i ukształtowania terenu. Użytkownik może zmieniać pozycje,z której obserwuje, kąt widzenia oraz wysokość. Zdjęcia, jak i modele 3Dzamieszczone w tego typu serwisach różnią się jakością. Najbliższe obiektyprzyjmują najwyższa jakość, a pozostałe gorszą. Zmienia się to w czasie poruszaniasię obserwatora po scenie. Ten sposób wyświetlania danych oddziaływuje na płynneodświeżanie obrazu niezależnie od prędkości łącza internetowego (Różycki, 2006).Rys.1. Budynki 3D w aplikacji Google Earth. [okno programu Google Earth]oraz model terenu w World Wind. [okno programu World Wind]Rozszerza się grupa programów, które są zintegrowane z Google Earth,pozwalają na wbudowanie stworzonego modelu np. własnego domu, osiedla, miastana satelitarne/lotnicze zdjęcia Ziemi. Najpopularniejszym oprogramowaniemstosowanym do tworzenia modeli 3D, a kolejno importowaniu ich do Google Earthjest SketchUp. Został kupiony przez Google w 2006 roku i od tamtej pory dostępnajest jego darmowa wersja. Służy on do tworzenia, modyfikowania oraz eksportowaniamodeli 3D. SketchUp należy do grona programów łatwych w obsłudze, przeznaczonydla początkujących, a także profesjonalistów. Pierwszym krokiem do uzyskaniadobrego modelu jest wykonanie prawidłowych zdjęć obiektu. Kolejno należy stworzyćmodel, wcześniej lokalizując go w GE (fragment zdjęcia lotniczego/satelitarnegowybranego budynku będzie stanowił dach powstałego modelu). Użytkownik powinienrozpocząć od ogółu do szczegółu obiektu. Najlepszym rozwiązaniem w procesie14

nakładania tekstur jest pozyskanie materiałów ze zdjęć obiektu. Spowoduje toudoskonalenie modelu oraz nada mu realistyczny wygląd. Przed eksportem do GEnależy upewnić się czy model jest osadzony na płaskiej powierzchni (nie unosi się wpowietrzu). Kolejno użytkownik dokonuje eksportu modelu 3D do Google Earth.Istnieją pewne ograniczenia wielkości pliku (poniżej 10MB). Umiejscowione modelenie zostają natychmiast umieszczone w programie, proces ten trwa do 30 dni.Niezbędne instrukcje dotyczące poszczególnych etapów dostępne są na stroniewww.sketchup.google.com. W programie dostępna jest galeria wykonanych modelioraz kolekcji. Przykładowym oprogramowaniem umożliwiającym eksport modelu doGoogle Earth jest PhotoModeler, ImageModeler, VTour, Stitcher, AutoCad(Architecture, Civil 3D, Map 3D), MicroStation, ArcGIS, Arc2Earth, Scene Express,Maya2, OPS (ONUMA Planning System).Rys.2. Modele z Galerii 3D SketchUp. Po lewej Kościół Św. Wojciecha wKrakowie oraz budynek D-1 AGH.CyberCity jest międzynarodową geoinformatyczną firmą wyspecjalizowaną wtworzeniu, dystrybucji, analizowaniu oraz wizualizacji trójwymiarowych miast ifotorealistycznych trójwymiarowych przedmiotów powstałą w 1999 roku. Taszwajcarska firma z główna siedzibą w Urdorf (Zurich) posiada mniejsze oddziały wLos Angeles od 2003 roku (CyberCity 3D LLC) oraz od 2007 roku w Chinach (Lingtu-CyberCity) (Ulm, 2007).Wstępne projekty firmy obejmowały modele 3D miasta na zlecenie władzmiejskich oraz modele 3D urządzeń dla firm przemysłowych. Pierwotna wersja15

oprogramowania CyberCity-Modeler była stopniowo ulepszana, komercjalizowanaoraz rozszerzona za pomocą wyszukanych rozwiązań (modułów). Udoskonalonyprogram umożliwia wysoki stopień automatyzacji w tworzeniu modelitrójwymiarowych pozyskanych z lotniczych danych. Obecnie wykonalne jestpółautomatyczne teksturowanie fasad budynków ze skośnych zdjęć lotniczych (Ulm,2007).Trójwymiarowe modele miast wygenerowane na podstawie danych lotniczychlub pochodzących ze skaningu laserowego stanowią przewagę w projektach zdziedziny planowania przestrzennego, architektury, marketingu (turystyki, handlunieruchomościami). Wiele innych zastosowań będzie korzystać z trójwymiarowychmodeli miast w przyszłości w o wiele większym zakresie. Wizualizacje 3D, zamiastdwuwymiarowych map i szkiców, odzwierciedlają środowisko w wirtualnym świecie,co wzbudza zainteresowanie społeczności (Steidler, 2007).Półautomatyczne procedury wykonane przy pomocy CyberCity AG redukująkoszty pracy oraz czas realizacji, podczas gdy dokładność przestrzenna orazfotorealizm zostają zagwarantowane. Modele 3D dostępne są w często spotykanychformatach, włączając znane komercyjne GIS-owe formaty (Shapefile, Geodatabase),CAD (DXF, DGN) i wizualizacje (VRML, OpenFligh, 3DS) oraz współpracuje zArcGIS (ESRI) (Steidler, 2007; Ulm 2007).Rys.3. Model 3D Hamburga, Niemcy wykonany za pomocą CyberCity AG.[Steidler, 2007]Oprogramowanie TerrainView szwajcarskiej firmy ViewTec AG jestnowoczesnym rozwiązaniem w dziedzinie wirtualnej rzeczywistości, które ułatwiłointeraktywne wizualizacje wysokiej rozdzielczości danych 3D terenu oraz modeli 3D16

miast wykonanych przez firmę CyberCity AG. Poprzez połączenie trójwymiarowychobiektów w różne formaty, TerrainView jest optymalnym narzędziem w zakresieplanowania przestrzennego miast oraz w dziedzinie architektury. ProjektyTerrainView mogą być oglądane i rozpowszechniane za pomocą TerrainView – Lite,darmowego oprogramowania ViewTec do trójwymiarowej, rzeczywistej wizualizacji.Dzięki temu możliwe jest publikowanie projektów klientów w Internecie.Program posiada wiele przydatnych właściwości: różne tryby i prostąnawigacje, wspiera formaty terenu w 3D (TerraPage, OpenFlight, VT, ViewTec WebStreaming TVW), formaty modeli w 3D (OpenFlight, VT, geo, CyberCity VTC,Autodesk 3ds, VRML, dw, Alias/Wavefront obj, lwo), plugin TerrainView – Webzapewnia eksport wizualizacji na strony internetowe, integracja modeli miastwykonanych przez CyberCity AG, warunki pogodowe (chmury, deszcz, śnieg, itp.)opcje dostępne w programie, wysokiej rozdzielczości zrzuty z ekranu, pomiar 3Dodległości, powierzchni, itp., mapy 2D, obiekty 3D i wiele innych (www.cybercity.tv).Rys.4. Model miasta oraz model terenu wykonany w TerrainView. [oknoprogramu TerrainView, www.cybercity.tv]Produktem zrealizowanym przy współpracy pomiędzy CyberCity AG (Zurich),ViewTec (Zurich) oraz FMM GmbH (Salzburg) jest Map2day.at. Jest to serwisopierający się na internetowych danych GIS-owych zawierający mapy miast ztrójwymiarowymi interaktywnymi wizualizacjami. Został on nagrodzony w 2004 rokuna Międzynarodowej Konferencji Użytkowników zorganizowanej przez ESRI wkategorii „Najlepsza integracja oprogramowania”. To nowe rozwiązanie jestwspierane przez firmy z wielu branż w celu zaprezentowania ich produktów i usługprzez Internet. Po wprowadzenie adresu lub kategorii z podanych grup (np.17

estauracje, hotele, itp.) serwis znajduje wybrane elementy i ukazuje je na mapiemiasta. Użytkownik ma możliwość szybkiego pomiaru odległości do celu. W celupoprawy orientacji użytkownika w nieznanym mieście, Map2day.at nawiguje przezmodel terenu i miasta, aby odnaleźć odpowiednią lokalizacje na mapie 2D. Aplikacjaposiada możliwość zmiany koloru okna. Jest dostępna obecnie w 12 językach,niestety język polski nie należy jeszcze do tej grupy (www.cybercity.tv).Rys.5. Okno aplikacji Map2day.at oraz różne opcje wyglądu okna programu.[www.cybercity.tv]Serwisem konkurencyjnym dla Google Earth oraz NASA World Wind jest LiveSearch Maps należący do firmy Microsoft. Wcześniej zwany pod nazwą WindowsLive Local, Windows Live Maps. Jest to internetowy serwis z mapami wspomaganyprzez Microsoft Virtual Earth, wchodzący w skład wyszukiwarki Live Search.Użytkownik może odnaleźć w nim mapę wielu miast na całym świecie, a takżepewnych wbudowanych punktów zainteresowania „points of interest” tj. stacje metra,stadiony, szpitale oraz wiele innych. Live Search Maps zawiera kilkanaścieterabajtów zdjęć lotniczych i satelitarnych. Użytkownik posiada możliwość wyborupomiędzy zakładkami: mapa 2D, obiekty 3D, widok dróg, zdjęcie lotnicze/satelitarne,Bird’s Eye, aktualne natężenie ruchu w mieście. Wspomniany widok Bird’s Eyeoznacza zdjęcia lotnicze o wysokiej rozdzielczości wykonane pod różnymi kątami(około 45 o ). Jest on dostępny w ponad 100 miastach na terenie StanówZjednoczonych i Kanady oraz w ponad 80 miejscach Europy. Trójwymiarowe mapytakże są do dyspozycji odbiorcy dzięki Virtual Earth 3D. Nawigacja jestporównywalna z opisanymi wcześniej Google Earth oraz NASA World Wind, polegana zmianie położenia, wysokości oraz kąta patrzenia. Modele 3D całych miast iukształtowania terenu pokryte są foto-realistycznymi teksturami (pozyskanymi ze18

zdjęć lotniczych). Możliwe jest także użycie prostego programu do modelowania 3DVirtual Earth – 3DVIA, który pozwoli na dodanie stworzonych przez użytkownikówmodeli do map 3D (odpowiednik SketchUp dla GE) (www.en.wikipedia.org).Rys.6. Modele 3D miast w Virtual Earth. [okno programu Virtual Earth]Warto wspomnieć o stronie PagineGialle Visual.it, która w roku 2006 zastąpiłatradycyjne narzędzie przeszukujące geograficzne dane, multimedialnym narzędziemdo georeferencyjnego szukania na terenie Włoch. Dzięki współpracy z Telespazio,Seat PagineGialle sporządza spektakularne rekonstrukcje największych włoskichmiast za pomocą wysoko rozdzielczych obrazów lotniczych. Aplikacja skierowanajest do powszechnego użytku, jak i profesjonalnych użytkowników. Z danych firmywynika, że odwiedzających PagineGialle.it przybywa, obecnie średnio 2.6 milionaużytkowników miesięcznie korzysta z serwisu. Można w nim znaleźć liczne firmy zróżnego rodzaju kręgów, zlokalizować hotel, zaplanować wyjście na zakupy orazwiele innych ekscytujących poszukiwań. Dane zawarte na stronie zgodne są zinformacjami: aktualne pokazy, wystawy, wydarzenia wzbudzające powszechnezainteresowania z możliwością rezerwacji biletów online. Wyniki poszukiwań dotyczącałego terytorium Włoch, ukazują się na zdjęciach satelitarnych oraz ortofotomapach,prostopadłych zdjęciach lotniczych z wysokorozdzielczymi obrazami większychmiast. Zamiarem serwisu jest pokrycie całego obszaru kraju tego typu lotniczymimapami. PagineGialle Visual ukazuje wyniki poszukiwań na różne sposoby: widoki2D bird’s eye (zdjęcia lotnicze pod kątem ok.45 o ), poglądowe trasy (fotografiewykonane na poziomie ulicy), widoki 3D (ruch za pomocą stymulatora). Istnieją planyna rekonstrukcje krajobrazu starożytnego Rzymu. Za pomocą PagineGialle Visualużytkownik może „przelecieć” nad całym terytorium kraju, odbyć wirtualną wycieczkęulicami miast, znaleźć nowe trasy, tworzyć plany wędrówek, podziwiać krajobrazy,19

udynki oraz wystawy sklepowe uzyskując przy tym ciekawe informacje ijednocześnie dobrze się bawiąc (www.seat.it/seat/en).Rys.7. Mediolan 3D w PagineGialle Visual. [www.visual.paginegialle.it/3d]Innym rozwiązaniem w dziedzinie trójwymiarowych obrazów jest produktMicrosoftu – Photosynth. Przedstawiono go na konferencji Siggraph w 2006 r., zaśdo ogólnego użytku udostępniono technologię w sierpniu 2008. (www.di.com.pl)Aplikacja tworzy automatycznie model 3D obiektu na postawie zbioru cyfrowychzdjęć (aplikacja Flicker, która gromadzi albumy zdjęć użytkowników online), anastępnie na zasadzie podobieństw znalezionych na obrazach (elementy wspólne)generuje trójwymiarowy model. (livelabs.com/photosynth) Takie informacje pozwalająna odtworzenie przestrzeni i są podstawą w wyświetlaniu obrazów.(www.photosynth.net) Fotografie cyfrowe, którymi posługuje się program pochodzą zróżnych źródeł, są wykonane w rozmaitej rozdzielczości, o odmiennych porach dnia iroku, z innych miejsc, ale ukazujące ten sam obiekt. Photosynth posiada możliwośćokreślenia lokalizacji aparatu w momencie wykonania każdego ze zdjęć. Na gotowejscenie, użytkownik może poruszać się i oglądać ją pod różnymi kątami, także zbliżaći oddalać, również można odnaleźć granice każdego wykorzystanego zdjęcia orazobrazy posiadające identyczne elementy. (www.radar.oreilly.com) Photosynth łączymożliwość rekonstrukcji sceny/obiektu spośród zbioru cyfrowych zdjęć oraztechnologii przenoszącej tą scenę w wirtualny świat. Od niedawna istnieje możliwośćtworzenia własnej sceny. Po zarejestrowaniu się i zainstalowaniu aplikacji wystarczytylko wskazać zbiór zdjęć obiektu, którego model chcemy wykonać oraz wskazaćsłowa kluczowe. Najkorzystniejszymi obrazami są te, które w dużej mierze pokrywająsię. Następnie fotografie należy przesłać na serwer, który je odpowiednio przetwarza.Niestety czas trwania wydłuża się proporcjonalnie do ilości przesyłanych zdjęć.20

Dlatego wymagania sprzętowe odgrywają w tym przypadku istotną rolę, podobniełącze internetowe. Photosynth w trakcie trwania procesu wybiera obrazy, którezostaną wykorzystane, a które odrzucone. Na stronie photosynth.net zostałyumieszczone gotowe projekty użytkowników (www.idg.pl).Rys.8. Obszerny zbiór zdjęć wykorzystanych przez Photosynth.[jamiesdomain.wordpress.com]Rys.9. Łączenie zdjęć na zasadzie wspólnych elementów. [www.youtube.com]21

Rys.10. Wygenerowany model na podstawie wybranych zdjęć.[blogs.msdn.com]W przeciwieństwie do poprzednich przykładów, poniższy projekt kładzie naciskna kombinowany model 3D aktualnego stanu oraz rekonstrukcje nieistniejącego jużmiasta. Jednym z powstałych tego typu projektów było stworzenie modelu 3Dprzestrzeni miejskiej stolicy Australii, Melbourne. Tego eksperymentu podjął sięzespół z RMIT University w celu wzbudzenia ogólnej dyskusji na temat przyszłejrozbudowy okolicy. Działania podjęto w 2003 roku. Metoda miała na celu połączeniemodeli istniejących budynków oraz „brakujących”, które zostały szybko usuniętepodczas boomu budowlanego w latach 1950 do wczesnych 70-tych. Celemwykonania modelu było stworzenie prostego, dostępnego, demonstracyjnegoprototypu, który mógł być później wykorzystany przez historyków, którym łatwiejbyłoby oszacować jak wyglądałoby obecnie miasto, jeśli wszystkie znaczące budynkipozostałyby nienaruszone (Cartwright, 2006).Początkowym stadium było przeprowadzenie wywiadu w celu zweryfikowania,które budynki nadal istnieją. Kolejnym etapem projektu było stworzenie modeli 3D.Jako narzędzia użyto formatu VRML, który jest standardowym językiemudostępniającym sceny na stronach internetowych. Budynki aktualne stały sięodniesieniami, co do pozycji, funkcji oraz wysokości zniszczonych budynków. Każdaistniejąca fasada budynku została sfotografowana, a następnie „oczyszczona” zprzechodniów, samochodów, drzew oraz innych zbędnych elementów. Niektóreobrazy należało skleić, by później służyły za tekstury na powstałych modelach.Korzystano również ze zdjęć historycznych w celu zaprezentowania zniszczonychbudowli. Archiwalne fotografie były czarno-białe, z tego powodu pozostałe obrazy22

przekonwertowano i całość zbioru pozostała w takich barwach. Projekt ma służyćhistorykom, planistom oraz grupie podejmującej decyzje, by ocenić jak miastopowinno wyglądać, gdyby nie zburzenie większości budynków. Prototyp miastazostanie oceniony przez grono ekspertów, którzy odpowiedzą na szereg pytań.Dopiero wtedy zostanie wydany końcowy werdykt czy model jest użyteczny i czyprowadzone będą dalsze działania (Cartwright, 2006).Rys.11. Model dzielnicy Melbourne wykonany przez zespół z RMIT University.[Cartwright, 2006]Rys.12. Szczegóły fasad budynków na modelu Melbourne. [Cartwright, 2006]Powyżej zostało opisane zastosowanie modelu 3D miasta w rekonstrukcjizniszczonej części stolicy. Idąc dalej, podobnej funkcji służyła koncepcja japońskichuczonych zaprezentowana w Pekinie w 2008 roku. Projekt polegała na stworzeniuwirtualnej czasoprzestrzeni miasta w celu przeprowadzenia badań przeszłego,teraźniejszego oraz przyszłego historycznego Kyoto. Używając do tego techniki GIS iVR autorzy skonstruowali Wirtualne Kyoto różnych epok. Modelowanie miastarozpoczęto od teraźniejszości, następnie powrócono do przeszłości (okres przed i poII wojnie światowej, era Taisho, Meiji, Edo oraz era Heian, w której miasto zostałozałożone tj. XVIII wiek). Zamiarem konstruktorów było: zarchiwizowanie materiałówgeoreferencyjnych (aktualne cyfrowe mapy, stare mapy topograficzne, mapykatastralne, zdjęcia lotnicze, mapy obrazowe, fotografie ulic, malowidła krajobrazów,23

dane archeologiczne, dokumentacje historyczną); stworzenie bazy danychzawierającą wszystkie możliwe dane dotyczące miasta oraz sporządzeniewirtualnych modeli tradycyjnych domów, nowoczesnych budynków, historycznychświątyń oraz budowli należących do grona dziedzictwa kulturowego. Japoński zespółtakże dążył, aby oszacować i zasymulować zmiany w krajobrazie i użytkowaniuterenu powstałe do czasów obecnych. W projekcie wykorzystano program MAPCUBE, który automatycznie wygenerował model na podstawie danych pochodzącychz map 2D, zdjęć lotniczych i danych z systemu LIDAR (Inoue et al., 2008).Rys.13. Schemat wygenerowania modelu 3D w programie MAP CUBE. [Inoueet al., 2008]Szybki rozwój transmisji trójwymiarowych modeli miast przez Internet osiągnąłrzeczywistość. Jednakże najpopularniejsze w Japonii środowisko DSL nie potrafiporadzić sobie z transmisją dużej ilości danych 3D. Autorzy poradzili sobie z tymproblemem poprzez zastosowanie systemu Web3D-GIS zwanego UrbanViewer forWeb. Użytkownik internetowy może interaktywnie zapoznać się z wirtualnym Kyoto wprzeszłości oraz obecnym odwiedzając stronę Uniwersytetu Ritsumeikan(http://www.geo.lt.ritsumei.ac.jp/webgis/ritscoe.html) oraz instalując podaneoprogramowanie. Odbiorca może z lotu ptaka podziwiać szczegóły trójwymiarowegomodelu dziedzictwa kulturowego tj. świątynie, zamki czy nowoczesne budowle zdołączonymi tematycznymi informacjami. Na stronie również można odbyć wędrówkęulicami miasta (Inoue et al., 2008).24

1928 19481974 2000Rys.14. Zmiany zachodzące w krajobrazie Kyoto. [Inoue et al., 2008]Trójwymiarowe modele służą również odwzorowaniu kształtu terenu, akonkretnie wysokogórskim obszarom. Poniżej został zaprezentowany projektwykonany przez Armina Gruena oraz Andreasa Roditakisa w Instytucie Geodezji iFotogrametrii w Zurichu w 50-tą rocznice zdobycia Mount Everestu. Polegał on nawykonaniu fotorealistycznego modelu o wysokiej rozdzielczości obszaru 25km 2 na25km 2 obejmującego szczyt Mount Everest. Przedsięwzięcie miało być przykłademzademonstrowania zdolności nowoczesnych fotogrametrycznych technik wbudowaniu modeli 3D i ich wizualizacji oraz problemów z nimi związanychdotyczących bardzo stromego terenu. Autorzy skorzystali z danych pochodzących z1988 roku. Miał wtedy miejsce fotogrametryczny projekt sponsorowany przeztowarzystwo National Geographic Society oraz Boston Museum of Scence. Powstaławówczas mapa topograficzna w skali 1:50000, która służy do dziś i jest powszechnieużywana. Przedsięwzięcie powstało na podstawie zdjęć lotniczych w skali 1:35000,fotogrametryczny nalot został wykonany w 1984 roku. Autorzy modelu skorzystali zówczesnych analogowych danych, dokonali konwersji na postać cyfrową za pomocą25

skanera i wygenerowali fotorealistyczny model 3D. Dodatkowo DTM (Digital TerrainModel – Numeryczny Model Terenu) o oczku siatki 10m i wielkości pikselaterenowego 1m wykorzystany przy tworzeniu modelu stał się aktualnie najlepszymzbiorem danych dostępnych z obszaru dookoła szczytu. Wykonany model MountEverestu może być wykorzystany pod wieloma formami. Jedną z nich jestfotorealistyczna wizualizacja. W tym celu model powinien być zaopatrzony winformacje: wyznaczone szlaki, lokalizacje obozów, niebezpieczne miejsca, itd.Niestety nadal brakuje niedrogiego oprogramowania przeznaczonego do wysokiejjakości wizualizacji w czasie rzeczywistym o tak dużej objętości danych (Gruen,2003).Rys.15. Model okolicy Mount Everestu, po prawej model z nałożoną mapą topo izamieszczonymi głównymi trasami. [Gruen, 2003]2.1.3 Modele 3D w architekturze i dziedzictwie kulturowymW dzisiejszych czasach wzrasta zainteresowanie kulturą oraz jejdziedzictwem. Dzięki nowoczesnym technologiom i powszechności Internetuspołeczeństwo pośrednio uzyskało dostęp do dóbr kulturowych. „Zabytki stanowiąelementy rzeczywistości czasów przeszłych”. (Jachimski et al., 2007) Umożliwiająpoznanie wydarzeń z przeszłości i wyobrażenie istniejących wówczas kultur i ichtradycji. Dziedzictwo kulturowe składa się ze zbioru dzieł materialnych orazduchowych dawnych i teraźniejszych generacji. Wielokrotnie identyfikuje się je zdziedziną architektury i sztuki. Zbiór tych dzieł jest bardzo urozmaicony od obiektówwykonanych ręką ludzką po naturalne, od rozległych po bardzo nieznaczne, oddobrze zachowanych po w bardzo złym stanie, itd.Obserwator z łatwością, bez względu na koszt, odległość czy czas możewirtualnie zwiedzić wybrany obiekt. Dzięki wirtualnej rzeczywistości (Virtual Reality)26

użytkownik może odczuć obecność realnego świata istniejących orazzrekonstruowanych zabytków. Wirtualny turysta może w każdej chwili, z dala odtłumów nabyć ciekawe informacje o obiekcie oraz jego historii (Jachimski et al.,2007).Aktualnie na stronach internetowych można znaleźć wizualizacje obiektówobecnych, istniejących w przeszłości i zrekonstruowanych dzięki materiałomarchiwalnym oraz obiektów wymyślonych. Istnieją również projekty łączącefragmenty zachowane z odtworzonymi, już nieistniejącymi, które tworzą nową spójnącałość.W czasach rozwoju fotogrametrii cyfrowej w dziedzinie inwentaryzacjizabytków popularne stały się cyfrowe stacje fotogrametryczne. Taki sprzęt umożliwiaprace na cyfrowych obrazach (zeskanowanych analogowych zdjęciach, a takżeobrazach wykonanych aparatem cyfrowym). Dużą rolę w rozwoju technikfotogrametrycznych w dziedzinie inwentaryzacji zabytków odegrał system VideoStereo Digitizer (VSD) opracowany w Zakładzie Fotogrametrii i InformatykiTeledetekcyjnej AGH. VSD, zwany „małą fotogrametryczną stacją cyfrową”,opracowany przez J. Jachimskiego oraz J. Zielińskiego. VSD sprawdza się wopracowaniach obiektów płaskich i reliefowych szczegółów architektonicznych, rzeźbi malowideł ściennych (Jachimski et al., 1998; Jachimski, 1995).Wyżej opisane narzędzie VSD, wykorzystywane w zakresie dziedzictwakulturowego nie znajdzie zastosowania w sferze rekonstrukcji modelu. Tego typuprojekt powstał w latach 1997-2002 polegał na odtworzeniu modelu starożytnegoForum Romanum. Skonstruowano wówczas 22 ważniejsze elementy Forum,skonstruowane przez UCLA Cultural Virtual Reality Laboratory. Misją organizacji byłosporządzenie autentycznych komputerowych modeli 3D obiektów dziedzictwakulturowego oraz zbadanie sposobów użytkowania tych modeli. Kiedyś to miejscebyło centrum starożytnego Rzymu i u szczytu rozwoju zamieszkiwało je 1-2 milionówmieszkańców. Znajdowały się tam główne ośrodki kultu religijnego oraznajważniejsze organy państwowe tj. Senat. Wznosiły się tam liczne ważne budowleoraz pomniki. Dziś zostały jedynie ruiny, niewiele pozostało po dwóch wielkichbazylikach i budynku sądu. Najlepiej zachował się budynek Senatu oraz ŁukSeptimius Severus, jednak nawet na tych budowlach widać wielkie uszkodzenia.Podjęto się stworzenia modelu ze względu na powagę miejsca oraz kontynuacjeprojektu Odrodzenie Rzymu (Reborn Rome), którego zadaniem jest skonstruowanie27

cyfrowego modelu całego starożytnego miasta wraz z otaczającymi murami.Powstały model obrazował Forum Romanum z 21 czerwca 400 n.e. godz. 10.00. Tenmoment oznaczał ówczesny szczyt rozbudowy starożytnego miasta i reprezentowałokres, w którym miasto było najbogatsze. W ten sposób rekonstrukcja mogła oprzećsię na mocnych dowodach lub przynajmniej bardzo prawdopodobnych hipotezach. Wprzypadku elementów, których dowodów na istnienie było mało, pomijano szczegół(najczęściej wnętrza budynków, meble, posągi, malowidła ścienne, itp.). Na tej samejzasadzie pominięto ludzkie postacie, zwierzęta, ruchome obiekty obecne w Rzymie wtym czasie. Do modelu dołączono Nawigator, który pokazuje użytkownikowi dokładneaktualne położenie (czerwony punkt umiejscowiony na planie Forum Romanumzawierający 22 szczegóły). Innym udogodnieniem jest okno z metadanymi, czylipodstawowymi informacjami o każdym elemencie modelu. Wyszczególnione sąpewne, udokumentowane informacje oraz te hipotetyczne. W projekcie zastosowanooprogramowanie do modelowania 3D MultiGen Creator oraz do renderinguzastosowano program Lightscape (Abernathy et al., 2003).Rys.16. Współczesne szczątki Forum Romanum (zdjęcie lewe), po prawejrekonstrukcja fragmentu wykonana przez UCLA. [Abernathy et al., 2003]Przykładem skutecznego połączenia: topograficznych technik,fotogrametrycznych szkiców oraz chmury punktów pochodzącej ze skaneralaserowego jest trójwymiarowy model opactwa Niedermunster (Alzacja, Francja). Tomiejsce było zdumiewające pod względem architektury jak i historii, lecz dziśpozostały tylko ruiny. Postanowiono stworzyć aktualny model obiektu, na któregopodstawie miała zostać określona wstępna hipoteza dotycząca rekonstrukcjioryginalnego Opactwa. Kompleks został wzniesiony w latach 1150-1180, w styluromańskim. Uległ zniszczeniu podczas wojny w 1525 i dwóch pożarów w 1542 i1572. Zastosowano różne sposoby pomiaru elementów zabudowy oraz otaczającegoterenu: od klasycznego pomiaru długości i kątów do skaningu laserowego. Projektzawierał dwie części: stworzenie interaktywnego fotomodelu stanu obecnego oraz28

hipotetyczna rekonstrukcja opactwa. Jednakże zrealizowano i opisano tylko pierwszyetap.Na podstawie archeologicznych archiwów ustalono układ odniesienia wsystemie GIS dzięki dokładnemu topograficznemu pomiarowi. Dla skutecznegozarchiwizowania każdego punktu wykonano taką samą liczbę zdjęć, by w raziewątpliwości dobrze zidentyfikować punkt w terenie. Pomiar punktów 2D zostałwykonany za pomocą tachimetru elektronicznego (total station), a punkty odniesieniaprzy użyciu odbiornika GPS. Kontur 3D został wykorzystany przy budowienumerycznego modelu terenu. Gromadzenie danych polegało na dokonaniu pomiaruza pomocą skanera laserowego „Trimble GX” całego kompleksu. Wykonano pomiaruz 15 stanowisk, ogółem ok. 30 milionów punktów o współrzędnych X,Y,Z. Dodatkowoskorzystano z technik fotogrametrycznych. Wykonano bardzo dobrej jakości zdjęciaposzczególnych elementów, które później użyto w procesie teksturowania modelukońcowego. Wykorzystano również balon fotogrametryczny, którym zrobiono zdjęciaz powietrza.Podsumowując wszystkie etapy otrzymano uzupełnione z różnych metodbardzo dokładne informacje o lokalizacji punktów X, Y (Z), skomplikowanychkształtach, powierzchniach, wysokości trójwymiarowych obiektów oraz pozyskanotekstury dla modelu. Po połączeniu tych danych otrzymano model 3D, któryzintegrowano z systemem 3D GIS (Grussenmeyer et al., 2008).Rys.17. Całościowy model opactwa oraz model z nałożonymi teksturami.[Grussenmeyer et al., 2008]Innym rodzajem łączenia metod była integracja zdjęć lotniczych ze zdjęciamipozyskanymi z powierzchni ziemi. Wykorzystano do tego mini-UAV (Unmanned29

Serial Vehicle, czyli bezzałogowy obiekt latający). Obiektem pomiarów był zamekLandenberg, ważny symbol dla Szwajcarów. W związku z wysokością budowliniemożliwe było wykonanie naziemnych zdjęć stereo całego budynku. Dlategozastosowano UAV, który szybko wykonał stereopary z wysokości. W celuwytworzenia wysokiej dokładności trójwymiarowego modelu należało przetworzyćdwa rodzaje uzyskanych zdjęć. By prawidłowo wykonać zadanie należało kolejno:zaplanować etapy projektu, wykonać plan lotu, uzyskać zdjęcia naziemne oraz zUAV, skalibrować kamerę, pomierzyć punkty kontrolne i wiążące za pomocąoprogramowania przeznaczonego do fotogrametrii bliskiego zasięgu zwanegoPhotomodeler 6, stworzyć model, nałożyć tekstury oraz dokonać jego wizualizacji. Wten sposób uzyskano doskonały wysoko rozdzielczy model 3D zamku Landenberg(Eisenbeiss et al., 2008).Rys.18. Zdjęcie obiektu oraz wykonany model. [Eisenbeiss et al., 2008]Poniżej zostanie opisany projekt, który miał zgromadzić i przechowywać danena długoterminowy okres czasu w dziedzinie dziedzictwa kulturowego i architektury.Dzięki obecnemu rozwojowi technik fotogrametrycznych i technologii skanowaniamożliwe jest pozyskanie i stworzenie dokładnych modeli historycznych iarcheologicznych obiektów i miejsc. Podczas tego procesu stworzono wielewirtualnych zbiorów, które następnie zarchiwizowano, zarejestrowano orazwizualizowano. Wymagało to wielu godzin pracy. Jednakże zaniedbano wówczassposoby przechowywania długoterminowego danych i dostępu do nich po pewnymczasie. Takie zlekceważenie może prowadzić do zestarzenia się modelu iniemożności ponownej interpretacji danych. Projekt polegał na sposobie30

długoterminowego przechowywania danych 3D w zakresie dziedzictwa kulturowego,jak również monitorowania, odbudowania oraz wirtualnego dostępu. W artykuleopisano odpowiedni sposób archiwizacji informacji, techniki rejestracji danych orazrezultat wizualizacji obowiązującej przez kolejny długi okres czasu (Paquet et al.,2005).Z emocjonalnego punktu widzenia większość ludzi pragnie oglądaćrzeczywistość, a nie wirtualny świat. Jednakże z praktycznej perspektywy,nierzeczywiste kopie pozwalają nieograniczonej liczbie ludzi współdziałać z modelemoraz manipulować wirtualnym produktem na wiele różnych sposobów. Decyzja wsprawie procesu odbudowy zniszczonego przedmiotu czy miejsca należy do bardzotrudnych, ponieważ jeśli podejmie się ją za szybko może przysporzyć wieluproblemów, zaś za późno prawdopodobnie spowoduje nieodwracalne szkody. W tensposób ważne jest monitorowanie poziomu i tempa degradacji. W konsekwencjiwydaje się istotnym posiadanie precyzyjnej, dokładnej oraz wiernej trójwymiarowejkopii oryginalnego obiektu. Wirtualny model może być zastosowany jako modelodniesienia w monitorowaniu zniszczeń, może przechowywać informacje o kształcie,w niektórych przypadkach kolorze i teksturze w danym czasie (Paquet et al., 2005).Założono, że zwizualizowany obiekt może ulec zniszczeniu w klęsceżywiołowej kilkaset lat później. Pod względem technicznym realne jest odbudowanieobiektu na podstawie wirtualnego modelu. Niestety normy prawdopodobnie ulegnązmianie i np. format pliku, zastosowana grafika, system operacyjny mogą nie być jużw użytku. Dane cyfrowe mają to do siebie, że ich okres istnienie jest bardzo krótki.Sednem procesu polegającego na zbudowaniu trwałego i długotrwałego sposobuprzechowywania danych są dwa główne kroki: po pierwsze archiwizacja irejestrowanie, a po drugie odzyskiwanie. Te czynności zataczają krąg, podczas gdydane, zbiegiem czasu, ulegają zmianie. Modyfikacje mogą zdarzyć się w zakresiesystemu (np. przekształcenie technologii skanerów lub oprogramowania) lubinformacji o modelu (np. zmiana formatu danych). Ważnym jest by upewnić się, żeformat danych oraz odpowiedni program uaktualniały się wraz z nowościami narynku. Polega to na odtworzeniu zbioru oryginalnych danych w każdym czasie.Pożądane jest zgromadzenie modeli i surowych danych w centralnym repozytorium.Musi ono być skonstruowane tak, by było wysoce bezpieczne i odporne naotaczające warunki, kradzieże czy inne ryzyko jak pożar, trzęsienie ziemi, itp. Wprojekcie położono nacisk na istotę zabezpieczenia nie tylko gotowego modelu, ale31

ównież surowych danych, procesu kalibracji, metodologii, oprogramowania orazużytego sprzętu (Paquet et al., 2005).Cyfrowa dokumentacja w zakresie dziedzictwa kulturowego oraz modelowanie3D obiektów i miejsc zabytkowych zyskały zainteresowanie w ostatnich latach.Rozwój nowych technik komputerowych w tworzeniu cyfrowej dokumentacji sprzyjałrozwinięciu innowacyjnych metod przechowywania i dokumentowaniaarcheologicznych miejsc, pomników, architektonicznych obiektów, itd. Dokonanowielu udogodnień w erze cyfrowych modeli, jednak nadal pozostają pytania bezodpowiedzi, które dotyczą wyboru odpowiedniej techniki w konkretnej sytuacji(Baltsavias et al., 2008).W przedsięwzięciu dotyczącym modelowania na podstawie obrazów (IBM -image-based modeling) obiektem badań była świątynia Erechtejon (Erechtheion),znajdująca się na Akropolu w Atenach (Grecja). Projekt jest częścią programu pt.„Rozwój technik GIS na przykładzie Akropolu w Atenach”. Celem idei było wykonaniecałościowej dokumentacji 3D ateńskiego wzgórza, jednego z ważniejszych podwzględem archeologicznych miejsc na świecie wpisanych na Listę ŚwiatowegoDziedzictwa Kulturowego UNESCO. Większa część kompleksu zostałazdigitalizowana za pomocą skanera laserowego. Niezbędny był ręczny pomiar, wprzypadku elementów architektonicznych typu kolumny, ściany. Porównano wyniki zdopasowania obrazów oraz powierzchni pomierzonych skanerem laserowym. Celemprojektu było wygenerowanie wysoko rozdzielczych, dokładnych, pokrytychteksturami modeli 3D świątyni Erechtejon. Zastosowano dwa podejścia, którenastępnie połączono. W opisywanym artykule skupiono się głównie na sposobiemodelowania 3D na podstawie obrazów (IBM). Ta metoda wymaga matematycznychrozwiązań pozwalających na transformacje pomiarów z dwuwymiarowych obrazówdo przestrzennych współrzędnych. Obrazy zawierają wszystkie niezbędne danepotrzebne do stworzenia geometrii obiektu i tekstur. Niemniej jednak, wykonaniecałościowego, szczegółowego, dokładnego i realistycznego modelu z nałożonymiteksturami na podstawie zdjęć jest nadal bardzo trudnym zadaniem w przypadkubardzo rozległych miejsc. Bardzo duży wpływ na rezultat ma kalibracja kamery orazorientacja zdjęć. Obecnie stosowane są komercyjne programy, opierające się naręcznych lub półautomatycznym pomiarze (ImageModeler, iWitness, PhotoGenesis,PhotoModeler, ShapeCapture). Na podstawie przeprowadzonej próby możnawnioskować, że pojedyncze techniki są nadal niewystarczające w przypadku32

obszernych, wnikliwych modeli rozległych obiektów. Kombinacja różnych metod jestnadal najlepszym rozwiązaniem dla tego rodzaju projektów (Baltsavias et al., 2008).Rys.19. Rezultat modelowania 3D opartego o obrazy świątyni na Akropolu, polewej model bryłowy, po prawej z teksturami. [Baltsavias et al., 2008]Podczas przeglądu artykułów zawierających różnego rodzaju zastosowaniamodelowania 3D napotkano się z bardzo interesującym wykorzystaniem. Mianowiciewygenerowanie wirtualnego modelu 3D części geoglifów w rejonie Nasca. LinieNasca (tzn. geoglify) znajdujące się na pustyni w południowej części Peru, należą dogrona bardzo znanych miejsc na całym świecie. Niestety, badania dotyczącepochodzenia i interpretacji linii były przez długi czas utrudnione z powoduniewystarczająco dokładnej dokumentacji. Na podstawie zdjęć lotniczych, specjalniewykonanych w tym celu, wykonano wirtualny model 3D północnej części regionuNasca, wokół współczesnego miasta Palpa. Zbocza i grzbiety górskie w tej strefiepokryte są ponad 1 500 geoglifami, pokazanymi na wykonanym modelu. Końcowymodel zaprezentowano w całości po 5 latach wspólnej pracy archeologów (z Niemieci Peru) i fotogrametrów (inżynierów geodetów z ETH Zurich). Model składał się znumerycznego modelu terenu (DTM), fotorealistycznych tekstur opartych naortomozaice oraz warstwy wektorowej przedstawiającej geoglify. Ten wysokorozdzielczy zbiór danych potrzebny jest do zapewnienia dokładnych wynikówarcheologicznych analiz. Rozmiar pliku zawierającego całościowy model 3D zajmujeokoło 3 GB danych. Taka duża ilość informacji do niedawna nie mogła byćzwizualizowana w czasie rzeczywistym, obecnie systemy komputerowe ioprogramowanie są bardziej wydajne. Wykonawcy projektu zastosowali33

oprogramowanie Skyline Terra Explorer Pro do wizualizacji terenu oraz geoglifów(Lambers, Sauerbier, 2003).Powstały model bazował na czarno-białych zdjęciach, które spowodowałybardzo realistyczny efekt badanego miejsca w stosunku do dokładności i wysokiejrozdzielczości ortomozaiki użytej jako tekstury. Użytkownik poruszając się po modelumoże przyglądnąć się płaskowyżowi Palpa i zaobserwować uszczegółowionegeoglify. Wielka zaletą modelu 3D jest jego mobilność. Może on być oglądanywszędzie i pozwala ludziom niebędącym w stanie odwiedzić osobiście region Palpana zapoznanie się z nim w ten sam sposób. Wstępna wersja modelu została jużzaprezentowana na dużym ekranie na wystawie Nasca w Zurichu w 1999 roku iodniosła wielki sukces. Wirtualny przelot nad modelem może skutecznie zastąpićprawdziwy lot nad płaskowyżem, na który wielu ludzi nie stać. Końcowa wizualizacjazostanie przedstawiona w nowym muzeum w Palpa. Z projektem wiążą się nadzieje,że miejscowa ludność uświadomi sobie jak ważna jest ochrona bogatego dziedzictwakulturowe ich regionu. Najważniejszymi etapami projektu była integracja modelu 3D zplatformą GIS, wykonanie znaczących pod względem archeologicznym obiektów napodstawie wektorów, zdefiniowanie danych dla potrzeb GIS oraz możliwościdalszych analiz (Lambers, Sauerbier, 2003).Rys.20. Interfejs programu Skyline Terra Explorer Pro ukazujący modelgeoglifów Nasca. [Lambers, Sauerbier, 2003]Na podstawie obszernej literatury oraz informacji dostępnych w Interneciemożna wnioskować, że modelowanie 3D jest aktualnie bardzo modną formąwizualizacji obiektów i ich otoczenia. Ten rodzaj prezentacji należy raczej do drogich i34

czasochłonnych rozwiązań, lecz w najbliższym czasie może stać się obowiązującymkanonem (Borowiec, Tokarczyk 1998).W rozdziale zapoznano się z niewielkim odsetkiem projektów, które wykonujesię na świecie w dziedzinie rekonstrukcji, zabezpieczenia bądź archiwizacji danych wzakresie dziedzictwa kulturowego, archeologii i architektury. Można kolejnowymieniać zastosowania np.:16. Cyfrowa rekonstrukcja malowideł ściennych (przykład odtworzenia fragmentukaplicy Santa Maria w Solario (Cantoni et al., 2002),Rys.21. Rekonstrukcja malowidła ściennego. [Cantoni et al., 2002]17. Symulacja oświetlenia zewnętrznego obiektu na podstawie wykonanegomodelu 3D, projekt obejmował symulację zewnętrznego oświetlenie SanktuariumMatki Boskiej Licheńskiej na podstawie wykonanego wcześniej modelu 3D bazyliki(Wachta, 2001);Rys.22. Wizualizacja oświetlenia głównej ściany Sanktuarium Maryjnego wLicheniu. [Wachta, 2001]35

18. Symulacja starożytnego miasta, na przykładzie projektu dotyczącego miastaPompeje wykonanego w programie CityEngine (Haegler et al., 2007)Rys.23. Fragment starożytnego miasta wraz z jego mieszkańcami.[Haegler et al., 2007]2.1.4 GIS 3DZastosowanie GIS-u (Geographical Information System) nie może byćniedocenione. Za pomocą tego narzędzia uzyskano, przetworzono i zaktualizowanowiele różnego rodzaju informacji. Takie działanie może urzeczywistnić kompletnątrójwymiarową bazę danych włączając kartografie jako dział GIS-u. Nowoczesnakartografia komputerowa, reprezentowana przez kartografie numeryczną,numeryczny model terenu (DEM, DTM, DSM), ortoobrazy, zdjęcia jako teksturynałożone na DEM, jest metrycznie poprawna oraz wysoce opisowym systemem,który łączy różnego rodzaju dane. Trójwymiarowe modele w dynamicznym GIS-iemogą dostarczyć interesujących narzędzi przeznaczonych do zarządzaniaśrodowiskiem i terytorium. Aktualnie dąży się do wygenerowania trójwymiarowejmapy z maksymalnymi właściwościami opisowymi i najlepszą dokładnością.Fotogrametria cyfrowa i systemy CAD mogą wspierać system GIS w systemachdecyzyjnych. Zastosowanie GIS-u jest podstawowym w pozyskaniu, zarządzaniu iprzeglądaniu różnego rodzaju informacji. Dzięki technikom komputerowym informacjew systemach GIS mogą być bardzo szybko aktualizowane i modyfikowane wporównaniu z kartografią tradycyjną. W tym przypadku zrozumiałe jest, że tradycyjnemapy 2D są często przewyższane przez bardziej uzupełnione produkty. Specjalneanalizy stają się dziś proste i dostarczają odbiorcy mapę tematyczną z realistycznymiwłaściwościami. Bardzo wiele dziedzin życia wiąże się z tą dyscypliną, np.budownictwo lądowe, inżynieria środowiska. Stosowane oprogramowanie unika36

powtarzalności i powolnych działań, lecz jest odpowiednie do interaktywnej pracy zkonieczności uzyskania dobrego produktu (Gioia, Malinverni 2003).Za pomocą wirtualnej rzeczywistości, GIS-u 3D, bazy danych i innychtechnologii można odtworzyć architekturę miejską i krajobrazu by umożliwićużytkownikowi zobrazowanie idealnego miejskiego pejzażu na ekranie komputera. Wten sposób można odbyć wędrówkę, dokonać pomiaru, stworzyć zapytanie,przeglądać okolice z lotu ptaka itd. Współcześnie można spotkać się zzapotrzebowaniem na technologie cyfrowych miast, które rozwinęły sięrozpoczynając od dwuwymiarowego GIS-u po trójwymiarową wirtualnąrzeczywistość. Przestrzenne geograficzne wizualizacje 3D wykorzystuje się wprzypadku planowania przestrzennego miasta, prac społecznych, odpowiedniegozarządzania, kontroli przeciwpożarowej, ruchu ulicznego itp (Gaofeng et al., 2008).Rys.24. Symulacja 3D miasta Yinchuan. [Gioia, Malinverni, 2003]Pakiety GIS w połączeniu z różnymi technikami multimedialnymi stanowiąpewną formę prezentacji multimedialnej. W praktyce jedną ze stosowanych metodjest wzbogacenie modelu w elementy rzeczywistości, np. mapa posiadająca danapostać multimediów (dźwięk, zdjęcie, film, tabele, animacje, tekst, rysunek). W tensposób działają internetowe serwisy danych przestrzennych (np. GoogleEarth)(Baranowski, 2006).2.1.5 Modelowanie 3D dla celów rozrywkowychModelowanie postaci i ich animacja wiążą się z dwoma pokrewnymidziedzinami informatyki grafiką komputerową oraz animacją. Te zakresy wzajemniesię uzupełniają i rozwijają. Efekty tego połączenia można odczuć w życiu codziennym(produkcje filmowe, gry komputerowe, itp.).37

Jednym z zastosowań jest Second Life, czyli wirtualny świat udostępniony doużytku publicznego w 2003 roku przez firmę Linden Lab. Dostępne są trzy rodzajekont: podstawowe (bezpłatne), dodatkowe podstawowe (jednorazowa opłata) orazPremium (płatne). W tej zabawie użytkownik oprócz wykonywania podstawowychczynności może także tworzyć świat wokół siebie. Użytkownik posiada prawo domodelowania prostych przedmiotów, które sobie wymarzył tj. samochody, domy,także rośliny, zwierzęta. W Second Life dostępne jest proste w obsłudze, elastycznenarzędzie do tworzenia modeli trójwymiarowych, korzystające z geometrycznychfigur tzn. primitives. Niepotrzebne są oddzielne programy do budowania wirtualnegoświata. Jednakże istnieje możliwość sporządzenia modeli w niezależnychprogramach, co znacznie rozszerza pole działania użytkowników. W przypadku, gdyużytkownik nie posiada umiejętności i czasu do tworzenia modeli, ma możliwośćkupić stworzony wcześniej przez innego użytkownika model. Użytkownik może wsprawny sposób manipulować figurami geometrycznymi za pomocą prostegointerfejsu (www.secondlife.com).Rys.25. Interfejs narzędzia do modelowania w Second Life, po lewej tworzeniebryły, po prawej nakładanie tekstur. [video tutorials: www.secondlife.com]Oprogramowanie zapewnia import standardowych plików graficznych (np.*.jpeg) w celu nałożenia tekstur na wykonany przedmiot. Producent Linden Labudostępnił instrukcje stworzoną przez ekspertów by krok po kroku zapoznać się zmożliwościami modelowania w Second Life. Zdecydowana większość wirtualnegoświata została stworzona przez jego odbiorców (www.secondlife.com). Zazwyczaj sąto bardzo realistyczne obrazy. Poniżej można porównać obraz rzeczywisty orazwirtualny.38

Rys.26. Rzeczywisty i wirtualny obraz w Second Life.[www.wirtualny.znak.com.pl]Od 2007 roku Second Life służy także do wirtualnej nauki języków obcych.Istnieje coraz więcej interaktywnych szkół językowych na rynku. Multimedialne lekcjeodbywają się w wirtualnej klasie, prowadzone są przez prawdziwych lektorów. Tątechnikę wykorzystują instytucje np. British Council, Lingualand, Instytut Cervantesa.W ten sposób użytkownik może nawiązać nowe, zagraniczne znajomości, poszerzyćswoje zainteresowania i rozwijać umiejętności językowe. Dodatkowo jest tooszczędność czasu i pieniędzy (www.lingualand.pl, www.wikipedia.org).Pomysłem opierającym się o Second Life jest wirtualny świat w Playstation 3,pod nazwą Playstation Home. Jest to trójwymiarowa gra towarzyska dlaużytkowników PS 3 (Playstation 3), która będzie dostępna końcem 2008 roku. Innympodobnym pomysłem jest stworzony przez Google serwis Lively. Są to usługiglobalne, w których użytkownik ma możliwość stworzyć dowolną postać (awatara)oraz własną przestrzeń osobistą. Użytkownik samodzielnie sporządza wirtualnegoczłowieka, w szczegółowy sposób ustala jego wygląd zewnętrzny. Taka postaćposiada mieszkanie oraz ma możliwość korzystania z rozmaitych atrakcji wwirtualnym mieście. Celem zabawy jest stworzenie wirtualnych, społecznych relacjipomiędzy uczestnikami gry oraz nawiązanie kontaktów międzyludzkich(www.ps3club.pl, www.pl.playstation.com).39

Rys.27. Widok wnętrza domu w Playstatio Home oraz w Google Lively.[www.grrr.pl, www.lively.com]Aktualnie na rynku istnieje dużo gier strategiczno-symulacyjnych. Jedną znajpopularniejszych są gry z gatunku Simów. Do tej pory powstała cała seria m.in.SimCity, SimEarth, SimLife, The Sims i wiele innych. Pozwalają one na wykreowaniewłasnych postaci i kontrolowanie wirtualnego życia, a także zarządzanie wirtualnymimiastami. Datę wydania pierwszej gry z serii Simów SimCity określa się na rok 1989.Jej producentem jest firma Maxis. Ta zabawa nie posiada konkretnego celu, leczzależy on od gracza. Wstępnie gra miała znaleźć przeznaczenie w dziedziniesymulacji projektowania wnętrz (SimCity), jednak z czasem zdecydowano, żebypostacie odgrywały główna rolę (The Sims) (www.simsy.net, www.wikipedia.org).Rys.28. Fragment wirtualnego miasta w SimCity oraz fragment domu wraz zjego domownikami w The Sims. [www.ui11.gamespot.com,www.simsyciekawostki.bloog.pl]Fani piłki nożnej i gier komputerowych mogą mieć powody do zadowolenia,gdyż wciąż rozwija się wirtualny świat sportu. Chyba większość z nas słyszała o40

grach Playstation, Xbox czy Nintendo. Coraz nowsze wersje zaskakują lepszągrafiką, animacją, realizmem, podobieństwem piłkarzy i gry do oryginalnychzawodników itp.Rys.29. Wirtualny futbol w Playstation 3 FIFA 09. [www.uk.playstation.com]Entuzjastów wirtualnego sportu przybywa, dlatego powstają nowe technologieumożliwiające odtworzenie wcześniejszych meczów i zdobytych bramek. Jedna znich jest Virtual Replay. Umożliwia ona oglądnięcie trójwymiarowej animacjisportowych wydarzeń. Technologia powstała wykorzystana w szerokim zakresiepodczas Mistrzostw Świata 2006 (FIFA World Cup). Zespół BBC SPORT orazEurosport umieścił na stronie internetowej wizualizacje zakończonych spotkań zmożliwością ponownego odtworzenia każdego zdobytego gola. Widoki 3D mogły byćwielokrotnie powtarzane z różnych punktów widzenia, nawet z perspektywy piłki.Później zamieszczono animacje z wcześniejszych i aktualnych wydarzeń w świeciepiłki nożnej (np. EURO 1996, 2004, 2008) (www.bbc.co.uk, www.en.wikipedia.org).Rys.30. Odtworzenia finałowego meczu Portugalia-Grecja w EURO 2004 wVirtual Replay zakończonego z wynikiem 0-1. [www.bbc.co.uk]W dzisiejszych czasach rozwoju grafiki komputerowej intensywnie ewoluujądziedziny związana z tworzeniem modeli postaci i ich animacji. Człowiek każdegodnia spotyka się z animacjami komputerowymi. Powyżej pokrótce opisano niektóre41

ciekawsze zastosowania w życiu codziennym. Obecnie prowadzone są badania nadmożliwością wykorzystania modeli postaci w medycynie, dokładniej w wykrywaniu irozpoznawaniu ruchu. Dąży się do skonstruowania modeli o bardzo zbliżonych dorzeczywistości kształtach i ruchach (Kucharski, 2005).2.1.6 Inne dziedziny zastosowania modelowania 3DModelowanie trójwymiarowych przedmiotów znalazło również zastosowanie wprodukcji przemysłowej. System FreeForm Modeling 3D (lub FreeForm ModelingPlus) jest skutecznym rozwiązaniem by szybko i precyzyjnie wymodelować przedmiot3D za pomocą rzeczywistego dotyku podczas generowania. Za pomocą platformyFFMP można łatwo i sprawnie przekształcić szkice 2D w model 3D wymodelowane wwirtualnej glinie. System posiada opcje importu danych CAD. Użytkownik możeszybko wygenerować model dzięki możliwości naturalnego wyczuwania obiektu,edytować go, nałożyć tekstury, a następnie zapisać projekt w standardowychformatach stosowanych w produkcji przemysłowej. Systemy FFM posiadająurządzenie PHANTOM, które pozwala na dotyk wirtualnego obiektu 3D.Przygotowany poprawnie model należy wyeksportować do programu Bad. Modelemożna kolejno wydrukować przestrzennie lub wyfrezować, dzięki maszyną o nazwieRapid Prototyping. Producentem FFM oraz FFMP jest SensAble Technologies,specjalizujący się w modelowaniu 3D przy pomocy rozwiązań dotykowych. Metodastosowana w projektowaniu 3D, oprogramowaniu do gier komputerowych, pracachbadawczych w zakresie przemysłu, medycyny, inżynierii, itp. (www.sensable.com).Rys.31. Szkic 2D elementu ozdobnego. [www.sensable.com]42

Rys.32. Model 3D wykonany z wirtualnej gliny. [www.sensable.com]Rys.33. Gotowy element ozdobny. [www.sensable.com]Interesującym projektem w dziedzinie fotogrametrii było wykonanie modelu 3Dzabytkowego instrumentu muzycznego. Skrzypce dzieła Antoniego Stradivariego,włoskiego wybitnego lutnika należą do najwybitniejszych instrumentów w historiilutnictwa. Dzisiejsi lutnicy próbują stworzyć replikę najlepszych instrumentów43

autorstwa Stradivariusa. Aby to osiągnąć, należy stworzyć szablon budowyinstrumentu z dokładnością największą, jaką da się osiągnąć. Pomimo wielu prób zwykorzystaniem skaningu laserowego nie uzyskano zadowalającego wyniku.Przeszkodą okazała się powleczona lakierem powierzchnia skrzypiec, która wywołałakłopotliwe refleksy. Autorzy projektu wykorzystali technikę skaningu laserowego oraztechniki fotogrametryczne. Na projekt zgodzono się pod warunkiem bezdotykowegopomiaru instrumenty ze względu na jego wartość i delikatność. Skrzypceumieszczono w specjalnej konstrukcji i wykonano 4 zdjęcia (po 2 z przodu i tyłu).Dodatkowo wykorzystano pomiar skanerem laserowym, gdyż nie wszystkie wynikibyły błędne. W połączeniu tych metod powstał dokładny model 3D skrzypiecStradivariego (Fornali et al., 2008).Rys.34. Konstrukcja wykonana do pomiaru instrumentu. [Forlani et al., 2008]Modelowanie 3D znajduje także zastosowanie w dentystyce. W tej dziedziniewymagane są informacje na temat kształtu zębów oraz pozycji górnej i dolnej szczękipacjenta. Niezbędne dane potrzebne są w rozmaitych zakresach dentystyki jakortodoncja, protetyka, leczenie zębów oraz produkcja sztucznych szczęk. Większośćistniejących technik pomiaru uzębienia oraz analiz szczęki korzysta z gipsowychmodeli oraz specjalnego urządzenia (artykulator) do pozycjonowania. W przypadkurejestracji zewnętrznego wyglądu szczęki i zębów najczęściej stosuje się fotografie,które nie są wystarczająco dokładne i nie dają kompletnej informacji. Podejściefotogrametryczne spełnia wyżej wymienione problemy z odpowiednią szybkością,dokładnością pomiaru i dobrą jakością danych do badania, dokumentacji iprezentacji. Nowa technika rejestracji i analizy opiera się na zbudowaniu modelu 3Dszczęki zamiast gipsowej formy. Fotogrametryczna metoda wymaga specjalniezaprojektowanego oprogramowania do generowania modelu 3D. Dodatkowo44

opracowano system szybkiego nakładania tekstur na model twarzy. Dokumentacjaskłada się z trójwymiarowego modelu twarzy oraz dolnego i górnego łuku. Sposóbwykorzystywany jest do wizualizacji wyglądu zębów przed i po leczeniu.Skonstruowano specjalny system do modelu dolnej i górnej szczęki, który składa sięz dwóch aparatów cyfrowych o dużej rozdzielczości obrazów, projektora światła orazoprogramowania do pozycjonowania. Urządzenie służące do tworzenia modelutwarzy pacjenta również opiera się na kamerach cyfrowych oraz wbudowanymprojektorze światła. Sprzęt zaprogramowano by pracował w trybiezsynchronizowanym w celu redukcji czasu pomiaru (Knyaz, Zheltov, 2008).Rys.35. Fotogrametryczny system do rekonstrukcji modelu 3D dolnej i górnejszczęki (lewy obraz) oraz twarzy (prawy obraz). [Knyaz, Zheltov, 2008]Powstały model 3D nie posiada wystarczającej rozdzielczości by służył jakodokumentacja uzębienia, łuków i twarzy, lecz nadaje się do wizualizacji i nałożeniatekstur na model twarzy. W ten sposób powstała koncepcja wielo-rozdzielczegomodelu zawierającego dokładny model zębów i szczęki oraz mniej dokładny modeltwarzy z nałożonymi teksturami. Każdy rezultat przedstawiony jest we własnym,lokalnym układzie współrzędnych. Dzięki opisanej technice dentysta może dokładnieoglądać i badać zależności pomiędzy dolną i górną szczęką w dowolnej pozycji.Program dostarcza specjaliście wartościowych i aktualnych danych wskazanych doplanowania leczenia oraz pełnej dokumentacji(Knyaz, Zheltov, 2008).45

Rys.36. Wielo-rozdzielczy model 3D twarzy oraz widok 3D dolnej szczęki.[Knyaz, Zheltov, 2008]Wizualizacje oraz modelowanie 3D stały się w obecnych czasach nowymtrendem, który prawdopodobnie wkrótce przerodzi się w standard. Jest towspółcześnie jedna z najatrakcyjniejszych metod prezentujących obiekt w wirtualnymświecie. Interaktywne, multimedialne prezentacje pozwalają użytkownikowi nasamodzielną eksploracje obiektu z dowolnego miejsca i pod jakimkolwiek kątem.Ciągły rozwój techniki, sprzętu i oprogramowania pozwala w szybkim tempie nanowe rozwiązania. Dawniej technologiczne ograniczenia nie pozwalały na oglądanietrójwymiarowych modeli na ekranie komputera. Dziś obowiązują standardy, którepozwalają na udostępnianie danych do użytku publicznego oraz ich łatwą wymianępomiędzy różnorakimi programami (Cisło, 2007b).2.2 Panoramy2.2.1 Co to są zdjęcia panoramiczne i ich rodzajeZdjęcia panoramiczne są doskonałym sposobem na przedstawienie tego, cowidzimy dookoła oraz wewnątrz obiektu. Często głowimy się jak ująć pięknykrajobraz czy budowle zabytkową w jednym kadrze. Zdjęcia panoramiczne pozwalająwizualizować przestrzeń, w której znajduje się obserwator we wszystkich kierunkach.Takich możliwości nie miała fotografia płaska.Istnieje kilka rodzajów panoram. Można je podzielić ze względu na miejscewykonania (wnętrza oraz krajobrazy) lub cel, jaki fotograf chce osiągnąć (rzut46

środkowy, aksonometryczny czy prostokątny). Najczęściej spotykanym rzutowaniemjest rzut środkowy na płaszczyznę, pobocznicę walca lub sferę. Tego rodzajupanoramy można dodatkowo podzielić na 4 typy:• Panorama płaska (płaszczyznowa),• Panorama walcowa (cylindryczna),• Panorama sferyczna (kulista),• Panorama sześcienna (kubiczna).Poniżej została opisana jedna z czterech istniejących panoram, mianowiciepanorama sferyczna, która jest jednym z elementów wykonanych w pracydyplomowej. Inne rodzaje fotografii panoramicznej zostały szczegółowozaprezentowane we wcześniejszych pracach magisterskich: Pietrzykowska, 2006;Lisowska 2006; Gawin 2002.Panorama sferyczna należy do typu zdjęć rzutowanych (poprzez rzutśrodkowy) na wewnętrzną powierzchnię sfery. Zasięg takiej panoramy obejmujepełne 360 o w poziomie oraz 180 o w pionie. Obserwator rejestruje wszystko dookoła,góra i dół jakby całe wnętrze sfery, w której się znajduje, można zobaczyćjednocześnie miejsce, w którym stoi fotograf jak i wszystko, co znajduje się nad nim.Nie jest to powierzchnia rozwijalna, dlatego występują zniekształcenia liniihoryzontalnej oraz linii pionowych, które należy skorygować. Ostateczniedoprowadza to do najwierniejszego obrazu. Wykonanie takiego typu panoram jesttrudne i wymaga dużo czasu, jednakże efekty są interesujące.Rys.37. Nierozwinięta postać panoramy sferycznej. [www.geocities.com]47

Rys.38. Przykład rozwiniętej panoramy sferycznej. [www.geocities.com]Obraz panoramiczny oglądany odpowiednią techniką wygląda natrójwymiarowy, prawdziwy. Jeśli obserwator nie widzi całego szerokiego pasa obrazujednocześnie, tylko przesuwany jest po panoramie wąski kadr w poziomie, wrażeniejest bardzo wymowne. Pojedyncze zdjęcie obejmuje zazwyczaj kąt widzenia wzakresie 20 o -50 o , co zależy od typu aparatu i użytego obiektywu. Oczywiście tofotograf decyduje, co znajdzie się w kadrze.Fotografia panoramiczna znajduje obecnie zastosowanie w takich branżachjak: architektura, kultura i sztuka, promocja miast, hotelarstwo, gastronomia,nieruchomości oraz wiele innych. Panoramy sferyczne znakomicie prezentują obiektyarchitektoniczne, wnętrza oraz otoczenie restauracji, hoteli, pensjonatów orazmieszkań. Także popularne dziś są wirtualne wycieczki po atrakcjach turystycznychmiast np. galeriach, muzeach, zamkach, pałacach, które być może zdecydują doprzyjazdu w pasjonujące miejsca w celach turystycznych.Stroną wartą odwiedzenia jest Virtueel Museum Ar@besk:www.museumarabesk.nl. Można się na niej udać w wirtualną wycieczkę poimponującym muzeum sztuki islamu. Zwiedzający sam decyduje, co chce oglądnąć iktórą salę zwiedzić.Innym interaktywnym przykładem zwiedzania jest strona miasta Karpacz iokolic http://www.karpacz.ivc.pl. Coraz więcej samorządów dzięki wirtualnymspacerom promuje swoje miasta i zachęca do przyjazdu (np. Wodzisław Śląskihttp://www.wiadomosci24.pl, Lublin http://www.lublin.eu). Ten sposób prezentacjiznalazł także przeznaczenie w dziedzinie reklamy, np. wirtualne zwiedzanie Hoteluna Błoniach http://www.hotelnabloniach.pl. Interesującym obiektem do zwiedzania nastronie Ministerstwa Kultury i Turystyki Republiki Tureckiej: http://www.kultur.gov.tr48

jest zespół świątyń wykutych w skałach. Na wymienionych stronach internetowychużytkownik znajdzie panoramy sferyczne obejmujące pełną sferę fotografowaniaprzestrzeni 360 o x180 o . Naciśnięcie pojawiających się na posadzce strzałek oznaczaprzejście do kolejnej sali. Można tam także znaleźć panoramy obiektów znajdującychsię na wolnym powietrzu, tj. kompleksu kościołów wykutych w skałach w tureckiejKapadocji. Panoramy połączono w wirtualną wędrówkę, a w prawym górnym rokuumieszczono mapkę, na której zwiedzający łatwo może się odnaleźć.Rys.39. Fragment panoramy sferycznej Muzeum Skalnych Kościołów wGöreme w Turcji [www.kultur.gov.tr]Wirtualne wędrówki po obiekcie należą do dynamicznych prezentacji obiektuczy miejsca. Użytkownik w przypadku interaktywnego spaceru może płynniezmieniać punkt obserwacji, kierunek patrzenia oraz oddalać lub zbliżać się doobiektu. Przedstawiony sposób zwiedzania ciekawych miejsc odbiorca możedoświadczyć na portalu EverScape (www.everscape.com). Latem 2007 roku doużytku publicznego udostępniono widoki uliczne (street view) czterech miast: NowyJork, Boston, Miami Beach oraz Aspen. Aktualnie dostępnych jest 11 kolejnych miastznajdujących się na terenie Stanów Zjednoczonych a także Pekin i – co szczególnienas satysfakcjonuje - Kraków. EverScape wygląda imponująco, jednak wielkimproblemem jest bardzo wolne wczytywanie obrazów. Panoramy 3D są niezwyklerealistyczne. Powstały ze zdjęć przedstawiających widoki uliczne, a następniesklejono je w jedną całość. Zdjęcia wykonano z dachu specjalnego pojazdunależącego do zespołu EverScape. Użytkownik ma możliwość wyboru nawigacjiautomatycznej bądź ręczne, wtedy sam decyduje o kierunku zwiedzania. Witrynaposiada także rozległy wykaz ciekawych miejsc (hot spotów), lokalizacji sklepów,restauracji, hoteli czy klubów. EverScape jest serwerem konkurencyjnym do GoogleStreet View, który nie posiada tak dokładnych i szczegółowych obrazów, ale jest49

przystosowany do danych o dużej objętości w przeciwieństwie do ES(www.downloadsquad.com).Rys.40. Fragment wędrówki po Krakowskim Rynku w EverScape.[www.everyscape.com]Fotografia panoramiczna jest odpowiedzią na brak technicznej możliwościrejestracji obrazu o tak szerokim kącie oraz na ograniczenia pola widzenia ludzkiegooka (średni zakres pola widzenia ludzkiego oka wynosi 176 o , przy obrocie głowyokoło 330 o ) (Luhmann, 2004).2.2.2 Jak powstają panoramyDobrze wykonana panorama interesującego krajobrazu czy obiektu możewzbudzić w obserwatorze niezwykłe odczucia. Pomimo, że oglądnie możliwe jesttylko w oknie monitora to taka panorama robi wrażenie bardzo realnej,przekonywującej.Jest wiele technik wykonania panoram, zależnych od różnych czynników.Ogólnie należy wykonać serię zdjęć od prawej do lewej, bądź odwrotnie.Rys.41. Schemat wykonania kolejnych zdjęć do panoramy.[www.fotoporadnik.pl]Zainteresowanych szczegółowym podejściem do tematu zachęcam dozapoznania się z obszerną literaturą oraz powstałymi pracami dyplomowymi50

Pietrzykowska, 2006; Lisowska 2006; Gawin 2002 (sposoby wykonywania panoram,obrót aparatu wokół punktu modalnego, wyznaczenie punktu węzłowego i inne).Najnowszym sposobem na wykonanie fotografii panoramicznej jest sklejanieserii kolejno wykonanych zdjęć. Można tego dokonać poprzez nakładanie na siebieujęć ręcznie lub za pomocą specjalnego oprogramowania. Współcześnie możnaznaleźć oprogramowania specjalizujące się w łączeniu różnego rodzaju panoram.Cechuje się dość dużą automatyzacją oraz poprawą zniekształceń. Z reguły w takichprogramach można tworzyć każdy rodzaj panoramy wymieniony powyżej. Niezawsze zdjęcia są poprawnie wykonane, aby program automatycznie skleiłpanoramę.Prawidłowo wykonane zdjęcia powinny posiadać podłużne pokrycie (przyjęto30%-50%) oraz poprzeczne między szeregami (20%-40%), jednak niekonieczniezawsze takie samo.Poza doborem odpowiedniego sprzętu należy pamiętać o ustawieniach waparacie: czasie naświetlania, przesłonie i bilansie bieli oraz głębi ostrości. Kolejnezdjęcia do panoramy powinny posiadać te same parametry, aby po sklejeniu niewidać było różnicy. Przed fotografowanie należy przyglądnąć się miejscu i w trybieautomatycznym wykonać zdjęcia najjaśniejszego i najciemniejszego obszaru.Zwrócić uwagę na wartości czasu naświetlania i przysłony, a następnie w trybiemanualnym rozpocząć serię zdjęć. Należy dobrać ustawienia tak by stopniowo sięzmieniały od wartości obszarów najjaśniejszych do najciemniejszych.2.3 Zdjęcia anaglifowe jako sposób na obraz 3DJest wiele technik tworzenia obrazów trójwymiarowych. W dzisiejszychczasach obraz 3D jest bardziej ceniony, popularny i wierniej oddaje rzeczywistościniż zwykły, płaski obraz. Istnieje także coraz więcej interesujących zastosowańobrazów trójwymiarowych, gdyż takie szybciej trafiają do świadomości każdegoczłowieka.Zdjęcia anaglifowe są jednym ze sposobów na uzyskanie złudzeniatrójwymiaru. Cieszą się popularnością, gdyż nie wymagają dużych nakładówfinansowych i są dość proste w wykonaniu. Jest to typ rysunku czy fotografiistereoskopowej, która podczas oglądania za pomocą specjalnych okularów dajepożądany efekt. Metodą wykorzystywaną do tworzenia anaglifów jest technikastereoskopii.51

Rys.42. Okulary do oglądania anaglifów. [www.wikipedia.pl]2.3.1 Krótko o stereoskopiiTechnika widzenia stereoskopowego wykorzystywana jest w życiucodziennym każdego człowieka (a także ssaków naczelnych w tym małp), choć małoludzi zdaje sobie z tego sprawę.Oczy umiejscowione są mniej więcej w odległości 65mm od siebie. Dlatego teżuzyskuje się dwa bardzo podobne do siebie obrazy (stereopary), jedynie z niewielkimpoziomym przesunięciem oraz nieznacznie różniących się kątem widzenia.Następnie trafiają one do mózgu, który przetwarza je w jeden trójwymiarowy obraz,który posiada wzajemne zależności przestrzenne, jak odległość od obserwatora orazgłębia sceny. Jest to tzw. obraz „cyklopowy”, gdyż człowiek odbiera go jakowyobrażenie widziane jednym „trójwymiarowym” okiem znajdującym się u nasadynosa.2.3.2 Wykonanie anaglifówWidzenie dwuoczne wykorzystuje się w fotografii stereoskopowej. Wykonujesię 2 zdjęcia, czyli stereopary zgodnie z zasadą widzenia lewego i prawego oka.Ujęcia należy wykonać w określonej od siebie odległości, osie optyczne obu zdjęćpowinny być do siebie równoległe. Baza stanowisk zależna jest od odległościfotografowanego przedmiotu. Jest proporcjonalna do wzrostu odległości doprzedmiotu.Istotna rolę w wykonaniu stereopary odgrywa sprzęt, który należy zastosować.W zależności od dynamiki wykonywanej sceny można wykorzystać jeden aparatbądź dwa. Jeśli zdjęcie jest statyczne np. martwa natura czy budowla bez obecnościludzi, ptaków, zwierząt to sporządzić należy kolejno pierwsze i drugie zdjęcie wodpowiednich warunkach (opisanych wyżej). Najlepiej zastosować statyw zespecjalną szyną, która odpowiednio przesunie aparat do drugiej pozycji bezprzestawiania statywu lub umiejętnie przesunąć aparat na statywie (bez szyny) lubskorzystać z poziomych elementów znajdujących się w terenie np. murek, ławka itp.52

Inny sprzęt należy stosować w przypadku scen dynamicznych. Konieczne jestwykonanie fotografii równocześnie, aby zdjęcia nie różniły się elementami na nichumieszczonymi, jak np. ludzie w ruchu. Najlepszym rozwiązaniem jest aparatstereoskopowy, który posiada dwa obiektywy w jednym korpusie. Niestety jest todrogie urządzenie.We wrześniu tego roku japoński koncern Fujifilm zademonstrował prototypaparatu 3D, który umożliwia wykonanie zdjęć, przeglądanie na ekranie LCD orazwydruk trójwymiarowych obrazów. Ta nowoczesna technologia ma dostarczyć zdjęć3D uzyskanych z dwóch jednakowych obiektywów i matryc CCD (2,3 Mega Pikseli)bez korzystania ze specjalnych okularów. Zaprojektowany procesor ma jednocześnieobrabiać zdjęcia i łączyć w obraz 3D. Według producenta dokładność synchronizacjiwykonania zdjęć wynosi 0,001 sekundy. „Trzeci wymiar ma być uzyskiwany poprzezspecjalny przeplot wyświetlanych obrazów oraz dzięki specjalnemu podświetleniutrafiającemu do każdego z oczu oddzielnie.” (www.fotopolis.pl). Więcejinteresujących informacji można uzyskać na stronie producenta www.fujifilm.com.Rys.43. Prototyp aparatu Fujifilm FinePix Real 3D. [www.fotopolis.pl]Tańszym rozwiązaniem jest zmontowanie dwóch identycznych aparatów nasankach fotograficznych (baza ok. 65mm) z przymocowanym wężykiem spustowym.Zapewni to zrobienie zdjęć w tym samym momencie i z koniecznym przesunięciem.Po poprawnym wykonaniu zdjęć należy je odpowiednio przetworzyć wspecjalnym programie do tworzenia anaglifów. Istnieje dość duży wybór darmowegooprogramowania w tym zakresie. Szczegóły tego procesu omówiono w rozdziale 4.4.Powyższe informacje uzyskano z prac magisterskich: Lisowska-Woś, 2006;Pietrzykowska, 2006; Sowińska J. 2005.53

3. Charakterystyka obiektu zabytkowego3.1 Lokalizacja obiektuMultimedialna prezentacja opracowywana w niniejszej pracy dyplomowejdotyczy gotyckiego kościoła Bożego Ciała znajdującego się na krakowskimKazimierzu. Mówi się o nim jako jednym z najpiękniejszych kościołów w Krakowie, atakże jednym z najcenniejszych zabytków Europy Środkowej.Fakty historyczne oraz inne istotne informacje uzyskano z witryninternetowych: www.kazimierz.com, www.kanonicy.pl, www.dziedzictwo.ekai.pl orazprzewodnika „Bazylika i klasztor Bożego Ciała Kanoników Regularnych Laterańskichna Kazimierzu w Krakowie” autorstwa Kazimierza Łataka.Kościół zbudowany jest z cegły ikamienia. Posiada budowę bazylikową,czyli jest trójnawowy. Nawa głównadysponuje niezależnym oświetleniem,które dają okna umiejscowione ponaddachami naw bocznych. Budowlabazylikowa jest beztranseptowa, mapięcioprzęsłowe prezbiterium, którezamyka pięć ścian ośmioboku.Czteroprzęsłowy korpus zbudowanyjest w systemie filarowo-przyporowym.Kościół Bożego Ciałazlokalizowany jest na północnowschodnimrogu Placu Wolnica. Obiektznajduje się przy zbiegu ulic BożegoCiała i Św. Wawrzyńca. Do obiektuprzylega kompleks klasztorny Rys.44. Kościół Bożego Ciała naKanoników Regularnych LaterańskichKazimierzu [www.wikipedia.pl]połączony z kościołem przejściemwspartym na arkadach.54

Kompleks klasztornyBazylika Bożego CiałaPlac WolnicaRys.45. Lokalizacji kościoła Bożego Ciała w Krakowie [www.miejsca.net].3.2 Rys historycznyMówi się, że z powstaniem kościoła wiąże się legenda. Głosi ona, że zaczasów króla Kazimierza Wielkiego złodzieje wykradli monstrancje z NajświętszymSakramentem z kościoła Wszystkich Świętych, w czasie oktawy Bożego Ciała. Gdyrabusie odkryli, że przedmiot nie jest ze złota, porzucili go na bagnach wsi Bawół. Ztego miejsca bił cudowny blask i za pomocą Opatrzności odnaleziono monstrancje,która wróciła do Krakowa. Wieść dotarła na królewski dwór i z polecenia KazimierzaWielkiego kazano osuszyć i zasypać bagna. Król wydał dalsze dyspozycje dowykupienia wsi i przemianowania jej na miasto Kazimierz. Wybudowano tam kościółparafialny pod wezwaniem Bożego Ciała. Budowlę zlokalizowano przy głównymplacu (Plac Wolnica), gdyż kościoły farne zazwyczaj stawiano w sąsiedztwie rynku.W roku 1340 wybudowano drewniany kościół, a murowaną świątynię zaczętowznosić w 1385 roku. Pierwotnie kościół miał mieć korpus halowy (nawy równejwielkości), jednak pod koniec lat 60-tych XIV wieku zmieniono koncepcje nabazylikowy (nawa główna wyższa niż nawy boczne). Konsekracja ołtarzy nastąpiła wroku 1387, a konsekracja kościoła dnia 21 stycznia 1401 roku. Budowę ukończono w1405 roku, wtedy to król Władysława Jagiełło do opieki nad kościołem sprowadziłKanoników Regularnych Luterańskich z Kłodzka. Pięć lat później rozpoczęto budowęklasztoru kanoników. Szczyt fasady wzniesiono w 1500 roku, a dzwonnicęwybudowano w latach 1566-1585. Niestety dnia 9 grudnia 1594 roku miał miejscepożar, który pochłonął dach oraz organy.W początkowych latach XVII wieku ksiądz Marcin Kłoczyński objął pieczę nadkościołem i zakonem. Wprowadził on wiele upiększeń świątyni w stylu barokowym.55

Pod jego opieką wybudowano wieżę z manierystycznym hełmem, powstały trzykruchty przykryte kopułami z latarniami. Pod okiem księdza powstały najpiękniejszestalle w Krakowie.W 1772 roku wybudowano chór, dokąd 100 lat później przeniesiono organy.Są one największym instrumentem w Krakowie i cieszą się wielką popularnością.Kolejnych prac na terenie klasztoru dokonano dopiero w latach 1929-1930. Celembyło dobudowanie nowych cel dla zakonników. Było to skutkiem poszerzenia gronabraci, których liczba do początku XX wieku była stała i wynosiła 20. W roku 1989dokonano prac konserwatorskich murów zewnętrznych kościoła oraz zmieniono dachbazyliki. W dniu 24 stycznie 2005 roku doceniono wartości zabytkowe KościołaBożego Ciała w Krakowie-Kazimierzu i papież Jan Paweł II nadał mu tytuł honorowyBazyliki Mniejszej.3.3 Opis architektoniczny obiektuKościół Bożego Ciała reprezentuje styl gotycki, wnętrze jest typowo barokowe,pełne przepychu i bogatych rzeźb. Bazylika Bożego Ciała jest ceglaną budowlą ztrzema nawami, pięcioprzęsłowym prezbiterium oraz czteroprzęsłowym korpusem wstyku filarowo-przyporowym. Prezbiterium spięte jest szkarpami, czyli prostopadłymifilarami odchodzącymi od ściany wysokiego obiektu na zewnątrz. Patrząc z bokurozszerza się schodkowo ku dołowi.W zachodniej części kościołaznajduje się wieża (Rys.46, wszystkiezdjęcia w rozdziale pochodzą z practerenowych), która ma 70 m wysokości iposiada cztery dzwony. Na zewnątrzkościoła znajdują się arkadowekrużganki, które łączą obiekt zklasztorem kanoników regularnych. Odstrony zachodniej w wąskich wnękachznajdują się kamienne tarcze herbowePolski i Litwy oraz herby królewskie jakoRys.46. Wieża kościoła.znaki opieki monarchy nad bazyliką.56

Rys.47. Ściana południowa i północna Bazyliki Bożego Ciała.Wnętrze świątyni wywiera niezapomniane wrażenie na każdym, kto wstąpi dośrodka. Jest połączeniem surowej gotyckiej architektury z barokowym przepychemrzeźbiarskim. Jedną z ozdób jest późnobarokowa ambona, którą podtrzymują dwiesyreny i delfiny. Godna uwagi jest figura ukrzyżowanego Jezusa znajdująca siępomiędzy nawą główną a prezbiterium. Po bokach można podziwiać figury MatkiBoskiej, św. Jana oraz Marii Magdaleny.Rys.48. Ambona w kształcie łodzi wewnątrz bazyliki.57

Autorem ołtarza głównego jest Tomasz Dolabelli, który ma swoje początki wXVII wieku. W dolnej jego części zostały przedstawione narodziny Jezusa, zaś wgórnej zdjęcie z krzyża. Na szczycie ołtarza można podziwiać figurę JanaChrzciciela, który lewą ręka podtrzymuje krzyż, a prawą wskazuje na BarankaBożego.Rys.49. Ołtarz główny wewnątrz bazyliki.Bazylika może pochwalić się znakomitymi organami, które obecnie (od 1963roku) uznawane są za największe w Krakowie. Pierwszy udokumentowanykomentarz o instrumencie w Bazylice Bożego Ciała datuje się na rok 1373.Wykonano je przez mistrza Marcina w latach 1373-1378, a 8 lat później przerobionoprzez mistrza Jana. Uległy one zniszczeniu podczas pożaru 9 grudnia 1594 roku.Kolejno w 1606 roku powstał projekt organów na 28 głosów, aby zastąpić spalonyinstrument. Stało się inaczej, gdyż wybudowano organy 25 – głosowe dopiero w1664 roku przez mistrza Bartłomieja Jakowicza. Następne organy na 20 głosówwykonał Michał Sadkowski w latach 1765 – 1768. W roku 1870 dokonanoprzebudowy instrumentu i umieszczono go na chórze. Kolejne przeróbki w 1927 rokudokonały zmiany na 27 głosów i z powrotem przeniesiono je do prezbiterium.W 1958 roku rozpoczęto budowę organów głównych zamontowanych nachórze. Od ukończenie budowy organy w Bazylice Bożego Ciała posiadają 83 głosy i58

są największymi w mieście. Zaprojektował je prof. Chwedczuk, prof. Jargonia orazprof. Machla, zaś wykonała firma należąca do Dominika Biernackiego.Rys.50. Ograny główne znajdujące się na chórze.Cały instrument składa się z organów głównych (63 głosy) oraz bocznych (20głosów). Te pierwsze znajdują się na chórze z tyłu kościoła, a drugie w prezbiterium.Urządzenie połączone jest ze sobą kablami i przekaźnikami oraz wyposażone są wtakie same kontuary. Miech organów głównych znajduje się w wieży, a organówbocznych nad zakrystią. Powoduje to, że w czasie gry są one niesłyszalne wbazylice. Instrument boczny powstał po modernizacji poprzednich organów, a głównepowstały w latach 1958 – 1963. Brzmienie oddalonych od siebie o 70 minstrumentów daje słuchaczowi unikalne wrażenia słuchowe.Rys.51. Organy Boczne znajdujące się w prezbiterium.Poniższy plan kościoła przedstawia poszczególne, najważniejsze elementyBazyliki Bożego Ciała.59

Rys.52. Plan Bazyliki Bożego Ciała [ulotka, Wydawnictwo Ścieżki Wiary]1. Ołtarz główny2. Ołtarz Matki Bożej Bolesnej3. Ołtarz św. Marii Magdaleny4. Obraz Wojciecha Podkory (pocz.XVII w.); poniżej: Wizja bł.Stanisława Kazimierczyka i obrazśw. Ubalda5. Epitafium i portret prepozytaMarcina Kłoczyńskiego6. Tron prepozyta i stallekanoników, wykonane w latach1624 – 32, zakończone przy tęczyfigurami śś. Augustyna iAmbrożego7. Zakrystia8. Skarbiec i oratorium z XVIII –wiecznym obrazem bł. StanisławaKazimierczyka9. Tęcza z 1763 roku, z figuramiMatki Bożej i św. Jana Ewangelistyoraz św. Marii Magdaleny (u stópkrzyż)10. Ołtarz Matki Bożej Łaskawej(1623 – 24)11. Ołtarz NajświętszegoZbawiciela12. Ołtarz Krzyża Świętego z grupąUkrzyżowania, XIX w.13. Ołtarz – mauzoleum bł.Stanisława Kazimierczyka14. Obrazy wotywne,przedstawiające uzdrowienia i cudyzdziałane za wstawiennictwem bł.Stanisława Kazimierczyka16. Obraz Felix saeculum Cracoviae17. Tablica upamiętniająca BartłomiejaBerecciego18. Ołtarz św. Judy Tadeusza19. Obraz Sąd Piłata, XVII w.20. Ołtarz Ecce Homo, z obrazemAstolfa Vagioli21. Kaplica Matki BożejCzęstochowskiej22. Ołtarz św. Antoniego Padewskiego23. Ołtarz Przemienienia Pańskiego24. Ołtarz św. Michała Archanioła25. Ambona26. Ołtarz Miłosierdzia Bożego27. Ołtarz św. Augustyna28. Ołtarz Trójcy Przenajświętszej29. Chór muzyczny30. Kaplica św. Anny31. Ołtarz Świętej Rodziny32. Kaplica Zwiastowania NMP zOłtarzem Matki Bożej Zbawiciela33. Ołtarz śś. Karola Boromeusza iKazimierza Królewicza34. Nagrobek Augustyna Kottwicza35. Obraz Dolabelli (1627)36. Nagrobek Elżbiety Lexowej i jejmęża Marcina Habera37. Ołtarz św. Józefa60

4. Prace terenowe i kameralne dotyczące obiektuW poniższym rozdziale opisany został problem rejestracji zdjęć obiektu,przeznaczonych do tworzenia modelu 3D oraz budowa modelu w programieImageModeler. Odbiorca również pokrótce zapozna się z dodatkowymi elementamiwchodzącymi w skład prezentacji multimedialnej, tj. panoramy sferyczne wykonanew programie Stitcher oraz anaglify sporządzone w programie StereoPhoto Maker.4.1 Analiza problemu rejestracji zdjęć do modeluPoczątkowym etapem opracowania był wywiad terenowy wraz z analiząplanowanych prac na obiekcie. Pierwotną koncepcją była rejestracja cyfrowych zdjęćkompletnego obiektu. Jednakże Kościół Bożego Ciała okazał się kłopotliwy wzakresie rejestracji niezbędnych obrazów cyfrowych. Poprawnie wykonane zdjęciaobiektu służące do wykonania kalibracji kamery, a później modelu 3D powinny byćwykonane zgodnie z instrukcją obsługi do programu ImageModeler oraz z opiniąspecjalistów z biura obsługi klienta firmy Autodesk, które szczegółowo zostałyopisane. Pokrótce obrazy wczytane do programu muszą być tego samego rozmiaru,zawierające w kadrze kompletny obiekt, zdjęcia muszą pokrywać się ze sobą, bymóc w procesie kalibracji zlokalizować identyczne punkty, na co najmniej 3obrazach. Pomimo wielu prób i wielu zastosowanych narzędzi nie udało się wykonaćwystarczająco dobrych obrazów do późniejszej kalibracji kamery i budowy modelu.Poniżej został przedstawiony zastosowany w pracach terenowych sprzęt orazwyszczególnione zostały niedoskonałości zarejestrowanych zdjęć.4.1.1 Canon PowerShot A610Powstały projekt opisany w pracy dyplomowej miał być początkoworealizowany przy pomocy nieprofesjonalnego sprzętu fotograficznego. Oryginalnympomysłem było stworzenie modelu obiektu dziedzictwa kulturowego na podstawiezdjęć wykonanych przeciętnej klasy aparatem cyfrowym. Zrealizowano wielekoncepcji. Pierwszą z nich było wykonanie obrazów przy użyciu kamery CanonPowerShot A610. Aparat spełnia potrzeby wymagających amatorów. Posiada dobreopinie pośród użytkowników (www.fotal.pl, www.recenzje.net.pl, www.optyczne.pl).Kamera posiada dobre właściwości optyczne, wykonane zdjęcia są dobrejjakości i posiadają odpowiednie nasycenie kolorów. Najważniejsze parametry tego61

modelu: matryca CCD 5.3 MP (5 mln efektywnych pikseli), dostępne rozdzielczości(L) 2592 x 1944, (M1) 2048 x 1536, (M2) 1600 x 1200, (S) 640 x 480, ogniskowaobiektywu 7.3 - 29.2 mm (odpowiednik 35 - 140 mm dla filmu 35 mm), jasnośćobiektywu f/2.8 - f/4.1, czas pracy migawki 15s – 1/2500s, 4x zoom optyczny orazcyfrowy (www.optyczne.pl). Według testów kamery zamieszczonych przez K.Mularczyka na wyżej wspomnianej stronie miłośników fotografii wynika, że waparacie Canon PowerShot A610 przy szerokim kącie występuje dystorsja beczkowao wartości -3.04%. Wraz z wzrostem ogniskowej (35-140mm) wartość wady malejedo -1.26%.W terenie wykonano próbne zdjęcia by sprawdzić kąt widzenia obiektywu.Niestety nawet przy najszerszym kącie (najkrótszej ogniskowej 35mm) obiekt nie byłwidoczny w całości na obrazie. Poniższy rysunek przedstawia zależność pomiędzydługością ogniskowej a kątem widzenia obiektywu.Rys.53. Zależność pomiędzy kątem obrazu a ogniskową obiektywu[Wunddshammer, 1989] i aparat Canon PowerShot A610.W takiej sytuacji jedynym wyjściem jest oddalenie się od obiektu w celuobjęcia całości w kadrze. Kościół Bożego Ciała jest otoczony wysokim muremwzniesionym dość blisko obiektu, dlatego nie było możliwości odsunięcia się odzabudowy. Dzięki obrotowemu wyświetlaczowi aparatu można było maksymalnieprzybliżyć kamerę do przeszkody, lecz nadal odległość była za mała bysfotografować kompletny obiekt. W załączniku 1 przedstawiono efekty opisanej próbywykonane aparatem Canon PowerShot A610. Istotnym utrudnieniem w wykonaniupoprawnych zdjęć w celu wczytania do programu ImageModeler była wieża kościoła.62

W rozdziale 2 zapoznano się z konstrukcją obiektu, który należy do obszernychbudowli. Wysoka 70-cio metrowa wieża przylega do północnej ściany kościoła, zktórą dość blisko sąsiaduje wysoki mur. W ten sposób niemożliwym było wykonaniezdjęcia przedniej elewacji świątyni. Alternatywą jest sfotografowanie wieży zperspektywy ściany północnej w formacie pionowym. Jednakże, aby kalibracjaaparatu była możliwa należy wczytać identyczne zdjęcia (w poziomie lub pionie).Wykonane zdjęcia z załącznika 1 nie spełniają warunków poprawniewykonanych ujęć z rozdziału o wyborze zdjęć do przeprowadzenia precyzyjnejkalibracji. Podstawowym problemem jest rozmiar obiektu i mały kąt widzeniaobiektywu zintegrowanego z aparatem. Podjęte próby nie zakończyły siępozytywnym efektem, dlatego zweryfikowano kolejnych koncepcji.4.1.2 Canon PowerShot A520 + konwerter Raynox DCR-5000Na podstawie poprzedniej nieudanej próby zdecydowano się na wykorzystanieinnego sprzętu. Wypożyczono z katedry aparat Canon PowerShot A520 wyposażonyw konwerter Raynox model DCR 5000 Super Wide Angle Conversion Lens 0.5x.Zastosowany aparat firmy Canon należy do grona amatorskich urządzeńfotograficznych. Jego najważniejsze parametry to: matryca CCD 4.2 MP (4 mlnefektywnych pikseli), dostępne rozdzielczości (L) 2272 x 1704, (M1) 1600 x 1200,(M2) 1024 x 768, (S) 640 x 480, ogniskowa obiektywu 5.8 - 23.2 mm (odpowiednik35 - 140 mm dla filmu 35 mm), jasność obiektywu f/2.6 - f/5.5, czas pracy migawki 15- 1/2000 s, 4x zoom optyczny oraz 3.6x cyfrowy (www.optyczne.pl).Rys.54. Aparat Canon PowerShot A520 z nałożonym konwerterem RaynoxDCR-5000 podczas prac terenowych.63

Soczewki konwertera powodują poszerzenie kąta widzenia aparatu o 100%,czyli dwa razy większy zakres widoczności na obrazie. Przykładowo przedziałogniskowej dla aparatu Canon PowerShot A520 wynosi 5.8 - 23.2 mm (odpowiednik35 - 140 mm dla filmu 35 mm). Po nałożeniu konwertera DCR-5000 na obiektywzintegrowany z powyższym aparatem, zakres ogniskowej zmienia się na 17.5-70mm(odpowiednik 35mm) powoduje to poszerzenie zakresu fotografowania(35mm*0.5=17.5mm). Zastosowanie konwertera dzięki warstwie przeciwodblaskowejnie obniża jakości obrazu ani nie ogranicza przepuszczalności światła. Stosowanyczęsto w profesjonalnej fotografii w przypadku ograniczonej widoczności.Wykonano szereg zdjęć wokół obiektu. Zauważono istotną różnice w zakresiepola widzenia w porównaniu z poprzednią próbą. Ściana północna zmieściła siękompletnie w kadrze z wyjątkiem wysokiej wieży. Kłopotów dostarczyła równieżpołudniowa elewacja, do której przylega jedna z krucht kościoła. Dobudowana częśćświątyni nie została zarejestrowana w całości. Najwięcej problemów dostarczyłyfasady zachodnia i wschodnia, które sąsiadują zbyt blisko ogrodzenia i nie byłomożliwości sfotografowania każdej ze ścian w całości (ze względu na wysokośćbudowli i bliskość muru). Decydującą przeciwnościom był brak sposobnościwykonania obrazów łączących każdą ze ścian (zdjęcia narożne budynku).Spowodowało to brak wystarczających informacji niezbędnych do kalibracji kameryoraz budowy modelu 3D.Podobnie jak w poprzednim punkcie wykonane zdjęcia nie spełniają warunkówokreślonych przez producenta do przeprowadzenia procesu kalibracji. W załączniku2 umieszczono komplet zdjęć obiektu wykonanych za pomocą aparatu CanonPowerShot A520.Po nieudolnych doświadczeniach z fotografowaniem obiektu spróbowano innejmetody. Polegała ona na wykonaniu czterech zdjęć każdej z elewacji by później mócje skleić w jeden obraz. Zdjęcia wykonano aparatem Canon PowerShot A520 nagłowicy panoramicznej dedykowanej do tego typu aparatu.Metoda polegała na wykonaniu z tego samego stanowiska czterech zdjęć(dwa szeregi po dwa zdjęcia). Do wykonania fotografii zastosowano statyw firmyManfrotto, na którym zamontowano głowice panoramiczną wraz z aparatem ikonwerterem. Głowica posiada mechanizm skokowy, którego skok dopasowany jestdo wykorzystanego sprzętu. W ten sposób zagwarantowane jest niezbędne pokryciezdjęć i zachowanie punktu nodalnego (obrót wokół środka rzutów). Gwarantuje to64

poprawne mozaikowanie zdjęć w programie. Po wykonaniu obrazów w tereniekolejnym krokiem było sklejenie ich w programie Stitcher Unlimited w jeden obraz. Wzałączniku 3 zobrazowano wykonane etapy oraz końcowe obrazy. Wyniki nie byłyzadowalające ze względu na duże zniekształcenia obiektu. Poniżej przedstawionowidoczne „gołym okiem” deformacje ostatecznych obrazów. Mało realneprzedstawienie obiektu dyskwalifikuje obraz z dalszej pracy nad projektem, dlategopodjęto dalsze próby.Rys.55. Zniekształcone obrazy powstałe ze sklejenia 4 zdjęć.4.1.3 Canon PowerShot S3 IS + konwerter Raynox DCR-6600 PROW kolejnych doświadczeniach wykorzystano aparat Canon PowerShot S3 IS znałożonym na obiektyw konwerterem Raynox DCR 6600 PRO High QualityWideangel Conversion lens 0.66x.Rys.56. Aparat Canon PowerShot S3 IS z konwerterem Raynox DCR-6600.65

Najważniejsze parametry aparatu to: matryca CCD 6.2 MP (6 mln efektywnychpikseli), dostępne rozdzielczości (L)2816 X 2112, (M1) 2272 X 1704, (M2)1600 x1200, (S)640 x 480, (W)2816 x 1584, ogniskowa obiektywu 6.0 - 72.0 mm(odpowiednik 36 - 432 mm dla filmu 35 mm), jasność obiektywu f/2.7 - f/3.5, czaspracy migawki 15 - 1/3200 s, 12x zoom optyczny oraz 4x cyfrowy (www.optyczne.pl).Zakres ogniskowej obiektywu wraz z konwerterem zmienia się z 36 - 432 mmna 23.76 – 285.12 mm. Dzięki temu zdjęcia wykonano z 3 stanowisk poprawnie.Niestety problem pojawił się z południowo-zachodnią częścią budynku, blisko którejznajduje się wysoki ograniczający widoczność mur. Fotograf nie mógł oddalić się odobiektu wystarczająco żeby objąć południową elewację zasłoniętą przez bocznąkruchtę oraz wysoką, wschodnią fasadę świątyni. Abstrahując od opisanychkomplikacji w międzyczasie zaistniały kolejne przeciwności. Mianowicie elementłączący kościół z klasztorem, arkadowe krużganki oraz bliska zabudowa,uniemożliwiły wykonanie zdjęć wspólnej części budynku (ściany wschodniej).Rys.57. Ograniczone pole widzenia na zdjęciach wykonanych CanonemPowerShot S3 IS.Ponownie wykonana seria zdjęć obiektu nie powiodła się (załącznik 4).Wywnioskowano, że niezależnie od ogniskowej i kąta widzenia obiektywu obiekt jestzbyt rozległy, zbyt blisko sąsiaduje z wysokim murem, otoczony wysokimi drzewami,nie można wykonać poprawnych zdjęć do programu ImageModeler.Na stronie internetowej producenta istnieje wiele przykładów prawidłowowykonanych zdjęć na podstawie, których łatwo i szybko wykonuje się kalibracjęaparatu. Jednakże nie spotkano się z przypadkiem bliskich przeszkód terenowych(muru, zadrzewienia) wokół obiektu, które zasadniczo utrudniłyby etap wykonania66

zdjęć w terenie. W praktyce przekonano się o przeciwnościach, jakie można spotkaćw terenie. Przeszkody pociągnęły za sobą kolejne koncepcje zaprezentowaneponiżej.4.1.4 Nikon D200 + Nikkor 10.5mm f/2.8 „Rybie oko”Interesującym pomysłem było wykorzystanie aparatu Nikon D200 wraz zdedykowanym do niego obiektywem typu „pełnoklatkowe rybie oko”. Ten rodzajobiektywu charakteryzuje się małą ogniskową i polem widzenia po przekątnej klatki180 o lub więcej. Swoistą jego cechą są duże zniekształcenia na brzegach obrazu(Załącznik 5) oraz nieskorygowana dystorsja beczkowa (www.optyczne.pl).Nikon D200 posiada parametry: matryca CCD 10.92 MP (10.2 mlnefektywnych pikseli), dostępne rozdzielczości 3872 x 2592, 2896 x 1944, 1936 x1296, czas pracy migawki 30s - 1/8000s. Zastosowany obiektyw typu Fisheyedysponuje właściwościami: stała ogniskowa 10.5mm (odpowiednik dla małegoobrazka 15.75mm), stała jasność f/2.8, pole widzenia 180 o , minimalna odległośćostrzenia 14cm (www.optyczne.pl).Powyższym sprzętem wykonano sekwencje zdjęć obiektu. Zastosowanyszerokokątny obiektyw pomyślnie umieścił całą bryłę kościoła w kadrze. Powstałeobrazy charakteryzują się zniekształceniami na krawędziach bocznych oraz dystorsjąbeczkową. W celu pozbycia się wad obrazu wykorzystano samodzielny programPTlens (lub jako wtyczka do Photoshopa), który umożliwia usunięcie standardowychwad w fotografii (dystorsja beczkowa i poduszkowa, aberracja chromatyczna orazwinietowanie), (www.fotografuj.pl). Po modyfikacji, obrazy wyglądały jak zrobionenormalnym, ale bardzo szerokim obiektywem.Rys.58. Przykładowe zdjęcia obiektu wykonane obiektywem „rybie oko”.67

Zdjęcia wykonane „Rybim okiem” spełniają wymagania z punktu 5.3.1 zwyjątkiem poniższego. Do przeprowadzenia poprawnej kalibracji wymagane są grupyobrazów, po co najmniej 3 zdjęcia tej samej części obiektu wykonanych pod innymkątem, a następnie przynajmniej 2 ujęcia łączące te grupy. Ten warunek nie zostałzrealizowany ze znanych już przyczyn (sąsiedztwo wysokiego muru oraz brakwidoczności ze względu na przejście łączące kościół z klasztorem).Dotychczasowe problemy zostały rozwiązane, znaleziono wystarczające polewidzenia, które objęło obiekt w całości. Okazało się, że problem nie tkwił wznalezieniu obiektywu szerokokątnego o małej ogniskowej i dużym polu widzenia.Przeszkody dookoła budynku ograniczyły możliwości wykonania poprawnych zdjęćdo przeprowadzenia kalibracji. Postanowiono dokonać zmian w założeniach projektu.4.1.5 Nikon D200 + Nikkor 18-70mm f/3.5-4.5Dużo niespodziewanych problemów dostarczył proces rejestracji zdjęć obiektuprzeznaczonych do kalibracji kamery oraz budowy modelu 3D. Z powyższych próbwynika, że Kościół Bożego Ciała jest przykładem obiektu, dla któregoskonstruowanie pełnego modelu 3D bryły jest trudne i wymaga zastosowaniabardziej profesjonalnych narzędzi fotogrametrycznych lub CADowskich niż oferuje toprogram ImageModeler. Wniosek ten potwierdza fakt, że wykorzystano wiele sprzętufotograficznego (3 aparaty kompaktowe, lustrzankę, 2 konwertery szerokokątne oraz2 obiektywy szerokokątny i rybie oko) by poprawnie wykonać obrazy, niestetywszystkie doświadczenia zakończyły się niepomyślnie.Zdecydowano wykonać model 3D pojedynczych elementów związanych zobiektem: kruchtę północną, bramę wejściową, marmurową tablicę oraz północnąelewację kościoła (2 poziomy zaawansowania pod względem szczegółowości).Zdjęcia wybrano spośród obrazów wykonanych aparatem Nikon D200 orazobiektywem Nikkor o ogniskowej 18-70mm (północna ściana) oraz Canon PowerShotA610 (pojedyncze elementy). Zastosowany obiektyw charakteryzuje się: ogniskową18-70mm (odpowiednik dla małego obrazka 27-105mm), jasnością f/3.5 - 4.5, polemwidzenia 76 – 22.5 o , minimalną odległością ostrzenia 38cm (www.optyczne.pl).Zarejestrowano kilkanaście obrazów, z których ostatecznie wybrano(Załącznik 6):• 3 obrazy elewacji północnej,• 3 obrazy kruchty,68

• 3 obrazy marmurowej tablicy,• 4 obrazy bramy.4.1.6 Kodak EasyShare DX7590W późniejszym terminie wykonano zdjęcia przeznaczone do procesuteksturowania modelu. Obrazy wykorzystane do kalibracji aparatu oraz budowymodelu 3D wykonano w inny sposób, dlatego tylko częściowo pełniły rolę tekstur.Specjalnie sporządzone ujęcia polegały na zarejestrowaniu jednolitych materiałów, zktórych zrobione były poszczególne modele (cegła, dachówka, szkło, itp.). Przykładytakich obrazów można oglądnąć w Załączniku 7 oraz na końcowych modelach 3D.Aparat Kodak EasyShare DX7590 należy do grona kamer użytkowanychprzez amatorów. Cechuje się: matrycą CCD 5.36 MP (5 mln efektywnych pikseli),dostępna rozdzielczością 2576x1932, 2576x1716, 2304x1728, 2048x1536,1552 x 1164, ogniskową obiektywu 6.32 - 63.2 mm (odpowiednik 38 - 380 mm dlafilmu 35 mm), jasnością obiektywu f/2.8 - 8, czasem pracy migawki 1/8 - 1/1700 s,10x zoom optyczny oraz 3x cyfrowy (www.kodak.com).Rys.59. Aparat Kodak EasyShare DX7590. [www. a.img-dpreview.com]4.2 Budowa modelu 3D w praktyceTworzenie modelu 3D w programie ImageModeler jest procesemwieloetapowym. Poszczególne czynności zostały dokładnie opisane w rozdziale 5. Wtej części skonfrontowano teoretyczne wskazówki wraz z działaniami w praktyce.W pierwszym stadium pracy w programie, po wczytaniu wybranych wcześniejobrazów należy rozpocząć proces kalibracji kamery. Wyniki pracy zależą od wieluczynników (ilości wprowadzonych zdjęć, rozmiaru obrazów, liczbie i lokalizacji69

znaczników, parametrów kamery, itp.). W poszczególnych projektach procesodbywał się w sposób indywidualny (w Załączniku 8 umieszczono zrzuty z ekranukolejnych elementów a w Tab.1 wartości residuów uzyskane w procesie kalibracji):Tab.1. Tabela przedstawiająca wartości residuów po przeprowadzonej kalibracji.Elewacja Kruchta Tablica BramaNr Residuum Nr Residuum Nr Residuum Nr ResiduumZnacznik1 1.757 Znacznik1 0.197 Znacznik1 0.107 Znacznik1 0.847Znacznik2 0.583 Znacznik2 0.193 Znacznik2 0.167 Znacznik2 0.380Znacznik3 0.410 Znacznik3 0.073 Znacznik3 0.627 Znacznik3 0.797Znacznik4 1.698 Znacznik4 0.213 Znacznik4 0.140 Znacznik4 0.380Znacznik5 0.770 Znacznik5 0.147 Znacznik5 0.277 Znacznik5 0.810Znacznik6 0.867 Znacznik6 0.080 Znacznik6 0.137 Znacznik6 0.820Znacznik7 0.647 Znacznik7 0.463 Znacznik7 0.713 Znacznik7 0.693Znacznik8 0.455 Znacznik8 0.010 Znacznik8 0.020 Znacznik8 0.967Znacznik9 0.057Znacznik10 0.437Średnia 0.898 Średnia 0.172 Średnia 0.274 Średnia 0.774Uzyskane wartości mieszczą się w przedziałach sugerowanych przezproducenta oprogramowania (poniżej 1 piksela ikony znaczników w kolorzezielonym). Jedynie 2 wartości spośród wszystkich, w projekcie elewacji kościołaprzekraczają wartość 1, lecz nadal mieszczą się w dopuszczalnej granicy błędu(ikona znacznika oznaczona kolorem żółtym).Tworzenie modelu 3D zależy od złożoności obiektu. Im więcej szczegółówbudowy posiada element, tym więcej pracy i czasu potrzeba na wygenerowanietrójwymiarowego obiektu (Załącznik 9). Łączy się to z zastosowaniem większej ilościbrył oraz ustawieniem wielu punktów ułatwiających proces tworzenia modelu.Następnym etapem projektu było nałożenie tekstur na model bryłowy.Program umożliwia przeprowadzenie procesu w sposób automatyczny, jednakże niejest on wystarczający. Oprogramowanie, na podstawie zdjęć wykorzystanych dokalibracji nakłada materiały na powierzchnie widoczne na tych obrazach. W miejscuwystępowania „martwych pól” pozostaje niepokryty obszar. Należy wówczas ręczniewybrać pustą płaszczyznę i przypisać do niej odpowiedni materiał. Wyniki końcowemożna zaobserwować w Załączniku 10.Ostatnim etapem jest eksport fotorealistycznego modelu do formatów z Tab.4,tzw. snapshot w formacie *.jpg oraz animacja QTVR (format *.mov). Na potrzebyniniejszej pracy dyplomowej wykonano eksport do formatów: *.jpg (Załącznik 10),70

*.mov, *.dxf, *.dwg (Załącznik 11) oraz *.wrl format standardu VRML JęzykaModelowania Wirtualnej Rzeczywistości.4.3 Tworzenie panoram sferycznychPanoramy sferyczne są dodatkowym sposobem prezentacji obiektu, który jestprzedmiotem pracy dyplomowej. Doskonale oddają wrażenie przestrzeni oraz sąniezwykłym sposobem na przedstawienie pełnej sceny dookoła obserwatora. Zrozdziału 2.2 oraz (Gawin, 2002; Lisowska-Woś, 2006; Maj, 2003; Pietrzykowska,2006; Sowińska 2005) można dowiedzieć się więcej na temat pojęcia panoram,historii, rodzajów, sposobu powstawania oraz dziedzin, w których znajdujązastosowanie.4.3.1 Rejestracja zdjęć panoramicznychZdjęcia wykorzystane do panoram wykonano na dwóch stanowiskach (2 i 3)na zewnątrz kościoła oraz jednym (1) wewnątrz (Załącznik 12). Istnieje wiele technikrejestracji zdjęć panoramicznych. Zastosowanie statywu oraz głowicy panoramicznejdedykowanej do wykorzystanego aparatu należy do ekonomicznych i dokładnych.Taki zestaw narzędzi sprawia, że aparat obraca się dokładnie wokół środka rzutówdzięki precyzyjnie skalibrowanej głowicy. Przekłada się to na skrócenie czasupóźniejszej obróbki panoramy, gdyż został zachowany punkt nodalny i należy sięspodziewać poprawnego mozaikowania podczas sklejania panoramy. W tereniezdjęcia wykonano aparatem Canon PowerShot A520 z nałożonym konwerteremRaynox DCR 5000 Super Wide Angle Conversion Lens 0.5x. Dalszej obróbkidokonano w programie Stitcher Unlimited oraz Adobe Photoshop.4.3.2 Proces sklejania i wyrównywaniaDo projektu wczytano sekwencje zdjęć: stanowisko nr 1 zdjęć 42, stanowisko2 zdjęć 39, stanowisko 3 zdjęć 24. Program automatycznie skleił zdjęcia, a następniewyrównał tonalnie, gdyż ciężko jest uniknąć rozbieżności w kolorystyce zdjęć. W celuoglądnięcia panoramy w dowolnej przeglądarce (Java, DevalVR, QuickTime,Shockwave) należy poddać ją wcześniej procesowi renderingu. Użytkownik wybierawówczas możliwości przedstawienia panoram jako: płaszczyzna, sfera, sześcian,cylinder (format rozwinięcia *.jpg), a także format QTVR QuickTime (format *.mov),Shockwave 3D (*.w3d) oraz VRML (*.wrl). W programie Photoshop dokonano71

ostatecznej obróbki rozwinięć (usunięto odblaski powstałe na skutek dużegonasłonecznienia, cienie postaci i przedmiotów, fragmenty statywu, itp.).Końcowy wynik można oglądać w przeglądarce firmy Macromedia o nazwieSPiV-3D (nie wymaga instalowania), a powstałe rozwinięcia umieszczono wZałączniku 12.4.4 Wykonanie anaglifówAnaglify są jednym ze sposobów zapisu obrazów trójwymiarowych.Prawidłowo wykonane zdjęcia w terenie zapewniają proste i tanie przetworzeniefotografii na obraz anaglifowy.4.4.1 Rejestracja stereogramówZdjęcia zastosowane do wygenerowania anaglifów wykonano aparatemCanon PowerShot S3 IS z konwerterem Raynox DCR-6600. Podczas rejestracji wterenie pamiętano o zasadach widzenia stereoskopowego. Autorka do sporządzeniaobrazów wykorzystała statyw, który zapewnił jedną linie horyzontu, co ułatwiłopóźniejsze prace kameralne. Wykonano po dwa zdjęcia każdego z przedmiotów.Obrazy były przesunięte od siebie o bazę ok. 15-20cm, w zależności od odległoścido przedmiotu.4.4.2 StereoPhoto Maker narzędziem do tworzenia anaglifówIstnieje wiele darmowych programów do tworzenia anaglifów. W niniejszymopracowaniu zastosowano StereoPhoto Maker, w którym pracuje się łatwo iintuicyjnie. Ten program posiada rozbudowane funkcje do korekcji obrazów(skręcenia, skali) w przeciwieństwie do mało rozbudowanego Z-Anaglyph.Po wczytaniu prawego i lewego zdjęcia program samodzielnie może stworzyćkolorowy bądź czarno-biały anaglif. Jeśli wystąpi potrzeba, to użytkownik łatwo możemodyfikować każdy z obrazów by uzyskać jak najlepszy efekt trójwymiaru.StereoPhoto Maker tworzy anaglify poprzez nałożenie na siebie dwóch zdjęć(nieco przesuniętych, co wynika z różnicy miejsc fotografowania) wyświetlonych wodpowiednich kolorach. Zazwyczaj zdjęcie lewe jest koloru czerwonego, a zdjęcieprawe niebieskiego lub zielonego. Powstały obraz ogląda się za pomocą specjalnychokularów wyposażonych w filtry, odpowiednio filtr czerwony dla lewego oka, orazniebieski (zielony) dla oka prawego. W taki sposób oddzielone informacje trafiają do72

każdego oka i powstaje połączony obraz trójwymiarowy. W ramach pracydyplomowej powstało 19 anaglifów kolorowych oraz tyle samo czarno-białych.Obrazy przedstawiają interesujące elementy kościoła. Zestawienie wszystkichanaglifów znajduje się w Załączniku 13.Dość dużą niedogodnością jest częściowa utrata informacji o kolorze naobrazie anaglifowym. Poprzez stosowany filtr do oczu nie dociera pełny zakres RGB.Ta wadę rekompensuje możliwość wydruku obrazu anaglifowego, w przeciwieństwiedo innych form przedstawienia obrazów trójwymiarowych.a b cRys.60. Tworzenie anaglifów: a) lewe zdjęcie-kolor czerwony, b) anaglif, c)zdjęcie prawe-kolor niebieski [www.wikipedia.pl]73

5. Model 3D obiektuPoniższy rozdział powstał w oparciu o instrukcje obsługi programuImageModeler załączoną do udostępnionego oprogramowania oraz artykułyJarosława Murasa (2000): „Wizualizacja w procesie powstawania projektu” oraz„Wizualizacja we współczesnym projektowaniu”.5.1 Wprowadzenie do zagadnienia wizualizacji 3DW dobie szybkiego rozwoju technicznego człowiek dąży do przedstawieniaświata w bardziej realny sposób na ekranie monitora. Jest to możliwe dzięki graficekomputerowej, dostępności oprogramowania oraz sprzętu, który w dzisiejszychczasach nie stanowi problemu. Coraz to nowe formy wizualizacji znacznie ułatwiająpostrzeganie trójwymiarowych obiektów, wpływa to w znacznej mierze naprzeciętnego użytkownika, który nie potrafi zazwyczaj uzyskać informacji z rzutów,przekrojów czy widoków, de facto przeznaczonych dla węższego grona osób orozbudowanej wyobraźni. Bardziej skomplikowane projekty ukazują na modeluświatłocienie, zastosowane materiały, odbicie światła od każdej z płaszczyzn, itp.Chcąc zdefiniować pojęcie wizualizacji skorzystano z artykułuzamieszczonego na portalu Sztuka Architektury (Muras, 2000): „Wizualizacja jest topewien rodzaj komunikacji, polegającej na graficznym przedstawieniu danych orazinterakcji, jakie między nimi zachodzą. Nie pretenduje ona do miana sztuki. Ma byćczytelna dla jak największej grupy odbiorców, bez względu na ich znajomośćprzedmiotu wizualizacji. Dobra i pełna wizualizacja musi uwzględnić specyfikędziedziny, w której jest stosowana.”Obiekt opisany w poniższej pracy dyplomowej należy do grona zabytkówarchitektonicznych, tzw. dziedzictwa kulturowego. Tego typu miejsca należypromować. Na świecie znana jest forma prezentacji w postaci interaktywnegoprzewodnika multimedialnego, z możliwością dołączenia części opisowej. Jednakżew Polsce tego typu projekty dopiero wkraczają na rynek, w tym zakresie dominujązwykłe strony internetowe. Dzięki interaktywnym prezentacjom znajdujących się wInternecie wiele osób uzyskuje możliwość zapoznania się z ciekawym miejscem, gdybezpośredni kontakt jest niemożliwy. Taki krótki spacer po obiekcie (muzeum,pałacu, kościele, itp.) ma dla użytkownika dużo większą wartość niż fotografie czyszczegółowy opis.74

Obecne techniki komputerowe umożliwiają prezentacje obiektu na różnesposoby. Rozpoczynając od modeli wektorowych (krawędziowych), poprzez modelepokryte teksturami udostępnionymi przez program, aż do fotorealistycznych teksturze zdjęć. Użytkownik może oglądać model pod dowolnym kątem oraz z każdejstrony. Uzupełniając pozyskaną informacje słownym opisem, wypowiedzią lektora,galerią zdjęć, lokalizacją na mapie oraz innymi ciekawostkami otrzymujemykompletny zestaw danych o obiekcie. Tak sporządzone zobrazowanie pozwala naszczegółowe zapoznanie z przedstawiona okolicą.Przygotowanie modelu 3D pozyskanego ze zdjęć wymaga dużo pracy iumiejętności. Proces powstania rozpoczyna się od wczytania poprawnie wykonanychzdjęć, a następnie kalibracji kamery. Jest to istotny etap pracy, gdyż świadczy odalszych postępach w budowaniu modelu. W pozyskaniu obrazów do kalibracjinależy kierować się wskazówkami opisanymi w poniższych akapitach. Podobniezostały opisane zasady rozmieszczenia znaczników, przebieg procesu orazulepszenie wyników kalibracji. Można również dowiedzieć się więcej o wewnętrznychcharakterystykach kamery i zdefiniowanym układzie przestrzennym. Głównymetapem pracy jest tworzenie modelu 3D, co składa się na tworzenie brył kształtemzbliżonych do budowy obiektu, podstawowa i złożona edycja oraz sposobywizualizacji wykonanego produktu. Kolejnym krokiem odpowiadającym za nadaniemodelowi realistycznego wyglądu jest teksturowanie (wybór odpowiednich obrazówjako tekstury, nałożenie ich na model oraz edycja). Po zakończeniu prac nadmodelem odbiorca powinien zastanowić się nad dalszą jego egzystencją. W tensposób obiekt zapisujemy w odpowiednim formacie. Całościowego procesupocząwszy od kalibracji po eksport modelu można dokonać w programach tj.PhotoModeler, 3D StudioMax, Blender, ShapeQuest, Canoma, ARC 3D, Meshlaboraz ImageModeler. W pracy dyplomowej zastosowano program ImageModeler zewzględu na dostępność oraz chęć weryfikacji zapewnianej przez producenta ołatwości obsługi i efektywności. Firma REALVIZ w celu ułatwienia opracowaniamodelu 3D użytkownikowi, nie wymaga specjalistycznej wiedz o zaawansowanychobliczeniach i algorytmach. Z drugiej strony użytkownik nie posiada pełnego nadzorunad poszczególnymi procesami, jedynie dysponuje ograniczoną kontrolą.75

5.2 Praca w programie ImageModelerImageModeler 4.0 jest pakietem autorstwa francuskiej firmy REALVIZ.ImageModeler jest liderem spośród oprogramowania, które tworzy fotorealistycznemodele 3D ze zdjęć 2D. Od niedawna firma stała się własnością potężnego lidera naświecie - Autodesk. Dzięki temu, oprogramowanie jest zintegrowane z pozostałymipakietami Autodesk, dlatego funkcje importu/eksportu nie powodują problemówużytkownikom. Dotychczasowe programy francuskiej firmy Realviz obecnie oferująwsparcie takim pakietom jak: Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya oraz AutoCAD.Technologia Realviz jest dopełnieniem do modelowania, efektów specjalnych orazanimacji wykonywanych przez Autodesk. Połączenie tych systemów powiększyzastosowanie technologii 3D w nowych dziedzinach, włączając architekturę,produkcje filmowe i telewizyjne, gry komputerowe itd. (www.realviz.com,www.autodesk.com).Pakiet wykorzystuje zaawansowane algorytmy obliczeniowe, którewydobywają informacje przestrzenną i pomagają skonstruować dokładnytrójwymiarowy model. Proces modelowania obiektu za pomocą rzeczywistych zdjęćoraz tworzenia fotorealistycznych przedmiotów oraz scen jest w opisywanymprogramie bardzo intuicyjny. Program ten ma możliwość pracy w środowiskuWindows oraz Macintosh.Modelowanie trójwymiarowych obiektów nie należy do prostych czynności,mimo że opisywane oprogramowanie znacznie to ułatwia. Do uzyskania pożądanegoefektu prowadzi wieloetapowy proces. ImageModeler przeprowadza każdy zposzczególnych kroków: wczytanie zdjęć, kalibracja, modelowanie, teksturowanieoraz eksport. W poniższych punktach został scharakteryzowany każdy z etapów.Program ImageModeler wyróżnia się spośród innych programów naciskiempołożonym na poprawnie wykonane zdjęcia. Są one jedynym źródłem danych,zbędne są plany, szkice architektoniczne czy pomiar w terenie. Ilość zdjęć, którapozwoli na uzyskanie modelu 3D jest ściśle związana z rozmiarem, dostępnościąoraz złożonością obiektu. Im przedmiot jest większy, otaczają go przeszkody czyjego budowa jest złożona, tym więcej ujęć należy wykonać, aby uzyskać niezbędneinformacje. Wykonanie modelu 3D na podstawie pozyskanych zdjęć nie świadczy omałej dokładności. Przeciwnie, skonstruowany model może uzyskać wysokądokładność w zależności od lokalizacji ujęć i jakości zdjęć. Poprzez prostą76

identyfikacje tych samych szczegółów na każdym z wyświetlonych zdjęć programautomatycznie oblicza pozycje naniesionych punktów, elementy orientacji orazparametry aparatu, z którego pozyskaliśmy zdjęcia. ImageModeler osiągawspółrzędne przestrzenne, z co najmniej dwóch zdjęć. Automatyczne nakładanietekstur na model utrzymuje realizm oryginalnych obrazów. W razie potrzeby istniejemożliwość edycji oraz manualnej modyfikacji nałożonych tekstur. Eksportuzadowalającego modelu można dokonać do oprogramowania typu CAD, animacji, wcelach publikacji na stronach internetowych, czy dalszej obróbki.ImageModeler ma zastosowanie w różnorakim środowisku, na przykład: wmodelowaniu krajobrazów oraz budynków w architekturze, w celach obliczeniowych ipomiarowych na podstawie zdjęć, w tworzeniu trójwymiarowej wirtualnej wędrówki, wmodelowaniu ludzkiego ciała, w projektowaniu przemysłowym, w animacji, efektachspecjalnych, grach komputerowych oraz dla tworzenia prostych, fotorealistycznychobiektów w formatach możliwych do zamieszczenia na stronach Web 3D.5.2.1 Zapoznanie z oknem głównymPoniższy opis został zilustrowany rysunkami pochodzącymi z „Pomocy” doprogramu ImageModeler (ImageModeler® 4.0 User Guide, 2004) oraz „zrzutamiekranowymi” pochodzącymi z komputerowych prac kameralnych.Po rozpoczęciu pracy w programie ImageModeler pojawi się okno główne naekranie:Rys.61. Główne okno programu ImageModeler.77

Poniżej zostały zaprezentowane dostępne moduły programu ImageModeler,które użytkownik wykorzystuje podczas tworzenia pełnego modelu 3D:• Workflow toolbar zawiera pasek narzędzi możliwych w programieImageModeler, który składa się na 6 funkcji: ładowanie zdjęć, kalibracjakamery, pomiar odległości i kątów, modelowanie, eksport. Praktyczniewszystkie z narzędzi posiadają własne cechy, które pojawiają się pouaktywnieniu wybranej funkcji;• Display Settings zmienia wyświetlanie obiektów (np. przezroczystość) orazczęści składowe w zasięgu pola widzenia (np. wyświetlanie lub brak numerówpunktów) pomagając w procesie modelowania;• Scene Browser pozwala obserwować oraz zmieniać: parametry zdjęć orazaparatu, lokalizatorów, wybór i edycje obiektu, tekstur czy wykonanychpomiarów;• Tool Properties zawiera informacje ustawień stosownych do wybranegoobiektu lub jego części (np. wybór całego obiektu, płaszczyzn, krawędzi,wierzchołków);• 3D Workspace miejsce, w którym wykonuje się większość pracy, obejmująckalibracje aparatu, modelowanie obiektu oraz nakładanie tekstur;• Tool Assistant pojawia się na dole okna głównego i zawarte są w niminformacje na temat aktywnej funkcji, pożyteczne wskazówki czy obsługęmyszki.Projekt w programie ImageModeler jest automatycznie tworzony w momenciestartu programu. Można natychmiast załadować zdjęcia lub otworzyć wcześniejutworzony projekt. Projekty w ImageModeler są zapisywane z rozszerzeniem pliku*.rzi. W każdej chwili pracy programu można utworzyć nowy projekt, otworzyćistniejący bądź zapisać go pod dowolną nazwą.5.2.2 Wczytanie zdjęćPo zapoznaniu się z możliwościami programu, wolno nam przejść doszczegółowej instrukcji pierwszego z etapów. W przypadku rozpoczęcia pracy nadnowym projektem pierwszym krokiem jest załadowanie dobrej jakości zdjęć doprogramu. Należy wybrać zdjęcia z przestrzeni dyskowej, które odpowiednio pasujądo tej samej „grupy”, czyli albo zostały wykonane tym samym aparatem albo z taką78

samą rozdzielczością (w pikselach). Jeśli mamy do czynienia z kilkoma „grupami”należy powtórzyć procedurę odpowiednią ilość razy.Do wczytania zdjęć program narzuca pewna liczbę formatów. Ta lista jednakskłada się z najpopularniejszych formatów graficznych np. JPG, JPG, TIFF, BMP, itd.stosowanych i znanych na całym świecie. Producent oprogramowania proponujeodpowiednie formaty dla tekstur tj.TGA, SGI oraz PPM. Rozmiar zdjęć jestteoretycznie nieograniczony, jednak ograniczenia mogą stanowić parametrykomputera.Tab.2. Lista formatów możliwych do wczytania przez ImageModeler.Wczytywane formatyRozszerzeniaCineon.cinJPEG.jpg .jpegMaya Image Files.iff .tdiPortable Network Graphics .pngPortable Pixelmap.ppm, .pgm, .pnmSGI Image Files.sgi, .rgbSoftimage Picture Files .picTagged Image File Format .tiff, .tifTruevision Targa.tgaWindows Bitmap.bmpPodczas ładowania zdjęć można uaktywnić funkcje podglądu, co ułatwi szybkiwybór obrazów z przestrzeni dyskowej. ImageModeler automatycznie pokażewymiary wybranego zdjęcia (szerokość i wysokość). Należy także wypełnić pole zogniskową zastosowaną podczas robienia zdjęć, najprościej odczytać tą informacje zaparatu bądź z dowolnego programu odczytującego informacje Exif ze zdjęcia.Inaczej program sam przypisze parametry aparatu, jednak nie będą one dokładne.Jeśli posiadamy informacje o stałej ogniskowej czy zmiennym zoomie to takżekorzystniej jest zaznaczyć możliwość: obrazy posiadają tą samą ogniskową.Po wczytaniu zdjęć w oknie szybkiego podglądu (Scene Browser) możnaprzeglądać informacje o każdym z załadowanych zdjęć oraz przypisanej kamerze, atakże edytować nazwy.5.3 Kalibracja aparatu cyfrowegoW opisywanym programie proces kalibracji definiuje przestrzeń modelu 3D zdwuwymiarowych obrazów oraz ustala parametry kamery przy pomocy, którejwykonano fotografie. Poprzez rozpoznanie tych samych szczegółów na różnych79

zdjęciach ImageModeler może wyznaczyć parametry (pozycje przestrzenną,ogniskową, dystorsje itp.) obiektywu, który zastosowano oraz obliczyć współrzędneprzestrzenne obiektu. Wykonuje się to stawiając znaczniki na zdjęciach.Poprzez kalibracje uzyskuje się parametry kamery tj.:• Współrzędne przestrzenne oraz parametry orientacji;• Parametry obiektywu tj. ogniskowa czy dystorsja radialna.Kalibracja jest zasadniczą częścią w procesie modelowania w ImageModeler inależy ją zakończyć z powodzeniem zanim przejdzie się do tworzenia modelu.Powinno się zatroszczyć o precyzyjną kalibracje, by w kolejnych etapach uzyskaćdobre wyniki i dokładny model 3D obiektu.5.3.1 Wybór zdjęć do precyzyjnej kalibracjiImageModeler do procesu kalibracji wykorzystuje zdjęcia, które dodano w celubudowy bryły i nałożenia tekstur. Model, który sporządza się ze zdjęć jestuzależniony jakościowo od wykonanych fotografii, a na tą jakość składają sięnastępujące elementy:• Wybór zdjęć, aby w sumie na wybranych zdjęciach znajdował się obiekt wcałości. Gdy część obiektu jest zasłonięta na jednym zdjęciu, należy upewnićsię, że ta sama część jest dostępna na innym. Lepiej widać ten warunek naponiższym rysunku. Nie można stworzyć modelu ani nałożyć na niego teksturw przypadku, gdy nie jest on widoczny w całości;Rys.62. Warunek dobrej widoczności: a) zdjęcie poprawne; b) zdjęcie wadliwe.80

• Wybór ujęć z dobrze widoczną perspektywą zamiast zdjęć, które pokazujątylko jeden bok obiektu. ImageModeler pozwala użytkownikowi na pozyskanieinformacji o obiekcie z różnych perspektyw pokazanych na zdjęciach, czylikorzystniej jest zrobić zdjęcia z naroży obiektu niż prostopadle (mniejinformacji);Rys.63. Warunek dobrej perspektywy: a) zdjęcie poprawne; b) zdjęcie wadliwe.• Wybór obrazów, które są ostre oraz dobrze oświetlone. Wyraziste zdjęciaposiadają widoczne szczegóły, które pomagają w tworzeniu modelu.Doskonale byłoby gdyby wszystkie obrazy miały ta samą jasność oraz balanskolorów. To zapewnia, że tekstury na modelu połączone w jedną całośćnabiorą naturalnego wyglądu;Rys.64. Warunek oświetlenia i ostrości: a) zdjęcie poprawne;b) zdjęcie wadliwe.81

• Wybór zdjęć, które pokazują dobre szczegóły. Ujęcia zrobione wystarczającoblisko obiektu osiągają poziom, którego potrzebujesz, aby zobaczyćszczegóły, lecz wystarczająco daleko od obiektu, aby osiągnąć część tła;Rys.65. Warunek dobrej odległości: a) zdjęcie poprawne; b) zdjęcie wadliwe.• Wybór obrazów, które zostały wykonane z tą samą ogniskową. Jeśli użytostałego zoomu, ogniskowa jest zdefiniowana, niż gdy użyto zmiennegozoomu. Program znajdzie ogniskową bardziej precyzyjnie;• Wybór zdjęć, które zawierają fizyczne znaczniki na obrazie. Używając ujęć,które posiadają łatwe w identyfikacji punkty na obiekcie oraz w jego otoczeniupomagają w procesie kalibracji oraz modelowania;Rys.66. Warunek dobrej lokalizacji znaczników: a) zdjęcie poprawne; b) zdjęciewadliwe.• Unikanie wyboru obciętych zdjęć lub wcześniej modyfikowanych w innychgraficznych pakietach, gdyż mogą skomplikować korekcję dystorsji.82

Rys.67. Warunek surowych zdjęć: a) zdjęcie poprawne; b) zdjęcie wadliwe.Wyżej wymienione wskazówki odnośnie wyboru zdjęć do precyzyjnej kalibracjipowstały w oparciu o instrukcje do programu ImageModeler. Zaś załączone zdjęciazostały wybrane spośród własnoręcznie wykonanych ujęć dla potrzeb powyższejpracy dyplomowej. W rozdziale 4.1 sporządzono weryfikacje wyszczególnionychcech z praktycznym podejściem do tematu.5.3.2 Rozmieszczenie znacznikówDalszym etapem po wprowadzeniu zdjęć do projektu jest rozpoczęcieprocedury rozmieszczenia znaczników na zdjęciach. Służą one do procesu kalibracjijako punkty referencyjne (odniesienia), które należy umieścić na zdjęciach. Znacznikiwyróżniają się cechą taką, że są dobrze widoczne i łatwo rozpoznawalne nazdjęciach, np. naroże drzwi lub okien.Znaczniki powinny być ulokowane w miejscach, które są łatwo rozpoznawalnena większej liczbie zdjęć, a najlepiej na wszystkich obrazach w projekcie. Możnawyróżnić obiekty, które posiadają więcej dobrych punktów referencyjnych, np. narożabudynków, przecięcia różnych szczegółów. Najlepiej widoczne są punkty nakontrastowym tle. Należy nanieść tylko te punkty, które użytkownik bez wątpieniazidentyfikował. W przypadku źle rozpoznanego punktu na jednym z ujęć programmoże nie zdołać zakończyć kalibracji. Powinno się umieścić znaczniki równomierniena każdym z obrazów (w narożach oraz środku zdjęcia), należy unikać punktówznajdujących się blisko siebie. Najlepiej umiejscowić znaczniki także w otoczeniuobiektu, który chcemy modelować. Pomoże to w procesie kalibracji oraz budowiemodelu 3D.83

5.3.3 Proces kalibracjiLiczba punktów odniesienia jest ściśle zależna od rozmiaru projektu (liczbywczytanych zdjęć), złożoności sceny (pokrycie całej sceny zdjęciami) czydostępności punktów na zdjęciach (gęstość znaczników). Nie ma konkretnej zasadywyznaczającej liczbę znaczników, którą należy umiejscowić na obiekcie. Procesobliczeń zachodzi automatycznie w momencie, gdy zaznaczona jest odpowiednialiczba znaczników dla danego obiektu, wystarczająca do przeprowadzenia kalibracji.W celu upewnienia się, że rachunki są poprawne należy przeanalizować kolory ikonprzy numerach zdjęć oraz każdego ze znaczników. Kolory reprezentują średniewartości residuów w pikselach na wszystkich zdjęciach:• Kolor zielony – dobrze postawiony znacznik (< 1 piksela)• Kolor żółty – umiarkowanie postawiony znacznik (1-3 pikseli)• Kolor czerwony – niedokładnie postawiony znacznik (> 3 pikseli)Rys.68. Kolory ikon przy numerach zdjęć oraz znaczników w procesie kalibracji.Wartość residuum jest to odległość w pikselach pomiędzy punktemumiejscowionym na obrazie 2D a przestrzennym znacznikiem wyznaczonym przezprogram i rzutowanym na zdjęcie. Przykładowo residuum o wartości 1 pikselaoznacza, że przestrzenny znacznik jest oddalony o 1 piksel od odpowiadającego mupunktu umiejscowionego na obrazie. Ten margines błędu jest ściśle związany zprecyzją, z jaką zlokalizowano punkt. Został on sprecyzowany w opcjach programuImageModeler. Im dokładniej umieścimy punkt, tym więcej szans na dobrą kalibracje.Wartości residuum są także związane z rozmiarem obrazów. Na przykład wartość 2piksele na obrazie 500x500 jest mniej dokładna niż na obrazie 1000x1000.84

5.3.4 Ulepszenie kalibracjiW celu ulepszenie procesu kalibracji należy poprawić lokalizacje punktów, cospowoduje zmianę kolorów ikon znajdujących się przy punktach na zielony. Jeślirezultaty kalibracji nie dają zadowalających wartości, wtedy ikony zasygnalizują topoprzez zmianę kolorystyki na czerwoną oraz żółtą. Wynika z tego, że przestrzeń 3Dnie jest zbudowana wystarczająco dokładnie. ImageModeler oblicza położenie orazparametry kamery wykorzystanej do robienia zdjęć, poprzez dopasowanie do siebieumiejscowionych punktów. Jeden źle zlokalizowany punkt może nie tylko zmienićodpowiadający mu znacznik na czerwony, ale także punkty w jego otoczeniu.Innym sposobem na poprawienie wyników kalibracji jest modyfikacja progujakości, która nie zmieni osiągniętej dokładności, lecz poziom precyzji w pikselach,który określony jest poprzez wartości residuów. Ponieważ próg jakości podany jest wpikselach to zdjęcia o większej rozdzielczości posiadają wyższy próg tolerancji, azdjęcia o niższej rozdzielczości wymagają niższego progu by zachować dostatecznądokładność. W opcjach programu ImageModeler domyślnie określono próg precyzji(jak podano wyżej) dla zdjęć o przeciętnym rozmiarze 2 megapixeli(średniorozdzielcze obrazy). Jeśli zdarzy się, że większość znaczników nie będziemieścić się w założonych granicach, użytkownik może rozważyć zmianę tychwartości. W przypadku, gdy użytkownik pracuje na wysokorozdzielczych zdjęciachnależy zwiększyć standardowe wartości. Dzieje się tak, gdyż jednostką dokładnościjest piksel, więc wysoko rozdzielcze obrazy wymagają wyższych wartości progu, abyzachować dokładność, a obrazy o niższej rozdzielczości niższych wartości.5.3.5 Wewnętrzne charakterystyki kameryPrzy wczytaniu zdjęć w programie ImageModeler, aplikacja przypisuje doobrazów aparat, którym były zrobione zdjęcia. Kamera posiada swoje wewnętrzneparametry tj.: punkt główny (principal point), ogniskową (focal length), stosunekszerokości do wysokości rejestrowanego obrazu (pixel aspect ratio), nieliniowądystorsje (non-linear distortion). Jeśli takie informacje znamy wcześniej to należy jewprowadzić przed rozpoczęciem dalszej pracy.85

Rys.69. Wewnętrzne parametry opisujące kamerę cyfrową.Ogniskowa jest to odległość pomiędzy matrycą a środkiem optycznymsoczewki, kiedy jest zogniskowana na nieskończoność. Punkt główny przedstawiarzutowany optyczny środek na matrycę, prostopadle do płaszczyzny matrycy.Wymiary matrycy (szerokość i wysokość) są proporcjonalne do stosunku szerokości iwysokości rejestrowanego obrazu. Każdy parametr aparatu ma wartość, którą możnawpisać lub ImageModeler ją obliczy.Dystorsje nieliniową można opisać w prosty sposób. Matematyczne modeleidealnych aparatów zakładają, że obraz linii prostej jest zawsze linią prostą.Jednakże, rzeczywiste soczewki nie są w każdym przypadku doskonałe. Efektzniekształcenia oznacza, że linia prosta staje się zakrzywiona. Program pozwala nawprowadzenie wartości dystorsji radialnej, jeśli jej wartość znamy, bądź obliczy jąsam.Rys.70. Efekt dystorsji nieliniowej.Różne soczewki oraz ustawienia aparatu powodują wielorakie rezultaty nazdjęciu, np. linie stają się lekko zakrzywione. Użytkownikowi wolno kontrolowaćinformacje wykorzystywane do kalibracji poprzez dodawanie nowego aparatu (dlainnego rodzaju zdjęć np. o innej ogniskowej) lub zmianę parametrów istniejącej86

kamery. Jeśli zastosowano stały zoom to ogniskowa oraz dystorsja także sąniezmienne, w innych wypadkach należy wybrać opcje „zmienna”. Jeśli użytkowniknie zna parametrów kamery ani obiektywu, z których korzystał należy przyjąćprzypisane przez program wartości.5.3.6 Definiowanie układu przestrzennegoKolejnym etapem po wykonanej poprawnie kalibracji jest zdefiniowanie układuprzestrzennego. Użytkownik określa przestrzeń 3D, w której później tworzy orazprzekształca model. Taka orientacja jest zdefiniowana poprzez osie X, Y, Z.ImageModeler, podobnie jak inne pakiety, początek układu współrzędnych określa wpunkcie o współrzędnych 0,0,0. Jest to dokładny punkt styku trzech osi układuprzestrzennego. Podczas definiowania początku oraz osi układu najlepiej skorzystaćz postawionych wcześniej punktów (znaczników). Dodatkowym narzędziem dodefiniowania układu przestrzennego jest prosta podziałka. Należy wcześniej,podczas fotografowania obiektu, pomierzyć odległość pomiędzy dwoma widocznymina przynajmniej jednym zdjęciu punktami. Powinny one znajdować się wjednoznacznym położeniu, łatwym do zidentyfikowania na monitorze komputera.Później, dokładnie w miejscu położenia tych punktów na zdjęciach, należy umieścićznaczniki. Kolejno narzędziem „Define Reference Distance” należy podaćpomierzoną odległość pomiędzy nimi. W celu zwiększenia dokładności użytkownikmoże w ten sam sposób wprowadzić kilka wymiarów. Ta czynność umożliwi wirtualnypomiar na modelu rzeczywistej długości czy kąta ze zdjęć: obiektów dowolnegorozmiaru, budynków, krajobrazów, dalekich odległości, niedostępnych przestrzeni itp.5.4 Tworzenie modelu 3DModelowanie w grafice 3D to proces tworzenia i modyfikacji obiektówtrójwymiarowych za pomocą specjalizowanego programu komputerowego, zwanegomodelerem. Modeler dostarcza zestawu niezbędnych narzędzi, a także zbiorupodstawowych figur (w j. ang. primitives), np. prostopadłościanów, kul, które możnawykorzystywać od razu przy budowaniu obiektów. (www.wikipedia.pl)W oprogramowaniu 3D obliczenia matematyczne zazwyczaj kryją się zageometrią tak, aby użytkownik za pomocą narzędzi do modelowania mógł łatwomodelować oraz zmieniać kształty i wymiary figury. W programie ImageModeler87

wizualizuje się wielokątne obiekty za pomocą różnych narzędzi w przestrzeni 3D,które zostały niżej opisane i wytłumaczone.5.4.1 Tworzenie trójwymiarowych obiektówW przedstawionym programie główną zasadą w wyborze metod oraz narzędzido tworzenia modeli 3D jest złożoność brył, stopień zaawansowania w procesmodelowania oraz styl pracy użytkownika. Należy kierować się zasadą, abypodstawowe figury (sześcian, walec, sfera) wpasować kształtem do istniejących wrzeczywistości obiektów. W dalszej obróbce należy nadać modelowi złożoności iszczegółowości. W ImageModeler, aby rozpocząć tworzenie modelu należy wpierwszej kolejności dostosować podstawowe figury tj. sześcian, walec, sferę, itp. donaturalnego kształtu opracowywanego przedmiotu.płaszczyzna sześcian walecsferadyskRys.71. Podstawowe figury w programie ImageModeler.Punkt początkowy wybranej bryły oraz pozostałe wierzchołki należy dołączyćdo istniejących punktów lub utworzyć nowe punkty na potrzeby procesumodelowania. W przypadku sześcianu powstaje podstawa dwuwymiarowa (trzywierzchołki) oraz wysokość (czwarty wierzchołek).Istnieje wiele alternatyw łączenia bryły z elementami innej bryły jakwierzchołkami, krawędziami, ścianami, znacznikami, osiami układu przestrzennego,czy wielokrotnościami wartości zadanej odległości.Interesującą i przydatną funkcją z punktu widzenia użytkownika są linieprowadzące (Guiding Lines), które mają swój początek na stanowisku aparatu iprzechodzą przez wybrany punkt, by pomóc w umiejscowieniu znaczka, dla któregoprzed zakończeniem kalibracji nie było to możliwe (np. na granicy nieostrych linii). Wprecyzyjnie wykonanym przykładzie wszystkie linie prowadzące powinny przecinaćsię w tym samym punkcie. Rozpocząć należy od utworzenia punktu na pierwszym88

zdjęciu, a linie prowadzące wyświetlą się równocześnie na pozostałych zdjęciach.Kolejne punkty umiejscawia się poprzez zsunięcie wskaźnika wzdłuż liniiprowadzącej do momentu osiągnięcia zamierzonej pozycji.Rys.72. Zilustrowana funkcja Guiding Lines.5.4.2 Podstawowa edycja obiektuUżytkownik powinien dokonać najpierw podstawowej edycji obiektu, anastępnie korzystać z narzędzi do złożonej edycji np. „rozciąganie” lub „wypychanie”powierzchni. Przed jakąkolwiek modyfikacją sceny należy wybrać odpowiednielement. Narzędzia wybory są dokładnie określone w poniższej tabeli:Tab.3. Tabela przedstawiająca możliwości wyboru w ImageModelerze.OznaczenieNarzędzia wyboru:ObiektPowierzchniaKrawędźWierzchołekPodczas wpasowania podstawowych figur do kształtu rzeczywistych obiektów,wielokrotnie użytkownik będzie musiał skorzystać z narzędzi, którymi dysponujeImageModeler. W zależności od rodzaju zmiany, jaką należy wykonać możnaprzesuwać, obracać oraz przeskalować aktywny element (obiekt, powierzchnie,89

krawędź, wierzchołek). W środku podświetlonego szczegółu pojawi się manipulator,dzięki któremu będzie można dokonać dowolnych przekształceń. W przypadkuprzesuwania całego obiektu, jego kształt pozostanie ten sam, tylko zmieni położenie.Jednakże, jeśli przesuniemy wierzchołek, krawędź bądź ścianę to kształt figuryulegnie zmianie.Rys.73. Możliwość zmiany kształtu danej figury w programie ImageModeler.Podobnie jest z narzędziem obrotu i zmiany skali. Cały obiekt nie zmieniaswojego kształtu zaś zaznaczenie wierzchołka, krawędzi lub ściany zmieni postaćcałego obiektu w zależności, jakiego obrotu i przeskalowania dokonaliśmy.Ułatwieniem są klawisze „+” oraz „-”, które zwiększają lub zmniejszają podział danejfigury. Ta opcja jest pożyteczna w przypadku figur: walca, sfery, dysku, które nieposiadają narożników.Rys.74. Możliwość zmiany podziału figury w programie ImageModeler.Istnieje odrębny sposób tzw. liczbowy przekształcenia na inną postaćpodstawowych figur. Polega on na zmianie cech (np. wartości, na które podzielonesą ściany boczne figury, promień i kąt walca, itp.) w oknie właściwości każdejbudowanej figury. Poprzez zdefiniowanie własności danej figury można dokonaćzmiany rozmiaru, podziału ścian bocznych na określoną liczbę osobnychpowierzchni, promienia, długości lub kąta dla walca, sfery, dysku.90

Rys.75. Możliwości zmiany własności sześcianu oraz walca.Kolejne figury można dołączyć do wierzchołków, krawędzi, ścian powstałychwcześniej obiektów lub dowolnego miejsca w przestrzeni 3D bez zmiany ich kształtu.Dzięki tej funkcji mamy pewność, ze nie istnieje pomiędzy dwoma figuramiprzestrzeń, tylko bryły stykają się ze sobą całą powierzchnią. W przypadkumodelowania skomplikowanego obiektu istnieje możliwość scalenia kilkupodstawowych brył w jeden obiekt.Domyślne ustawienia wartości tolerancji „zatrzasków” (snapów) mieszczą sięw granicach 4 pikseli. Taki rozkład tolerancji można dowolnie zmienić w głównychustawieniach programu. Prostymi opcjami w programie jest kopiowanie orazusuwanie poszczególnych elementów. Można to robić nie tylko z całym obiektem, aletakże z krawędziami, wierzchołkami, ustawieniami aparatu, punktami itp.91

5.4.3 Złożona edycja obiektuProgram ImageModeler pozwala na dokonanie złożonej edycji obiektów wprojekcie. W ten sposób można tworzyć różnorakie kształty modeli, któryminastępnie można manipulować używając do tego specjalnych narzędzi edycyjnychprogramu.Opcja scalenia brył, ścian czy wierzchołków figur pomaga w tworzeniu bardziejskomplikowanych obiektów z prostych figur. Połączone ze sobą figury w nowy kształtzachowują swoje pierwotne postaci, jednak można nimi manipulować jako jednymobiektem. Na tej samej zasadzie można łączyć kilka powierzchni w jedną i od tegomomentu dokonywać zmian na powstałej powierzchni.Rys.76. Przykład niepołączonych oraz scalonych w całość powierzchni.Podobnie można łączyć ze sobą dwa sąsiadujące wierzchołki, by miećpewność, że nie istnieje pusta przestrzeń pomiędzy nimi. Jednakże w pierwszejkolejności należy te dwa wierzchołki scalić w jeden obiekt, a następnie skleić.W programie ważną funkcją jest możliwość zwiększenia ilości powierzchniobiektu poprzez podział lub triangulacje, w celu dołączenia dodatkowych szczegółóww modelu. Podziału można dokonywać na całym obiekcie oraz poszczególnychścianach czy krawędziach, co pozwoli na dodanie skomplikowanych szczegółów domodelu.Rys.77. Regularna sfera oraz podzielona na trójkąty.Kolejną możliwością, którą daje nam program jest rozdzielanie ścian bryłpodstawowych. Pozwala ona tworzyć rozmaite kształty, co pomaga wuszczegółowieniu danego modelu. W taki sposób bok figury uzyskuje więcejkrawędzi, co zapewnia przekształcenia danego kształtu lub jego części. Można92

ozdzielić bok rozpoczynając od krawędzi, wierzchołka lub wewnątrz powierzchni.Bardziej złożone rozbicie powierzchni zapoczątkowane wewnątrz ściany możepomóc w tworzeniu takich elementów jak drzwi czy okna.Rys.78. Przykłady rozbicia ściany figury.Następną funkcją ułatwiającą modelowanie jest „wyciągnie” powierzchni, conadaje głębokość oraz perspektywę bryle. Opiera się ona na wyciąganiu powierzchnido wnętrza bryły lub na zewnątrz obiektu. Do tej funkcji stosuje się wskaźnik dowyznaczenia wytłoczenia lub podaję się konkretną wartość oraz skalę, z jakąpodajemy wymiary.Rys.79. Zastosowanie funkcji wyciągania do wewnątrz oraz zewnątrz figury.5.4.4 Sposoby wizualizacji modelu w ImageModelerPowyższy etap zamyka proces budowy modelu 3D. Kolejne stadium pracy jestpoczątkiem opracowania dokładnej i skutecznej wizualizacji obiektu. Na ekraniemonitora można ten sam obiekt przedstawić w różny sposób: jako modelkrawędziowy, półprzeźroczysty, z wyostrzonymi krawędziami czy z nałożonymiteksturami. Takie działania nie modyfikują obiektu, lecz zmieniają sposóbwyświetlania figur, co pomaga w skuteczniejszej zaprezentowaniu projektu.ImageModeler posiada dwa rodzaje cieniowania: krawędziowe oraz bryłowe.W zależności, co użytkownik chce zobaczyć może zmieniać możliwości wyświetlania.Istnieje także alternatywa, która dostosowuje poziom przezroczystości poprzez skalętransparentności 0-100. Minimalna wartość oznacza nieprzezroczysta bryłę, a93

maksymalna przezroczystą, wartości pośrednie dostosowują się do potrzeb naszegoprojektu.Rys.80. Cieniowanie krawędziowe oraz bryłowe.Kolejną opcją jest ukrywanie krawędzi oraz ścian tylnych obiektu. Programdomyślnie wyświetla przednie ściany figury, które są widoczne dla użytkownika.Jednak w celach wizualizacji można włączyć funkcje widzenia wszystkich ścianobiektu.Rys.81. Wyłączona i włączona opcja ukrycia tylnych ścian obiektu.W programie również można dokonać wygładzenia krawędzi.Rys.82. Efekt wygładzenia oraz nie wygładzenia krawędzi.Wyostrzenie oraz wygładzenie krawędzi jest przydatne podczas nakładaniatekstur. Ten korzystny efekt występuje pomimo tego, że na każdą ze ścian zostająnałożone niezależnie tekstury. Powoduje to ujednolicenie granicy pomiędzy ścianamii jednakowy wygląd obiektu.Dodatkowa funkcją programu jest zmiana stylu wyświetlania zaznaczonejkrawędzi: przerywana, ciągła oraz pogrubiona.94

Pogrubiona Ciągła PrzerywanaRys.83. Przykłady stylu wyświetlania linii.Powyżej zostały zawarte informacje dotyczące głównie modelukrawędziowego i sposoby jego modyfikacji. Program ImageModeler posiada takżemożliwości przekształcania modelu bryłowego. Jednakże z praktycznego punktuwidzenia użytkownika znacznie częściej wymagana jest ingerencja w model wireframe.Dzieje się tak z powodu łatwego i naturalnego manipulowania modelem 3D.5.5 Proces teksturowania modelu 3DPo utworzeniu modelu należy przejść do procesu zwanego nakładaniemtekstur. W programie ImageModeler materiałem, który stosuje się jako tekstury, sąodpowiednie zdjęcia. Program domyślnie przypisuje modelowi jednakowy materiałoraz kolor, którym pokryte są wszystkie ściany obiektu. Jednakże, jeśli użytkownikchce nałożyć tekstury z innego źródła (wysoko rozdzielcze zdjęcia szczegółów), toprogram zapisze nowy materiał w swojej bibliotece tekstur, a następnie pokryjeposzczególne powierzchnie.5.5.1 Wybór zdjęć do nakładania teksturNakładanie tekstur w programie ImageModeler jest automatyczne. Domyślniepakiet wybiera obrazy do nałożenia z wszystkich zdjęć zastosowanych do kalibracji.W wielu przypadkach pozostają powierzchnie z nienałożoną teksturą, dlategoużytkownik ma możliwość modyfikacji i ręcznego nałożenia tekstur. Jednakże niewszystkie odpowiednie do kalibracji zdjęcia nadają się również do procesunakładania tekstur. Na przykład niektóre obrazy mogą być za jasne lub za ciemne,czy niepożądane przedmioty mogą zakrywać wybrany obiekt.Do wyboru zdjęć nadających się na tekstury należy kierować sięwskazówkami:• Im więcej wybranych ujęć tym lepszy wynik. Dostarczając programowi tyleinformacji ile możliwe, stworzy on bardziej dokładne oraz lepszej jakości95

tekstury w końcowym modelu. Niemniej jednak im więcej wybranych obrazówtym ImageModeler dłużej nakłada tekstury.• Każdy szczegół musi być widoczny przynajmniej na jednym ze zdjęć. Wprzeciwnym wypadku nie będzie wystarczających danych do pełnego modelu.• Do każdej powierzchni modelu przypisane jest zdjęcie (lub jego wybranyfragment) jako tekstura, która dostarcza niezbędnych informacji. Rezultatemjest połączenie tych tekstur, w celu zupełnego usunięcia nieciągłości iujednolicenia sąsiadujących powierzchni.5.5.2 Nałożenie teksturGdy użytkownik przystępuje do nakładania tekstur ze zdjęć, w folderze zprojektem powstaje plik z materiałami zastosowanymi jako tekstury. Kolejno należywybrać obiekt, następnie ujęcia, z których chcemy nałożyć obrazy i uruchomićproces teksturowania. Program wykonuje automatyczne teksturowanie, które polegana „rozwinięciu” trójwymiarowej geometrii modelu i odwzorowaniu każdej zpowierzchni na wejściowe zdjęcia zależnie od orientacji.W niektórych sytuacjach obiekty mogą być zasłonięte zbędnymi przedmiotami,jak drzewa itp. Należy wtedy wybrać ujęcie, na którym obiekt jest widoczny. Jeśliużytkownik nie posiada takiego zdjęcia, można satysfakcjonujący efekt otrzymać winnych programach graficznych. ImageModeler można zintegrować np. zPhotoshopem, który może wyretuszować czy zmodyfikować tekstury. Innymsposobem jest podział powierzchni na mniejsze części. W ten sposób można nałożyćprzerobione tekstury na brakujące powierzchnie.Jakość wejściowych obrazów określa maksymalną jakość, którą możnaosiągnąć dla tekstur. Zdjęcia wykorzystane do kalibracji i budowy modelu 3D sądomyślnie wybierane przez program jako tekstury do nałożenia. Jednak, w raziepotrzeby należy wybrać inne zdjęcia np. o wysokiej rozdzielczości, które dostarcząbardziej satysfakcjonujący efekt końcowy.W oknie wyboru zdjęć jako tekstur należy obrać odpowiedni typ rozmiaru:• Wysoki – domyślnie wybrana opcja, która dzięki dużemu rozmiarowi zapewniawysoką jakość wyniku. W większości projektów jest wystarczająca.Maksymalny rozmiar zależy od rozdzielczości obrazu wejściowego.• Niski – wybór tej opcji stosuje się w przypadku tworzenia małych tekstur dlacelów publikacji na stronach internetowych.96

• Użytkownika – określony na życzenie użytkownika.Należy także wybrać odpowiedni sposób wydobycia tekstur:• Tylko najlepsze ujęcia (ostre tekstury) – opcja domyślnie ustawiona przezprogram. Wybór obrazów, które mają najlepiej widoczne wierzchołki.• Wybór wszystkich ujęć – zastosowanie wszystkich zaznaczonych obrazów, codaje gorsze efekty.Kiedy tekstury pojawią się na modelu, należy projekt zapisać. Wszystkietekstury zostaną zapisane z prefiksem „_TX” oraz rozszerzeniem PNG, jako formatprojektów programu ImageModeler. Jednakże w celach eksportu można zapisaćtekstury w innych formatach: JPG, PNM, PIC, TGA, TIF.Na modelu można modyfikować wyświetlanie oraz transparentność tekstur.Przykładowo na modelu krawędziowym nałożony materiał nie jest widoczny, wprzeciwieństwie do modelu bryłowego. Można manipulować rozmiaremwyświetlonych tekstur: 10%, 25%, 50%, 75%, 100% oryginalnego rozmiaru. Takazmiana nie wpływa na rzeczywisty rozmiar tekstur, jest przydatna w przypadku pracyna dużym projekcie. Jeśli podczas teksturowania zauważono, że model nie jestwystarczająco dokładny, gdyż posiada za mało szczegółów cennych do procesunakładania tekstur, należy ulepszyć model.Często zdarzają się fragmenty nie pokryte materiałem. W takim przypadkunależy przypisać jednolity kolor w takie miejsce lub skopiować wcześniej utworzonąteksturę na niewidoczne na zdjęciach miejsce (z tego powodu program nie jest wstanie automatycznie nałożyć tekstury).Jeśli przytrafi się zamazane miejsca na pokrytym teksturami obiekcie oznaczato, że projekt jest niedokładnie skalibrowany, model nie jest wystarczającoprecyzyjny lub wybrano wszystkie zdjęć do teksturowania. W ostatnim przypadkunależy zmienić sposób wyboru zdjęć do procesu nałożenia tekstur na ujęcia tylkonajlepszej jakości.5.5.3 Edycja teksturPo nałożeniu tekstur na model, ImageModeler pozwala na edycje orazmodyfikacje materiału.• Edycja tekstur w zewnętrznych pakietach graficznych. Stosuje się do redukcjikontrastu lub zmiany ostrości obrazu.97

• Przypisanie jednolitego koloru do powierzchni lub obiektu. Jeśli model majednolity kształt lub kolor można zredukować ilość danych poprzez ustaleniejednorodnego koloru do obiektu. Podobną czynność można wykonać, jeśliwystępują strefy bez tekstury.• Przypisanie obrazu do obiektu lub powierzchni. Należy przypisać obraz doczęści modelu, która nie jest widoczna na oryginalnym zdjęciu.• Przypisanie tekstur do obiektu lub powierzchni. Część modelu, która nie jestwidoczna na oryginalnym zdjęciu może być pokryta wcześniejwygenerowanym lub skopiowanym materiałem.W świecie rzeczywistym materiały odbijają lub pochłaniają światło, tworzącbłyszczące lub matowe obiekty. Posiadają one dodatkowe właściwości tj. kolor,przezroczystość, które są często definiowane dla modeli 3D. W programie teksturysą pobrane ze zdjęć, dlatego są one już dobrze zdefiniowane. Jednakże, użytkownikmoże dokonać prostych edycji ustawień, jeśli zdjęcie było za jasne lub za ciemne, itp.5.6 Możliwości eksportu z programuW programie ImageModeler, podobnie jak w większości programówkomputerowych, istnieje możliwość eksportu ostatecznej wersji modelu. Jedną z nichjest stworzenie zrzutu z aktywnego okna tzw. Snapshot. Zależnie od zastosowaniaużytkownik w odpowiedni sposób wyświetla obiekt (model krawędziowy, bryłowy,widoczne/ukryte krawędzie, tekstury o konkretnej intensywności, odpowiednioobrócony, itp.). Istnieje możliwość ustawienia wymiaru zdjęcia (w pikselach,ograniczeniem jest rozmiar oryginalnego zdjęcia), jego jakości oraz wygładzenia.ImageModeler nadaje takiemu zrzutowi format JPG.Inną opcją eksportu jest utworzenie pliku video. ImageModeler tworzy filmik wQuicktime VR Object Movie (plik *.mov). Obiektem w tej scenie jest elementprzedstawiony w aktywnym oknie. Film w formacie QTVR jest serią ciągłychobrazów, wideoklipów, animacji itp., które ukazują obiekt z kilku różnych kątówwidzenia. Poniższa ilustracja przedstawia jak powstaje format QTVR. Modelumiejscowiony jest w nieruchomym miejscu, a zdjęcia wykonywane są wzrastająco,co jednakowy kąt (zazwyczaj 10 o ) z aparatu umieszczonego na ruchomym statywie.Przedmiot może być pokazany w pełnym zakresie (poziomym 360 o oraz pionowym180 o ) lub w zadanym zakresie obrotu. Model może obracać się również wyłącznie w98

poziomie lub w pionie. Odpowiednio obrócona oraz przybliżona scena dapoczątkową pozycje, orientacje oraz rozmiar obiektu. W oknie dialogowym istniejemożliwość podania potrzebnych programowi danych. Między innymi należy podaćtyp kompresji i jej poziom; jakość renderingu statycznego i w ruchu; ustawieniasceny: szerokość okna w pikselach, poziomy i pionowy zakres ruchu obiektu wstopniach (minimalny, początkowej sceny i maksymalny), ilość klatek (kolumn iwierszy).Użytkownik, przy pomocy programu ImageModeler, od momentu utworzeniaprojektu, zapisuje plik o rozszerzeniu *.rzi. Jednakże pakiet wspiera wiele innychformatów i każdy z tych formatów wspiera kilka części składowych (aparat, model3D, tekstury, znaczniki, lokalizatory zależnie od formatu). W przypadku eksportutekstur istnieje również możliwość wyboru dla nich formatu. Poniższa tabelepodsumowuje, które części składowe są wspierane, przez jaki format.Rys.84. Zilustrowana zasada tworzenia filmu QTVR.[www.developer.apple.com]99

Tab.4. Tabele przedstawiająca formaty plików do eksportu z programu.Format doeksportuAbvent® Art-Lantis®Alias|WavefrontTMOBJAlias|WavefrontTMMaya® v2.0AutoCAD® DXF,DWGDiscreet 3dsmaxTM v3.0Macromedia®Shockwave®NewTekLightWave 3DTMv6.0RozszerzenieEksportAparat Znaczniki LokalizatoryModel.atl *.obj *.ma * * *.dwg, .dxf * *.ms * * *3DTeksturyJPG, PNG,PNM, PIC,TGA, TIFJPG, PNG,TGA, TIFJPG, PNG,TGA, TIF.w3d * * PNG.lws (scena).lwo (obiekt)* * * JPG, TGAREALVIZ® XML .rzi * * * *SOFTIMAGE®|XSITM v2.0#SOFTIMAGE®|XSITM v3.0##StereolithographySTLJPG, PNG,PNM, PIC,TGA, TIF.xsi * * * PIC.xsi * * * PIC.stl *VRML 97 .wrl * JPG, PNGPoniżej zostaną bliżej opisane programy, do których ImageModeler możewyeksportować poszczególne części składowe modelu. Programy zostanąwymienione w alfabetycznej kolejności:• Art.-lantis (*.atl): produkt francuskiej firmy Abvent, wykorzystywany głównieprzez architektów, profesjonalnych projektantów miast, wnętrz, itp. w ponad80 krajach. Jest narzędziem przeznaczonym do szybkiego i prostegotworzenia wysokiej jakości renderingów i fotoprezentacji. Producent programudąży do prostoty obsługi pomimo zaawansowanych możliwości. Nowszewersje programu posiadają szereg wtyczek (pluginów), które zapewniają100

obsługę wielu formatów (OBJ, DXF, DWG, 3DS i inne). Umożliwia towspółprace z produktami Autodesku, jak AutoCAD Architect, Revit, 3dsMax,VIZ oraz Maya, a także z innymi firmami Ruino, Cinaema 4D, Lightwave,Modo, Softimage XSI i Poser. [www.archicad.pl, www.artlantis.com,www.ecad.boo.pl];• Alias|Wavefront format *.OBJ oraz *.ma (Maya): to firma należąca kiedyś doSilicon Graphics, obecnie do Autodesk, tworząca oprogramowanie dorealistycznej grafiki 3D w zakresie przemysłu telewizyjnego, filmowego, modeli3D do gier komputerowych, animacji flash. Firma od niedawna rozwija się wkierunku projektowania i wizualizacji. Oprogramowanie nie jest przeznaczonedo wykonywania dokumentacji technicznej, zaś do wstępnego projektowania,gdzie niezbędna jest szybkość oraz uniwersalność sporządzania nowychpomysłów. Pakiet łączy się z najpopularniejszymi standardami: DXF, IGES,STEP, JAMA-IS, UNIGRAPHICS, EUCLID, CATIA, I-DEAS i inne. Programposiada także możliwość eksportu do formatu VRML 2.0.[www.mail.amplus.com.pl];• AutoCAD (formaty *.DXF, *.DWG): program został stworzony przez firmę,Autodesk, która jest światowej klasy liderem spośród firm zajmujących sięoprogramowaniem do projektowania 2D oraz 3D w różnych dziedzinach:inżynierii, architektury, przemysłu, budownictwa, rozrywki itd. Pliki DWG sąwłasnością firmy, ich odpowiednikami w ASCII jest plik DXF, który jestwykorzystywany przez innych producentów. [www.autodesk.pl];Rys.85. Kolejno: model bryłowy (IM), model krawędziowy (IM) orazwyeksportowany plik DWG (DXF) w programie AUTOCAD.101

• 3ds Max (*.ms): program napisany przez firmę Discreet, przeznaczony dotworzenia grafiki trójwymiarowej oraz animacji. Aktualnie wykupiony przezAutodesk. Przeznaczony do szybkiego i efektywnego sporządzaniarealistycznych postaci, atrakcyjnych wizualizacji, modelowania, tworzeniatekstur, renderowania, animacji oraz efektów specjalnych. Producent poprzezfunkcje importu/eksportu zapewnił integracje z innymi produktami domodelowania cyfrowego. [www.autodesk.pl];• Macromedia Shockwave (format *.w3d): program wyprodukowany przezAdobe, służący do projektowania, zestawiania oraz wykonania interaktywnychaplikacji, prezentacji multimedialnych oraz filmów animowanych. Shockwavezostał zaprojektowany do tworzenia różnego rodzaju filmów oraz animacjionline, obecnie producent skoncentrował się na rozwoju gier komputerowych.[www.en.wikipedia.org];• LightWave 3D (*.lws (scena), *.lwo (obiekt)): oprogramowanie należące dofirmy NewTek. LightWave jest systemem wykorzystywanym do modelowania,renderingu oraz animacji. Szersze zastosowanie znajduje w produkcjachtelewizyjnych, filmowych efektach specjalnych, grach komputerowych,architektonicznych wizualizacjach. Producent NewTek dąży, aby produktsłużył także zwykłym ludziom, nie tylko profesjonalistom. W tym celuudostępnił proste w użyciu narzędzia, aby sprostać wymaganiomużytkowników. [www.newtek.com];• REALVIZ (patrz rozdz. 5.2);• SOFTIMAGE|XSI (*.xsi): program stworzony przez firmę Softimage, którawchodzi w skład Avid Technology. Jest to program stworzony dlaprofesjonalistów, przeznaczony do trójwymiarowej animacji, gierkomputerowych, filmów oraz telewizji. XSI zapewnia kompletny zestaw domodelowania 3D, animacji, renderingu. Program pozwala na szybkieosiągnięcie użytecznych realizacji z wykorzystaniem nowatorskich możliwości.[www.softimage.com];• Stereolithography (pl. Steroelitografia): jest to technologia, którą wykorzystujesię w tworzeniu elementów prototypowych w różnych dziedzinach życia tj.medycyna (modelowanie i produkcja implantów układu kostnego), architektura(modele wizualne i funkcjonalne), archeologia (rekonstrukcja przedmiotów),102

przemysł (elementy prototypowe: silniki, formy wtryskowe i odlewnicze,kolektory powietrzne), itd. Punktem odniesienia jest model bryłowy projektu(model wirtualny) utworzony w formacie *.stl, który kolejno jest weryfikowanyprzez program do stereolitografii. Następnym krokiem w jest określenieparametrów platformy roboczej. Po wykonaniu niezbędnych czynnościprzygotowawczych odbywa się produkcji zaprojektowanego elementu. Polegaona na stopniowym obrysowaniu kolejnych przekrojów poziomych za pomocąlasera na zanurzonej platformie w wannie z fotopolimerem. Proces powtarzasię do momentu uzyskania całego elementu. Produkcja takich prototypówzależy od rozmiaru (maksymalny rozmiar 20”x20”x24”) oraz złożonościbudowy (nie ma ograniczeń, co do kształtu). Technika ta zapewnia wysokądokładność, jednak do jej wad należy wysoki koszt, czasochłonność orazdeficyt doboru materiału (plastik, który ma niską wytrzymałość mechaniczną).[www.prz.edu.pl, www.wikipedia.org];• VRML (format *.wrl): ang. Virtual Reality Modeling Language jest JęzykiemModelowania Wirtualnej Rzeczywistości przedstawiającym obiekt 3D nastronach internetowych. Pozwala na definiowanie obiektu, kształtów, kolorów,tekstur, a w wersji 97 możliwość ruchu. Język VRML jest uniwersalny, posiadałatwy dostęp do światów wirtualnych i poruszania się w nich. Obecnie jestnajpopularniejszym standardem, który w sposób dynamiczny i interaktywnyprezentuje trójwymiarowe modele w Internecie. Plik VRML jest stosowany jakoformat zapisujący modele 3D w wielu systemach (Cisło, 2007c).5.7 Weryfikacja programu ImageModeler w praktyceWe wcześniejszych rozdziałach zostały przedstawione prace kameralne orazprzybliżono opis zastosowanego oprogramowania. Po tych etapach nasuwają sięwnioski dotyczące weryfikacji poszczególnych czynności, które doprowadziły dopowstania modelów 3D. Należy przytoczyć problemy natury technicznej orazpozostałe niedogodności, które miały miejsce podczas prac kameralnych. Rozdziałopatrzono ilustracjami powstałymi w ciągu prac kameralnych. W trakcie zapoznania zoprogramowaniem zaznajomiono się również z instrukcją do programu orazprzykładami zamieszczonymi na oficjalniej stronie producenta.Opisywany program robi na użytkowniku bardzo przejrzyste pierwszewrażenie. Okno główne programu składa się z kilku elementów, które są niezbędne103

podczas pracy. Pasek asystujący na dole okna przydaje się nowym użytkownikomoprogramowania, pomimo, że narzędzie jest intuicyjne. Znajdują się w nim polecenia,które towarzyszą każdej czynności i pomagają poprawnie wykonać obrane działania.Inne elementy znajdujące się w oknie głównym dostarczają informacji odnośniewczytanych zdjęć, punktów użytych do kalibracji, punktów potrzebnych domodelowania, brył, z których składa się model, wczytanych tekstur orazzdeklarowanego aparatu. Powyżej znajdują się kolejne narzędzia dostępne wprogramie oraz przypisane im cechy. Użytkownik w każdej chwili może zmienićsposób wyświetlania brył (przeźroczystość, model krawędziowy, bryłowy itp.) orazilość widoków 1, 2 lub 4 okna. Wygląd programu ImageModeler został szczegółowodopracowany pod każdym względem, jest jasny i czytelny dla amatora jak iprofesjonalisty.Po przystąpieniu do pracy pierwszą czynnością jest załadowanie do programuzdjęć. W oknie tej funkcji została podana ścieżka dostępu do obrazów, na którychpracowano. Istotną dogodnością jest szybki podgląd czy na pewno wybranoodpowiednie zdjęcia. Podano również wartości ogniskowej obiektywu, którąwykonano zdjęcia. Program wyposażony jest w funkcje odczytu pliku Exif, w którymznajdują się dane parametrów kamery. Jednakże wykonano kilka porównań i okazałosię, że program nie przypisuje dokładnej wartości tylko przybliżoną. Informacje oobiektywie w programach IrfanView i PTlens powtórzyły się w przeciwieństwie doImageModelera. Zaleca się wpisać zweryfikowaną wartość ogniskowej i jeśliwszystkie zdjęcia były wykonane z tym samym parametrem należy tę informacjezaznaczyć, gdyż przyspieszy i ulepszy wynik późniejszej kalibracji kamery. W tabelizostały zestawione wartości residuów z projektu, gdzie została wpisana prawdziwaogniskowa obiektywu (kruchta) oraz z projektu z dobraną przez IM wartością (próba).Widać wyraźne rozbieżności, pomimo że kalibracja została wykonana na tychsamych znacznikach z porównywalną precyzją. Program pozwala na zaimportowaniekamery o identycznych parametrach z odrębnego projektu oraz na wczytanie zdjęć zinnego urządzenia.Tab.5. Zestawienie wartości residuów w projektach o różniących się ogniskowych.Nr zdjęcia Kruchta PróbaIMG_161 0.015 0.351IMG_162 0.026 0.213IMG_163 0.013 0.257104

Drugim etapem po krótkim załadowaniu zdjęć jest kalibracja kamery. Bardzoprzydatnym było zaznaczenie opcji automatycznego procesu, który samoczynniezgłosił możliwość skalibrowania kamery po umieszczeniu odpowiedniej liczbypunktów. Narzędzie jest zaprogramowane w taki sposób, że minimalna liczbapunktów na każdym ujęciu to 7. Zależy to od złożoności sceny i rozmieszczeniaznaczników. Po wielu próbach kalibracji dużej ilości obrazów (7-9) nie uzyskanosatysfakcjonujących wyników. Liczba punktów na każdym ze zdjęć wynosiła ok. 70, aprogram nadal nie radziła sobie z kalibracją. Wynikało to z nieproporcjonalnegorozmieszczenia punktów na obszarach wspólnych dla kilku zdjęć. Zalecana ilość to3-4 ujęcia wykonane z naroży obiektu, by perspektywa była dobrze widoczna. Proceskalibracji zachodzi sprawnie w przypadku małej ilości zdjęć (min.3) tej samej częścibudynku wykonanych pod różnym kątem. Problem zdjęć przeznaczonych dokalibracji pojawiał się wielokrotnie z powodów: rozległej i złożonej budowli, przeszkódterenowych, ograniczonych możliwości oddalenia fotografa od obiektu, niemożnościwykonania zdjęć z naroży budynku, itd.Podczas procesu kalibracji zalecane jest wyświetlenie zdjęć w najlepszejjakości. Dostępny jest zakres rozdzielczości (w pikselach): 256, 512, 1024, 2048,4096. Wpływa to na jakość identyfikacji znaczników do procesu kalibracji. Podczasrozpoznawania punktu na kilku zdjęciach zła rozdzielczość wyświetlania możespowodować niedokładność, a tym samym pogorszenie wyników kalibracji. Wybórgórnej granicy zakresu jakości obrazów spowoduje większe obciążenie komputera,dlatego nie jest wskazane przy słabym sprzęcie. Na precyzyjne wskazanie punktówwpływa także rodzaj szczegółu (jednoznaczne punkty, np. naroża) i kontrastowe tło.Rys.86. Różnica w jakości wyświetlania zdjęć: lewe - 4096pix, prawe – 256pix.105

Użytkownik ma wpływ na zmianę wartości odchyłek, które świadczą odokładności procesu. Wskazany przez producenta przedział tolerancji błędu możnezostać zmieniony w zależności od przeznaczenia, jakie ma spełniać model.Sugerowana wartość mniejsza od 1 piksela jest wystarczająca dla celówprezentacyjnych. Wynik kalibracji można ulepszyć poprzez zmianę niedokładnieumieszczonego znacznika na zdjęciach. Wartości zostały podane dla każdegopunktu znajdującego się na każdym zdjęciu, by móc łatwo poprawić nieprecyzyjnieusytuowany znacznik. Bardzo pomocne są wtedy linie prowadzące, które określająwykalkulowaną lokalizację punktu. Najczęściej błędnie zlokalizowany punkt (błądgruby) po poprawieniu może przyczynić się do skorygowania wyniku całej kalibracji.Jeśli takich poważnych błędów nie ma, to drobna korekta odstających punktówspowoduje ulepszenie wyniku.Proces tworzenia modelu 3D obiektu należy do najbardziej czasochłonnegoetapu. Budowa modelu polega na dopasowaniu kształtem figur dostępnych wprogramie do naturalnych form obiektu. W tym celu zostało rozmieszczonych wielepunktów przestrzenny, na których bazowano podczas konstruowania modelu. Imwiększy stopień szczegółowości, tym więcej punktów i pracy.Zamierzeniem producenta było ułatwienie użytkownikowi pracy w programie,dlatego został zastosowany odmienny moduł wyboru: obiekt, powierzchnie,krawędzie, wierzchołki i znaczniki. Nie ma możliwości równoczesnego uaktywnieniaodmiennych elementów w celu modyfikacji bryły. To rozwiązanie w praktyce oznaczakażdorazowy wybór ikony wskazującej element np. wierzchołek, a przy budowiemodelu należy często łączyć różne elementy (np. wierzchołek + krawędź). W tensposób wybrane podejście jest uciążliwe i męczące. Narzędzia do rotacji, obrotu,skalowania także różnią się znacznie od rozwiązań CADowskich. W programie IMnależy wskazać modyfikowany element, a następnie przesuwać, obracać, zmieniaćskalę wzdłuż trzech osi x, y, z zorientowanych do całej sceny lub wybranegoelementu. Prowadzi to do wydłużenia czasu pracy, gdyż nie jest to możliwe dowykonania jednym ruchem i często prowadzi do błędnych przekształceń.106

Rys.87. Możliwości wyboru orientacji narzędzi do modyfikacji.Narzędziem zdecydowanie utrudniającym prace w programie jest manipulator.Za pomocą prawego przycisku myszki i przycisku Alt można obracać model wewszystkich kierunkach. Początkowo jest to ciężka czynność do opanowania, ale podłuższej pracy w programie użytkownik zdobywa konieczne umiejętności. Innymniedopracowanym rozwiązaniem jest „snap”, który odpowiada za połączenie ze sobąwybranych elementów, by nie istniała pomiędzy nimi pusta przestrzeń. W praktycenarzędzie jest nieprecyzyjne i prowadzi do niedokładnego scalenia płaszczyzn iniespójnych obszarów, które są widoczne w przybliżeniu.Program jest zaopatrzony w bardzo praktyczne narzędzia do złożonej edycjimodelu. Sposoby modyfikacji obiektu np. „wyciąganie” do wewnątrz i na zewnątrz(okna, drzwi, itp.) są przystosowane do regulacji myszką oraz ręcznego wpisywaniaprzez użytkownika określonych wartości. ImageModeler posiada liczne możliwościwizualizacji powstałego modelu tj. model krawędziowy, bryłowy, z widocznymi tylnymiścianami, teksturami lub bez, itd. Użytkownik sam decyduje, które z rozwiązańwykorzystać w danym momencie.Oprogramowanie IM należy do grona modelerów tworzących fotorealistyczneobiekty 3D. Wiąże się to z dużym obciążeniem komputera podczas procesuteksturowania. ImageModeler tworzy dodatkowy katalog, do którego zapisujesporządzone materiały w formacie *.png. Pliki obrazowe zajmują dużą przestrzeńdyskową, dlatego proces zapisu jest czasochłonny, co za tym idzie sporadyczny. Wten sposób użytkownik naraża się na utratę danych w przypadku wystąpienianiespodziewanego błędu.Program posiada możliwość automatycznego nakładania tekstur. W praktyceto działanie pochłonęło bardzo dużo czasu i zakończyło się niepowodzeniem. Inne107

efekty otrzymano podczas wykonania tej samej procedury, ale na mniejszej częścimodelu. Wygenerowane tekstury zawierały czarne pola w miejscach niewidocznychna zdjęciach, dlatego rezultaty nie były zadowalające. Projekt wymagał obróbkimateriałów w zintegrowanym programie typu Adobe Photoshop, co znaczniewydłużyło ukończenie modelu. Innym rozwiązaniem było nałożenie tekstur ze zdjęćna każdą powierzchnię osobno. Jeśli materiał nie posiadał zbędnych szczegółów dousunięcia (cienie, niepotrzebne przedmioty, postacie, itd.) zadanie było małoskomplikowane. Wszelkie modyfikacje materiałów zostały wykonane w edytorzetekstur, który uwidocznia bieżące zmiany. Do aplikacji również wczytano dobrejjakości obrazy wykonane w celu teksturowania o rozszerzeniu *.jpg, które uzupełniływybrakowane powierzchnie. Może się zdarzyć, że na dużej powierzchni widaćrozmytą teksturę, wynika to z małego rozmiaru przypisanego materiału. Najlepiejpoprawić to w Photoshopie lub w terenie sporządzić wysokorozdzielcze obrazy.Dużym mankamentem programu są wyróżniające się obszary, które występująpodczas obrotu modelu. Wydaje się, że nie zostały nałożone na nie tekstury, lecz totylko pozory. Każdej z powierzchni przypisano materiał, a puste powierzchnieprawdopodobnie są wynikiem przenikania się wzajemnie kilku tekstur.Rys.88. Wyróżniające się obszary na powierzchniach z nałożonymi teksturami.W praktyce w celu zaprezentowania obiektu przetestowano eksport doformatu *.wrl. Jest on obsługiwany przez darmowe przeglądarki tj.: VRMLView, GLView, BSContactVRML-X3D. Wymienione narzędzia posiadają możliwościeksplorowania wczytanego modelu: obracania, przybliżania, oddalania, itp.Stworzone modele wczytano kolejno do wyżej wymienionych przeglądarek i okazałosię, że oprogramowania mają problemy z trudnymi powierzchniami np.nieregularnymi płaszczyznami, wielo-powierzchniowymi bryłami. Wychodzą na jaw108

puste przestrzenie między płaszczyznami, w przeciwieństwie do precyzyjniezbudowanych modeli w programie ImageModeler. W oknie modelera wszystkiekrawędzie zostały dokładnie ze sobą połączone bez pustych obszarów i nałożona nanie tekstury. Każda z przeglądarek wczytała identycznie wybrakowane modele. Jestto dowód na niedokładność procesu eksportu z programu IM, nie zaś nieścisłościnarzędzi do przeglądania. Modeler nie myli się w przypadku prostych brył (przykładmodel tablicy). Utrudnieniami są skomplikowane figury, które źle wyeksportowanezaburzają całość modelu.Rys.89. Wyeksportowany model do VRLMview oraz widok z IM.Podczas eksportu z ImageModelera do formatu *.wrl powstaje dodatkowofolder z teksturami w formacie *.png lub zalecanym do vrmla *.jpg. Sprawdzoneprzeglądarki pomyślnie wczytały materiały, jedynie problem wystąpił z VRMLView.Początkowo nie widział on tekstur, jednak wystarczyło przenieść plik *.wrl oraz folderz teksturami w miejsce gdzie znajduje się narzędzie i trudności zostały usunięte.Wiele testów eksportu modeli do różnych formatów zostałoprzeprowadzonych. Niepomyślnie zakończył się bezpośredni eksport formatu *.wrl doprogramów umożliwiających przeglądanie tego formatu. Podjęto próbęwyeksportowania modelu w formacie *.fbx (możliwość tylko w 30-dniowej wersji IM)do programu Cinema, z którego model zapisano z rozszerzeniem *.wrl. W ten109

sposób przeglądarka wczytała poprawny model 3D. Problem pojawił się zprzypisaniem odpowiednich tekstur. Większość materiałów pokryła się z materiałamiw programie ImageModeler, jednak część tekstur wczytała się nieprawidłowo lubwcale (rozmyte, odwrócone, rozciągnięte obrazy).Rys.90. Zrzut z ekranowy z przeglądarki VRMLView.Za pomocą pośredniego eksportu zostały sprawdzone programy tj.: 3DSMax,Maya, SOFTImage, Blender. Modele eksportowano za pomocą formatów: *.obj, *.fbx,*.ma, *.xsi. W przypadku SOFTImage i Maya trudności dotyczyły tekstur, które niezostały przypisane modelowi. 3DSMax wczytał tekstury, ale nieprawidłowe. Jedynieprogram Blender wprowadził prawidłowe tekstury, pomimo to podczas eksportu zprogramu do formatów: *.wrl, *.obj nie udało się uzyskać poprawnego efektu.Powtórnie przeglądarki były w stanie otrzymać zaledwie model bryłowy. Uznano, żenajbardziej satysfakcjonującym rozwiązaniem w prezentacji modelu jest krótkaanimacja w programie QuickTime Player (*.mov). Pełny model wraz z teksturamizostał przedstawiony w prosty sposób. Animację można odtwarzać automatycznielub manualnie obracać w dowolnych kierunkach.Podsumowując ostatni etap programu ImageModeler można stwierdzić, żeproces eksportu nie został dokładnie opracowany. Być może po przejęciu przez firmęAutodesk ta procedura zostanie udoskonalona i zintegrowana z innymioprogramowaniami producenta.110

Rys.91. Zrzut ekranowy animacji pokazanej w programie QuickTime Player.111

6. WnioskiW powyższej pracy dyplomowej przedstawiono zakres działań, jakiewykonano podczas powstawania interaktywnej prezentacji multimedialnej obiektuzabytkowego. Zaprezentowano przegląd literaturowy interesujących projektów, jakiemiały miejsce na świecie z zastosowaniem modelowania. Przybliżono opis obiektu,który wybrano jako przedmiot opracowania oraz przedstawiono poszczególne etapyprac terenowych i kameralnych z zastosowaniem oprogramowania ImageModeler,StereoPhoto Maker, Stitcher Unlimited.Celem opracowania było zaprezentowanie Bazyliki Bożego Ciała nakrakowskim Kazimierzu poprzez wykorzystaniem trzech sposobów wizualizacjiobiektu z wykorzystaniem amatorskiego i taniego sprzętu. Dwa z nich - panoramy ianaglify - były szczegółowo opisane i wykorzystane we wcześniej powstałychpracach magisterskich wykonanych w katedrze Geoinformacji, Fotogrametrii iTeledetekcji Środowiska. Dlatego najistotniejszym elementem pracy stał się procestrójwymiarowego modelowania i wizualizacji komputerowej obiektu za pomocąinnowacyjnego oprogramowania korzystającego wyłącznie ze zdjęć obiektu,pomijając jakiekolwiek pomiary fotogrametryczne.Pierwszą metodą wizualizacji były panoramy sferyczne wykonane na zewnątrzoraz wewnątrz Bazyliki Bożego Ciała. Taki sposób przedstawienia przestrzenioglądany za pomocą odpowiedniej techniki wzbudza efekt trójwymiaru. Obserwatorma możliwość obrotu o 360 o w poziomie oraz 180 o w pionie, jakby znajdował sięwewnątrz sfery. Takie rozwiązanie wiarygodnie oddaje prezentowaną scenę. Wodróżnieniu do powstałych wcześniej prac z wykorzystaniem panoram obiektemzainteresowania został obiekt wyróżniający się rozmiarem. Poprzednie projektyzrealizowano na przykładzie panoram obiektów przyrodniczych (Ojcowskiego ParkuNarodowego) czy wnętrza obiektu zabytkowego (Kościół p.w. Św. Jakuba Apostoła).Panoramy powstałe w pracy przedstawiają obiekt z zewnątrz oraz jego najbliższeotoczenie.Drugim podejściem zastosowanym w opracowaniu są obrazy anaglifowe. Tametoda ściśle wiąże się z pojęciem widzenia stereoskopowego, które daje złudzenietrójwymiaru. Jest to szybki i prosty sposób na wydobycie przestrzeni z obrazów.Wybrany obiekt należy do barokowych budowli, które wyróżniają się bogactwem i112

przepychem. Wnętrze bazyliki posiada bardzo wiele pięknych i ważnych elementów,których szkoda pominąć podczas prezentacji obiektu. W ten sposób sprawniewykonano zdjęcia, z których dzięki nieskomplikowanemu oprogramowaniu szybkopowstały anaglify.Najszerzej opisanym zagadnieniem w powyższej pracy jest proces tworzeniatrójwymiarowego fotorealistycznego modelu obiektu. W tym celu wykorzystanomodeler firmy Autodesk zwany ImageModelerem, według producenta przeznaczonydla amatorów i hobbystów korzystających z uproszczonych rozwiązańfotogrametrycznych. Wstępnym założeniem pracy była weryfikacja uniwersalnościoraz zalet zachwalanych przez właściciela oprogramowania.Na podstawie otrzymanych wyników można wnioskować, że procesmodelowania fotorealistycznego obiektu nie należy do łatwych i szybkich. Wymaganejest wykonanie poprawnych zdjęć, co niekoniecznie okazuje się prostą czynnością.W porównaniu z wykonaniem i sklejeniem w całość panoramy czy pozyskaniem istworzeniem anaglifów generowanie modelu 3D jest procesem żmudnym iczasochłonnym.Dzięki wymienionym trzem narzędziom geoinformatycznym powstały kluczoweelementy dla interaktywnej i dynamicznej prezentacji multimedialnej Bazyliki BożegoCiała w Krakowie. W skład prezentacji wykonanej w technologii Shockwave wchodzi3 panoramy sferyczne połączone interaktywnie w „wirtualną wędrówkę” iwzbogaconych o anaglifowe zdjęcia szczegółów. Wykonane fotorealistyczne modele3D wybranych fragmentów obiektu zostały udostępnione do przeglądania wtechnologii QuickTime. W ten sposób zaprezentowane materiały są doskonałymsposobem na przedstawienie zabytkowego obiektu w celach promocyjnych,poznawczych czy informacyjnych.W skład prezentacji wchodzi:• „Wirtualna wędrówka”: 3 panoramy wzbogacone o 19 kolorowychanaglifowych zdjęć szczegółów,• Galeria 19 czarno-białych anaglifów,• 5 animacji modeli 3D w technologii QuickTime.Wykonanie zdjęć w terenie do poszczególnych etapów pochłonęło wielegodzin pracy, należało kilkakrotnie udać się z wizytą na teren kościoła i przetestowaćróżne warianty sprzętowe. Rozmiar budynku oraz sąsiedztwo różnorakich przeszkód113

terenowych spowodowały zmianę początkowej koncepcji. Należało wówczas„metodą prób i błędów” zrealizować kilka podejść do tematu i zdecydować, którezaprezentować. Wypróbowano i przeanalizowano 5 zestawów sprzętowych: 3aparaty kompaktowe, 2 konwertery szerokokątne, lustrzanka cyfrowa, obiektywszerokokątny oraz „rybie oko”. Prace kameralne również trwały tygodniami iwymagały dodatkowego oprogramowania np. PTlens, Adobe Photoshop, itp.Nowatorskie podejście w opracowaniu przejawia się poprzez wygenerowanieprzestrzennego fotorealistycznego modelu obiektu wyłącznie na podstawie zdjęćwykonanych w terenie. Dotychczasowe projekty z dziedziny inwentaryzacji zabytkówopierały się na geodezyjnym pomiarze oraz dokładnej dokumentacjiarchitektonicznej. Wspomniane podejście fotogrametryczne należy doskomplikowanych, pracochłonnych i kosztownych, jednak jego efektem równieżmoże być wizualizacja. W przypadku powyższej pracy każda z metod wizualizacjiobiektu bazuje na poprawnie wykonanych obrazach cyfrowych i ich odpowiednimprzetworzeniu. Oprogramowanie typu IM, niewymagające profesjonalnej wiedzy orazumiejętności stało się nowym obszarem zainteresowań miłośników modelowania 3D.Zastosowany modeler wymaga od użytkownika poprawnie wykonanychobrazów, które zostaną wykorzystane w procesie kalibracji, budowy modelu 3D orazteksturowania. Są one jedynym źródłem informacji, dlatego muszą być uzyskaneprecyzyjnie i zgodnie ze wskazówkami dołączonymi do programu. Ten etapdostarczył wiele trudności. Wybrany obiekt okazał się bardzo rozległy orazograniczony wieloma przeszkodami terenowymi. Pomimo przetestowania kilku kamercyfrowych okazało się, że oddalenie jest zbyt małe, aby wykonać projekt. Napodstawie przeprowadzonych doświadczeń ostatecznie wykonano modeleprzedmiotów lub fragmentów bryły budynku - począwszy od najogólniejszych dobardziej zaawansowanych. Powstał najprostszy model marmurowej tablicy,następnie ozdobnej bramy oraz trzy modele północnej ściany różniące się stopniemuszczegółowienia: 1 stopień – ogólny zarys północnej elewacji z wyszczególnionymiścianami, dachami i wieżyczkami, 2 stopień – bogatszy w filary, okna, drzwi oraz 3stopień – precyzyjny model kruchty. Jedyną możliwością zbudowania pełnegomodelu 3D kościoła jest wykonanie oddzielnych trójwymiarowych modeli każdejściany, które teoretycznie można połączyć za pomocą dodatkowegooprogramowania (pakiety CAD, CINEMA). Nie sprawdzono tego typu rozwiązania,gdyż takie podejście wykracza poza zakres niniejszej pracy.114

W przypadku wykonania zdjęć do panoram największym wrogiem byłooświetlenie. Taka seria obrazów powstaje przy pomocy statywu oraz zamontowanejna nim głowicy panoramicznej, która umożliwiła obrót aparatu wokół osi obiektywu.Następstwami tej czynności są obrazy wykonane z nierównomiernym oświetleniem,między innymi pod słońce. Niejednolite zdjęcia przyczyniły się do utrudnień podczasprocesu sklejenia panoramy i zobligowały do obróbki w programie Photoshop.Zdjęcia anaglifowe sprawiły niewiele problemów. Powstałe obrazy wymagałyniewielkich korekt w programie StereoPhoto Maker, które były skutkiem pozyskaniazdjęć bez pomocy specjalistycznej szyny, a jedynie przy użyciu statywu.Podsumowując zastosowane metody prezentacji obiektu zabytkowego, możnastwierdzić, że każda z nich jest interesująca. Anaglify łatwo, szybko i bez dużychnakładów finansowych mogą oddać przestrzenny charakter przedmiotu. Dziękipanoramom wirtualny turysta może szczegółowo badać obiekt. Modele umożliwiająinteraktywne poznanie z każdej strony i pod dowolnym kątem. Powstała „wirtualnawędrówka” jest ciekawą formą przewodnika po obiekcie, którą można rozszerzyć ociekawe elementy. Istnieją różne uzupełnienia tj. klip video prezentujący model 3D zwszystkich stron, panoramy wzbogacone o zdjęcia lub anaglify szczegółów wraz zkrótką charakterystyką, tworzenie modelu wnętrza na podstawie panoram (wersjaImageModeler 2009), poszczególne elementy opatrzone podkładem muzycznym np.dźwiękiem zabytkowych organów lub głosem lektora opowiadającym o obiekcie,wędrówka po obiekcie łącząca panoramy z modelem oraz anaglifami, itp.Największą zaletą tego opracowania jest mały stopień profesjonalnej wiedzy.Oprogramowanie, którym się posłużono nie wymaga zaawansowanych wiadomości,np. automatyczna kalibracja aparatu. Wadą zastosowanego modelera sąograniczone możliwości eksportu, które dostarczają niedokładnych informacji np. wstandardzie VRML. Program IM jest przeznaczony dla pasjonatów, jak i dlaspecjalistów. Poprawne wykonanie zdjęć jest kluczowym etapem, który możewykonać zarówno zawodowiec jak i hobbysta. Wymagany sprzęt należy do gronaprzeciętnych „cyfrówek” posiadanych przez większość amatorów. W przypadku zdjęćpanoramicznych niezbędne jest głowica ze statywem, a anaglifów statyw.W pracy przedstawiono nowoczesne metody wizualizacji obiektu. Powyższesposoby dalece odbiegają od dotychczasowego przedstawienia zabytku tj. galeriizdjęć wraz z opisem. Takie postępowanie jest skuteczne dla osób, które nie mogąodwiedzić danego miejsca osobiście, również w celu promocyjnym i dydaktycznym.115

7. Literatura• Abernathy D., De Simoned M., Favro D., Frischer B. 2003 – „The digital Roman Forum projectof the UCLA Cultural Virtual Reality Laboratory”, opublikowano w International Archives of thePhotogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXIV-5/W10;• Baltsavias E., El-Hakim S., Grammatikopoulos L., Picard M., Remondino F. 2008 – „Imagebased3D modeling of the Erechteion, Acropolis of Athens”, opublikowano w The InternationalArchives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol.XXXVII. Part B5. Beijing 2008;• Baranowski M. 2006 – “Metody geowizualizacji”, zamieszczone w Roczniku Geomatyki 2006,Tom IV, Zeszyt 2;• Boroń A., Borowiec M., Jachimski J., Mierzwa W., Tokarczyk R., Zieliński J., 1998 –„Dokumentowanie zabytków w ramach systemu informacji o terenie z wykorzystaniem kamerniemetrycznych i fotogrametrii cyfrowej”, projekt finansowany przez KBN, Zakład Fotogrametriii Informatyki Teledetekcyjnej AGH;• Borowiec M., Tokarczyk R. 1998 – „Komputerowa prezentacja wyników inwentaryzacjiarchitektonicznej”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.8;• Bryson S. 1996 – „Virtual Reality in Scientific Visualization”, COMMUNICATIONS OF THEACM, May 1996/Vol. 39, No. 5;• Cantoni R., Lanza C., Vassena G. 2001 – „From the survey to the 3D animation: The SantaMaria in Solario Chapel in Brescia (Italy)”, XVIII International Symposium of CIPA, Potsdam,Sep. 18-21, 2001;• Cartwright W.E. 2006 – „Using 3D models for visualizing “The city as it might be””, RMITUniversity, Melbourne, Australia, wygłoszone na Sympozjum ISPRS Technical Commission II,WG II/5, Lipiec 2006 Wiedeń;• Cisło U. 2007a – „Standaryzacja w zakresie trójwymiarowej informacji przestrzennej”, RocznikiGeomatyki 2007, Tom 5, Zeszyt 8;• Cisło U. 2007b – „Standardy dla trójwymiarowej wizualizacji informacji przestrzennej wpraktyce”, ARchiwu Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.17, 2008;• Cisło U. 2007c – „Standaryzacja zapisu geoinformacji trójwymiarowej”, Geomatics andEnvironmental Engineering 2007, Vol.1, No.3;• Di Gioia F., Malinverni E.S. 2003 – „3d image models in In dynamic environmental GIS”,FIMET - Università di Ancona (Italy), opublikowano w International Archives of thePhotogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXIV-5/W10;• Eisenbeiss H., Püschel H., Sauerbier M. 2008 – „A 3D model of Castle Landenberg (CH) fromcombined photogrammetric processing of terrestrial and UAV-based images”, opublikowano wThe International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial InformationSciences. Vol. XXXVII. Part B6b. Beijing 2008;116

• Fornali G., Pinto L., Roncella R. 2008 – „Photogrametric survey of ancients musicalinstruments”, opublikowano w The International Archives of the Photogrammetry, RemoteSensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5. Beijing 2008;• Gaofeng K., Xiaobin H., Xiaopeng W. 2008 – „System implementation of 3D city simulationand planning aided design – taking Yinchuan city of Ningxia Hui autonomous region as anexample”, opublikowano w The International Archives of the Photogrammetry, RemoteSensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVII, Part B5, Beijing 2008;• Gruen A., Roditakis A. 2003 – „Visualization and animation of Mount Everest”, Institute ofGeodesy and Photogrammetry, Szwajcaria, opublikowano w International Archives of thePhotogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXIV-5/W10Tarasp, Switzerland 2003;• Grussenmeyer P., Koehl M. 2008 – „3D model for historic reconstruction and archeologicalknowledge dissmention: the Niedermunster Abbey’s project (Alsace, France)”, opublikowanow The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial InformationSciences. Vol. XXXVII. Part B5. Beijing 2008;• Haegler S., Maim J., Mueller P., Thalmann D., Van Gool L., Yersin B. 2007 - „Populatingancient Pompeii with crowds of virtual Romans”, Virtual Reality Laboratory”, EurographicsSymposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage (VAST) 2007;• Inoue M., Kawahara D., Kawasumi T., Kirimura T., Matsuoka K., Nakaya T., Seto T., Soda Y.,Takase Y., Tsukamoto A. i Yano K. 2008 – „Virtual Kyoto: visualization of historical city with4DGIS, Virtual Reality and web technologies”, opublikowano w The International Archives ofthe Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. PartB5. Beijing 2008;• Jachimski J. 1995 – „Video Stereo Digitizer a Small digital stereophotogrammertic workingstation for the needs of SIT and other application”, opublikowano w Geodesy andEnvironmental Engineering Commission, Geodesy 38, 1995, Polska Akademia Nauk;• Jachimski J., Mierzwa W., Tokarczyk R. 2007 – „Wizualizacja 3D w promocji dziedzictwakulturowego”, III Ogólnopolskie Sympozjum „Krakowskie Spotkania z INSPIRE” DziedzictwoKulturowe jako element geoprzestrzeni, Kraków;• Jędryczka R., 2004. – „Wizualizacje VRML/X3D danych fotogrametrycznych w aplikacjachinternetowych”, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 14;• Knyaz V.A., Zheltov S.Yu. 2008 – „Photogrammetric techniques for dentistry analysis,planning and visualisation”, opublikowano w The International Archives of thePhotogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5.Beijing 2008;• Kucharski T. 2005 – praca dyplomowa „Modelowanie kształtu i ruchu animowanych postaci”,Politechnika Wrocławska, wydział Elektroniki;• Lambers K., Sauerbier M. 2003 – „A 3D model of the Nasca lines at Palpa (Peru), Institute ofGeodesy and Photogrammetry, Swiss Federal Institute of Technology Zurich, opublikowano w117

International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial InformationSciences, Vol. XXXIV-5/W10;• Luhmann T. 2004 „A historical review on panorama photogrametry”, International Archives ofPhotogrammetry and Remote Sensing, 2004, Vol. 34, Part 5/W16;• Łatak K 2005 – „Bazylika i klasztor Bożego Ciała Kanoników Regularnych Laterańskich naKazimierzu w Krakowie”, Kraków 2005, Wydawca Zakon Księży Kanoników RegularnychLaterańskich;• Makutėnienė D., Mešliūtė R., Žiūrienė R. 2006 – „Development of 3D city model applyingCadastral information”, opublikowano w Geodesy and Cartography, 2006, Vol XXXII, No 2;• Moore A., Villanueva R., William Wong W. 2004 – „Usability evaluation of non-immersive,desktop, photo-realistic virtual environments”, zaprezentowano na SIRC 2004 – The 16 thAnnual Colloquium of the Spatial Information Research Centre, University of Otago, Dunedin,New Zealand;• Paquet E., Viktor H. L. 2005 – „Long-term preservation of 3D cultural heritage data related toarchitectural sites”, opublikowano w The International Archives of the Photogrammetry,Remote Sensing and Spatial Information Sciences, VOLUME XXXVI, PART 5/W17 WG V/2;• Różycki S. 2006 – „Trójwymiarowe modele miast w sieci Internet”, Roczniki Geomatyki 2006,Tom IV, Zeszyt 3;• Steidler F. 2007 – „Reality - based virtual 3D city models with Google Earth Integration”,opublikowano w Photogrammetric Week 2007;• Ulm K. 2007 – „CyberCity - Reality-based Virtual 3D-Models” opublikowane w GIMInternational, Lipiec 2007;• Wachta H. 2001 – „Computer visualisation techniques used in designing illumination of sacredobjects”, opublikowano w Ingineria Iluminatului, No. 8, Editura Mediamira Cluj-Napoca;• Wang Zhi, LI Qingquan , LI Yuguang 2005 – „A method on modeling and visualization of 3Dobject” , opublikowano w The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensingand Spatial Information Sciences, Vol. 34, Part XXX;• Wunddshammer B, 1989 – „Fotografia dla wszystkich”, Wydawnictwa Artystyczne i Filmowe;Inne• ImageModeler® 4.0 User Guide, 2004;• Gawin A. 2002 – „Dynamiczna wizualizacja ulicy Kanoniczej w Krakowie w oparciu o zdjęcialotnicze i naziemne”, Praca magisterska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska,AGH;• Kosecka M. 2005 – „Zastosowanie programu Orpheus do trójwymiarowej inwentaryzacjizabytków”, Praca magisterska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, AGH;• Lisowska-Woś A. 2006 – „Bierna inwentaryzacja obiektów zabytkowych i jej wykorzystanie dokomputerowej wizualizacji”, Praca magisterska, Wydział Geodezji Górniczej i InżynieriiŚrodowiska, AGH;118

• Mach A. 2005 – „Fotogrametryczna inwentaryzacja 3D wnętrza kościoła św. Wojciecha wKrakowie”, Praca magisterska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, AGH;• Maj L. 2003 – „Multimedialna prezentacja 3D zabytkowych pierzei ulicy Grodzkiej w Krakowiez wykorzystaniem zobrazowań naziemnych i lotniczych”, Praca magisterska, WydziałGeodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, AGH;• Matusz D. 2001 – „Fotogrametryczne opracowanie dokumentacji kapliczek przydrożnych”,Praca magisterska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, AGH;• Pietrzykowska P. 2006 – „Opracowanie przewodnika po ścieżce geoturystycznej przy użyciupanoram fotograficznych, anaglifów i zdjęć lotniczych”, Praca magisterska, Wydział GeodezjiGórniczej i Inżynierii Środowiska, AGH;• Sowińska J. 2005 – „Tworzenie stereoskopowych panoram obiektów architektonicznych”,Praca magisterska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, AGH;Internet• Oficjalna strona firmy Realviz: http://www.realviz.com;• Oficjalna strona producenta Autodesk: http://www.autodesk.com;• Portal poświęcony standardowi GeoVRML: http://www.geovrml.org;• Strona programu Google Earth: http://earth.google.com/intl/pl;• Strona programu Sketch Up: http://www.sketchup.google.com;• Strona firmy CyberCity3D: http://www.cybercity.tv;• Internetowa darmowa encyklopedia: http://www.wikipedia.org;• Włoski serwis z modelami miast: http://www.seat.it/seat/en;• Strona Dziennika Internatów: http://www.di.com.pl;• Strona programu Photosynth: http://www.photosynth.net;• Strona portalu Porady: http://www.idg.pl;• Strona Jamiesa Domina: http://jamiesdomain.wordpress.com;• Blog Coding4Fun: http://blogs.msdn.com/coding4fun;• Witryna Microsoft Developer Network: http://www.blogs.msdn.com;• Portal YouTube: http://www.youtube.com;• Oficjalna strona portalu SecondLife: http://www.secondlife.com;• Wirtualna siedziba Wydawnictwa Znak: http://www.wirtualny.znak.com.pl;• Strona szkoły językowej Lingualand: http://www.lingualand.pl;• Polska oficjalna strona Playstation: http://www.pl.playstation.com;• Strona miłośników gry Playstation3: http://www.ps3club.pl;• Blog dotyczący gier multimedialnych: http://www.grrr.pl;• Strona serwisu Lively: http://www.lively.com;• Oficjalna strona gry Sims: http://www.simsy.net;• Blog miłośników Simsów: http://www.simsyciekawostki.bloog.pl;• Strona serwisu informacyjnego BBC: http://www.bbc.co.uk;119

• Portal SensAble: http://www.sensable.com;• Portal GeoCities: http://www.geocities.com;• Oficjalna strona Wirtualnego Museum Arabesk: www.museumarabesk.nl;• Strona miasta Karpacz: http://www.karpacz.ivc.pl;• Strona miasta Wodzisław Śląski: http://www.wiadomosci24.pl;• Strona miasta Lublin: http://www.lublin.eu;• Strona Hotelu na Błoniach: http://www.hotelnabloniach.pl;• Strona Ministerstwa Kultury i Turystyki Republiki Tureckiej: http://www.kultur.gov.tr;• Portal EverScape: http://www.everscape.com;• Witryna zawierająca ciekawostki komputerowe: http://www.downloadsquad.com;• Serwis porad z dziedziny fotografii: http://www.fotoporadnik.pl;• Internetowy magazyn o fotografii: www.fotopolis.pl;• Oficjalna strona producenta FujiFilm: http://www.fujifilm.com;• Strona poświęcona krakowskiemu Kazimierzowi: http://www.kazimierz.com;• Strona Kanoników Regularnych Laterańskich: http://www.kanonicy.pl;• Strona poświęcona kulturze religijnej Ekai: www.dziedzictwo.ekai.pl;• Serwis reklamowy i informacyjny: http://www.miejsca.net;• Portal wszystkich fotografujących: http://www.fotal.pl;• Portal z recenzjami sprzętu fotograficznego: http://www.recenzje.net.pl;• Serwis poświęcony fotografii: http://www.optyczne.pl;• Serwis o fotografii cyfrowej i analogowej: http://www.fotografuj.pl;• Oficjalna strona firmy Kodak: http://www.kodak.com;• Serwis poświęcony fotografii cyfrowej: http://www.dpreview.com;• Strona ArchiCADa: http://www.archicad.pl;• Oficjalna strona oprogramowania Artlantis: http://www.artlantis.com;• Strona poświęcona miłośnikom AutoCada i ArchiCada: http://www.ecad.boo.pl;• Oficjalna strona oprogramowania NewTek: http://www.newtek.com;• Oficjalna strona Softimage: http://www.softimage.com;• Oficjalna strona Politechniki Rzeszowskiej: http://www.prz.edu.pl.120