BOU VAN DIE MULTINAVORSINGSMODEL
4.4 Terrestriële fotogrammetrie
4.4.3 Fase 1 verwerkings: Multibeeld fotogrammetrie
105
Figuur 4.8: ‘n Tak van ‘n boom kan regs in die foto gesien word, asook die ongelyke terrein rondom BF01-01.
106
• Tipe vormingsopsies.
• Delaunay of Poisson oppervlakrekonstruksie van die model.
• Die gebruik van die rekenaar se plaaslike grafikaverwerkingseenheid (GPU) of ‘n sekondêre eenheid aangesien die verwerkings ‘n kragtige GPU vereis.
Figuur 4.9: Voorverwerkingsopsies
Nadat ‘n spesifieke uitvoer-leêr vir die plasing van die gevormde 3D model van die rots geskep en in hierdie venster gespesifiseer is, word die invoer-leêr met die stel foto’s opgelaai. Die data is daarna ingevoer as ‘individual images’ met ‘high’ as die keuse tot vormingskwaliteit. Die rede vir laasgenoemde keuse is dat voorafproefnemings getoon het dat die ekstreemkwaliteit-opsie nie funksioneer vir hierdie spesifieke toepassing van die sagteware nie. Die rede hiervoor is onbekend, maar die resultate tydens proeflopies het geen gevormde puntwolk of mesh gelewer nie en daarom is die tweede hoogste kwaliteit gekies vir die BGM in hierdie studie, naamlik
‘high’. Die Poisson oppervlakrekonstruksie is dan ook gekies vir ‘n meer gladde afwerking van die 3D model. Wat die ‘GPU’-opsie betref, omrede die rekenaar wat vir die verwerkings gebruik word wel oor ‘n kragtige GPU beskik in terme van ‘n GTX1650 met ‘n klokspoed van 1 485MHz, is dié opsie afgemerk. Dan, die getalle wat by verstek gegee en ook aanbeveel word vir optimum verwerking, naamlik -1 vir ‘num-threads’ en ‘gpu_index’ is so gehou. Met die ‘Run’- opsie gekies, het die vorming van die 3D model by wyse van BGM, begin.
Na afloop van die modellering, toon die sagteware die metadata soos geprosesseer in terme
107
van die hoeveelheid foto’s wat ingevoer is, asook vanwaar (hoek en afstand vanaf rots) die foto’s geneem is (Figuur 4.10).
Figuur 4.10: Tydens BGM bereken die sagteware die hoeke vanwaar die foto’s geneem is, asook die area wat deur die betrokke foto gedek word. Hierdie is ‘n voorbeeld van dié berekende inligting soos
vertoon na afloop van Colmap se verwerkings - BF01-01 se data in hierdie geval.
Op dieselfde wyse is hierdie metode op al vier stelle foto’s van die kompleet rotse toegepas. Die volgende tabel (4.3) dui aan hoe lank dit die sagteware geneem het om ‘n 3D model te vorm van elke rots in terme van die aantal foto’s wat van elk ingevoer is.
Tabel 4.3: Verwerkingstyd van data per kompleet rots.
Rotse Aantal foto’s geneem en
ingevoer vir BGM
Verwerkingstyd in ure
BF01-01 136 6
BF02-01 166 6
BF03-01 82 2
BF04-01 121 3½
Die 3D modelle van die kompleet rotse soos geskep tydens hierdie verwerkings (Figuur 4.11), sal voorts na verwys word as 3D rotsmodelle.
108
Figuur 4.11: Die geskepte 3D rotsmodel van BF01-01 oopgemaak in Meshlab. Die rots in hierdie 3D model moet nog afgerond word in Blender.
Tegniek 2 se data
Hierna het die 3D modellering van die vier studierotse se betrokke panele met kunswerke op, gevolg. Hierdie data is op dieselfde wyse verwerk as Tegniek 1 se data: Elke stel foto’s is om die beurt ingevoer en dieselfde opsies is in Colmap gekies (behalwe vir alternatiewe invoer-en uitvoer-leêrs). Hierna kon BGM begin en geskepte 3D modelle van die betrokke panele is gelewer as eindresultate. Tabel 4.4 toon die BGM-data van hierdie verwerkings.
Tabel 4.4: Verwerkingstyd van data per rotspaneel.
Rotspanele Aantal foto’s geneem en ingevoer vir BGM
Verwerkingstyd in ure
BF01-01 45 1½
BF02-01 54 2½
BF03-01 46 1½
BF04-01 43 1¼
Die 3D modelle van die panele met die petrogliewe op soos geskep tydens hierdie verwerkings (Figuur 4.12), sal voorts na verwys word as 3D oppervlakmodelle.
109
Figuur 4.12: Die geskepte 3D oppervlakmodel van BF01-01 oopgemaak in Meshlab. Hierdie rotspaneel moet ook nog afgerond word in Blender.
Resultate
Na afloop van die BGM van beide tegnieke se datastelle, is die geskepte puntwolke en meshes in die voorafgespesifiseerde uitvoer-leêrs gestoor. Hierna het verdere verwerking in Blender plaasgevind waar elk van hierdie geskepte 3D modelle afgerond is deur dit netjies uit te sny.
4.4.3.2 Blender as afrondingsinstrument
Die afrondingsproses in Blender is toegepas op beide tegnieke se dataverwerkings. In beginsel is hierdie verwerkings dieselfde vir beide tegnieke, menende die 3D rotsmodel en die 3D oppervlakmodel, en kan die uiteensetting daarvan in Figuur 4.13 gesien word.
Eerstens, is die onafgewerkte 3D model in sy PLY-formaat (soos uitgevoer deur Colmap) ingevoer in Blender. Om die rante van die model af te rond was dit nodig om die rots/kunswerke netjies uit te sny in ‘Edit Mode’ met die ‘Toggle X-Ray’-funksie aangeskakel om seker te maak daar word deur al die lae van elke geselekteerde gedeelte gesny. Sonder hierdie funksie sal slegs die gedeeltes wat visueel vanuit ‘n bepaalde hoek sigbaar is, afgesny word. Die snyproses is begin deur eerstens die ‘Select Lasso’-opsie te kies in stede van die ‘Select Box’- of ‘Select Circle’-opsie op die nutsbalk onder die ‘Select Box’-funksie. Hierdie geselekteerde opsie behels die sny by wyse van die vryhand-tegniek, terwyl die ander twee opsies slegs óf in reguitlyne óf sirkels sny. Let wel, na aanleiding van die vorm van die kunswerke in BF02-01 en
110
BF04-01, is weer onderskeidelik die ‘Select Box’- en ‘Select Circle’-opsies gekies vir die uitsny/afrond van slegs húl 3D oppervlakmodelle.
Figuur 4.13: Afrondingsproses in Blender.
Die fisiese sny-tegniek behels die trek van ‘n semi-akkurate grens om die rots, of dan kunswerke in die geval van die 3D oppervlakmodelle, waarna ‘Ctrl i’ op die sleutelbord gedruk is om res van die beeld rondom die omgrensde gebied te selekteer. Hierdie geselekteerde gebied is dan uitgevee en die 3D oppervlakmodel was gereed vir die volgende stap waartydens die model se middelpunt in lyn gebring is met die as waarom dit gaan roteer ter uitvoering van sy funksionaliteit in die multinavorsingsmodel. Vir dié doel is die ‘Origin to 3D Cursor’-opsie toegepas om die rotasie-as te skuif na die model se middelpunt (Figuur 4.14).
111
Figuur 4.14: Resultaat van ‘n afgeronde 3D oppervlakmodel soos toegepas op BF01-01.
Let wel, alvorens die 3D rotsmodelle se middelpunte ook inlyn gebring kon word op dieselfde wyse, moes eers van die oortollige beelddata wat nog rondom die rots sigbaar was, ontslae geraak word. Weereens is die ‘Lasso’-instrument toegepas en die ongewenste rante is stuk-vir- stuk met die muis aangedui, waarna dit met die ‘X’ → ‘vertices’ sleutelkombinasie afgesny is (Figuur 4.15).
Figuur 4.15: Oortollige beelddata word van die rots afgesny. Hier geïllustreer op BF01-01.
Tydens die afsnyproses is die rots deurentyd deur die invoerder geroteer om seker te maak dat
112
alle oortollige beelddata wat teen enige hoek sigbaar is, afgesny word. Hierdie proses is herhaal totdat die rots se rante netjies vertoon het en slegs die verlangde gedeelte van die rots aan die einde van die proses sigbaar was. Hierna kon die 3D rotsmodelle se middelpunte ook inlyn gebring word met hul roterende asse (Figure 4.16).
Figuur 4.16: Hier weer die resultaat van ‘n afgeronde 3D rotsmodel soos toegepas op BF01-01. Die sirkel op die entiteit dui die middelpunt van die rots/oppervlak aan, dus die as waarom hy kan roteer in
die multinavorsingsmodel.
Hierna was die modelle gereed om gestoor te word vir die inbou in die verbruikersbeheerde verbindingskanaal in Unity.
4.4.4 Fase 1 verwerkings: Enkelbeeld fotogrammetrie
Die foto’s van die vier rotspanele met die petrogliewe wat tydens Tegniek 3 gefotografeer is (sonder die liniaal by), is elk om die beurt in die sagtewarepakket, Materialize ingevoer en verwerk. Die tweede stel foto’s wat by wyse van dieselfde tegniek gefotografeer is, maar met die liniaal by, is op hul beurt weer tot ‘n minimale mate verwerk in die aanlyn sagteware- instrument, OnlineJPGtools.
4.4.4.1 Verwerking in Materialize
Eerstens, is die kleurfoto ingevoer en onder ‘Diffuse Map’ geplaas waarna gekies is om die foto in sy oorspronlike kleur te behou. Hierna is die ‘Height Map’-opsie gekies en ‘n venster wat oopmaak bied verskeie opsies in terme van verstellings waardeur die mate van hoogte of diepte
113
van al die elemente op die foto verstelbaar is. Die gepaste verstellings wat vir elk van die vier rotse se enkelfoto’s gemaak is in hierdie venster verskil, maar met die belangrikste verstelling wat wél deurlopend by elk gemaak is, naamlik by ‘Final Contrast’. Met verstelling van ‘Final Contrast’ word bepaal watter gedeeltes van die rots dieper moet vertoon en watter gedeeltes uitgelig moet word as hoër in die finale uitvoerproduk. Hierdie tegnologie staan bekend as paralaks kartering en behels die gebruik van per-pieksel koördinaattoewysing vir tekstuur om eerstens die vormingskwaliteit te verhoog en tweedens die per-pieksel bewerkings met grafika hardeware te realiseer. Op hierdie wyse word tekstuur gevorm om ooreentestem met die werklike vorm van die kunswerk wat verteenwoordig word (Kaneko et al., 2001:3).
By verstek is die numeriese waarde van ‘Final Contrast’ 1.5 wat beteken dat die inkepinge in die rotse ligter aangedui word as die res van die rots (Figuur 4.17). Hierdie waarde is dus na negatief geskuif sodat die inkepinge donkerder vertoon as die rotsoppervlakte rondom (Figuur 4.18). Die rede hiervoor is dat die sagteware geskryf is om die donkerder gedeeltes te vertolk as inkepinge en hoe ligter die oppervlakte vertoon hoe hoër die elevasie wat geskep word. Die sagteware bereik dié oogmerk deur die berekenings rakende die variasie in die topologie van die oppervlakte uit te voer na gelang van die mate van lig wat uitgestraal word deur elke pieksel (Lawlor, 2017: 125).
Figuur 4.17: Die petrogliewe vertoon aanvanklik ligter as die rots rondom.
Laastens, is ook ‘n ‘Normal Map’ geskep vanaf die gegenereerde ‘Height Map’. Die ‘Normal Map’ se funksie is om aan te dui tot watter mate die besonderhede wat uitgelig word in die
‘Height Map’ beklemtoon moet word in die finale uitvoerproduk (Figuur 4.19). Vir dié doel is
114
slegs op drie komponente gefokus in die verstellingsopsies, naamlik ‘Pre Contrast’, ‘Shape Recognition’ en ‘Final Contrast’.
Figuur 4.18: Nadat die kontras omgekeer is deur ‘Final Contrast’ se waarde te verander na ‘n negatiewe getal.
Figuur 4.19: In ‘Normal Map’ verwerk.
Hierdie eindproduk word dus ‘n vertolkte 3D oppervlakuitbeelding genoem vir die doeleinde van hierdie studie (Figuur 4.20). Só ‘n 3D uitbeelding is dan in JPG-formaat gestoor om later
115
ingevoer te word in Unity vir Fase 2 van die verwerkingsproses.
Figuur 4.20: ‘n Vertolkte 3D oppervlakuitbeelding van BF01-01 (gedraai teen ‘n hoek ter illustrasie van die geskepte driedimensionaliteit).
Ook was ‘n monochroom verteenwoordiging nodig vir die multinavorsingsmodel en daarvoor is die reeds ingevoerde kleurfoto en geskepte “Height-’ en ‘Normal Maps’ behou, maar is slegs die intensiteit van die kleur in die beeld afgebring na ‘0’ om sodoende ‘n monochroom vertolkte 3D oppervlakuitbeelding te skep. Hierdie variasie in die 3D uitbeelding is dan ook in JPG-formaat gestoor vir verdere verwerking in Unity.
4.4.4.2 Verwerking in OnlineJPGtools
Die kleurfoto’s met die liniaal by word om die beurt in die aanlyn-omskakelaar, OnlineJPGtools, ingevoer vir omskakeling na monochroomuitbeeldings. Hierna word beide die kleur- en monochroomuitbeeldings van al vier rotspanele gestoor vir verdere verwerking in Fase 2 (Figure 4.21 en 4.22).
116
Figuur 4.21: Kleurfoto van BF01-01.
Figuur 4.22: Die monochroom ekwivalent van die BF01-01 se kleurfoto.
117