logo gisplay

Politechnika Warszawska w 3D

Coraz bardziej popularne staje się wykonywanie trójwymiarowych fotorealistycznych modeli kampusów uczelni. Taka praktyka jest szczególnie stosowana w krajach Europy Zachodniej oraz Ameryki Północnej. Polskie ośrodki akademickie stosują prostsze sposoby prezentacji swoich kampusów, jak na przykład interaktywne mapy lub plansze z modelami 3D.

Głównym celem niniejszej pracy dyplomowej było wykonanie modeli 3D budynków Politechniki Warszawskiej na poziomie szczegółowości LoD2, zgodnie z przyjętymi standardami CityGML.

Poziomy szczegółowości zgodne ze standardami CityGML (źródło: Gröger et al. , 2012)

Rys 1. Poziomy szczegółowości zgodne ze standardami CityGML (źródło: Gröger et al. , 2012)

Większość modeli generowano głównie na podstawie danych pochodzących z lotniczego skanowania laserowego - LIDAR (ang. Light Detection and Ranging). Ponadto, użyto 2 stereopary zdjęć lotniczych (dla budynków, dla których nie posiadano sekcji chmur punktów), ponad 400 zdjęć naziemnych, 8 arkuszy ortofotomapy oraz przyziemii pochodzących z warstwy Bazy Danych Obiektów Topograficznych. Po przeprowadzeniu analizy dokładnościowej należy stwierdzić, że wygenerowane modele spełniają parametry standardu LoD2 (dokładność sytuacyjna - ok. 29 cm, wysokościowa - ok. 5 cm), a ze względu na bardzo wysoką rozdzielczość tekstur, niekiedy nawet LoD3.

Pierwszym etapem projektu było przygotowanie danych wejściowych – przycięcie sekcji LAS oraz przyziemi z BDOT10k dla poszczególnych budynków. Proces ten przeprowadzono przy użyciu oprogramowania CloudCompare (dla chmur punktów) oraz ArcMap (dla BDOT10k). Umożliwiło to prawidłową selekcję i przygotowanie danych już w pierwszej fazie eksperymentu.

Przycięta chmura punktów dla Gmachu Architektury - ul. Koszykowa (źródło: opracowanie własne)

Rys 2. Przycięta chmura punktów dla Gmachu Architektury - ul. Koszykowa (źródło: opracowanie własne)

Dzięki temu można było przystąpić do półautomatycznego modelowania budynków w środowisku TerraSolid. Dzięki wcześniej przyciętym chmurom punktów do poszczególnych budynków łatwiej było określić odpowiednie parametry modelowania. W przypadku prostych konstrukcji dachów program nie napotykał większych problemów z ich prawidłowym odtworzeniem. Gorzej było w przypadku tych o skomplikowanej i wielospadowej strukturze.

Automatycznie wygenerowana bryła dla Gmachu Architektury - ul. Koszykowa, przed poprawkami (źródło: opracowanie własne)

Rys 3. Automatycznie wygenerowana bryła dla Gmachu Architektury - ul. Koszykowa, przed poprawkami (źródło: opracowanie własne)

Poprawiony model Gmachu Architektury (źródło: opracowanie własne) Dla budynków powstałych po 2013 roku przeprowadzono stereodigitalizację na stereoparze zdjęć lotniczych w programie Dephos.

Rys 4. Poprawiony model Gmachu Architektury (źródło: opracowanie własne) Dla budynków powstałych po 2013 roku przeprowadzono stereodigitalizację na stereoparze zdjęć lotniczych w programie Dephos.

Kolejna część eksperymentu, przebiegająca jednocześnie w programach SketchUp i Adobe Photoshop, wymagała zdecydowanie większego nakładu pracy. Pierwszą fazą były manualne poprawki, polegające głównie na łączeniu płaszczyzn, edycji wierzchołków w miejscach, gdzie występowały „martwe pola”, a także na usuwaniu zbędnych krawędzi.

Rys 5. Przykład modelu tuż po imporcie (po lewej) i modelu po usunięciu zbędnych odcinków (po prawej) – Gmach Stary Technologiczny

Praca w programie Photoshop polegała głównie na korekcie geometrycznej wcześniej wykonanych zdjęć elewacji. Ważne również było usunięcie drzew i innych przeszkód terenowych zasłaniających fasady budynków. Tak przygotowane zdjęcia umożliwiły nałożenie tekstur na modele.

Przykład zdjęcia przed (po lewej) i po przetwarzaniu graficznym (po prawej) w programie Photoshop CS6 – Gmach Architektury (źródło: opracowanie własne)

Rys 6. Przykład zdjęcia przed (po lewej) i po przetwarzaniu graficznym (po prawej) w programie Photoshop CS6 – Gmach Architektury (źródło: opracowanie własne)

Przykład jednego z oteksturowanych modeli – kompleks domów studenckich przy Pl. Narutowicza (źródło: opracowanie własne)

Rys 7. Przykład jednego z oteksturowanych modeli – kompleks domów studenckich przy pl. Narutowicza (źródło: opracowanie własne)

Ilość czasu poświęcona na wykonanie każdego z obiektów zależał od stopnia jego zróżnicowania. Wynosił on od 4 godzin dla budynków o prostej konstrukcji (np. Gmach CZIiTT czy Dom Studencki „Ustronie”), a czasami aż 3 dni (np. kompleks domów studenckich przy Placu Narutowicza czy Gmach Mechatroniki).

Ostatnim etapem było zwizualizowanie otrzymanych efektów dotychczasowej pracy. Do tego celu zdecydowano się na wykorzystanie programu ArcScene. Wizualizacja polegała na stworzeniu Numerycznego Modelu Terenu, wygenerowanie brył budynków w otoczeniu na poziomie LoD1 oraz na zaimportowaniu wykonanych oteksturowanych modeli budynków Politechniki Warszawskiej.

Wizualizacja sceny – Kampus Główny (źródło: opracowanie własne)

Rys 8. Wizualizacja sceny – Kampus Główny (źródło: opracowanie własne)

Wizualizacja sceny – Kampus Południowy (źródło: opracowanie własne)

Rys 9. Wizualizacja sceny – Kampus Południowy (źródło: opracowanie własne)

Ostatecznie wykonano w całości 32 budynki Politechniki Warszawskiej wchodzące w skład Kampusu Południowego, a także znajdujące się poza nim domy studenckie, budynki mieszkalne i inne obiekty towarzyszące. Dodatkowo wykorzystano 14 modeli wykonanych w ramach projektu naukowego zrealizowanego w 2014 roku przez Członków Stowarzyszenia Studentów Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej „GEOIDA”.

W przyszłości planowane jest udostępnienie zwizualizowanych trójwymiarowych modeli budynków Politechniki Warszawskiej na stronie internetowej Uczelni, wzbogacając w ten sposób dotychczasową mapę kampusu.

Karolina Borkowska, Ewelina Szymańska Stowarzyszenie Studentów Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej GEOIDA

Komentarze stworzone przez CComment' target='_blank'>CComment