Čvut v prazegeo.fsv.cvut.cz/proj/dp/2015/martin-tousek-dp-2015.pdfpole, jeho zaměření a...
TRANSCRIPT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
FAKULTA STAVEBNÍ
KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE
Diplomová práce
Zaměření a vytvoření prostorového modelu hlavní věže hradu
Helfenburk u Úštěka
Measurement and Spatial Model Creation of the Main Tower of the
Helfenburk Castle near Úštěk
Vedoucí práce Ing. Tomáš Křemen, Ph.D.
prosinec 2014 Bc. Martin Toušek
ZADÁNÍ
Prohlášení
Čestně prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně na základě vlastních
poznatků a za použití odborné literatury, která je uvedena v seznamu použité literatury.
V Praze dne ……………. …………………………
Poděkování
Tímto bych chtěl poděkovat panu Ing. Tomáši Křemenovi, Ph.D. za vedení mé
diplomové práce a za odborné konzultace během psaní této práce.
Dále bych chtěl poděkovat panu Ing. Tomáši Hončovi z firmy Geotronics Praha,
s.r.o. za půjčení skeneru Trimble TX5.
Poděkování také patří studentům, se kterými jsem spolupracoval především během
měřické části této práce. Jedná se o Bc. Petru Dífkovou, Bc. Janu Poesovou, Bc. Alžbětu
Prokopovou a Bc. Lukáše Vosyku.
Na závěr bych chtěl poděkovat svojí rodině za podporu během celého mého studia.
Abstrakt
Tato práce se zabývá zaměřením hradní věže a následným zpracováním
naměřených dat. Podrobné zaměření bylo provedeno metodou laserového skenování. První
část práce se zabývá postupem při zaměření objektu. Jedná se o volbu stanovisek, přípravu
měření na stanovisku a samotné měření. Ve druhé části je popsáno zpracování naměřených
dat. Zpracování probíhá v programu Geomagic Studio. Hlavní částí zpracování dat je
registrace mračen bodů. Výsledkem práce jsou 3D model interiéru a exteriéru věže
ve formě mračna bodů a 2D výkresy věže.
Klíčová slova
Skenování, registrace, mračno bodů , hrad Helfenburk
Abstract
This thesis deals with measurement of the tower of the castle and with processing
of the measured data. For the detailed measurement was used method of laser scanning.
The first part of the thesis deals with measurement of the object. This is choice
of standpoints, preparing of measurement and the measurement. The second part of the
thesis deals with processing of the measured data. Data were processed in the program
Geomagic Studio. The main part of the processing is registration of the point clouds.
Results of this paper are 3D model of the interior and exterior of the tower in the form
of the point cloud and 2D drawings of the tower.
Key words
Scanning, registration, point cloud, Helfenburk castle
Obsah
Úvod ....................................................................................................................................... 9
1. Hrad Helfenburk ........................................................................................................... 10
1.1 Popis hradu ............................................................................................................ 10
1.2 Historie hradu ........................................................................................................ 11
1.3 Současná dokumentace hradu ............................................................................... 11
2. Zaměření objektu .......................................................................................................... 13
2.1 Metoda měření ...................................................................................................... 13
2.1.1 Princip laserového skenování ........................................................................ 13
2.1.2 Výhody laserového skenování ....................................................................... 14
2.1.3 Trimble TX5 .................................................................................................. 14
2.2 Příprava měření ..................................................................................................... 15
2.2.1 Rekognoskace terénu ..................................................................................... 15
2.2.2 Vybudování bodového pole ........................................................................... 15
2.2.3 Rozmístění terčů ............................................................................................ 16
2.3 Průběh měření ....................................................................................................... 18
2.3.1 Volba stanovisek ............................................................................................ 18
2.3.2 Příprava měření na stanovisku ....................................................................... 19
2.4 Kontrolní měření ................................................................................................... 21
2.4.1 Kontrolní míry ............................................................................................... 21
2.4.2 Kontrolní body ............................................................................................... 21
2.4.3 Výškové měření pásmem ............................................................................... 24
3. Zpracování dat .............................................................................................................. 25
3.1 Příprava dat ........................................................................................................... 25
3.1.1 Export v programu Scene .............................................................................. 25
3.1.2 Export v programu Geomagic ........................................................................ 25
3.1.3 Výběr skenů ................................................................................................... 27
3.1.4 Čistění skenů .................................................................................................. 27
3.2 Registrace skenů – obecný postup ........................................................................ 28
3.2.1 Manuální registrace ........................................................................................ 28
3.2.2 Globální registrace ......................................................................................... 30
3.3 Postup zpracování registrace ................................................................................. 32
3.3.1 Registrace pater a schodiště ........................................................................... 32
3.3.2 Registrace exteriéru ....................................................................................... 34
3.3.3 Redukce dat .................................................................................................... 37
3.3.4 Registrace pater do věže ................................................................................ 40
3.3.4.1 Manuální a globální registrace ............................................................... 40
3.3.4.2 Transformační matice ............................................................................. 41
3.3.5 Registrace schodiště do věže ......................................................................... 44
4. Tvorba 3D výstupů ....................................................................................................... 47
4.1 Výpočet souřadnic identických bodů .................................................................... 47
4.2 Transformace modelu do souřadnicového systému .............................................. 48
4.3 Kontrola přesnosti modelu .................................................................................... 50
4.3.1 Kontrolní míry – interiér ................................................................................ 50
4.3.2 Kontrolní body ............................................................................................... 52
4.3.3 Výškové kontroly ........................................................................................... 52
4.3.4 Kontrola souřadnic ......................................................................................... 53
5. Tvorba 2D výstupů ....................................................................................................... 55
5.1 Export bodů ........................................................................................................... 55
5.2 Micro Station ......................................................................................................... 56
5.3 Půdorys .................................................................................................................. 57
5.4 Řez ......................................................................................................................... 58
5.5 Pohled .................................................................................................................... 58
Závěr .................................................................................................................................... 59
Seznam obrázků ................................................................................................................... 60
Seznam tabulek .................................................................................................................... 62
Seznam použité literatury .................................................................................................... 63
Seznam příloh ...................................................................................................................... 64
Přílohy .................................................................................................................................. 65
ČVUT v Praze Úvod
9
Úvod
Hrad Helfenburk je zřícenina nacházející se v Ústeckém kraji, přibližně 2,5 km
od obce Úštěk. O hradní komplex se stará skupina dobrovolníků Hrádek. V hradním
komplexu je zachováno především hradební zdivo a věž. Pro účel vyhotovení dobových
studií či případnou rekonstrukci je potřeba vyhotovit aktuální dokumentaci hradu.
Na základě domluvy skupiny Hrádek se zástupci ČVUT vzniklo téma pro tuto práci.
Dokumentace je vytvářena pro celý komplex hradu. Tvorba dokumentace se skládá
ze dvou částí, zaměření hradu a zpracování naměřených dat. Z důvodu rozsáhlého
komplexu bylo zaměření provedeno ve skupině pěti studentů. Zpracování naměřených dat
bylo rozděleno mezi skupiny studentů a každý se věnuje zpracování jiné části hradu.
V lokalitě probíhala v minulosti dvě zaměření, obě pouze v místním systému.
Pro připojení nového měření do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému
Bpv bylo nutné vytvořit nové bodové pole. Pro podrobné zaměření hradu byla zvolena
metoda laserového skenování. Pro měření byl použit skener Trimble TX5, který pro účely
této práce zapůjčila firma Geotronics Praha, s.r.o.
V první části diplomové práce je popsán průběh zaměření objektu. Jedná se
především o popis podrobného zaměření, volba a rozmístění stanovisek skenování, volba
identických bodů, nastavení skeneru před měřením. Krátce je zmíněna i tvorba bodového
pole, jeho zaměření a výpočet není náplní této práce.
Ve druhé části je popsána tvorba dokumentace hradní věže. Jedná se o registraci dat a
tvorbu výstupů (3D mračno bodů, 2D výkresy). Zpracování dat bylo provedeno
v programu Geomagic Studio.
Je zde vysvětlena příprava dat před registrací, průběh registrace, řešení problémů,
které během registrace nastaly a tvorba 2D výkresů. Dále je zde provedeno několik testů
pro ověření přesnosti dosažených výsledků.
Výstupem této práce je spojené 3D mračno bodů a 2D výkresy dokumentující hradní
věž. Jedná se o půdorysy jednotlivých pater, řezy v patrech a pohledy na stěny věže.
ČVUT v Praze 1. Hrad Helfenburk
10
1. Hrad Helfenburk
1.1 Popis hradu
Hrad Helfenburk, zvaný také Hrádek, je postaven přibližně 2,5 km východně od obce
Úštěk. Helfenburk patří do skupiny tzv. skalních hradů, které jsou typické pro oblast
severovýchodních Čech. Hrad je postaven na skalnatém pískovcovém hřebeni
nad Rašovickým potokem.
Obr. 1: Hrad Helfenburk [http://www.travelguide.cz]
Hrad je tvořen ze dvou časově i stavebně odlišných celků. Těmito celky jsou vnitřní
jádro hradu a vnější opevnění. Vnitřní část hradu byla postavena na vrcholu pískovcového
hřebene, který se rozkládá na třech skalních blocích. Na východním a západním bloku není
v současné době zachováno žádné zdivo. Na prostředním bloku jsou zachovány pozůstatky
zdí paláce.
Vnější opevnění obklopuje starší jádro hradu hradební zdí. Na východní straně těchto
hradeb je postavena čtverhranná přibližně 30 metrů vysoká věž. Severně od věže se
nachází vstupní brána. Vnější opevnění, které bylo postaveno později než vnitřní část
hradu, je v současné době nejzachovalejší část hradu. Hlavní hradní věž prošla
rekonstrukcí v 19. století [1].
ČVUT v Praze 1. Hrad Helfenburk
11
1.2 Historie hradu
Hrad byl postaven Ronovci v průběhu první poloviny 14. století. V roce 1375 koupil
hrad pražský arcibiskup Jan Očko z Vlašimi od Jana z Helfenburku. Po jeho koupi učinil
z Helfenburku střed nového panství pro všechna arcibiskupská panství na pravém břehu
Labe.
V letech 1375 – 1379 došlo k první zásadní přestavbě hradu. Hlavním prvkem nové
výstavby byly hradby. Délka hradeb činila 277 metrů a výška dosahovala až 12 metrů.
Hradby byly zakončeny cimbuřím se střílnami. Arcibiskup Jan z Jenštejna, synovec Jana
Očka z Vlašimi, pokračoval ve zvelebování hradu. V letech 1390 – 1395 dal postavit
hlavní věž a nové opevnění. V dalších letech byl hrad ještě upravován, ale základní podoba
se již nezměnila.
Poslední arcibiskup, který seděl na Helfenburku, byl Konrád z Vechty. Konrád byl
oblíbencem krále Václava IV. V roce 1421 se přiklonil k husitům. Poté přešel hrad
do šlechtických rukou. Na hradě se vystřídalo několik šlechtických rodů. Roku 1592 koupil
Hrádek Jan Sezima ze Sezimova Ústí na Úštěku. Jemu byl Hrad v roce 1622 konfiskován
za účast na protihabsburském povstání. Hrádek přešel do vlastnictví jezuitů.
Na počátku třicetileté války byl Helfenburk opuštěn a během války byl postupně
pustošen. Kolem roku 1720 byla na Hrádku zřízena myslivna a počátkem 19. století
se stala zřícenina cílem poutníků. Roku 1839 koupil hrad Ferdinand Lobkovic a po něm
roku 1871 textilní průmyslník Josef Schroll. V letech 1887 – 1890 byl hrad opravován,
zejména hradní věž, ale později se začal hrad znovu rozpadat [1].
1.3 Současná dokumentace hradu
První zaměření hradu provedli v roce 1983 M. Záveský a J. Krupka. Zaměření bylo
provedeno v místním systému. Výchozím bodem místního systému byl zvolen bod 18
(Příloha A), kterému byly přiřazeny souřadnice 100, 100. Výchozí výškový bod byl zvolen
na prvním schodu schodiště do věže, jeho výška byla zvolena 100 metrů. Tento bod
v současné době již neexistuje, byl zničen během terénních úprav na nádvoří.
Nejprve byl zaměřen polygonový pořad uvnitř a vně hradu. Přehled rozmístění
stanovisek, výchozího výškového bodu a vyznačení umístění souřadnicových os je
zobrazeno v příloze A. Stabilizace bodů byla provedena pomocí kolíku s hřeby nebo hřeby
do skály. Jednalo se pouze o dočasnou stabilizaci a v současné době nejsou tyto body
ČVUT v Praze 1. Hrad Helfenburk
12
dochovány. Měření bylo provedeno pomocí teodolitu s dálkoměrem. Výsledkem měření
byl vyhotovený tachymetrický plán v měřítku 1:200 (obrázek 2).
V druhé polovině 80. let provedl mapování hradu Ing. Vladimír Kotrejch. Myšlenkou
bylo navázání na první měření a podrobnější zaměření nejen terénu ale i stavebních
objektů (tvar zdiva, kapsy ve skalách atd.). Původní stabilizace byla stavebními úpravami
částečně zničena. Pro měření bylo doplněno bodové pole a připojeno na původní body.
Bylo měřeno opět v místním systému. Pro zaměření bylo použito teodolitu, pásma 50 m,
nivelačního přístroje. Podrobné měření bylo provedeno v okolí studny, skalní stěna byla
měřena protínáním vpřed. Pro zobrazení naměřených dat nebylo k dispozici dostatečné
vybavení a měření tak bylo zastaveno.
V roce 1988 provedl Ing. Pavel Hlavenka fotogrammetrické snímkování hradu.
Výsledek byl připojen do místního souřadnicového systému na základě vlícovacích bodů.
Tyto body byly určeny během druhého měření Ing. Vladimírem Kotrejchem. Vyhodnocení
leteckého snímkování probíhalo v letech 1988 – 1990. Výsledek leteckého snímkování je
uveden v příloze B [2].
Obr. 2: Ukázka výstupu tachymetrie (1983) [2]
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
13
2. Zaměření objektu
Zaměření hradu probíhalo ve dnech 22. – 23. března a 3. – 4. května roku 2014.
Pro podrobné zaměření hradu byla zvolena metoda laserového skenování. Předmětem
laserového skenování byl celý objekt hradu (hradní věž, hradby, pozůstatky paláce atd.).
Skenování hradu provedla skupina 4 studentů (Bc. Petra Dífková, Bc. Jana Poesová,
Bc. Alžběta Prokopová a Bc. Martin Toušek). Pro připojení výsledného modelu
do souřadnicového systému S-JTSK a výškového systému Bpv bylo vytvořeno a zaměřeno
bodové pole. Zaměřením a zpracováním měření pro bodové pole se ve své diplomové práci
zabývá Bc. Lukáš Vosyka.
V následujících podkapitolách je popsána metoda podrobného měření, včetně popisu
použitého přístroje, příprava před měřením, průběh podrobného a kontrolního měření.
V tabulce 1 je uveden časový harmonogram jednotlivých prací na hradě.
Tab. 1: Časový harmonogram prací
Časový harmonogram prací
datum činnost
11. února 2014 rekognoskace terénu
28. února 2014 vybudování bodového pole
22. – 23. března a 3. – 4. května 2014 zaměření hradního komplexu
19. listopadu 2014 kontrolní měření
2.1 Metoda měření
2.1.1 Princip laserového skenování
Metodou laserového skenování jsou určovány prostorové souřadnice.
Tyto souřadnice jsou určovány prostorovou polární metodou na základě měřených úhlů a
vzdáleností. Pro určení vzdálenosti jsou u skenerů používány různé technologie (pulsní
laserový skener, fázový skener). Pro zaměření hradu Helfenburk byl zvolen fázový skener,
kde vzdálenost je určena na základě fázového rozdílu vyslaného a přijatého signálu.
Poloha bodů je určována v souřadnicovém systému, jehož počátek je umístěn
ve středu skeneru. Pro připojení do konkrétního souřadnicového systému (např.: S-JTSK)
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
14
je nutné skenovat body o známých souřadnicích (tzv. identické body). Jako identické body
mohou být voleny jednoznačně definovatelné prvky na měřeném objektu (ostré rohy,
výstupky atd.), kulové terče, šachovnicové terče atd.
Výsledkem laserového skenování je mračno bodů. To je soubor velkého množství
bodů, které jsou definovány prostorovými souřadnicemi. Jednotlivá mračna bodů
se registrují a dále zpracovávají ve speciálních programech (Geomagic, Cyclone atd.).
Výsledkem zpracování mračen bodů je 3D model skenovaného objektu [3].
2.1.2 Výhody laserového skenování
Zaměření metodou laserového skenování má oproti zaměření klasickými
geodetickými metodami některé výhody. Mezi hlavní výhody patří:
- Vysoká podrobnost zaměření stávajícího stavu objektů
- Rychlé naměření velkého množství dat
- Zvýšená schopnost měření za plného provozu
- Komplexní zpracování složitých objektů
2.1.3 Trimble TX5
Pro skenování hradu Helfenburk byl použit laserový skenovací systém
Trimble TX5. Skener je schopen měřit až 976000 bodů za sekundu do vzdálenosti
až 120 metrů. Tato vzdálenost je uváděna výrobcem, reálný dosah měření je nižší, více
v [4] a [5]. Rozsah měření skeneru je 300° ve vertikálním směru a 360° v horizontálním
směru. Trimble TX5 je vybaven dvouosým kompenzátorem, který vyrovnává skeny
s přesností 54´´.
Obr. 3: Trimble TX5 [3]
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
15
Skener Trimble TX5 měří vzdálenosti pomocí neviditelného laserového záření
o vlnové délce 905 mm. Skener vysílá infračervený laserový svazek na rotující zrcadlovou
jednotku. Zrcadlová jednotka zajišťuje měření bodů ve vertikálním směru. Měření
v horizontálním směru je zajištěno otáčením skeneru kolem jeho osy. Po odrazu
od povrchu se laser vrací zpět do skeneru. Na základě fázového rozdílu vyslaného
a přijatého signálu je zaměřena vzdálenost.
Skener Trimble TX5 je vybaven jednoduchým softwarem, který umožňuje nastavení
parametrů skenování, prohlížet jednotlivé skeny, vytvářet profily skenování atd. Software
se ovládá pomocí dotykového displeje, který je umístěn na boku skeneru. Měřená data jsou
ukládána na vloženou SD kartu [4], [6].
Více podrobností o skeneru uvedeno v [5].
2.2 Příprava měření
2.2.1 Rekognoskace terénu
Před samostatným zaměřením hradu bylo potřeba provést rekognoskaci terénu.
Rekognoskace byla provedena 11. února 2014. Bylo provedeno seznámení s objektem,
prohlídka celého hradního objektu a přibližné rozmyšlení postupu měření. Metoda
laserového skenování byla zvolena již před rekognoskací. Během rekognoskace byla
přibližně odhadnuta náročnost a doba měření a možnosti vybudování bodového pole.
2.2.2 Vybudování bodového pole
Bodové pole bylo vybudováno 28. února 2014. Hlavním důvodem vybudování
bodového pole bylo připojení modelu hradu do souřadnicového systému S-JTSK a
výškového systému Bpv a spojení jednotlivých měření. Model byl připojen do
souřadnicového systému na základě identických bodů, které byly zaměřeny
z vybudovaného bodového pole.
Před vybudováním bodového pole bylo důležité stanovit rozmístění jednotlivých
stanovisek bodového pole a dále způsob připojení bodového pole na souřadnicovou síť
S-JTSK a výškový systém Bpv.
Pro stabilizaci bodového pole byly voleny měřické hřeby a železné roxory. Měřické
hřeby o délce 8 cm byly umístěny v místech, kde nebylo možné zabetonovat železné
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
16
roxory, tj. do skály nebo do zdiva věže. V ostatních případech byly použity železné roxory
o délce 40 cm, které byly zabetonovány do země.
Obr. 4: Železný roxor a hřeb
Základem bodového pole jsou dva nejvýše umístěné body, jeden na hlavní hradní
věži a druhý na skalní věži v severozápadní části hradu. Tyto body byly určeny pomocí
metody GNSS ve dvou etapách. Z těchto bodů byly vybudovány měřické sítě uvnitř a vně
hradu. Obě sítě jsou vzájemně propojeny.
Podrobnějším popisem vybudování měřické sítě a jejím výpočtem se zabývá ve své
diplomové práci Bc. Lukáš Vosyka.
2.2.3 Rozmístění terčů
Závěrečným krokem před počátkem měření bylo rozmístění terčů v měřených
částech hradu. Těmito terči byly kulové terče o průměru 200 mm a šachovnicové terče
určené pro skenovací systém Trimble TX5. Tyto terče sloužily pro registraci skenů a také
pro připojení výsledného modelu do souřadnicového systému S-JTSK.
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
17
Obr. 5: Kulové terče
Terče byly rozmístěny rovnoměrně tak, aby na každém skenu bylo několik
viditelných terčů. Při rozmisťování terčů bylo důležité dbát na to, aby ze sousedních
stanovisek bylo vidět několik společných terčů. Pomocí těchto společných terčů
na sousedních skenech se provádí registrace skenů. V místech, kde nebylo možné vidět
více společných nebo vůbec žádný terč, byly pro registraci použity společné překryty (část
předmětu měření skenovaná zároveň ze dvou sousedních stanovisek). Pro registraci skenů
byly používány hlavně kulové terče.
Šachovnicové terče měly sloužit pro připojení modelu do souřadnicového
a výškového systému. Tyto terče byly rozmístěny s menší hustotou než kulové terče.
Šachovnicové terče byly rozmístěny na skalní stěny a na hradby, byly připevněny izolepou.
Po jejich rozmístění byly zaměřeny totální stanicí z vybudovaného bodového pole a byly
určeny jejich souřadnice.
Obr. 6: Šachovnicový terč
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
18
2.3 Průběh měření
2.3.1 Volba stanovisek
Správná volba stanovisek při měření byla velmi důležitá pro pozdější registraci.
Stanoviska byla volena tak, aby mezi sousedními stanovisky byl vždy buď dostatečně
velký překryt nebo několik viditelných terčů (kulové nebo šachovnicové). Rozdílná byla
volba stanovisek ve venkovních prostorech hradu a v interiéru věže. Celkem bylo zvoleno
91 stanovisek v exteriéru a 35 stanovisek v interiéru.
Rozmístění stanovisek ve venkovních prostorech bylo rozděleno do několika
skupin:
- vnitřek hradního paláce
- vnitřní hrad (nádvoří a okolí)
- prostor mezi vnitřní a vnější hradbou
- vnější část vnějších hradeb
U všech skupin byla stanoviska umístěna tak, aby na sousedních skenech byly
viditelné společné terče, podle kterých se prováděla registrace. Zároveň bylo nutné propojit
jednotlivé skupiny měření dohromady, příkladem jsou kulové terče umístěné na cimbuří
hradeb, podle kterých bylo možné propojit vnitřní a venkovní část hradeb.
Obr. 7: Měření exteriéru
V interiéru věže byla registrace prováděna pomocí překrytů, protože z důvodu
stísněných podmínek nebylo možné rozmístit kulové terče. Z tohoto důvodu byl způsob
volby stanovisek odlišný oproti venkovním prostorům. Hradní věž se skládá ze 4 pater a
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
19
střechy, které jsou spojeny točitým schodištěm. Rozdílná byla volba stanovisek
v jednotlivých patrech a na schodištích.
V jednotlivých místnostech bylo zpravidla voleno jedno stanovisko uprostřed
místnosti. Dále byla volena stanoviska u vstupu do místnosti. Tato stanoviska zároveň
navazovala na schodiště. Pro výškové usazení jednotlivých pater byla volena stanoviska
v oknech. Z oken byla skenována část interiéru a zároveň charakteristické znaky
z venkovní části hradu (hradby, část stěny paláce atd.). V případě různých zákoutí,
která nebyla viditelná z dosud volených stanovisek, bylo přidáno další stanovisko
v potřebném místě. Příkladem může být stanovisko 118 ve druhém patře, které bylo
použito k zaměření zákoutí v jižním rohu věže. Přehled stanovisek uveden v příloze C.
Obr. 8: Měření v interiéru
Na schodišti byla stanoviska volena vždy u vstupu do jednotlivých místností a dále
s rozestupem po třech schodech. Protože se jednalo o úzké točité schodiště, nebylo
při volbě stanovisek mnoho možností. Hlavní otázkou tedy bylo pouze s jakou hustotou
stanoviska volit. Při pozdějším zpracování se prokázalo, že hustota po třech schodech byla
dostatečná.
2.3.2 Příprava měření na stanovisku
Skener byl na jednotlivých stanoviscích umístěn na klasický geodetický stativ
s trojnožkou. Pro použití geodetické trojnožky je potřeba ke skeneru připevnit speciální
adaptér, kterým je skener vybaven. Pomocí krabicové libely na trojnožce byl skener
horizontován.
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
20
Po urovnání skeneru byl skener zapnut pomocí tlačítka On/Off, které se nachází
v horní části skeneru nad dotykovou obrazovkou. Na všech stanoviscích se měřili skeny
v plném rozsahu, nebylo tedy třeba provádět tzv. preview skeny. Před samotným měřením
bylo nutné nastavit parametry měření.
Parametry skenování se nastavují v menu Parameters – Resolution and Quality.
V tomto menu je možné nastavit hodnoty rozlišení a kvality. Nastavení rozlišení ovlivňuje
výsledné rozlišení skenu. Zadává se pomocí stupnice, na které jsou hodnoty 1/1, 1/2, 1/4…
nejnižší možné rozlišení je 1/32. Nastavení kvality má vliv na výslednou kvalitu
skenování, čím vyšší kvalita se nastaví, tím více je potlačen šum ve skenovaných datech.
Na obrázku 9 je vidět vzhled záložky Resolution and Quality. Mezi stupnicemi
pro nastavení kvality a rozlišení jsou vypsány údaje o čase skenování, velikosti skenu,
rozlišení a vzdálenosti bodů. Velikost skenu je udávána vertikálním
a horizontálním počtem bodů. Velikost rozlišení je udávána jednotkami MPts (Mega
Points), to znamená, kolik miliónů bodů bude přibližně naměřený sken obsahovat.
Vzdálenost bodů udává rozestup dvou naskenovaných bodů, které se nacházejí
ve vzdálenosti 10 metrů od skeneru.
Obr. 9: Resolution and Quality
Nastavení parametrů skenování bylo rozdílné pro skenování ve venkovních částech
hradu a v interiéru věže. Přehled parametrů skenování je uveden v tabulce 2.
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
21
Tab. 2: Parametry skenování
Přehled parametrů skenování
Místo Rozlišení Kvalita Vzdálenost
bodů [mm] Čas [min]
Velikost
dat [MB]
exteriér 1/4 3x 6,136 9:52 190
interiér – místnosti 1/5 3x 7,670 5:56 120
interiér – schody 1/8 3x 12,272 1:56 25
2.4 Kontrolní měření
Kontrolní měření proběhlo na hradě Helfenburk 19. listopadu 2014.
Během kontrolního měření byly zaměřeny: kontrolní oměrné pásmem, výškové rozdíly
jednotlivých pater a kontrolní body. Pro zaměření bylo použito:
- totální stanice Leica TS06 (v.č. 4507001)
- 2x odrazný hranol a 1x mini hranol
- 3x stativ
- pásmo
2.4.1 Kontrolní míry
V jednotlivých patrech věže byly zaměřeny kontrolní míry pomocí pásma.
V každém patře bylo zaměřeno minimálně pět kontrolních měr. Jako kontrolní míry byly
voleny vzdálenosti mezi jasně identifikovatelnými body (např. šířka nebo výška dveří,
rozměr otvorů pro okna atd.). Na základě zaměřených kontrolních měr a odměřených měr
v modelu hradu byla určena přesnost modelu. Výpočet přesnosti modelu je uveden
v kapitole 4.3.
2.4.2 Kontrolní body
Na hradní věži bylo zaměřeno několik kontrolních bodů pomocí polární metody.
Body byly zaměřeny v interiéru i exteriéru věže. Celkem bylo zaměřeno 29 bodů
v interiéru a 31 bodů v exteriéru. Jako kontrolní body byly voleny jasně identifikovatelné
body na věži (rohy oken, dveří a zdí). Měření bylo připojeno na bodové pole vybudované a
zaměřené na jaře roku 2014.
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
22
Tyto kontrolní body byly zaměřeny z několika důvodů. Hlavním účelem bylo
připojení věže do souřadnicového a výškového systému. Dále kontrolní body sloužily pro
určení přesnosti zaměření věže.
Měření v exteriéru bylo provedeno ze dvou stanovisek (502 a 506). Rozmístění a
připojení stanovisek na ostatní body sítě je zobrazeno na obrázku 10. Ze stanoviska 502
bylo zaměřeno 19 bodů na stěnách B a C (obrázek 10). Ze stanoviska 506 bylo zaměřeno
12 bodů na stěnách A a D (obrázek 10). Kvůli blízkému postavení stanoviska 506 od věže
nebylo možné zaměřit body v nejvyšším patře věže (příliš strmé záměry).
Obr. 10: Schéma připojení - exteriér
Měření v interiéru bylo provedeno pouze ve druhém patře věže a na střeše.
V ostatních patrech nebylo možné provést připojení z oken na body bodového pole.
Ve druhém patře bylo provedeno připojení pomocí vetknutého polygonového pořadu
(obrázek 11). V tomto patře bylo zaměřeno 19 bodů. Na střeše bylo provedeno připojení
pomocí volného stanoviska (obrázek 12). Na střeše bylo zaměřeno 10 bodů.
Přehled umístění kontrolních bodů je uveden v příloze D.
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
23
Obr. 11: Schéma připojení - 2. patro
Obr. 12: Schéma připojení - střecha
ČVUT v Praze 2. Zaměření objektu
24
2.4.3 Výškové měření pásmem
Výškové měření bylo provedeno pro určení převýšení jednotlivých podlaží věže.
Pomocí pásma spuštěného ze střechy věže byly určeny výšky parapetů v jednotlivých
patrech. Dále byly v každém patře určeny výšky parapetů nad podlahou, pro výpočet
převýšení jednotlivých pater. V přízemí není žádné okno, proto byla zaměřena výška
podlahy před vstupem do věže.
Měření převýšení bylo vztaženo k základnímu bodu, který byl zvolen na střeše věže.
Jako základní bod byl zvolen bod číslo 20 (příloha D). Tento bod byl určen ve výškovém
systému Bpv. Na základě převýšení, které bylo určeno pásmem, bylo možné určit výšky
jednotlivých pater v systému Bpv.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
25
3. Zpracování dat
Zpracování dat bylo rozděleno mezi 4 studenty, kteří spolupracovali během měření.
Tato diplomová práce se zabývá zpracováním hradní věže. Pro zpracování mračen bodů
byl zvolen program Geomagic Studio.
V následujících podkapitolách je popsán postup při zpracování dat. V první
podkapitole je popsána základní příprava dat před samotnou registrací, jedná se o export
naměřených dat, výběr skenů a jejich čistění. Druhá podkapitola se zabývá obecným
postupem registrace v programu Geomagic Studio. Ve třetí podkapitole je popsán průběh
registrace hradní věže.
3.1 Příprava dat
3.1.1 Export v programu Scene
Data naměřená laserovým skenovacím systémem Trimble TX5 se ukládají na SD
kartu. Tato karta byla po ukončení měření připojena k počítači a data byla stažena. Data
stažená ze skeneru bylo možné otevřít pouze v programu Scene.
Program Scene je dodáván ke skeneru Trimble TX5. Tento program slouží pouze
pro základní zpravování 3D dat naměřených skenerm Trimble TX5. Scene umožňuje
filtrování skenů, automatické rozpoznávání objektů, registraci skenů nebo obarvení skenů.
Pro složitější operace s daty je vhodnější export do formátů jako PTS, PTX atd. Podrobněji
byl tento program popsán v [5].
Program Scene byl využit pouze pro export dat do formátu PTX. Formát PTX
obsahuje 7 údajů o každém bodě
- souřadnice X, Y, Z [metry]
- intenzitu [0, 1]
- hodnoty RGB – red, green, blue [0, 255]
3.1.2 Export v programu Geomagic
Mračna bodů byla skenována s určitou hustotou podle nastavených parametrů.
Hustota naskenovaných bodů je ovšem závislá na vzdálenosti skenovaných předmětů
od skeneru. To znamená, že blízké předměty byly skenovány se zbytečně velkou hustotou.
Z tohoto důvodu bylo před samotným zpracováním provedeno zředění bodů.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
26
Zředění bodů bylo provedeno automaticky u všech skenů v programu Geomagic
Studio. Automatické zředění bylo provedeno dávkovým zpracováním (Batch Processing).
Nejprve bylo nutné vytvořit tzv. Macro. Pomocí Macra byl nahrán proces, podle kterého
bylo provedeno automatické ředění bodů. Po ukončení ředění bodů byla velikost dat
zmenšena ze 150 GB na 27 GB.
Postup ředění bodů pomocí funkce Batch Processing byl následující
- Tools – Macro – Record – zapnutí nahrávání Macra
- Points – Sample – Uniform – funkce pro ředění bodů, zde byly nastaveny
parametry ředění bodů (obrázek 13 – A), funkce více popsána v kapitole 3.3.3
- Tools – Macro – Stop – vypnutí nahrávání Macra
- Tools – Advanced – Batch processing – spuštění automatického procesu,
před spuštěním se nastaví následující parametry (obrázek 13 – B):
o výchozí adresář, kde jsou uloženy všechny skeny
o Macro Name – název Macra, podle kterého bude probíhat automatický
proces
o Save File – Format – formát, v jakém budou ukládány výsledky
procesu, v případě této práce byly skeny ukládány ve formátu vtx
(formát obsahující 9 informací o bodě – souřadnice XYZ, hodnoty RGB
a normály XYZ)
Obr. 13: Proces Batch Processing
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
27
3.1.3 Výběr skenů
Během měření bylo pořízeno velké množství dat. Hrad se zaměřoval kompletně
celý. Tato práce se zabývá pouze zpracováním hradní věže, proto bylo nutné z naměřených
dat vybrat pouze ta data, která se týkala věže. Výběr dat byl odlišný pro interiér a exteriér.
V interiéru bylo použito měření na všech stanoviscích v jednotlivých místnostech a
na schodišti. Pro zpracování interiéru bylo použito celkem 36 skenů o celkové velikosti
4,2 GB. Skeny v interiéru byly číslovány od 101 do 136.
V exteriéru byla vybrána měření na stanoviscích, kde byla nejlépe zaměřená hradní
věž. Při výběru stanovisek bylo nutné dbát na dostatečný překryt mezi jednotlivými skeny,
aby bylo možné provést registraci vybraných skenů. Pro zpracování exteriéru bylo vybráno
celkem 11 skenů o celkové velikosti 3,7 GB. Pro výsledný model exteriéru bylo použito
pouze 6 skenů, více v kapitole 3.3.2.
Po výběru skenů byl v programu Geomagic Studio vytvořen nový projekt. Jedná se
projekt Geomagic Wrap, který umožňuje zpracovávat mračna bodů. Tento projekt je
označen koncovkou wrp. Do vytvořeného projektu byly naimportovány všechny vybrané
skeny.
3.1.4 Čistění skenů
Během skenování bylo mimo objekt měření naměřeno i velké množství bodů,
které nejsou důležité pro výsledek, naopak mohou zpracování měření znehodnotit. Jedná se
hlavně o vnitřní vybavení místností, lidi, stromy atd. Tyto objekty bylo nutné
před samotným zpracováním odstranit.
Čistění skenů bylo provedeno v programu Geomagic Studio. Čistění skenů je
jednoduchá ale časově náročná úloha. Pro čistění skenů bylo použito základních funkcí
programu Geomagic Studio. Body, které bylo nutné odstranit, byly vybrány pomocí
některé z výběrových funkcí. Tyto funkce se spouští v záložce Select – Selection Tools
(obrázek 14). Nejpoužívanější funkcí při čistění skenů byla funkce Lasso. Vybrané body
byly pomocí klávesy delete odstraněny.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
28
Obr. 14: Selection Tools
Rychlost výpočtů registrace a pohybování v grafickém okně závisí na počtu bodů.
Z tohoto důvodu je čistění skenů důležité, čím více nepotřebných předmětů se odstraní
před samotným výpočtem, tím kratší výpočet bude. V některých případech může čištění
skenů zvýšit přesnost výsledku, konkrétní příklad uveden v kapitole 3.3.1.
3.2 Registrace skenů – obecný postup
Registrace skenů je nejdůležitější částí při zpracování naměřených mračen bodů.
Při registraci dochází ke spojování skenů pořízených na jednotlivých stanoviscích
do společného souřadnicového systému. Pro registraci skenů je možné použít několik
způsobů a programů. V případě této práce bylo použito registrace pomocí společných
překrytů v programu Geomagic Studio. Registrace pomocí překrytů byla vybrána proto, že
v místnostech nebyly během měření rozmístěny kulové a šachovnicové terče. Registrace
v tomto programu se skládá ze dvou kroků, kterými jsou manuální a globální registrace.
3.2.1 Manuální registrace
Manuální registrace slouží ke spojení dvou skenů, na základě identických bodů
označených manuálně. Spouští se v záložce Alignment – Manual Registration
(obrázek 15).
Obr. 15: Manual Registration
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
29
Po spuštění funkce je možné v části Dialog nastavit parametry registrace
(obrázek 16). Těmito parametry jsou druh registrace (1-point nebo n-point), volba mračna
na Fixed a Floating a možnost vytváření tzv. Group.
Obr. 16: Manual Registration - Dialog
Při volbě 1-point Registration dochází ke spojení skenů na základě jednoho
identického bodu. Tato volba není vhodná a příliš se nepoužívá. Dochází k velmi hrubému
spojení skenů. Při volbě n-point Registration je potřeba ke spojení skenů minimálně
3 identických bodů.
Mračno, které je označeno jako Fixed, zachovává souřadnicový systém.
Druhé mračno, označeno Floating, se na základě identických bodů transformuje
do souřadnicového systému prvního mračna. Při aktivní volbě Grouping jsou dvě mračna
po manuální registraci spojena do skupiny (group). Jednotlivé skupiny se od sebe odlišují
číslováním.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
30
Po označení identických bodů dojde k hrubému spojení skenů. Pro přesné spojení
skenů je potřeba spustit funkci Register v okně Actions (obrázek 16). V okně Actions se
nachází další možnosti. Funkce Unregister zruší poslední provedenou registraci. Clear
slouží ke smazání všech zvolených identických bodů. Modife umožňuje ruční posunutí
objektů, které jsou označeny Float, po ukončení registrace.
Po spuštění funkce Manual Registration se okno Graphics rozdělí na tři části
(obrázek 17). V levé horní části je zobrazeno mračno označené Fixed, v pravé horní části
je mračno označeno Floating. V těchto dvou oknech se pomocí kurzoru myši označují
jednotlivé identické body na obou mračnech. V dolní části okna Graphics je vidět výsledné
spojení dvou mračen.
Obr. 17: Graphics
3.2.2 Globální registrace
Globální registrace slouží k přesnému spojení dvou a více skenů. Globální
registrace se spouští v záložce Alignment – Global Registration (obrázek 18).
Obr. 18: Global Registration
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
31
Během globální registrace dochází ke spojení skenů na základě společných překrytů.
Před samotnou globální registrací je nutné přibližně spojit skeny pomocí manuální
registrace. Během globální registrace je možné spojit dva nebo i více skenů. Na rozdíl
od manuální registrace není žádný sken fixní, ale při výpočtu dochází k pohybu všech
skenů vůči sobě. Výpočet globální registrace je časově náročný. Délka výpočtu záleží
na množství dat.
Po spuštění příkazu Global Registration je možné zvolit dva typy operací,
Registration nebo Analysis (obázek 19 - A). Registration slouží k výpočtu globální
registrace. Analysis udává rozdíly mezi jednotlivými objekty.
Obr. 19: Nastavení globální registrace
Při volbě Registration je možné provést několik nastavení před výpočtem (obrázek
19 - B):
- Tolerance – udává velikost rozdílu mezi totožnými body na různých skenech,
který způsobí přerušení výpočtu
- Max Iterations – udává maximální počet iterací
- Sample size – udává počet bodů, které budou zahrnuty do výpočtu. Nižší číslo
zrychluje výpočet, vyšší číslo zvyšuje přesnost
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
32
- Update Display – zobrazení průběhu registrace v grafickém okně v reálném
čase
- Object Colors – barevné odlišení jednotlivých skenů
- Slip control – automatická forma funkce Limit Translation
- Limit Translation – manuální forma funkce Slip control. Žádný ze skenů se
nemůže hnout o větší hodnotu než je nastavená hodnota Max Translation
Po nastavení jednotlivých hodnot výpočtu se pomocí tlačítka Apply (obrázek 19 - C)
spustí samotný výpočet. Po dokončení výpočtu se v tabulce Statistics zobrazí počet iterací,
průměrná vzdálenost skenů, standardní odchylka a čísla dvou nejvíce odchýlených skenů.
Po ukončení výpočtu se pomocí tlačítka OK (obrázek 19 - C) zavře funkce Global
Registration a její výsledek se uloží.
3.3 Postup zpracování registrace
V předchozí kapitole byl popsán obecný postup registrace v programu Geomagic
Studio. V následujících kapitolách bude popsán konkrétní postup registrace použitý v této
práci. Budou zde popsány různé problémy, které nastaly během registrace, a jejich řešení.
3.3.1 Registrace pater a schodiště
Nejprve byla zvlášť registrována jednotlivá patra a schodiště. Každé patro a
schodiště bylo registrováno do skupiny. Celkem bylo vytvořeno 9 skupin (5 pater a
4 schodiště). Každá skupina se skládá z více skenů, přehled jednotlivých skenů je uveden
v tabulce 3.
Ve všech skupinách byly nejprve pomocí manuální registrace hrubě registrovány
všechny skeny dohromady. V patrech byly pro manuální registraci použity jako identické
body např.: charakteristické lomy na zdech, otvory pro okna, erby (2. a 3. patro). Manuální
registrace na schodišti byla složitější. Jako identické body byly voleny lomy na schodech,
v některých případech okna. Jednotlivé skeny měly pouze malé překryty, bylo tedy obtížné
vyhledat dostatečný počet identických bodů. Malé překryty byly způsobeny obtížnými
podmínkami během měření.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
33
Tab. 3: Přehled použitých skenů
Přehled použitých skenů v jednotlivých patrech
Patro Číslo
skupiny Čísla skenů
Počet bodů před a
po redukci [mil]
přízemí 1 101, 102, 103, 104 7,2 3
1. patro 2 107, 108, 109, 110 6,5 2,5
2. patro 3 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119 18,9 5,1
3. patro 4 128, 129, 130, 131 10,6 4,0
střecha 5 135, 136 4,1 2,2
Přehled použitých skenů pro jednotlivá schodiště
Schody Číslo
skupiny Čísla skenů
Počet bodů před a
po redukci [mil]
1. – 2. patro 6 111, 112 1,2 1,2
2. – 3. patro 7 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126,
127 2,4 2,3
3. patro - střecha 8 132, 133, 134 1,3 1,3
přízemí – 1. patro 9 105, 106 0,9 0,9
Po ukončení manuální registrace byl proveden výpočet globální registrace. Postup
globální registrace byl popsán v kapitole 3.2.2. Časová náročnost výpočtu byla závislá
na počtu bodů u jednotlivých skupin a tedy u každé odlišná (tabulka 4).
Tab. 4: Čas globální registrace
Čas globální registrace
Skupina Čas [min] Skupina Čas [min]
1 40 6 2
2 30 7 1
3 65 8 2
4 50 9 2
5 5
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
34
V registraci jednotlivých pater nastal problém v přízemí. Před první registrací
nebyly odstraněny z jednotlivých skenů vstupní dveře do věže. Po výpočtu registrace
nebyly výsledky dostačující. Jednotlivé skeny se ve společných místech dostatečně
neprolnuly. Následně byly ze všech skenů odstraněny vstupní dveře a při dalším výpočtu
již byly skeny registrovány s dostatečnou přesností. Možnou příčinou nepřesných výsledků
je to, že během měření bylo se vstupními dveřmi pohnuto a tím byl ovlivněn výsledek
registrace.
Během registrace jednotlivých částí schodiště bylo nejobtížnější správně vypočítat
skupinu 7. Jedná se o schodiště mezi 2. a 3. patrem, které je nejdelší (22 schodů, 8 skenů).
Ve spodní části schodiště byla naskenována i část druhého patra, v těchto místech nebyl
problém s manuální registrací. V horní části bylo skenováno pouze schodiště. Při přidávání
jednotlivých skenů docházelo v horních částech k odchylkám. Výpočet byl tedy opakován
vícekrát.
3.3.2 Registrace exteriéru
Pro výpočet registrace exteriéru věže byla původně vybrána stanoviska: 201, 202,
221, 222, 224, 225, 226, 230, 231, 232 a 255. Tato stanoviska byla postupně registrována
pomocí manuální registrace. Jako identické body byly voleny jasně identifikovatelné lomy
na věži, např.: otvory oken. Všechny skeny byly přidávány do skupiny 10. Následně byl
proveden výpočet globální registrace. Těchto 11 skenů obsahovalo přibližně 26 miliónů
bodů a výpočet globální registrace zabral přibližně 7 hodin.
Po ukončení výpočtu byla na základě kontrolních řezů zjištěna nedostatečná
přesnost modelu. Největší odchylky byly v rozích věže, kde k sobě nebyly správně
registrovány jednotlivé stěny. Ukázka nepřesné registrace je na obrázku 20. Jedná se
o vodorovný řez ve druhém patře věže. Každá barva představuje jedno mračno bodů.
Z obrázku je patrné, že zejména světle zelené mračno je velmi nepřesně zregistrováno.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
35
Obr. 20: Nepřesná registrace
Z důvodu velkých odchylek a dlouhé doby výpočtu byl zvolen nový postup
registrace exteriéru věže. Věž byla rozdělena na dvě části a byly vytvořeny skupiny 10
a 11. Skupina 10 byla tvořena stanovisky 202, 221, 222, 224 a 255 a znázorňovala stěny B,
C a D. Skupina 11 byla tvořena stanovisky 230, 231 a 234 a znázorňovala stěnu A a
částečné překryty se stěnami B a D. Postup registrace jednotlivých skupin byl opět stejný,
nejprve byla provedena manuální a následně globální registrace. Rozmístění stanovisek a
označení jednotlivých stěn je zobrazen na obrázku 21.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
36
Obr. 21: Rozmístění stanovisek skenování
Po ukončení registrace skupiny 10 byla zjištěna odchylka u skenu 255. Tento sken
se odchyloval od věže s rostoucí výškou (obrázek 22). Stanovisko 255 bylo umístěno
poměrně blízko od věže a odchylka ve vyšších patrech byla tedy pravděpodobně
způsobena příliš strmou záměrou. Pro odstranění této odchylky byla ze skenu 255
odmazána horní část věže a ponechána pouze první dvě patra. Po této úpravě a novém
výpočtu globální registrace byly dosažené výsledky dostatečně přesné. Počet bodů a doba
registrace je uvedená v tabulce 5.
Tab. 5: Skupina 10 a 11
Skupina 10 a 11
Skupina Počet bodů [mil] Doba registrace [min]
10 11,0 50
11 6,2 25
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
37
Obr. 22: Odklonění skenu 255
Výsledný model exteriéru byl získán manuální a globální registrací skupin 10 a 11.
Výpočet globální registrace těchto dvou skupin nebyl časově náročný. Kratší doba
registrace je způsobena tím, že dochází k výpočtu pouze mezi celými skupinami a ne mezi
jednotlivými skeny.
3.3.3 Redukce dat
Registrace jednotlivých pater a schodiště byla první částí celkového zpracování
mračen bodů. Druhou částí zpracování je registrace pater a následně schodiště do věže.
Po registraci pater, schodiště a exteriéru byly jednotlivé skupiny tvořeny z několika mračen
bodů. Z těchto skupin bylo nutné vytvořit jedno mračno bodů a zredukovat počet bodů
v jednotlivých mračnech.
Pro spojení více mračen bodů do jednoho byla použita funkce Combine Point
Objects. Tato funkce se spouští v menu Points – Combine (obrázek 23 – A). Po spuštění
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
38
funkce se v okně Dialog nastaví parametry spojení mračen bodů (obrázek 23 – B).
Mezi nastavované parametry patří:
- Name – název výsledného mračna
- Create Clusters – při zapnutí této funkce jsou u výsledného mračna v okně
Model Manager uvedeny jednotlivé skeny, ze kterých je výsledné mračno
složeno
- Double precision – lze použít pouze v případě, že jedno nebo více mračen
obsahuje data s dvojí přesností. V případě této práce nebylo použito
Po nastavení jednotlivých parametrů se tlačítkem Apply spustí výpočet. Po ukončení
výpočtu se výsledek pomocí tlačítka OK uloží nebo tlačítkem Cancel se celá operace zruší
a neuloží.
Obr. 23: Combine Point Objects
V případě této práce byly jednotlivé skeny sloučeny do jednoho mračna pouze
v případě pater a exteriéru věže. Jednotlivé skeny byly pojmenovány Merged Points 1 – 6
(tabulka 6). Při slučování skenů nebyla zapnuta volba Create Clusters.
Tab. 6: Přehled sjednocených mračen
Přehled sjednocených mračen
skupina místo
Merged Points 1 přízemí
Merged Points 2 1. patro
Merged Points 3 2. patro
Merged Points 4 3. patro
Merged Points 5 střecha
Merged Points 6 exteriér věže
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
39
Pro redukci dat byla použita funkce Uniform. Tato funkce se spouští v menu Point
– Sample (obrázek 24 – A). Po spuštění funkce se v okně Dialog nastaví parametry
redukce (obrázek 24 – B). Těmito parametry jsou:
- Input – volba metody redukce
o Absolute – nastavení hodnoty rozestupu bodů redukovaného mračna
o Define Spacing by Selection – hodnota rozestupu bodů je nastavena
výběrem dvou bodů v okně Graphics (First point a Second point)
o Define Spacing by Target – nastavení počtu bodů, které má obsahovat
výsledné mračno
- Optimize
o Curvature Priority – určuje, do jaké míry jsou zachovány body
v zakřivených oblastech
o Color Priority – určuje zachování bodů na základě jejich barev
o Keep Boundary – určuje, zda se mají zachovat body v blízkosti okraje
objektu, bez ohledu na zvolenou metodu redukce
Po nastavení jednotlivých parametrů se tlačítkem Apply spustí výpočet. Po ukončení
výpočtu se výsledek pomocí tlačítka OK uloží nebo tlačítkem Cancel se celá operace zruší
a neuloží.
Obr. 24: Uniform
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
40
V případě této práce byla použita metoda Absolut, kdy byla zadána hodnota
rozestupu bodů 0,01 m. Hodnota Curvature Priority byla nastavena na maximum.
Po zředění bodů obsahovala všechna mračna dohromady přibližně 31 miliónů bodů,
přehled redukce bodů v jednotlivých skupinách je uveden v tabulce 3.
3.3.4 Registrace pater do věže
Registrace jednotlivých pater do věže byla nejobtížnější částí celé registrace.
Mezi jednotlivými patry a věží bylo velmi malé množství překrytů. Překryty byly pouze
ve vnější části oken, kterými bylo skenováno ven z věže. Pro lepší usazení pater bylo
v mračnech ponecháno i okolí věže, které bylo skenováno z oken, jedná se hlavně o zeď
paláce a o skalní masiv naproti věži.
3.3.4.1 Manuální a globální registrace
Pro registraci byl nejprve zvolen postup jako v předchozích případech, tedy
manuální a globální registrace. Pro manuální registraci byly využity jako identické body
dobře identifikovatelné hrany ve vnější části oken a významné body na zdivu paláce.
Manuální registrací byla nejprve postupně usazena všechna patra (včetně střechy) do věže.
Následně byl proveden výpočet globální registrace. Celkové mračno obsahovalo
přibližně 31 miliónů bodů. Výpočet globální registrace byl velmi dlouhý, přibližně
8 hodin. Výsledky globální transformace byly kontrolovány pomocí kontrolních řezů,
nejlépe v oblasti oken, kde byla jasně viditelná návaznost vnějšku a vnitřku věže.
Z obrázku 25 je patrné, že výsledky globální registrace nebyly postačující. Oranžová barva
znázorňuje exteriér věže, modrá barva 3. patro. Největší problém nastal ve výškovém
usazení pater, kde rozdíl mezi vnějškem a vnitřkem dosahoval až 8 cm.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
41
Obr. 25: Nepřesná registrace
3.3.4.2 Transformační matice
Z důvodu nepřesných výsledků registrace byl zvolen nový postup a to pomocí
transformačních matic. Postup spočívá v určení transformačních matic skenů vůči jednomu
skenu, který se zvolí jako fixní. V tomto případě byl jako fixní sken zvolen Merge Point 6,
tedy sken obsahující exteriér věže (tabulka 6).
Transformační matice mají rozměr 4x4 a obsahují v prvních třech řádcích a
sloupcích matici rotace, ve čtvrtém sloupci na prvním až třetím řádku hodnoty translace
pro osy x, y a z. Poslední řádek je u všech matic stejný, obsahuje třikrát 0 a na v posledním
sloupci hodnotu 1. Ukázka transformační matice je na obrázku 26.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
42
Obr. 26: Transforamční matice
Prvním krokem bylo vytvoření kopií všech skenů, ke každému patru byla vytvořena
zvlášť kopie exteriéru. Pro každou dvojici (patro + exteriér) byla vytvořena skupina.
V každé dvojici byla nejprve vynulována transformační matice exteriéru. Vynulování
transformační matice bylo provedeno pomocí funkce Reorient Model. Tato funkce se
nachází v menu Tools - Move – Reorient Model (obrázek 27) a nastaví všechny hodnoty
transformační matice na nulu.
Obr. 27: Tools - Move
V jednotlivých skupinách byly postupně odmazány veškeré nadbytečné body a byly
ponechány pouze body společných překrytů patra a exteriéru. Po promazání bodů zbyla
v jednotlivých skupinách pouze malá část z původního množství bodů, zpravidla 500 000
až 1 000 000 bodů.
Tyto body byly registrovány pomocí globální registrace. Hodnota Simple size byla
nastavena na maximální hodnotu, tedy 10 000 (nastavení a popis funkce v kapitole 3.2.2).
Pro přesné spojení skenů bylo nutné globální registraci opakovat, zpravidla 3x až 4x.
V některých případech bylo nutné odmazat část společných bodů, jednalo se zejména
o skalní masiv před věží. Nepravidelnost povrchu negativně ovlivňovala výsledek
registrace.
Na obrázcích 28 a 29 je zobrazeno porovnání dvou skenů před a po globální
registraci. Na obrázku 28 vlevo je přízemí před registrací, vpravo po registraci. Oranžová
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
43
barva zobrazuje exteriér věže, žlutá přízemí. Na pravém obrázku je patrné prolnutí obou
skenů. Na obrázku 29 je oranžově zobrazen exteriér, modře interiér třetího patra. V levé
části jsou vidět skeny před registrací, vpravo je znatelné prolnutí skenů po registraci.
Obr. 28: Přízemí
Obr. 29: 3. patro
Po ukončení globální registrace bylo nutné vyexportovat transformační matice
skenů patra a exteriéru. V okně Model Manager bylo označeno mračno, jehož
transformační matice byla exportována. Export matice byl proveden v menu Tools – Move
– Transform – Save (obrázek 27). Matice byla uložena pomocí tlačítka Save Matrix,
kde po otevření dialogu byl vyplněn název matice a ta byla uložena ve formátu tfm.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
44
Transformační matice byly pojmenovány v závislosti na jednotlivých patrech.
Transformační matice pater byly označeny 𝑇𝑥, kde x je číslo patra (1 – 5). Transformační
matice exteriéru byly označeny 𝑇6(𝑥), kde x je číslo patra příslušící danému exteriéru.
Pro výsledné usazení pater do věže bylo nutné vypočítat transformační matice
pro jednotlivá patra. Ta byla vypočtena podle vzorce
𝑇𝑥−𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑇6(𝑥)−1 ∙ 𝑇𝑥
Výpočet finální transformační matice byl proveden v programu Matlab, kde byla inverzní
matice vypočtena pomocí příkazu 𝑖𝑛𝑣(𝑇6(𝑥)).
Vypočtené finální transformační matice pro jednotlivá patra bylo potřeba nahrát
k příslušným skenům. V okně Model Manager byl označen sken, ke kterému byla
nahrávána transformační matice. Pomocí funkce Load Matrix, která se nachází v menu
Tools – Move – Transform – Load (obrázek 27), byla nahrána příslušná transformační
matice. Nové transformační matice byly nahrány pouze ke skenům s patry. Sken
s exteriérem věže byl zvolen jako fixní, jeho transformační matice se tedy nezměnila.
3.3.5 Registrace schodiště do věže
Posledním krokem registrace dat byla registrace schodiště do věže. Jednalo se
o 4 části schodiště spojující jednotlivá patra. Po zkušenosti s registrací pater do věže byla
v tomto případě použita opět metoda registrace pomocí transformačních matic.
Před samotnou registrací byly provedeny dvě úpravy dat:
- vytvoření jednoho mračna ze skupin
- redukce dat
Jedno mračno ze skupin bylo vytvořeno pomocí funkce Combine Point Objects
(funkce popsána v kapitole 3.3.3). Jednalo se o vytvoření mračen pro jednotlivé části
schodiště a exteriér věže s usazenými patry.
Jednotlivá mračna bodů byla zředěna pomocí funkce Uniform (funkce popsána
v kapitole 3.3.3), kde byla použita metoda Absolut a její hodnota byla nastavena na 1 cm.
Výsledky redukce jednotlivých schodišť jsou uvedeny v tabulce 3, u exteriéru věže došlo
redukcí ke snížení počtu bodů z 30,9 na 28,7 miliónů. U schodiště nedošlo k velkému
snížení počtu bodů během redukce, protože se jedná o točité schodiště a hodnota Curvature
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
45
Priority byla nastavena na max, to znamená, že v zakřivených částech byly body
zachovány.
Po úpravě dat probíhala registrace stejným způsobem jako registrace pater. Nejprve
tedy byly vytvořeny kopie po dvojicích (schodiště, věž). Tato mračna byla promazána a
byly ponechány pouze části společných překrytů. Následně byly vyexportovány
transformační matice pro dvojici schodiště věž a z nich byla vypočtena finální
transformační matice pro jednotlivé části schodiště. Na závěr byly finální transformační
matice nahrány k příslušným schodištím.
Schodiště byla registrována na základě velmi malých překrytů. Jednalo se
o částečné překryty na schodech a část stěn v jednotlivých patrech. Přesnost registrace byla
také ovlivněna přesností, které bylo dosaženo během registrace schodiště. Nejhoršího
výsledku bylo dosaženo u schodiště spojujícího 1. a 2. druhé patro. Na obrázku 30 je
patrné, že spojení na stěně ve druhém patře proběhlo bez problému, naopak spojení skenů
v tubusu schodiště není ideální. Žlutou barvou je znázorněn interiér věže, jehož registrace
do věže byla popsána v předchozí kapitole. Zelenou barvou je znázorněno schodiště.
Na pravé straně obrázku je vidět vodorovný řez schodištěm a je z něj patrné, že nedošlo
k přesnému spojení stěn, odchylka v těchto místech je přibližně 1 cm.
Obr. 30: Registrace schodiště
Tímto krokem byla dokončena registrace dat. Z jednotlivých zregistrovaných
mračen bylo opět pomocí funkce Combine Point Objects vytvořeno jedno mračno.
Na závěr bylo provedeno zředění bodů pomocí funkce Uniform. Pro zředění bodů byla
použita metoda Absolut a její hodnota byla nastavena na 1 cm. Po těchto úpravách vzniklo
finální mračno bodů, které zobrazuje věž hradu Helfenburk. Ukázka výsledného mračna
bodů je na obrázku 31 a dále v příloze E.
ČVUT v Praze 3. Zpracování dat
46
Obr. 31: Ukázka výsledného mračna bodů
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
47
4. Tvorba 3D výstupů
Výsledným 3D výstupem této práce je mračno bodů, které zobrazuje kompletně hradní
věž. Toto mračno obsahuje exteriér i interiér věže. Po registraci všech skenů bylo mračno
připojeno do souřadnicového systému S-JTSK a do výškového systému Bpv. Pro připojení
modelu do souřadnicového systému byly použity zaměřené identické body. Výpočet
identických bodů a připojení modelu je popsáno v následujících kapitolách. Na závěr byly
provedeny kontroly přesnosti modelu.
4.1 Výpočet souřadnic identických bodů
Zaměření identických bodů bylo popsáno v kapitole 2.4.2. Výpočet souřadnic byl
proveden v programu Groma 8. Souřadnice bodů bodového pole byly převzaty
z diplomové práce Bc. Lukáše Vosyky. Pro připojení měření byly použity body uvedené
v tabulce 7.
Tab. 7: Souřadnice bodového pole
Souřadnice bodového pole [m]
Bod Y X Z
501 737 946,322 988 448,666 311,984
502 737 978,133 988 481,946 313,104
503 738 001,074 988 456,948 312,948
505 737 994,012 988 411,934 310,529
506 737 932,025 988 469,141 313,134
507 737 964,757 988 488,339 312,913
703 737 984,760 988 428,003 318,585
Nejprve byly vypočteny souřadnice stanovisek 5001 a 5002. Tato stanoviska byla
vypočtena jako vetknutý polygonový pořad mezi body 501 a 502. Protokol o výpočtu
polygonového pořadu je přiložen v příloze F. Souřadnice stanoviska 5003 byly vypočteny
jako volné stanovisko. Pro výpočet volného stanoviska byly použity body 503, 505 a 703.
Po určení souřadnic pomocných stanovisek byly vypočteny souřadnice identických
bodů. Tyto souřadnice byly vypočteny pomocí funkce polární metoda dávkou. Protokol
o výpočtu je uveden v příloze G a výsledné souřadnice v příloze H.
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
48
4.2 Transformace modelu do souřadnicového systému
Výsledný model hradní věže byl transformován do souřadnicového systému S-JTSK
a výškového systému Bpv na základě identických bodů. Transformace byla provedena
v programu Geomagic Studio a byla pro ni použita funkce Manual Registration.
Pro transformaci bylo vybráno 5 identických bodů z naměřených 62. Byly vybrány
takové body, které byly jasně identifikovatelné na modelu věže. Program Geomagic Studio
pracuje v kartézském souřadnicovém systému. Před transformací bylo nutné upravit
souřadnice identických bodů, které byly vypočteny v systému S-JTSK. Úprava souřadnic
spočívá ve vynásobení souřadnic X a Y hodnotou -1 a přehozením pořadí souřadnic.
Souřadnice byly redukovány o hodnotu 737 000 v souřadnici Y a 988 000 v souřadnici X.
V tabulce 8 jsou uvedeny čísla identických bodů, které byly použity
pro transformaci. Body jsou uvedeny v pořadí, ve kterém byly přiřazovány během
transformace.
Tab. 8: Identické body
Souřadnice identických bodů [m]
Bod S-JTSK Upravené souřadnice
Y X Z X Y Z
23 737 957.144 988 477.274 344.702 -957.144 -477.274 344.702
38 737 960.278 988 478.368 334.803 -960.278 -478.368 334.803
43 737 960.998 988 470.557 337.692 -960.998 -470.557 337.692
51 737 956.070 988 476.873 337.685 -956.070 -476.873 337.685
13 737 959.727 988 475.978 337.853 -959.727 -475.978 337.853
Upravené souřadnice identických bodů byly uloženy do textového souboru. Textový
soubor byl naimportován do programu Geomagic Studio, do projektu, ve kterém byla
uložena zregistrovaná věž. Po spuštění funkce Manual Registration bylo jako Fixed
označeno mračno bodů s identickými body, jako Floating pak mračno obsahující věž.
Dalším krokem bylo označení identických bodů na obou mračnech. Mračno bodů,
které obsahovalo identické body, bylo tvořeno pouze pěti body. Rozpoznání, o které body
se jedná, nebylo jednoduché. Byl tedy zvolen takový postup, že body byly natočeny tak,
aby osa Z směřovala vzhůru. V této pozici bylo možné rozpoznat nejvyšší a nejnižší bod,
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
49
tyto dva body byly označeny jako první. Na základě těchto dvou bodů již byla orientace
jednodušší a postupně byly označeny zbylé tři body.
Obr. 32: Připojení do souřadnic
Po ukončení registrace byl model připojen do souřadnicového a výškové systému.
Pomocí funkce Point Coordinates, která se nachází v menu Analysis – Measure – Point
Coordinates, je možné odečítat souřadnice libovolných bodů v modelu. Připojení bylo
provedeno pouze na základě bodů na věži. Pokud by byly odečítány souřadnice
na objektech mimo věž, přesnost jejich určení nemusí být dostatečná. Ověření přesnosti
odečtení souřadnic na věži je uvedeno v kapitole 4.3.
Přesnost transformace modelu do souřadnicového systému S-JTSK a výškového
systému Bpv byla ověřena v programu XYZTrans v2.1.1., který vytvořil Doc. Ing. Martin
Štroner, Ph.D. Do programu byl nahrán vstupní soubor, který obsahoval souřadnice
identických bodů v obou soustavách. Dále byl zvolen typ transformace – shodnostní.
Tlačítkem Přepočítat klíč byl vypočten transformační klíč a střední chyba jednotková.
Hodnota střední chyby jednotkové je 0,0167 m. Ukázka pracovního okna programu je na
obrázku 33. Vstupní soubor a výsledný protokol je uveden v příloze I.
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
50
Obr. 33: XYZTrans v2.1.1
Při odečítání souřadnic je nutné dbát na to, že se jedná o redukované a upravené
souřadnice. Pro získání souřadnic v systému S-JTSK je tedy nutné vynásobit odečtené
souřadnice hodnotou -1, prohodit pořadí souřadnic a přičíst hodnotu 737 000
u souřadnice Y a hodnotu 988 000 u souřadnice X.
4.3 Kontrola přesnosti modelu
Kontrola přesnosti výsledného modelu byla provedena na základě několika měření
v terénu a na modelu. Naměřené hodnoty byly vzájemně porovnány.
4.3.1 Kontrolní míry – interiér
První kontrola byla provedena na základě měr, které byly v terénu naměřeny pásmem.
Jedná se o kontrolní míry v interiéru věže. Popis zaměření kontrolních měr je uveden
v kapitole 2.4.1. Kontrolní míry na modelu byly změřeny pomocí funkce Measure
Distance, která se nachází v menu Analysis – Measure – Distance (obrázek 34 – A).
Po zvolení této funkce se v modelu označí dva body, mezi kterými je určena vzdálenost
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
51
(obrázek 34 – C). V okně dialog jsou zobrazeny souřadnice dvou zvolených bodů
(obrázek 34 – B). Přehled naměřených vzdáleností a jejich porovnání s modelem je
uvedeno v tabulce 9. Přehled jednotlivých bodů je uveden v příloze D.
Obr. 34: Měření vzdáleností
Tab. 9: Porovnání délek v interiéru
Porovnání délek [m]
délka skutečnost model rozdíl délka skutečnost model rozdíl
přízemí 3. patro
101 – 102 0,692 0,688 0,004 108 – 109 2,191 2,188 0,003
102 – 103 1,801 1,812 0,011 110 – 111 2,200 2,187 0,013
104 – 105 1,210 1,190 0,020 112 – 113 1,868 1,837 0,031
106 – 107 0,311 0,306 0,005 114 – 115 1,952 1,947 0,005
1. patro 2. patro
116 – 117 0,714 0,696 0,018 123 – 124 2,471 2,461 0,010
118 – 119 1,740 1,735 0,005 124 – 125 1,503 1,483 0,020
119 – 120 1,382 1,364 0,018 126 – 127 0,731 0,706 0,025
118 – 120 2,205 2,207 0,002 128 – 129 1,975 1,982 0,007
121 – 122 0,935 0,912 0,023 129 – 14 1,142 1,128 0,014
Aritmetický průměr rozdílů délek je 0,013 metrů.
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
52
4.3.2 Kontrolní body
Druhým kontrolním měřením bylo porovnání délek vypočtených ze souřadnic
s délkami změřenými v modelu. Délky ze souřadnic byly určeny v programu Groma 8
z vypočtených souřadnic (kapitola 4.1), délky v modelu byly odměřeny pomocí funkce
Measure Distance. V tomto případě se jedná o délky v exteriéru nebo délky mezi body
v exteriéru a interiéru. Pro toto měření bylo zvoleno 16 délek. Porovnání délek je uvedeno
v tabulce 10. Přehled čísel bodů je uveden v příloze D.
Tab. 10: Porovnání délek v exteriéru
Porovnání délek [m]
délka skutečnost model rozdíl délka skutečnost model rozdíl
50-53 5,630 5,629 0,001 46-45 6,063 6,072 0,009
53-52 3,782 3,805 0,023 45-43 4,731 4,752 0,021
31-41 5,306 5,312 0,006 57-55 2,020 2,000 0,020
41-35 3,379 3,395 0,016 55-61 3,911 3,931 0,020
35-40 2,087 2,097 0,010 61-58 1,432 1,438 0,006
24-44 13,097 13,085 0,012 27-31 14,072 14,072 0,000
6-23 11,589 11,590 0,001 17-58 10,263 10,255 0,008
51-59 7,384 7,394 0,010 9-30 12,760 12,764 0,004
Aritmetický průměr rozdílů délek je 0,010 metrů.
4.3.3 Výškové kontroly
Třetí kontrolou bylo porovnání výškových převýšení jednotlivých pater. Výškové
měření pásmem bylo popsáno v kapitole 2.4.3. V modelu byla převýšení určena jako rozdíl
souřadnic Z v jednotlivých patrech. Souřadnice byly určeny pomocí funkce Point
Coordinates. Tato kontrola byla spíše orientační a její výsledky nemohou být brány jako
směrodatné. Hlavním důvodem je nepřesnost určení výšek v terénu. Pro měření nebylo
použito žádných speciálních pomůcek, pásmo bylo napínáno pouze ručně a výsledky
měření jsou tedy pouze orientační. Porovnání výšek v modelu a v terénu je uvedeno
v tabulce 11. Převýšení mezi přízemím a prvním patrem nebylo určeno, protože v přízemí
není okno, přes které by bylo možné provést zaměření v terénu.
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
53
Tab. 11: Porovnání převýšení
Porovnání převýšení pater [m]
převýšení model skutečnost rozdíl
1. patro – 2. patro 3,28 3,33 0,05
2. patro – 3. patro 4,31 4,35 0,04
3. patro – střecha 3,88 3,85 0,03
4.3.4 Kontrola souřadnic
Čtvrtou kontrolou bylo ověření správného připojení modelu do souřadnicového
systému. Pro tento test bylo vybráno 10 kontrolních bodů, které byly zaměřeny v terénu.
Pomocí funkce Point Coordinates byly odečteny jejich souřadnice v modelu. Porovnání
souřadnic je uvedeno v tabulkách 12 a 13, přehled kontrolních bodů je uveden v příloze D.
Tab. 12: Porovnání souřadnic Y a X
Porovnání souřadnic Y a X [m]
bod Yskutečnost Ymodel rozdíl Xskutečnost Xmodel rozdíl
19 737 958,913 737 958,931 0,028 988 476,808 988 476,793 0,015
21 737 961,204 737 961,216 0,012 988 476,867 988 479,854 0,013
32 737 961,831 737 961,818 0,013 988 476,828 988 476,853 0,025
39 737 961,684 737 961,668 0,016 988 476,988 988 476,995 0,007
44 737 959,230 737 959,222 0,008 988 468,736 988 468,763 0,027
46 737 962,548 737 962,556 0,008 988 472,222 988 472,231 0,009
50 737 956,072 737 956,064 0,008 988 476,878 988 476,893 0,015
54 737 955,408 737 955,414 0,006 988 476,520 988 476,521 0,001
56 737 956,495 737 956,477 0,018 988 469,484 988 469,492 0,008
59 737 955,210 737 955,190 0,020 988 470,427 988 470,410 0,017
ČVUT v Praze 4. Tvorba 3D výstupů
54
Tab. 13: Porovnání souřadnice Z
Porovnání souřadnice Z [m]
bod Zskutečnost Zmodel rozdíl bod Zskutečnost Zmodel rozdíl
19 337,156 337,168 0,012 46 332,263 332,262 0,001
21 344,931 344,917 0,014 50 335,564 335,545 0,019
32 332,317 332,297 0,020 54 341,179 341,175 0,004
39 335,724 335,728 0,004 56 337,559 337,529 0,030
44 334,395 334,388 0,007 59 341,182 341,177 0,005
Aritmetický průměr rozdílu souřadnic odečtených v modelu a souřadnic zaměřených
polární metodou je 0,014 m v souřadnici Y, 0,014 m v souřadnici X a 0,012 m
v souřadnici Z.
ČVUT v Praze 5. Tvorba 2D výstupů
55
5. Tvorba 2D výstupů
Závěrečným bodem této práce bylo vyhotovení 2D dokumentace hradní věže.
Pro vyhotovení výkresů byl zvolen program MicroStation. 2D dokumentace obsahuje
5 půdorysů, 2 řezy a 4 pohledy (tabulka 14). Postup zpracování a obsah výkresů je popsán
v následujících podkapitolách. Výkresy byly vyhotoveny podle [7].
Tab. 14: Přehled výkresů
Přehled výkresů
Číslo výkresu Název výkresu
1 Půdorys – přízemí hradní věže
2 Půdorys – 1. patro hradní věže
3 Půdorys – 2. patro hradní věže
4 Půdorys – 3. patro hradní věže
5 Půdorys – střecha hradní věže
6 Řez AA´
7 Řez BB´
8 Pohled na jihovýchodní stěnu věže
9 Pohled na jihozápadní stěnu věže
10 Pohled na severozápadní stěnu věže
11 Pohled na severovýchodní stěnu věže
5.1 Export bodů
Výkresy byly rýsovány na základě mračen bodů. Pro každý výkres muselo být
nejprve upraveno výsledné mračno bodů tak, aby obsahovalo pouze předmět výkresu.
Následně bylo upravené mračno vyexportováno do formátu dxf, který je možné otevřít
v programu MicroStation.
Úprava výsledného mračna byla provedena v programu Geomagic Studio. Byla
vytvořena kopie celého projektu, který obsahoval výsledné mračno. V této kopii byly
odmazány veškeré nadbytečné body. Po smazání bodů bylo ještě provedeno zředění bodů
pomocí funkce Uniform, rozestup bodů byl zvolen 2 cm pomocí metody Absolute (popis
funkce v kapitole 3.3.3). Ředění bodů bylo prováděno pouze u mračen, kde počet bodů
ČVUT v Praze 5. Tvorba 2D výstupů
56
přesahoval 500 000 bodů. Při větším počtu bylo po připojení mračna bodů do programu
MicroStation jeho ovládání velmi pomalé. Ukázka upraveného mračna v programu
Geomagic Studio je na obrázku 35.
Obr. 35: Upravené mračno
Výsledné mračno bodů, podle kterého bylo možné rýsovat výkres, bylo uloženo
pomocí funkce save as. Tato funkce umožňuje ukládat data do různých formátů, v tomto
případě byl volen formát dxf, který je možné otevřít v programu MicroStation.
Pro plynulejší práci s daty byl soubor ve formátu dxf otevřen v programu MicroStation a
exportován do formátu dgn. Formát dgn je určen pro práci s programem MicroStation.
5.2 Micro Station
Veškeré výkresy byly vyhotoveny v programu MicroStation. Při zakládání nového
výkresu byl jako zakládací výkres zvolen seed3d, který slouží pro tvorbu 3D výkresů.
Zakládací 3D výkres byl zvolen z toho důvodu, že podkladem bylo 3D mračno bodů.
Po vytvoření nového 3D výkresu je základní obrazovka rozdělena na 4 části,
ve kterých jsou zobrazeny pohledy shora, zepředu, zprava a izo. Pro tvorbu 2D výkresů se
používal vždy pouze jeden pohled v závislosti na typu výkresu. Rýsování ve spravné
rovině bylo zaručeno zvolením aktivní hloubky výkresu, která byla nastavena vždy před
začátkem rýsování.
ČVUT v Praze 5. Tvorba 2D výstupů
57
Podkladem pro vyhotovení výkresů bylo mračno bodů ve formátu dgn, které bylo
k výkresu připojeno jako referenční výkres. Před samotným připojením bylo mračno
zpravidla obarveno na hnědou nebo zelenou barvu pro lepší přehlednost během rýsování.
Pro tvorbu výkresů byly v programu MicroStation používány základní funkce jako
tvorba úsečky, oblouku, kótování atd. Pro větší přehlednost výkresů, byly jednotlivé prvky
rýsovány ve vrstvách.
5.3 Půdorys
Půdorysy byly vyhotoveny pro každé patro věže, celkem bylo vyhotoveno
5 půdorysů (přízemí, 1. – 3. patro, střecha). Půdorysy byly vyhotoveny v měřítku 1:50 a
byly vytištěny na papír formátu A3.
V půdorysu byl plnou silnou čarou zobrazen průběh řezu v daném patře. Prvky
viditelné pod řezem byly vyznačeny plnou tenkou čarou, prvky pod řezem, které nejsou
viditelné, tenkou čárkovanou čarou. Tenkou čerchovanou čarou byly vyznačeny prvky nad
řezem. V půdorysu byly vyznačeny silnou čerchovanou čarou průběhy řezů.
V půdorysech byly okótovány základní rozměry. Doplňující rozměry byly doplněny
pomocí oměrek. Jednotlivé výškové úrovně byly označeny výškovými údaji, které byly
vztaženy k základní výšce. Základní výška byla zvolena v úrovni podlahy v přízemí a má
hodnotu 328,300 metrů.
Obr. 36: Ukázka výkresu - půdorys 2. patro
ČVUT v Praze 5. Tvorba 2D výstupů
58
5.4 Řez
Byly vyhotoveny dva řezy, které byly vedeny v celé výšce věže. Řezy byly
vyhotoveny v měřítku 1:50 a byly vytištěny na papír formátu A2.
V řezech byl vyznačen plnou silnou čarou průběh řezu. Tenkou plnou čarou byly
zobrazeny prvky, které jsou viditelné za řezem. Barevně byly rozlišeny dřevěné prvky
(hnědá barva).
Řezy byly doplněny o základní kóty vnějšího zdiva a dále o výškové údaje
v jednotlivých patrech. Výšky byly vztaženy ke stejné základní výšce jako v půdorysu.
Obr. 37: Ukázka výkresu - řez AA´
5.5 Pohled
Pohledy byly vyhotoveny celkem 4 a to na každou stěnu hradní věže. Pohledy byly
vyhotoveny v měřítku 1:100. Jihovýchodní a severozápadní pohled, které obsahují také
část skály pod věží, byly vytištěny na papír ve formátu A2. Ostatní dva pohledy byly
vytištěny na papír formátu A3.
V pohledu byla veškerá kresba vyhotovena tenkou čarou. Barevně byly odlišeny různé
části výkresu (zdivo věže, okna, hradební zeď atd.). Pohledy byly doplněny o základní
výškové kóty, jako výšky jednotlivých pater a významné prvky (okna). Výškové kóty byly
vztaženy ke stejné výšce jako u půdorysu.
ČVUT v Praze Závěr
59
Závěr
Cílem diplomové práce bylo zaměření a vytvoření prostorového modelu hradní věže a
na jeho základě vytvoření 2D výkresů. Postup prací byl rozdělen do dvou odlišných částí,
kterými jsou zaměření hradu a zpracování naměřených dat.
Podrobné zaměření hradu bylo provedeno metodou laserového skenování. Zaměření
celého komplexu hradu zabralo 4 dny měření. Po vyhotovení výsledného 3D modelu bylo
provedeno několik testů přesnosti. Jednalo se o porovnání délek měřených pásmem
s délkami měřenými na modelu, porovnání souřadnic zaměřených v terénu se souřadnicemi
odečtenými na modelu. Přesnost měření délek byla určena jako aritmetický průměr
ze souboru měření, její hodnota je 0,010 metrů. Přesnost v odečtení souřadnic byla
vypočtena jako aritmetický průměr z deseti měření, její hodnoty jsou 0,014 m
v souřadnicích Y a X, 0,012 m v souřadnici Z.
Z těchto výsledků je patrné, že zvolená metoda je pro danou úlohu vhodná. Zaměření
hradního komplexu ve stejné podrobnosti pomocí klasických geodetických úloh by bylo
časově velmi náročné, v podstatě nemožné. Klasickými metodami by bylo sice možné
dosáhnout podobné přesnosti u jednotlivých podrobných bodů, ovšem nelze dosáhnout
stejné detailnosti zaměření.
Na základě výsledného 3D modelu byly vyhotoveny 2D výkresy, které dokumentují
hradní věž. Těmito výkresy jsou půdorysy a řezy pater, pohledy na stěny věže. Výkresy
byly vyhotoveny v programu MicroStation.
ČVUT v Praze Seznam obrázků
60
Seznam obrázků
Obr. 1: Hrad Helfenburk [http://www.travelguide.cz] ........................................................ 10
Obr. 2: Ukázka výstupu tachymetrie (1983) [2] .................................................................. 12
Obr. 3: Trimble TX5 [3] ...................................................................................................... 14
Obr. 4: Železný roxor a hřeb ................................................................................................ 16
Obr. 5: Kulové terče ............................................................................................................. 17
Obr. 6: Šachovnicový terč ................................................................................................... 17
Obr. 7: Měření exteriéru ...................................................................................................... 18
Obr. 8: Měření v interiéru .................................................................................................... 19
Obr. 9: Resolution and Quality ............................................................................................ 20
Obr. 10: Schéma připojení - exteriér ................................................................................... 22
Obr. 11: Schéma připojení - 2. patro ................................................................................... 23
Obr. 12: Schéma připojení - střecha .................................................................................... 23
Obr. 13: Proces Batch Processing ........................................................................................ 26
Obr. 14: Selection Tools ...................................................................................................... 28
Obr. 15: Manual Registration .............................................................................................. 28
Obr. 16: Manual Registration - Dialog ................................................................................ 29
Obr. 17: Graphics ................................................................................................................. 30
Obr. 18: Global Registration ................................................................................................ 30
Obr. 19: Nastavení globální registrace ................................................................................ 31
Obr. 20: Nepřesná registrace ............................................................................................... 35
Obr. 21: Rozmístění stanovisek skenování .......................................................................... 36
Obr. 22: Odklonění skenu 255 ............................................................................................. 37
Obr. 23: Combine Point Objects .......................................................................................... 38
Obr. 24: Uniform ................................................................................................................. 39
Obr. 25: Nepřesná registrace ............................................................................................... 41
Obr. 26: Transforamční matice ............................................................................................ 42
Obr. 27: Tools - Move ......................................................................................................... 42
Obr. 28: Přízemí ................................................................................................................... 43
Obr. 29: 3. patro ................................................................................................................... 43
Obr. 30: Registrace schodiště .............................................................................................. 45
Obr. 31: Ukázka výsledného mračna bodů .......................................................................... 46
ČVUT v Praze Seznam obrázků
61
Obr. 32: Připojení do souřadnic ........................................................................................... 49
Obr. 33: XYZTrans v2.1.1 ................................................................................................... 50
Obr. 34: Měření vzdáleností ................................................................................................ 51
Obr. 35: Upravené mračno ................................................................................................... 56
Obr. 36: Ukázka výkresu - půdorys 2. patro ........................................................................ 57
Obr. 37: Ukázka výkresu - řez AA´ ..................................................................................... 58
ČVUT v Praze Seznam tabulek
62
Seznam tabulek
Tab. 1: Časový harmonogram prací ..................................................................................... 13
Tab. 2: Parametry skenování ............................................................................................... 21
Tab. 3: Přehled použitých skenů .......................................................................................... 33
Tab. 4: Čas globální registrace ............................................................................................ 33
Tab. 5: Skupina 10 a 11 ....................................................................................................... 36
Tab. 6: Přehled sjednocených mračen ................................................................................. 38
Tab. 7: Souřadnice bodového pole ...................................................................................... 47
Tab. 8: Identické body ......................................................................................................... 48
Tab. 9: Porovnání délek v interiéru ..................................................................................... 51
Tab. 10: Porovnání délek v exteriéru ................................................................................... 52
Tab. 11: Porovnání převýšení .............................................................................................. 53
Tab. 12: Porovnání souřadnic Y a X .................................................................................... 53
Tab. 13: Porovnání souřadnice Z ......................................................................................... 54
Tab. 14: Přehled výkresů ..................................................................................................... 55
ČVUT v Praze Seznam použité literatury
63
Seznam použité literatury
[1] Hrady.cz. [online]. [cit. 2015-01-05]. Dostupné z: http://www.hrady.cz/?OID=356
[2] KOTREJCH, Ing. Vladimír. Osobní poznámky o zaměření hradu.
[3] ČSN 01 3420. Výkresy pozemních staveb - Kreslení výkresů stavební části. 2004.
[4] Trimble TX5 scanner: Datasheet. Dostupné z:
http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-628869/022504-
122_Trimble_TX5_DS_1012_LR.pdf
[5] TOUŠEK, Martin. Bakalářská práce: Testování skenovacího systému Trimble TX5.
Dostupné z :
http://gama.fsv.cvut.cz/~cepek//proj/bp/2013/martin-tousek-bp-2013.pdf
[6] User guide: Trimble TX5 3D Laser Scanner. 1.00. 2012. Dostupné z:
http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-633127/USG23645_TX5
UserGuide100A.pdf
[7] Štroner, M. - Pospíšil, J. - Koska, B. - Křemen, T. - Urban, R. - et al.: 3D skenovací
systémy. 1. vyd. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, ČVUT v Praze,
2013. 396 s. ISBN 978-80-01-05371-3.
ČVUT v Praze Seznam příloh
64
Seznam příloh
Příloha A – Rozmístění stanovisek – mapování 1983 ......................................................... 65
Příloha B – Výsledek leteckého snímkování ....................................................................... 66
Příloha C – Přehled stanovisek skenování v jednotlivých patrech věže .............................. 67
Příloha D – Přehled umístění kontrolních bodů a kontrolních měr ..................................... 70
Příloha E – Výsledné mračno bodů ..................................................................................... 75
Příloha F – Výpočet polygonového pořadu ......................................................................... 77
Příloha G – Výpočet identických bodů ................................................................................ 79
Příloha H – Souřadnice kontrolních bodů ............................................................................ 83
Příloha I – Transformace modelu do souřadnicového systému ........................................... 85
Příloha J – Obsah DVD ....................................................................................................... 86
Příloha K – Výkresová dokumentace .................................................................................. 86
ČVUT v Praze Přílohy
65
Přílohy
Příloha A – Rozmístění stanovisek – mapování 1983
ČVUT v Praze Přílohy
66
Příloha B – Výsledek leteckého snímkování
ČVUT v Praze Přílohy
67
Příloha C – Přehled stanovisek skenování v jednotlivých patrech věže
ČVUT v Praze Přílohy
68
ČVUT v Praze Přílohy
69
ČVUT v Praze Přílohy
70
Příloha D – Přehled umístění kontrolních bodů a kontrolních měr
ČVUT v Praze Přílohy
71
ČVUT v Praze Přílohy
72
ČVUT v Praze Přílohy
73
ČVUT v Praze Přílohy
74
ČVUT v Praze Přílohy
75
Příloha E – Výsledné mračno bodů
ČVUT v Praze Přílohy
76
ČVUT v Praze Přílohy
77
Příloha F – Výpočet polygonového pořadu
POLYGONOVÝ POŘAD
================
Naměřené hodnoty:
-----------------
Bod S zpět S vpřed Úhel V úhlu Směrník vpřed D zpět D Dp - Dz
-------------------------------------------------------------------------------------------
502 0.0000 17.8423 17.8423
5001 399.9986 163.9641 163.9655 363.9655 7.3955 7.3959 7.3957 -0.0004
5002 0.0006 184.8096 184.8090 348.7745 24.0895 24.0895
501
Identické body:
Bod I. Y I. X II. Y II. X
------------------------------------------------------------
501 737946.322 988448.666 -21.325 40.787
502 737978.133 988481.946 0.000 0.000
------------------------------------------------------------
Transformační parametry:
------------------------
Rotace : 120.7678
Měřítko : 1.000269900219 (27.0 mm/100m)
Bod I. Y I. X II. Y II. X
------------------------------------------------------------
5001 737961.227 988476.227 0.000 17.842
5002 737956.584 988470.468 -3.966 24.085
------------------------------------------------------------
Parametry polygonového pořadu:
------------------------------
Typ pořadu : Vetknutý, bez orientace
Délka přadu : 49.3275m
Polohová odchylka : 0.0124m
Největší / nejmenší délka v pořadu : 24.0895m/ 7.3957m
Poměr největší / nejmenší délka : 1:3.26
Max. poměr sousedních délek : 1:3.26
Nejmenší vrcholový úhel : 163.9655g
Vypočtené body:
Bod Y X
----------------------------------
5001 737961.227 988476.227
5002 737956.584 988470.468
----------------------------------
VÝŠKOVÝ VÝPOČET POLYGONOVÉHO POŘADU
===================================
Bod1 Bod2 Z tam Z zpět dH tam dH zpět dH V dH
----------------------------------------------------------------------------------
502 5001 157.1964 24.070 24.070
5001 5002 102.4623 97.5316 -0.286 -0.287 -0.287 0.001
5002 501 148.9556 -24.895 -24.895
----------------------------------------------------------------------------------
Výškový uzávěr: -0.009
Výškové vyrovnání
-----------------
Bod1 Bod2 dH dH vyr V dH
------------------------------------------------
502 5001 24.070 24.067 -0.003
5001 5002 -0.287 -0.288 -0.001
5002 501 -24.895 -24.899 -0.004
---------------------------------------------------
ČVUT v Praze Přílohy
78
Vypočtené výšky:
----------------
Bod Výška
-------------------
5001 337.171
5002 336.883
501 311.984
-------------------
Test polygonového pořadu:
-------------------------
Polohová odchylka [m]: Skutečná hodnota: 0.0124, Mezní hodnota: 0.1351
Mezní počet bodů : Skutečná hodnota: 2, Mezní hodnota: 3
Mezní délka pořadu [m]: Skutečná hodnota: 49.3275, Mezní hodnota: 1500.0000
Mezní délka strany [m]: Skutečná hodnota: 24.0895, Mezní hodnota: 400.0000
Mezní poměr délek : Skutečná hodnota: 1:3.26, Mezní hodnota: 1:3.00
Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.
Byl překročen geometrický parametr stanovený pro práci v katastru nemovitostí.
ČVUT v Praze Přílohy
79
Příloha G – Výpočet identických bodů
[1] POLÁRNÍ METODA DÁVKOU
=========================
Orientace osnovy na bodě 5001:
------------------------------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
5001 737961.227 988476.227 337.171
---------------------------------------------
Orientace:
----------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
502 737978.133 988481.946 313.104
5002 737956.584 988470.468 336.883
---------------------------------------------
Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red.
---------------------------------------------------------------------------------
502 399.9986 79.2336 -0.0016 17.8423 0.0048 0.003
5002 163.9641 243.1959 0.0016 7.3955 0.0021 -0.002
---------------------------------------------------------------------------------
Orientační posun : 79.2334g
m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0023g
SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0016g
Test polární metody:
--------------------
Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0016, Mezní hodnota: 0.0800
Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.
Podrobné body
Polární metoda
Bod Hz Z dH Délka Y X Z
-------------------------------------------------------------------------------------------
1 371.9644 306.3745 0.638 6.3530 737956.651 988471.820 337.809
2 365.9530 301.9446 0.235 7.7064 737956.205 988470.382 337.406
3 365.9814 289.5074 -1.286 7.7308 737956.186 988470.365 335.885
4 360.4953 289.5361 -1.291 7.7817 737956.680 988469.912 335.880
5 360.5617 301.8742 0.229 7.7746 737956.677 988469.923 337.400
6 358.7010 279.4839 -2.144 6.4215 737957.623 988470.912 335.027
7 365.0427 279.3687 -2.139 6.3673 737957.147 988471.339 335.032
8 368.1985 284.9544 -1.529 6.3475 737956.923 988471.561 335.642
9 358.8167 303.0489 0.308 6.4216 737957.613 988470.919 337.479
10 381.0141 277.6303 -2.376 6.4822 737955.968 988472.437 334.795
11 332.8478 305.4859 0.435 5.0372 737960.277 988471.280 337.606
12 362.4299 265.5434 -2.391 3.9768 737958.806 988473.072 334.780
Orientace osnovy na bodě 5002:
------------------------------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
5002 737956.584 988470.468 336.883
---------------------------------------------
Orientace:
----------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
5001 737961.227 988476.227 337.171
501 737946.322 988448.666 311.984
---------------------------------------------
Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red.
---------------------------------------------------------------------------------
5001 0.0006 43.1959 0.0008 7.3959 0.0016 0.001
501 184.8096 228.0066 -0.0008 24.0895 0.0069 -0.004
---------------------------------------------------------------------------------
Orientační posun : 43.1962g
m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0012g
SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0008g
Test polární metody:
--------------------
Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0008, Mezní hodnota: 0.0800
Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.
ČVUT v Praze Přílohy
80
Podrobné body
Polární metoda
Bod Hz Z dH Délka Y X Z
-------------------------------------------------------------------------------------------
13 389.8061 90.3437 0.970 6.3433 737959.727 988475.978 337.853
14 396.3431 111.3923 -1.128 6.2348 737960.212 988475.538 335.755
15 399.0155 117.8283 -1.780 6.1901 737960.394 988475.346 335.103
16 5.0892 117.9276 -1.781 6.1566 737960.819 988474.937 335.102
17 5.2097 108.1925 -1.009 7.7970 737961.958 988476.118 335.874
18 399.9827 108.1629 -1.010 7.8322 737961.498 988476.567 335.873
19 379.2107 97.4252 0.273 6.7545 737958.913 988476.808 337.156
Určení výšky:
Bod Z dH Váha Zp vZ
-----------------------------------------------------------
505 128.2495 -33.935 0.0002 344.464 0.004
503 139.6505 -31.520 0.0005 344.468 -0.001
703 129.0475 -25.883 0.0004 344.468 -0.001
-----------------------------------------------------------
Volné stanovisko: 5003
Určení výšky:
Bod Z dH Váha Zp vZ
-----------------------------------------------------------
505 128.2495 -33.935 0.0002 344.464 0.004
503 139.6505 -31.520 0.0005 344.468 -0.001
703 129.0475 -25.883 0.0004 344.468 -0.001
-----------------------------------------------------------
Transformační parametry:
------------------------
Měřítko : 1.000011474232 (1.1 mm/100m)
Souřadnicové opravy na identických bodech:
Bod vY vX m0 Red.
---------------------------------------------
505 0.000 0.001
503 0.000 0.000
703 0.000 -0.001
---------------------------------------------
SQRT( [vv]/(n-1) ): mY: 0.000 mX: 0.001
Střední souřadnicová chyba klíče m0: 0.001
Určení výšky:
Bod Z dH Váha Zp vZ
-----------------------------------------------------------
505 128.2495 -33.935 0.0002 344.464 0.004
503 139.6505 -31.520 0.0005 344.468 -0.001
703 129.0475 -25.883 0.0004 344.468 -0.001
-----------------------------------------------------------
Výsledné souřadnice:
Bod Y X Z
---------------------------------------------
5003 737960.014 988470.797 344.467
---------------------------------------------
Orientace osnovy na bodě 5003:
------------------------------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
5003 737960.014 988470.797 344.467
---------------------------------------------
Orientace:
----------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
505 737994.012 988411.934 310.529
503 738001.074 988456.948 312.948
703 737984.760 988428.003 318.585
---------------------------------------------
Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red.
---------------------------------------------------------------------------------
505 0.0009 166.6558 -0.0001 67.9754 0.0005 -0.003 0.0003
503 354.0550 120.7095 0.0003 43.3317 0.0009 0.001 0.0000 *
ČVUT v Praze Přílohy
81
703 399.9684 166.6233 -0.0001 49.4318 0.0019 0.001 0.0003
---------------------------------------------------------------------------------
Orientační posun : 166.6548g
m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0002g
SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0001g
Test polární metody:
--------------------
Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0003, Mezní hodnota: 0.0800
Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.
Podrobné body
Polární metoda
Bod Hz Z dH Délka Y X Z
-------------------------------------------------------------------------------------------
20 255.8518 107.0944 -0.711 6.3573 737962.215 988476.761 343.756
21 245.6671 95.2330 0.464 6.1856 737961.204 988476.867 344.931
22 237.5153 105.6134 -0.601 6.7975 737960.459 988477.580 343.866
23 206.7892 97.8908 0.235 7.0841 737957.144 988477.274 344.702
24 174.0837 95.2743 0.507 6.8212 737954.542 988474.870 344.974
25 144.3714 93.8746 0.243 2.5173 737957.534 988471.231 344.710
26 134.8933 103.2455 -0.117 2.2880 737957.727 988470.853 344.350
27 118.3437 104.1725 -0.118 1.7931 737958.270 988470.378 344.349
28 287.4307 93.9797 0.460 4.8482 737963.655 988473.998 344.927
29 221.1576 128.7655 -1.512 3.1155 737959.421 988473.856 342.955
Orientace osnovy na bodě 502:
-----------------------------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
502 737978.133 988481.946 313.104
---------------------------------------------
Orientace:
----------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
501 737946.322 988448.666 311.984
507 737964.757 988488.339 312.913
503 738001.074 988456.948 312.948
---------------------------------------------
Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red.
---------------------------------------------------------------------------------
501 399.9984 248.5635 0.0019 46.0385 -0.0005 -0.006 0.0080
507 79.8100 328.3836 -0.0066 14.8280 -0.0028 -0.005 0.0019 *
503 304.1676 152.7300 0.0047 33.9269 0.0023 -0.013 0.0060
---------------------------------------------------------------------------------
Orientační posun : 248.5671g
m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0059g
SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0034g
Test polární metody:
--------------------
Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0066, Mezní hodnota: 0.0800
Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.
Podrobné body
Polární metoda
Bod Hz Z dH Délka Y X Z
-------------------------------------------------------------------------------------------
30 18.8429 57.3431 12.405 15.6562 737964.484 988474.277 327.265
31 30.5709 48.9701 17.434 16.8788 737962.152 988476.513 332.294
32 32.0657 49.3171 17.457 17.0862 737961.831 988476.828 332.317
33 32.0331 47.3549 18.542 17.0622 737961.857 988476.827 333.402
34 30.4717 46.9988 18.517 16.8485 737962.190 988476.498 333.377
35 35.7531 46.1336 19.933 17.6480 737961.018 988477.643 334.793
36 36.6272 46.3809 19.938 17.7912 737960.821 988477.846 334.798
37 37.9062 46.8985 19.881 18.0327 737960.506 988478.143 334.741
38 38.8438 47.1099 19.943 18.2098 737960.278 988478.368 334.803
39 32.7945 43.8536 20.864 17.1797 737961.684 988476.988 335.724
40 29.6832 43.0639 20.856 16.7431 737962.358 988476.336 335.716
41 29.6066 40.4022 22.732 16.7359 737962.371 988476.320 337.592
42 32.6691 41.1487 22.745 17.1603 737961.713 988476.961 337.605
43 14.0893 46.6921 22.832 20.5749 737960.998 988470.557 337.692
44 12.6026 55.2586 19.535 23.0613 737959.230 988468.736 334.395
45 12.1690 56.3757 19.541 23.9069 737958.631 988468.118 334.401
ČVUT v Praze Přílohy
82
46 15.9193 51.7198 17.403 18.3694 737962.548 988472.222 332.263
47 33.7580 52.6920 13.741 14.9556 737963.750 988477.847 328.601
48 16.5581 95.5291 1.179 16.7636 737963.823 988473.215 316.039
Orientace osnovy na bodě 506:
-----------------------------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
506 737932.025 988469.141 313.134
---------------------------------------------
Orientace:
----------
Bod Y X Z
---------------------------------------------
507 737964.757 988488.339 312.913
501 737946.322 988448.666 311.984
---------------------------------------------
Bod Hz Směrník V or. Délka V délky V přev. m0 Red.
---------------------------------------------------------------------------------
507 0.0000 66.2305 -0.0029 37.9429 0.0038 -0.005
501 94.9694 161.1941 0.0029 24.9706 0.0020 -0.007
---------------------------------------------------------------------------------
Orientační posun : 66.2277g
m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0041g
SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0029g
Test polární metody:
--------------------
Oprava orientace [g]: Skutečná hodnota: 0.0029, Mezní hodnota: 0.0800
Mezní odchylky stanovené pro práci v katastru nemovitostí byly dodrženy.
Podrobné body
Polární metoda
Bod Hz Z dH Délka Y X Z
-------------------------------------------------------------------------------------------
50 13.9542 56.2209 20.750 25.2610 737956.072 988476.878 335.564
51 13.9645 53.1536 22.871 25.2574 737956.070 988476.873 337.685
52 15.4874 51.5653 22.869 24.0221 737955.063 988475.946 337.683
53 13.5040 48.5591 26.377 25.2090 737955.967 988477.032 341.191
54 14.3111 47.6919 26.365 24.5198 737955.408 988476.520 341.179
55 31.0699 51.4439 22.736 23.7912 737955.795 988470.151 337.550
56 32.8806 52.3288 22.745 24.4726 737956.495 988469.484 337.559
57 34.6427 52.5946 23.218 25.1924 737957.215 988468.797 338.032
58 31.5114 46.5619 26.363 23.6593 737955.669 988469.981 341.177
59 30.2462 45.9644 26.368 23.2205 737955.210 988470.427 341.182
60 29.9568 45.7987 26.376 23.1056 737955.089 988470.525 341.190
61 28.6501 45.2027 26.379 22.6752 737954.627 988470.963 341.193
62 32.4042 38.6538 39.429 27.3920 737959.411 988469.730 354.243
ČVUT v Praze Přílohy
83
Příloha H – Souřadnice kontrolních bodů
Souřadnice kontrolních bodů
Číslo body Y X Z
1 737 956.651 988 471.820 337.809
2 737 956.205 988 470.382 337.406
3 737 956.186 988 470.365 335.885
4 737 956.680 988 469.912 335.880
5 737 956.677 988 469.923 337.400
6 737 957.623 988 470.912 335.027
7 737 957.147 988 471.339 335.032
8 737 956.923 988 471.561 335.642
9 737 957.613 988 470.919 337.479
10 737 955.968 988 472.437 334.795
11 737 960.277 988 471.280 337.606
12 737 958.806 988 473.072 334.780
13 737 959.727 988 475.978 337.853
14 737 960.212 988 475.538 335.755
15 737 960.394 988 475.346 335.103
16 737 960.819 988 474.937 335.102
17 737 961.958 988 476.118 335.874
18 737 961.498 988 476.567 335.873
19 737 958.913 988 476.808 337.156
20 737 962.215 988 476.761 343.756
21 737 961.204 988 476.867 344.931
22 737 960.459 988 477.580 343.866
23 737 957.144 988 477.274 344.702
24 737 954.542 988 474.870 344.974
25 737 957.534 988 471.231 344.710
26 737 957.727 988 470.853 344.350
27 737 958.270 988 470.378 344.349
28 737 963.655 988 473.998 344.927
29 737 959.421 988 473.856 342.955
30 737 964.484 988 474.277 327.265
ČVUT v Praze Přílohy
84
31 737 962.152 988 476.513 332.294
32 737 961.831 988 476.828 332.317
33 737 961.857 988 476.827 333.402
34 737 962.190 988 476.498 333.377
35 737 961.018 988 477.643 334.793
36 737 960.821 988 477.846 334.798
37 737 960.506 988 478.143 334.741
38 737 960.278 988 478.368 334.803
39 737 961.684 988 476.988 335.724
40 737 962.358 988 476.336 335.716
41 737 962.371 988 476.320 337.592
42 737 961.713 988 476.961 337.605
43 737 960.998 988 470.557 337.692
44 737 959.230 988 468.736 334.395
45 737 958.631 988 468.118 334.401
46 737 962.548 988 472.222 332.263
47 737 963.750 988 477.847 328.601
48 737 963.823 988 473.215 316.039
50 737 956.072 988 476.878 335.564
51 737 956.070 988 476.873 337.685
52 737 955.063 988 475.946 337.683
53 737 955.967 988 477.032 341.191
54 737 955.408 988 476.520 341.179
55 737 955.795 988 470.151 337.550
56 737 956.495 988 469.484 337.559
57 737 957.215 988 468.797 338.032
58 737 955.669 988 469.981 341.177
59 737 955.210 988 470.427 341.182
60 737 955.089 988 470.525 341.190
61 737 954.627 988 470.963 341.193
62 737 959.411 988 469.730 354.243
ČVUT v Praze Přílohy
85
Příloha I – Transformace modelu do souřadnicového systému
Vstupní soubor
5
23 -957.144 -477.274 344.702
12.438 -17.663 164.200
38 -960.278 -478.368 334.803
9.467 -19.257 154.338
43 -960.998 -470.557 337.692
7.227 -11.794 157.312
51 -956.070 -476.873 337.685
13.334 -16.936 157.178
13 -959.727 -475.978 337.853
9.564 -16.803 157.411
Protokol o výpočtu
ProgramXYZTrans v2.1.1 , Protokol o výpočtu.
Shodnostní Podobnostní transformace
Použité identické body :
23,38,43,51,13
Transformační klíč :
Matice Rotace :
0,979020810710373 0,203521268400697 -0,0098663825476109
-0,203385066622 0,979008905291924 0,0132694398617738
0,012359889609 -0,0109843828993816 0,999863278884258
Vektor Translace :
-964,115148016654
-459,646867298104
180,171057864489
Měřítka v jednotlivých osách (x,y,z):
1,000000000000
1,000000000000
1,000000000000
Střední chyba jednotková: 0,01674755
ČVUT v Praze Přílohy
86
Příloha J – Obsah DVD
- věž – výsledné mračno bodů ve formátu wrp a wrl
- wrmlView – program pro prohlížení wrml modelů
- výkresy – výkresy ve formátu dgn a pdf
- diplomová práce – ve formátu docx a pdf
Příloha K – Výkresová dokumentace
- Půdorys – přízemí hradní věže
- Půdorys – 1. patro hradní věže
- Půdorys – 2. patro hradní věže
- Půdorys – 3. patro hradní věže
- Půdorys – střecha hradní věže
- Řez AA´
- Řez BB´
- Pohled na jihovýchodní stěnu věže
- Pohled na jihozápadní stěnu věže
- Pohled na severozápadní stěnu věže
- Pohled na severvýchodní stěnu věže