Τρισδιάστατη Σάρωση

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι τρισδιάστατης σάρωσης, αλλά θα επικεντρωθούμε σε τρεις από αυτές, τις οποίες μπορούμε να θεωρήσουμε ως τις κυριότερες: Η τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ, η φωτογραμμετρία και η σάρωση με δομημένο φως. Η επιλογή της τεχνικής τρισδιάστατης σάρωσης θα γίνει αναφορικά με το έργο ή το πλαίσιό του. 

 

Τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ 

Η τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ είναι σίγουρα η πιο κοινή τεχνική τρισδιάστατης σάρωσης. Η ψηφιακή αποτύπωση του σχήματος του αντικειμένου με τη χρήση φωτός λέιζερ για την απόκτηση μιας ψηφιακής αναπαράστασης του πραγματικού αντικειμένου. Αυτοί οι τρισδιάστατοι σαρωτές είναι σε θέση να μετρούν πραγματικά λεπτές λεπτομέρειες και να καταγράφουν σχήματα ελεύθερης μορφής για να δημιουργήσουν νέφη σημείων υψηλής ακρίβειας.

​

Αυτή η τεχνική σάρωσης με λέιζερ είναι ιδανική για τη μέτρηση και την επιθεώρηση πολύπλοκων γεωμετριών. Επιτρέπει τη λήψη μετρήσεων και δεδομένων από σημεία όπου είναι ανέφικτο με τις παραδοσιακές μεθόδους!

​

Ένας σαρωτής που χρησιμοποιεί φως λέιζερ μοιάζει λίγο με μια φωτογραφική μηχανή: μπορεί να συλλάβει μόνο ό,τι βρίσκεται στο οπτικό του πεδίο. Με τη διαδικασία αυτή, μια κουκκίδα ή μια γραμμή λέιζερ προβάλλεται σε ένα αντικείμενο από τη συσκευή και ένας αισθητήρας μετρά την απόσταση από την επιφάνεια αυτού του αντικειμένου.

​

Με την επεξεργασία αυτών των δεδομένων, μπορούν να μετατραπούν σε τριγωνικό πλέγμα και στη συνέχεια σε μοντέλο CAD.

Δομημένη σάρωση με φως

Με αυτή τη μέθοδο σάρωσης δομημένου φωτός, μία από τις θέσεις της κάμερας που χρησιμοποιούνταν σε προηγούμενες μεθόδους σάρωσης αντικαθίσταται από έναν προβολέα που προβάλλει διαφορετικά μοτίβα φωτός στην επιφάνεια ενός αντικειμένου. Ο τρόπος με τον οποίο τα αντικείμενα παραμορφώνουν αυτά τα μοτίβα καταγράφεται, επιτρέποντας τη δημιουργία της τρισδιάστατης σάρωσης. 

​

Η διαδικασία σάρωσης με δομημένο φως χρησιμοποιείται σε τεχνολογίες αναγνώρισης προσώπου ή περιβάλλοντος. 

​

Πώς χρησιμοποιείται η τρισδιάστατη σάρωση;
Η τρισδιάστατη σάρωση μπορεί να είναι μια ταχύτερη και ευκολότερη τεχνική για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου μοντέλου για τρισδιάστατη εκτύπωση, εάν θέλετε απλώς να αναδημιουργήσετε ένα υπάρχον αντικείμενο. Μόλις αποκτήσετε το τρισδιάστατο μοντέλο σας, μπορείτε να προσθέσετε τις τροποποιήσεις σε αυτό, μπορεί στην πραγματικότητα να αποτελέσει μια εξαιρετική βάση για να ξεκινήσετε το έργο σας.   

​

Χρήση τρισδιάστατων σαρωτών στην αρχαιολογία 

Στις αγγλόφωνες περιοχές οι σαρωτές λέιζερ χρησιμοποιούνται στον τομέα της διατήρησης της πολιτιστικής κληρονομιάς και της αρχαιολογίας με σχεδόν τυποποιημένο τρόπο. Οι καλά δομημένες συστάσεις προσφέρουν έναν ακριβή οδηγό τόσο στην πλευρά του πελάτη όσο και στην πλευρά της επιχείρησης. Οι μελέτες περιπτώσεων και οι αναλύσεις για το θέμα αυτό εμφανίζονται σε σχεδόν δυσθεώρητες ποσότητες. Προσπαθούμε να ανασκοπήσουμε συνοπτικά, τι έχει επιτύχει μέχρι τώρα το έργο SziMe3D, προκειμένου να δώσουμε στους ειδικούς μια εντύπωση για τις δυνατότητες των τεχνολογιών που είναι ήδη διαθέσιμες και σε αυτή τη χώρα. 

 

Η τεχνολογία αυτή προσφέρει πλεονεκτήματα: 

- Η λεπτομερής έρευνα διεξάγεται χωρίς άμεση επαφή, από απόσταση, με αποτελέσματα ίσα ή καλύτερα από εκείνα της άμεσης φυσικής μέτρησης, ενώ δεν προκαλείται ζημιά στο μετρούμενο αντικείμενο, 

- Η σάρωση είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για την αποτύπωση αντικειμένων με ακανόνιστες επιφάνειες, όπως λαξευτές πέτρες, κτιστές κατασκευές, αρχαιολογικά στοιχεία, και είναι εύκολο να εντοπιστούν στα δεδομένα της σάρωσης, 

- Η σάρωση είναι δυνατή ακόμη και σε συνθήκες κακής ορατότητας και χαμηλού φωτισμού, 

- Τα δεδομένα είναι διαθέσιμα και μπορούν να αναλυθούν από τους ειδικούς σε αμετάβλητη αλλά κλιμακούμενη και αναζητήσιμη μορφή ανά πάσα στιγμή, 

- Μπορούν να δημιουργηθούν τρισδιάστατα μοντέλα ή ακόμη και πλήρεις ανακατασκευές, τα οποία μπορούν να περιηγηθούν, να περιστραφούν και να μετρηθούν στον εικονικό χώρο.  

Οι επίγειοι σαρωτές λέιζερ είναι κατάλληλοι για την τεκμηρίωση αρχαιολογικών χώρων και χαρακτηριστικών, ερειπίων στο σύνολό τους, ενώ οι σαρωτές δομημένου φωτός είναι κατάλληλοι για τη δημιουργία μοντέλων μικρότερων αντικειμένων, τεχνουργημάτων με λεπτομέρειες σε επίπεδο αντιγράφων.

​

Σάρωση κτιρίων, αρχαιολογικών στοιχείων 

Οι κορυφαίοι επίγειοι σαρωτές λέιζερ μπορούν να σαρώσουν έως και 1 εκατομμύριο σημεία σε ένα μόνο δευτερόλεπτο. Στην πράξη αυτή η ικανότητα αξίζει να χρησιμοποιηθεί μόνο κατά την αποτύπωση των λεπτομερειών, επειδή το μέγεθος του αρχείου που προκύπτει θα είναι εξαιρετικά μεγάλο. Η πυκνότητα των καταγεγραμμένων σημείων, η μετρούμενη απόστασή τους μεταξύ τους, μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την εργασία. Για την τοπογράφηση αρχαιολογικών χαρακτηριστικών η βέλτιστη ρύθμιση είναι εκείνη, κατά την οποία τα σημεία απέχουν 3 χιλιοστά το ένα από το άλλο σε απόσταση 10 μέτρων μετρούμενη από τον σαρωτή στο νέφος σημείων που παράγει ο σαρωτής. Στην περίπτωση αυτή η βέλτιστη απόσταση του αντικειμένου είναι περίπου 20 μέτρα (ο σαρωτής που χρησιμοποιήσαμε είχε εύρος από 0,3 μέτρα έως 187 μέτρα). Εάν απαιτείται υψηλότερη ποιότητα, είναι δυνατόν να ρυθμιστεί η ανάλυση έως 0,6 mm μετρούμενη επίσης σε απόσταση 10 m από τον σαρωτή. Ωστόσο, σε τέτοιες περιπτώσεις πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ο χρόνος μέτρησης εκτοξεύεται σε ώρες, το μέγεθος του καταγεγραμμένου αρχείου αυξάνεται δραστικά, σχεδόν σε ανεξέλεγκτο βαθμό.  

​

Στις περισσότερες περιπτώσεις η ενσωματωμένη στον σαρωτή κάμερα δεν παρέχει εικόνες με επαρκή ποιότητα και ανάλυση, επομένως για να δημιουργήσουμε σωστά χρωματισμένες υφές πρέπει να τραβήξουμε φωτογραφίες με φωτογραφική κάμερα υψηλής ποιότητας και φακό που τοποθετείται ακριβώς σε αντιστοιχία με τη θέση του σαρωτή. Η σύζευξη των δεδομένων της επίγειας έρευνας με σαρωτή λέιζερ με το Εθνικό Ενιαίο Σύστημα Προβολής (EOV) επιλύεται με τη χρήση δέκτη GNSS (Global Navigation Satellite System). 

 

Σάρωση αντικειμένων, αρχαιολογικών ευρημάτων  

Συνήθως χρησιμοποιούμε συσκευές που εφαρμόζουν δομημένο φως για την τρισδιάστατη σάρωση αντικειμένων. Οι συσκευές αυτές είναι σε θέση να σαρώνουν τα αντικείμενα με ανάλυση αρκετών δεκάδων μικρομέτρων και με ακρίβεια του ενός τρίτου τετάρτου της τιμής ανάλυσης. Η κατάλληλη επιλογή του εξαρτώμενου από την εργασία χώρου εργασίας (δηλαδή η απόφαση για το πόσο μεγάλη περιοχή μπορούμε να ερευνήσουμε ταυτόχρονα) μπορεί να ολοκληρωθεί με την αντικατάσταση του συστήματος φακών.

 

Διαδικασία έρευνας και επεξεργασίας 

Είναι προφανές ότι οι επίγειοι σαρωτές και οι σαρωτές αντικειμένων είναι σε θέση να καταγράψουν μόνο ό,τι "βλέπουν". Κατά την επιλογή του κατάλληλου αριθμού και της θέσης των θέσεων μέτρησης κάνουμε σαν να ερευνούμε τα μετρούμενα χαρακτηριστικά με τα ίδια μας τα μάτια. Αναζητούμε σημείο θέασης από το οποίο είναι ορατή κάθε λεπτομέρεια, κάθε καλυμμένη επιφάνεια. Ο προσεκτικός σχεδιασμός της μέτρησης μπορεί να φαίνεται χρονοβόρα διαδικασία, αλλά μπορεί να αποδειχθεί αρκετά αποδοτική στη φάση της επεξεργασίας.  

 

Όσο διεξοδικός και αν είναι ο σχεδιασμός και η εκτέλεση, είναι αδύνατο να αποφύγουμε την ύπαρξη μη καταγεγραμμένων περιοχών. Αυτές οι "τρύπες" μπορούν στη συνέχεια να συμπληρωθούν με λύσεις που υποστηρίζονται από το πρόγραμμα επεξεργασίας, προσαρμοσμένες στο περιβάλλον και στις διαθέσιμες λήψεις φωτογραφιών, και, στις περισσότερες περιπτώσεις, με ικανοποιητικό τρόπο. Χρησιμοποιούμε σημεία-στόχους για επίγειους σαρωτές για να ενώσουμε τα αρχεία που έχουν καταγραφεί από διαφορετικές θέσεις μέτρησης. Παλαιότερα ήταν απαραίτητη η χρήση τέτοιων στόχων και για τους σαρωτές αντικειμένων. Οι τελευταίας τεχνολογίας, έγχρωμοι σαρωτές αντικειμένων που χρησιμοποιούμε είναι σε θέση να αναζητούν οι ίδιοι σημεία αναφοράς με βάση το σχήμα και την υφή των αντικειμένων και να συνδυάζουν τα δεδομένα σάρωσης με βάση αυτά. Παρόλο που η έρευνα από μία θέση μέτρησης μπορεί να διαρκέσει μόνο μερικές δεκάδες λεπτά, η έρευνα μιας περιοχής ανασκαφής μεγέθους πολλών εκατοντάδων τετραγωνικών μέτρων απαιτεί σίγουρα μία ολόκληρη ημέρα. Ωστόσο, εξακολουθεί να απαιτεί πολύ λιγότερο χρόνο από την τοπογράφηση της εκσκαφής με τις παραδοσιακές μεθόδους και λόγω του καθορισμού σημείων ελέγχου για τη μέτρηση με ολικό σταθμό. Η επεξεργασία των δεδομένων διαρκεί είκοσι φορές περισσότερο από την τοπογράφηση. Μπορούμε να υπολογίσουμε με τον ίδιο τρόπο και στην περίπτωση των αντικειμένων.

 

Οι αποδόσεις του έργου

Είναι σημαντικό πριν από την πραγματοποίηση της έρευνας, οι αρχαιολόγοι και οι ειδικοί της τεχνολογίας επεξεργασίας των ερευνών να καθορίσουν από κοινού τους στόχους και το πεδίο εφαρμογής της έρευνας, την αναμενόμενη πυκνότητα και ακρίβεια των σημείων, τα χαρακτηριστικά, τις ανοχές των σχεδίων που θα παραχθούν, τις απαιτήσεις για τις φωτογραφίες, τις μορφές εμφάνισης, τη δημοσίευση, τη μορφή των δεδομένων που θα μεταφερθούν και τα παραδοτέα. Σήµερα, στη "φάση εκµάθησης", όταν τα πλαίσια αυτών των απαιτήσεων µόλις διαµορφώνονται, προς το παρόν δεν εργαζόµαστε ακριβώς µε τον τρόπο που περιγράφεται. Παράγουμε ένα αρχείο δεδομένων με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια που περιλαμβάνει κάθε δυνατή λεπτομέρεια, και από το αρχείο αυτό μπορούμε να παράγουμε ουσιαστικά οτιδήποτε μπορεί να θέλουν οι ειδικοί διαφόρων τομέων.  

 

Η αποσαφήνιση του σκοπού και του επιδιωκόμενου κοινού της έρευνας είναι απαραίτητη. Η επιστημονική τεκμηρίωση, η πολιτιστική και εκπαιδευτική παρουσίαση ή η δημοσίευση στο διαδίκτυο απαιτούν εντελώς διαφορετικές λύσεις. Η στιγμιαία καταγραφή της ακριβούς κατάστασης ενός αρχαιολογικού χαρακτηριστικού ή η όσο το δυνατόν λεπτομερέστερη τρισδιάστατη παρουσίαση ενός αντικειμένου απαιτούν τοπογράφηση με τις καλύτερες παραμέτρους μέτρησης. Τα αρχεία που προκύπτουν με αυτόν τον τρόπο είναι διαχειρίσιμα μόνο από τους πιο πρόσφατους και ταχύτερους υπολογιστές, με ειδικό λογισμικό. Αντίθετα, η προβολή στο διαδίκτυο απαιτεί αρκετά μικρού μεγέθους, "αποδυναμωμένα" αρχεία. Είναι αδύνατο να εξυπηρετηθούν εξίσου καλά τα δύο άκρα με τα ίδια εργαλεία. Σήµερα πρέπει να παραιτηθούµε από το γεγονός ότι το υλικό που χρησιµοποιείται στην έρευνα είναι ένα σηµαντικό βήµα µπροστά από το λογισµικό που είναι διαθέσιµο για την επεξεργασία και την οπτικοποίηση. 

 

Πολλοί φοβούνται ότι τα ηλεκτρονικά καταγεγραμμένα δεδομένα μπορεί να χαθούν και, λόγω των συχνά μεταβαλλόμενων μορφών δεδομένων, με την πάροδο του χρόνου δεν θα είναι δυνατή η ανάγνωσή τους. Η έλλειψη προτύπων, οι αμέτρητες μορφές που χρησιμοποιούνται από τους κατασκευαστές είναι επίσης ένα πρόβλημα. Παρόλα αυτά, υπάρχουν βασικές μορφές, οι οποίες δεν επηρεάζονται από το πέρασμα του χρόνου και θα μπορούν να επεξεργαστούν ανά πάσα στιγμή (π.χ. η ASCII). Εκτός από τις δυνατότητες που παρουσιάστηκαν μέχρι στιγμής, υπάρχουν αναρίθμητες άλλες εφαρμογές που αξίζει να αναφερθούν, οι οποίες είναι διαθέσιμες μόνο χάρη στην τεχνολογία 3D λέιζερ. Ανάμεσά τους, θα ξεχωρίζαμε την τρισδιάστατη εκτύπωση, με την οποία μπορούν να παραχθούν σχεδόν ρεαλιστικά αντίγραφα των αντικειμένων, και έτσι να τα "πάρουμε μαζί μας" ακόμη και στο σπίτι.  

 

Με βάση τη διεθνή εμπειρία μπορούμε πλέον να δηλώσουμε με σιγουριά ότι η τεχνολογία που παρουσιάσαμε με το παρόν συμβάλλει σημαντικά στην ακριβή τεκμηρίωση, την καλύτερη παρουσίαση και τη δημιουργία ενδιαφέροντος για τις πολιτιστικές μας αξίες. Ωστόσο, η ακριβέστερη και λεπτομερέστερη τεκμηρίωση από ποτέ άλλοτε δεν μπορεί να χρησιμεύσει ως δικαιολογία για την αποσυναρμολόγηση, την καταστροφή των πολιτιστικών μας αξιών, είναι μάλλον ένα νέο μέσο για τη διατήρηση και τη διάσωσή τους.