Pracovní 3D modely

Před tím, než bude možné přistoupit k práci na finálním virtuálním modelu Prahy, je třeba vytvořit celou řadu trojrozměrných (hmotových) modelů různých staveb a objektů.

Pokud však vytvoříme pracovní model věrně zachycující některou z dříve zbouraných staveb, může už najednou být možné některou z takových fotografií georeferencovat, a tudíž zjistit přesně místo jejího pořízení. To následně umožňuje odečíst rozměry na fotografii zachycených objektů, a tím pádem rozšířit pracovní model o další stavbu. A tak stále dokola, čím dál víc do minulosti.

Čím víc fotografií pro dané místo zpracujeme, tím přesnější jsou pracovní modely, a tím přesnější i zjišťování pozice místa pořízení. Někdy probíhá zpřesňování části modelu a zpřesňování pozice pořízení fotografie iterativně, až modelovaný objekt přesně „sedí“ na všech dostupných fotografiích pořízených z různých směrů.

Jednotlivé části modelů jsou vytvořeny s různou mírou přesnosti a jistoty ohledně toho, jak věrně zachycují skutečný stav v dané době.

K dispozici jsou ukázky už vytvořených pracovních modelů. Některé z nich byly popsány v tématických textech.

Práce s podklady

Při vytváření pracovních modelů jsou z dostupných typů podkladů využívány zejména mapy, situační plány, stavební výkresy (půdorysy, nárysy a řezy) a fotografie. Protože je jich je obrovské množství, tak musí být přesně a úplně vyhledány všechny, které jsou pro daný model relevantní, a to pokud možno automaticky.

Míra jistoty

Spolehlivost a přesnost, se kterou je model nebo jeho část vytvořena, jsou dány množstvím, typem a kvalitou relevantních podkladů, které jsou při modelování k dispozici.

Nejspolehlivěji jsou zákonitě znázorněny stavby a objekty, které se dochovaly do dnešních dnů. U již nedochovaných staveb a objektů je třeba za prioritní brát fotografie. I na sebelépe zakreslených plánech a výkresech jsou totiž nepřesnosti, zkreslení a někdy vyslovené chyby (a to například i v uváděných kótách). U výkresu není někdy ani jistota, že jde o finální návrh, podle kterého byla stavba nakonec provedena, jestli nedošlo až při stavbě k dodatečným změnám (a dokonce jestli vůbec byla provedena). Fotografie naproti tomu zachycuje skutečně realizovaný stav.

K vyjádření míry jistoty je použita barevná stupnice od zelené (nejspolehlivější) po červenou (silně nejisté). Na obrázcích vidíme ukázky takto obarvených modelů Pražské obecní plynárny a Hlavního nádraží.

Budovy a objekty dosud existující vymodelované s vysokou mírou spolehlivosti jsou znázorněny sytě zelenou. Pokud už budova nestojí, ale je k dispozici vícero fotografií a z různých úhlů, jsou dané části modelu stále zbarveny do zelena.

Části modelu, kde byly k dispozici pouze stavební výkresy (a maximálně jedna fotografie), jsou zbarveny žlutě až do oranžova. Do červena jsou pak zbarvena místa nebo objekty, pro které nejsou k dispozici dostatečné podklady.

Aplikace DrModel

Vytváření trojrozměrných modelů je pracná a časově náročná činnost. Na základě dlouhodobých zkušeností (jak s modelováním obecně, tak s použitím existujících modelovacích nástrojů třetích stran) byla vytvořena vlastní aplikace DrModel (Drátěný Model).

Ta je co nejvíce uzpůsobená potřebám práce na modelu. Kromě standardních funkcí pro 3D modelování obsahuje i funkce pomáhající specificky při modelování budov (např. vytváření parapetů, střešních říms a komínů) nebo například pro automatické generování železničních kolejí s pražci.

Hlavní předností aplikace je však integrované zobrazování všech dostupných relevantních podkladů – situačních plánů, stavebních výkresů i fotografií. Na obrázku vidíme pracovní plochu aplikace DrModel.

Vlevo je nárys a půdorys právě vytvářeného modelu. S oběma lze volně otáčet, k dispozici je i speciální funkce umožňující natočení podle směru pohledu aktuálně vybrané fotografie ze seznamu vpravo. To pomáhá při triangulaci správné pozice objektů.

Uprostřed pracovní plochy je lišta nejčastěji používaných funkcí pro 3D modelování a hierarchický seznam dílčích skupin, ze kterých se model skládá a které umožňují snazší práci s modelem.

Napravo je pak seznam (automaticky) dohledaných relevantních podkladů (v tomto případě fotografií). Z nich je dále možné vybírat ty nejdůležitější, resp. si vytvářet skupin relevantních podkladů pro modelování dílčích částí.

Editace modelu podle zákresu do fotografie

Na základě zákresu aktuálního stavu modelu do fotografie je možné korigovat části modelu tak, aby se dostaly do zákrytu se skutečným stavem zachyceným na fotografii.

S červeně označenými body (vlevo nahoře) pohybujeme ve směru nahoru-dolů a sledujeme, jak se mění zákres do detailu vybrané fotografie (vpravo). Po dosažení zákrytu na této fotografii můžeme zákryt zkontrolovat ještě na další (viz též triangulace níže). Čím vyšší je počet fotografií, na kterých můžeme takto zkontrolovat, tím spolehlivější bude určení správné pozice bodů.

Tato metoda je použitelná i objektů, u kterých neznáme přesnou pozici, ale známe jejich velikost (např. z technického výkresu). Je-li fotografie dostatečně kvalitní, resp. v dostatečně velkém rozlišení, můžeme posunem objektu směrem k a od pozorovatele zjistit správnou vzdálenost.

Zapeklitý problém vyvstává v okamžiku, kdy na jedné fotografii (nebo na jedné skupině fotografií) je objekt v přesném zákrytu, ale na druhé fotografii (nebo skupině) je evidentně špatně. Někdy dá velkou práci zjistit příčinu. Chyba může totiž být jak v modelu, tak ale i v nepřesně určených pozicích pořízení fotografií (a z toho vyplývajícím nepřesném zákresu modelu do nich). Vyřešení může někdy zabrat i týdny.

Triangulace objektů na fotografiích

Další komplikací při modelování může být, když neznáme přesnou pozici objektu, ani jeho velikost – např. stromu, stožáru, prodejního stánku, továrního komínu, nebo i celé stavby. Takové objekty nemusí být znázorněny na žádné mapě, nebo mohou být zakresleny značně nepřesně.

Máme-li však k dispozici vícero fotografií zachycujících daný objekt, můžeme použít triangulaci a odvodit přesnou pozici objektu, případně i jeho rozměry. Fotografie by měly být pořízeny z alespoň dvou různých směrů a zároveň musíme znát (nebo dokázat vypočítat) i pozici fotografa.

Postupujeme tak, že pozici objektu zarovnáme podle první fotografie. V našem případě podle pohledu od jihozápadu a komín umístíme odhadem například do pozice (B). Následně přepneme na druhou z fotografií a snažíme se objekt dostat do zákrytu i na ní. Pohybovat s ním však můžeme pouze ve směru pohledu z první fotografie (červená šipka), aby na ní zůstal stále v zákrytu (jen bude zdánlivě měnit velikost, jak se přibližuje, nebo opak vzdaluje od pozorovatele). V určitý okamžik se objekt dostane do správné pozice i podle druhé fotografie. Tím jsme nalezli správnou pozici podle obou fotografií. Čím více fotografií máme, tím je metoda přesnější. Na ukázkovém obrázku jde o pozici (A), kdy je komín přesně v zákrytu na všech třech fotografiích.

Při uvedeném postupu je třeba ověřit, že na všech fotografiích je skutečně stále stejný objekt (např. telegrafní sloup). A také, že v průběhu času nedošlo k jeho přesunutí. U stromů je třeba počítat s jejich kontinuálním růstem (zejména, pokud je mezi pořízením jednotlivých fotografií rozdíl v desítkách let).

Ukázky už vytvořených pracovních modelů

 

---

Vytvořeno: 4. září 2016. Poslední aktualizace: 28. května 2023