Vizualizace procesu měření

Transkript

1 Proceeings of International Scientific Conference of FME Session 4: Automation Control an Applie Informatics Paper Viualiace procesu měření LIČEV, Lačear Ing., CSc. Katera informatik, Fakulta elektrotechnik a informatik, VŠB-TU v Ostravě, tř. 7.listopau 5, Ostrava-Poruba, URL Lacear.Licev@vsb.c, Abstrakt: V příspěvku jsou popsané áklaní princip řešení D a 3D moelování procesu měření. Dále je e popsáno řešení problematik počítačové animace. Animace procesu měření a to v animaci objektů a v animaci snímků. Vvinuté meto vtvářejí komfortní prostřeí při měření růných objektů na fotografii pomocí osobního počítače. Klíčová slova: D a 3D moelování, animace, proces měření Viualiace procesu měření Hlavním úkolem viualiace procesu měření je preentovat naměřené úaje, a to cela jiným působem než jsou výslek měření obraován v tabulkách a sestavách. Přímá řeč čísel je sice jasná, avšak vjáření výsleků měření grafickou formou může mít něk větší vpovíací honotu.. D moelování.. Objekt Je navrženo šest ruhů ájmových objektů: samostatný bo, hrana, vrchol, kružnice, elipsa a polgon. Tto objekt se efinují v režimu eitace boů onačením určitého počtu ájmových boů a vvoláním příkau pro vtvoření určitého ruhu objektu. Popis jenotlivých ruhů ájmových objektů: Bo Nejjenoušší objekt, prostě bo. Sleovaným parametrem je souřanicová poloha bou na snímku. Hrana Objekt aný věma bo tvořícími úsečku. Sleovaný parametr je poloha střeu této úsečk. Vrchol Jená se o průsečík vou přímek, ke kažá přímka je ána věma bo. Vrchol je te efinován čtřmi bo. Sleovaným parametrem je poloha tohoto vrcholu. Kružnice

2 Sleovanými parametr kružnice jsou poloha jejího střeu, poloměr kružnice, plocha kružnice a také její intenita. Kružnice je ána alespoň třemi bo. Elipsa Sleovanými parametr elips jsou poloha jejího střeu, élka hlavní a velejší poloos, úhel natočení hlavní poloos o os, ále plocha elips a také její intenita. Elipsa je ána pěti bo. Polgon Polgon je uavřená hranice vtvořená spojením n boů n- hranami. U polgonu sleujeme polohu jeho těžiště, plochu kterou abírá a také intenitu polgonu. Křivost určuje prohnutí křivek, které prokláají hran polgonu. Společným parametrem všech ájmových objektů je poice jejich střeu v rámci snímku. Při práci s měřickým nebo rentgenovým snímkem bueme nejčastěji vužívat t objekt, které mají vnitřní plochu (kružnice, elipsa a polgon). Tto objekt jsou vhoné pro onačení světelné stop na snímku. Tto objekt mají svůj obsah, a proto je le použít k výpočtu objemu, např. ůlní jám, jež abírá v emi. Ttéž objekt mohou mít efinován kromě obsahu i parametr intenit, jehož vužijeme v jiných oborech, a to např. v lékařství, ke můžeme určovat velikost a intenitu novotvarů na rentgenovém snímku. V tomto přípaě pak jako interval měření používáme časový interval (atum nebo čas). Příkla snímku, na kterém jsou obraené některé e ájmových objektů, jsou uveené na obr. č... Obr. č.. Snímek profilu jám - ruh ájmových objektů

3 .. Relativní natočení objektů Profil ůlního íla má např. kruhový tvar. Poku je jáma eformována ohbem a m se na ní íváme boku, můžeme ojít k růným výslekům. V takovémto přípaě áleží jakého úhlu se íváme. Poku se bueme ívat meního úhlu ( ), bue se i prohnutá kanálová plocha jevit jako neeformovaná (vi. obr. č..). Proto b bla na místě možnost volb úhlu pohleu, e kterého se na aný ájmový objekt íváme, tv. relativní natočení Obr. č.. Relativní natočení kanálové ploch..3 Válenosti mei objekt Neméně výnamnými ukaateli pro jištění eformací ůlního íla jsou válenosti mei stře ájmových objektů v jenotlivých profilech. T mohou přinést alší úaje o celkové statice ůlního íla. Parametr jenotlivých ájmových objektů posktují informace o měně geometrických vlastností samotných objektů, rovinné válenosti mei růnými objekt poukaují na měnu vájemné poice (střeů) těchto objektů v rovině profilu. Poku obraíme graf na jehož -ové ose, vneseme příslušnou válenost mei věma objekt pro kažý měřený profil na ose, ískáme přehle o vájemné měně poloh obou objektů v rámci všech profilů najenou.. 3D moelování K obraení trojroměrné scén (3D) na monitoru počítače, který má fickou schopnost obraovat poue vojroměrné objekt, je nutno tuto 3D scénu převést. K tomuto účelu se v počítačové grafice užívá promítání. Promítáním roumíme obraení vektoru (,, ) (,). Nejnámější ruh promítání jsou násleující (Žára J., 99).

4 ), ( t t t ). /, / ( ), ( ), (.. Střeové promítání Stře promítání ( c, c, c ), po kterým si můžeme přestavit oko poorovatele, bývá často umístěn na ose v konečné válenosti o průmětn (). V takovém přípaě má souřanice jenouše (,,), ke jeho výška je totožná se váleností o průmětn (obr. č..3). Při promítání prostorového bou P (,, ) apíšeme promítací paprsek v parametrickém tvaru: ke t <,>. Hleaný bo P (,, ) v průmětně má souřanici. Parametr t nabývá pro honot / ( -). Dosaením o rovnic (.) určíme blé vě souřanice bou P : Použijeme-li trojroměrné homogenní souřanice, můžeme apsat střeovou transformaci v maticovém tvaru: (.) P / ]. [ ] [ Obr. č..3 (.) (.3)

5 .. Rovnoběžné promítání Při tomto působu promítání jsou všechn paprsk rovnoběžné. Pole toho, jaký svírají úhel s průmětnou, ělíme rovnoběžné promítání na pravoúhlé pro úhel 9 a kosoúhlé pro ostatní úhl. Tpickými strojními výkres, které vnikl pravoúhlým promítáním, jsou půors, nárs, či bokors. Jsou to průmět o průměten kolmých na jenu e souřanicových os. Nejjenoušší nich půors ískáme pouhým anebáním souřanice. Matice tohoto pravoúhlého promítání má tvar: M pravo. (.4)..3 Kosoúhlé promítání Kosoúhlý průmět ískáme promítnutím boů o průmětn ve směru, který není kolmý k průmětně. Na obr. č..4 je obraeno kosoúhlé promítání bou (,, ) promítacím paprskem o poloh ( k, k ). Promítací paprsek svírá úhel α s úsečkou v průmětně, která je určena bo (, ) a ( k, k ). Tato úsečka má élku L a svírá úhel φ s voorovným směrem v průmětně. Obr. č..4 Rovnoběžné promítání kosoúhlé

6 ..4 Prostorové ořeávání Poobně jako objektiv fotoaparátu okáže achtit jen určitý výře okolního prostoru, také e je žáoucí vbrat úsek trojroměrného prostoru, ve kterém leží promítané objekt (Žára, 99). Při rovnoběžném promítání vbereme objekt nejsnáe tak, že efinujeme orný hranol, který obklopí potřebnou prostorovou oblast. Zorný hranol má stěn rovnoběžné se souřanicovými osami. Umístění stěn hranolu a jeho roměr vlastně určují okénko v průmětně. Hranol je kolmý na průmětnu a jeho pření a aní stěna (ořeávací rovina) je určena věmi rovinami rovnoběžnými s průmětnou. Výběr prostorové oblasti určené k obraení se u střeového promítání prováí pomocí orného jehlanu. Jeho vrchol je v místě stanoviště poorovatele, jeho stran vtínají rovnoběžník opovíající okénku v průmětně (obr. č..5). Po aání pření a aní ořeávací rovin se orný jehlan mění na komolý. Obr. č..5.3 Animace procesu měření.3. Počítačová animace obecně Vnik oboru počítačové grafik naývaného počítačová animace se atuje o ob, k bl počítače poprvé použit jako pomocníci animátorů, kteří se abývají klasickou vojroměrnou animací. Z tohoto ůvou b blo vhonější spíše než počítačová animace říkat počítačem poporovaná animace, protože počítač je používán jako nástroj, a ne něco, co samo aktivně tvoří (Beneš B., 999). Pole působu, jak jenotlivé algoritm řeší úloh pohbu, můžeme roělit počítačovou animaci na níkoúrovňovou a vsokoúrovňovou. Na nižší úrovni se napříkla abýváme tím, jak se pohbuje hmotný bo po křivce, jak se chová látka, která pokrývá virtuální figurku, jak paají kapk vo mraku na em, jak se mei sebou orážejí kamen vletující e sopk, jaký tvar má oheň aj. Animace na všší úrovni je aložena na animaci níkoúrovňové tak, že ílčí úloh jsou chápán jako jakési blok, které se nemusejí řešit a nichž se skláají pohb komplikovanější. Na všší úrovni se abýváme napříkla tím, jak má nějaká ruka uchopit objekt, napříkla virtuální panáček virtuální sklenici virtuálního nápoje. Řešení kolií, výpočet namik pohbu at. přenecháváme algoritmům nižší úrovně.

7 Neje te o va oělené svět, ale všší úroveň je přímo aložena na úrovni nižší. Mei všší animační technik patří ejména inverní a přímá kinematika..3. Vužití animace v fotogrammetrii Hlavním úkolem je pomocí animace preentovat naměřené úaje, a to cela jiným působem než jsou výslek měření obraován v grafech. Animace snímků Po pojmem animace snímků roumíme obraování nebo animaci měřických snímků, ať už jsou transformován či nikoli. Samořejmě že vužití animace snímků při preentaci výsleků měření má smsl hlavně poku transformace snímků prováíme. Avšak i kž tomu tak není, můžeme si při takové animaci uělat áklaní přestavu o kvalitě jenotlivých snímků: např. o kvalitě jejich naskenování, a mají snímk stejnou světelnost, také le viět roílné epoiční ob a přeeponování či poeponování snímků at. I ta je te animace namístě, vláště kž si uvěomíme, že tak ihne ostaneme ucelený přehle o kvalitě celé sa měřických snímků. Druhý přípa snímkové animace má již praktičtější vužití. Kažý igitaliovaný měřický snímek je poroben rotaci, měně měřítka a nakonec při obraování i posunu v obou osách. Touto transformací ajistíme, že snímk buou na sebe navájem správně naváán a při spuštění animace ocílíme vjemu pohbu šachtou apo. Animace objektů Animace objektů je stěžejní obraovací mó moulu pro animaci FOTOM4. Jená se o obraování nebo animaci ájmových objektů na nějakém poaí, kterým je často samotný igitaliovaných měřický snímek. Takto můžeme náorně analovat či preentovat měření sleováním poloh nebo geometrických vlastností ájmových objektů, proraující eformace např. ůlního íla a jiné. Animace rchle a sebou joucích snímků měřených profilů spolu s jejich ájmovými objekt má výnam hlavně ve spojitosti s výpočtem transformací, které prováíme kvůli ajištění správné vájemné orientace obraovaných objektů. Stejně jako při animaci snímků se i e jená o transformace lokálních vlícovacích boů na poici totožných lokálních vlícovacích boů v referenčním profilu. Jakmile te ískáme rotaci, měnu měřítka a posun, použijeme je na transformaci boů resp. parametrů ájmových objektů. Tto transformované objekt potom obraujeme na poaí. Další výšení čitelnosti obraovaných at Pro větší náornost se také používá obraování více ájmových objektů růných profilů současně. Vž jsou obraován totožné ájmové objekt (tj. jená se vž o objekt stejného tpu, který je naefinován ve všech analovaných profilech) navíc profil, jejichž objekt jsou obraován najenou, jsou často volen tak, že spolu beprostřeně souseí. Tím ískáme ještě větší čitelnost obraených informací aloženou na přepoklau přímého srovnání poic anebo geometrických vlastností ájmových objektů růných profilů. Zájmové objekt kažého profilu jsou pak vkreslován svou specifickou barvou, pro lepší olišení o objektů jiných profilů. Jenou neposleních možností lepšení náornosti je cklická měna poaí ájmových objektů. Jistě b blo praktické obraovat transformované ájmové objekt na poaí, které b stále tvořil netransformovaný měřický snímek referenčního profilu. Tak bchom mohli viuálně porovnat, a např. vbraný ájmový objekt leží přesně na světelné stopě na snímku. Také však může být výhoné měnit snímk na poaí častěji po kažém N-tém obraeném profilu.

8 .4 Architektura sstému FOTOM Sstém FOTOM bl vpracován na kateře informatik FEI VŠB TU v Ostravě formou společného projektu několika iplomových práci a ovoluje prováět tto úloh takto: Moul FOTOM onačení ájmových boů a objektů, Moul FOTOM D moelovaní procesu měření, Moul FOTOM3 3D moelovaní procesu měření, Moul FOTOM4 animace procesu měření. Závěr Příspěvek se abývá moerními metoami použitými při pracování snímku v rámci měření objektů na snímku. V příspěvku je popsáno D moelování procesu měření. Po rosáhlé ůklané analýe bl stanoven a popsán objekt na snímku. Interval měření může být pole charakteru měření v metrech nebo v čase (atum nebo hoin). Dále je v rámci D moelování procesu měření vřešena i otáka relativního natočení objektů. V příspěvku je mimo jiné i popsáno 3D moelování. Ze bla ůklaně analována problematika promítání, které tvoří ákla převeení prostorového obrau o vouroměrného, který potom obraujeme na počítači. V příspěvku je popsáno řešení problematik počítačové animace. Animaci procesu měření le realiovat ve vou oblastech, a to v animaci objektů a v animaci snímků. 3 Použitá literatura Beneš B. 99. Počítačová grafika o D o 3D. část, CHIP, ročník IX/999, číslo 3, ISSN -684 Kostuřík M.. Počítačové pracování fotografie.diplomová práce VŠB TU v Ostravě. Kubicek M.. Počítačové pracování fotografie.diplomová práce VŠB TU v Ostravě. Ličev L. a Holuša T Nové řešení ůlní fotogrammetrie na PC, /998, URGP Praha. Ličev L New approaches to mining photogrammetr using PC, 5 nacionalna konferencija Varna 98, MGU Sofia. Ličev L. a Holuša T Fotogrammetrické měření ůlních jam, Konference GIS'99 VŠB TUO, HGF. Ličev L Fotogrammetrie na PC, 4/999, Acta montanistica slovaca, Košice. Sojka E Digitální pracování obrau, skripta VŠB - TUO, FEI. Žára J. a kolektiv. 99. Počítačová grafika princip algoritm, První vání, Praha, GRADA, 99. ISBN