CC BY
83
УДК 528.8.042+[528.48:624.19]
СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛИ ПЛАНЕТАРИЯ СГГА ПО ДАННЫМ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ЗВЕЗДНОГО ЗАЛА
Андрей Васильевич Иванов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, ведущий инженер регионального центра лазерного сканирования, тел. (383)361-00-66, e-mail: [email protected]
Екатерина Игоревна Горохова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ведущий инженер кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (383)343-29-55, e-mail: [email protected]
Людмила Игоревна Горохова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, техник учебно-научного центра «Планетарий» при СГГА, тел. (383)343-29-44,
e-mail: [email protected] Кирилл Викторович Мурашов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, техник-геодезист регионального центра лазерного сканирования, тел. (383)361-00-66, e-mail: [email protected]
В статье рассматривается методика создания трехмерной модели планетария при СГГА с целью проведения капитального ремонта звездного зала и модернизации оборудования.
Ключевые слова: трехмерная модель, наземное лазерное сканирование, модернизация, планетарий.
CREATING A 3D MODEL OF THE PLANETARIUM SSGA ACCORDING TO TERRESTRIAL LASER SCANNING FOR MODERNIZATION OF THE STAR HALL
Andrey V. Ivanov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo st., 10, PhD, senior engineer, tel. (383)361-00-66, e-mail: [email protected]
Ekaterina I. Gorokhova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plachotny st., 10, senior engineer of the department of engineering geodesy and mine surveying, tel. (383)343-29-55, email: [email protected]
Lyudmila I. Gorokhova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotny st., 10, technician of the Planetarium SSGA, tel. (383)343-29-44, e-mail: [email protected]
Kirill V. Murashov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo st., 10, technician of geodesy, tel. (383)361-00-66, e-mail: [email protected]
In the article the method of creating a three-dimensional model of the planetarium SSGA for the capital repair of the starry hall and modernization of the equipment is considered.
Key words: 3D model, land laser scanning, modernization, planetarium.
Первый планетарий в Новосибирске открылся 15 января 1952 года в Парке культуры и отдыха им. Сталина (ныне Центральный парк), в деревянном здании бывшей часовни. Как и во многих других планетариях страны, использовался прибор — планетарий «Малый Цейсс», изготовленный на Народном предприятии «Карл Цейс Йена» в ГДР. С 1956 г. профессора и сотрудники НИИГАиК начали читать в нем курсы лекций. В 1963 году часовенку в парке снесли в связи со строительством на этом месте театра музыкальной комедии, а прибор—планетарий в упакованном виде пять лет пролежал под трибунами стадиона. В 1968 году в лабораторном корпусе НИИГАиК по инициативе ректора К. Л. Проворова и заведующего кафедрой астрономии и гравиметрии В. П. Напалкова был построен специальный «Звёздный зал» со сферическим куполом диаметром 6 метров. Именно там механиками Московского планетария был смонтирован переданный НИИГАиК прибор «Малый Цейс», после чего он стал обслуживаться сотрудниками кафедры астрономии и гравиметрии НИИГАиК под руководством В. А. Меркушева. 1 октября 1999 по инициативе ректора СГГА И. В. Лесных планетарий, являвшийся самостоятельным учреждением при Отделе культуры Новосибирского горисполкома, был передан в ведение СГГА (рис. 1).
Рис. 1.Общий вид планетария
Таким образом, планетарий располагается на территории СГГА уже более 60 лет и всё это время успешно работает как для студентов академии, так и для жителей и гостей города. Несмотря на то, что в 2004 году была проведена техническая модернизация планетария (установлено новое звуковое и проекционное оборудование, за счёт чего расширились возможности лекционной работы), в настоящее время помещение, занимаемое планетарием, требует капитального ремонта, а оборудование -модернизации. За прошедшие годы технологические возможности планетариев значительно выросли, появилась возможность создания полнокупольных программ, улучшения качества проецируемого изображения. Именно поэтому модернизация звёздного зала необходима для поддержки конкурентоспособности.
К основным задачам проекта в первую очередь относятся следующие шаги:
1. Определение геометрических параметров помещения, расчет трудозатрат и объема материалов для дальнейшего проведения капитального ремонта звёздного зала;
2. проектирование эффективного заполнения пространства звёздного
зала;
3. замена устаревшей оптико-механической системы фирмы Карл Цейс;
4. проектирование мест закрепления нового проецирующего и периферийного оборудования;
5. закупка нового цифрового проекционного оборудования;
6. замена стульев в звёздном зале на специальные кресла для планетариев.
7. создание выставочного зала и закупка моделей и материалов, необходимых для учебного процесса.
Для реализации ряда из поставленных задач было принято решение в пользу создания трёхмерной модели существующего звёздного зала. Использование трёхмерных моделей для решения различных инженерных задач проектирования, значительно снижает трудозатраты и процент коллизий, возникающих из за некачественного предпроектного материала.
Создание трёхмерной модели звёздного зала Планетария СГГА, выполнялось на основе данных наземного лазерного сканирования, качественно отображающие конфигурацию и текущее состояние помещения. Такая трёхмерная модель позволяет заблаговременно просчитать все необходимые действия по ремонту и модернизации, установке нового оборудования и облегчает решение задач создания нового дизайна помещения.
Сканирование выполнено наземным лазерным сканером (НЛС) Leica Scanstation C10 [1,2].
Всего выполнено 3 станции установки НЛС одним человеком, с целью максимально перекрыть светотеневые зоны, возникающие, из за различных
препятствий на пути распространения лазерного луча. На каждой станции задавалась область сканирования 360° по горизонтали и 270° по вертикали, и плотностью шага сканирования 0.10 м. на расстоянии 100 м. Время выполнения измерений составило « 10 минут. Необходимо отметить, что одной из отличительных особенностей используемого сканера Leica C10 является, возможность выполнять сканирование области зенита прибора, для этого в конструкции НЛС предусмотрена снимающаяся ручка, при наличии которой перекрывается видимость. Данная особенность используемого НЛС является преимуществом при сканировании внутренних помещений, потолков или высоких объектов.
Для последующей камеральной обработки и объединения полученных данных в единую пространственную точечную модель, использовались геометрические марки «Сферы» -4 штуки, которые были расставлены по периметру сканируемого помещения. Данный тип марок, удобен в работе и не требует разворота при смене точки установки НЛС.
После завершения процесса сканирования, данные НЛС подгружались в ПП Cyclone для дальнейшей обработки. Порядок обработки данных следующий:
- Импорт данных НЛС в ПП Cyclone;
- автоматическое распознавание и идентификация марок «Сфер», на каждой станции сканирования;
- уравнивание и объединение данных НЛС в единую точечную модель;
- фильтрация и сегментация данных, подготовка рабочих материалов;
- трёхмерное моделирование, получение необходимых геометрических параметров.
Процесс уравнивания происходит на основе перекрытия данных с соседних станция сканирования и твердых общих точек марок «сфер».
Средняя квадратическая погрешность уравнивания данных по трем станциям и использованием марок «сфер» составила - 3 мм, в пространстве.
После уравнивания и объединения в единую точечную модель (рис. 2). приступают к процессу фильтрации и моделирования.
Рис. 2. Трёхмерная точечная модель звёздного зала Сначала производилась фильтрация (удаление шумов и точек, не несущих полезной информации) точечной модели с целью правильного отображения внутреннего очертания звездного зала [3-7].
Далее выполнялось непосредственное моделирование всех объектов, находящихся в помещении: кресла, оборудование, стены помещения.
Исходя из сложности конфигурации помещения, был применен метод поверхностного моделирования на основе построения триангуляции «Делоне». Данный метод позволяет наиболее качественно отобразить фигуры неправильных форм (рис. 3).
îrspective
йййиВЮр ЩИМ
- ЬщЯШШШ
Рис. 3. Трехмерная триангуляционная модель звёздного зала
На основе полученной трёхмерной модели, используя инструменты ПП Cyclone, выполнялось построение в автоматическом режиме вертикальных и горизонтальных сечений модели и создание на их основе чертежей и планов (рис. 4).
В дальнейшем по созданной трехмерной модели и чертежам будут производиться необходимые в процессе ремонта расчеты и проектные работы. Также данная модель пригодна для дальнейшего экспорта в такие программные продукт как: Auto Cad или 3ds Max где, используя уже инструменты этих программ, существует возможность, наложения текстур или моделирования освещения, а также виртуальной оснастки данного помещения, что в свою очередь позволит принять эффективное решение.
Рис. 4. Сечение модели звёздного зала
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Середович А. В., Дементьева О. А., Горохова Е. И. Трехмерное моделирование участков городских территорий для проектирования инженерных объектов // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 2. - С. 250-255.
2. Комиссаров А. В., Горохова Е. И. Определение деформационных характеристик тоннелей по данным наземного лазерного сканирования // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 2. - С. 256-260.
3. Комиссаров А. В., Горохова Е. И. Обоснование параметров съемки тоннелей методом наземного лазерного сканирования при определении эллиптичности и эксцентриситета его обкладки // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 3. - С. 81-86.
4. Иванов А. В., Горохова Е. И. Проверка внутреннего очертания тоннеля при помощи наземного лазерного сканера // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 240-245.
5. Применение наземного лазерного сканирования для контроля строительства и капитального ремонта автомобильных дорог / В. А. Середович, Е. И. Горохова, А. В. Иванов,
А. В. Середович, И. В. Бородулина, Е. В. Романович // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 2. - С. 245-250.
6. Горохова Е. И. Возможности применения наземного лазерного сканирования при геодезическом обеспечении тоннелей // ГЕО-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 5 т. (Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.). - Новосибирск: СГГА, 2008. Т. 2. - С. 157-160.
7. Горохова Е. И. Мониторинг деформаций тоннелей с помощью наземного лазерного сканирования // ГЕО-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 2. - С. 254-256.
© А. В. Иванов, Е. И. Горохова, Л. И. Горохова, К. В. Мурашов, 2014
