ČVUT v Praze - gama.fsv.cvut.czgama.fsv.cvut.cz/~cepek/proj/dp/2015/martin-tousek-dp-2015.pdf · Prohlášení Čestně prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně na

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].


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


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)


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]


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


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.


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


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


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.


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.


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.


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.


23

Obr. 11: Schéma připojení - 2. patro

Obr. 12: Schéma připojení - střecha


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.


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


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.


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


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.


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


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


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.


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


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.


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.


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


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


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 5 střecha

Merged Points 6 exteriér věže


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


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.


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.


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


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.


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


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.


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.


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,


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.


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


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.


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.


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


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.


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



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


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.


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


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.

http://www.hrady.cz/?OID=356

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-628869/022504-122_Trimble_TX5_DS_1012_LR.pdf

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-628869/022504-122_Trimble_TX5_DS_1012_LR.pdf

http://gama.fsv.cvut.cz/~cepek/proj/bp/2013/martin-tousek-bp-2013.pdf

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-633127/USG23645_TX5%20UserGuide100A.pdf

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-633127/USG23645_TX5%20UserGuide100A.pdf

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


66

Příloha B – Výsledek leteckého snímkování


67

Příloha C – Přehled stanovisek skenování v jednotlivých patrech věže


68


69


70

Příloha D – Přehled umístění kontrolních bodů a kontrolních měr


71


72


73


74


75

Příloha E – Výsledné mračno bodů


76


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

---------------------------------------------------


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.


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


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


------------------------------

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

---------------------------------------------


---------------------------------------------------------------------------------

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

---------------------------------------------------------------------------------


m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0012g

SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0008g


--------------------




80

Podrobné body

Polární metoda


-------------------------------------------------------------------------------------------

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:


-----------------------------------------------------------

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:


-----------------------------------------------------------

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

---------------------------------------------


------------------------------

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

---------------------------------------------


---------------------------------------------------------------------------------

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 *


81

703 399.9684 166.6233 -0.0001 49.4318 0.0019 0.001 0.0003

---------------------------------------------------------------------------------


m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0002g

SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0001g


--------------------



Podrobné body

Polární metoda


-------------------------------------------------------------------------------------------

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


-----------------------------

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

---------------------------------------------


---------------------------------------------------------------------------------

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

---------------------------------------------------------------------------------


m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0059g

SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0034g


--------------------



Podrobné body

Polární metoda


-------------------------------------------------------------------------------------------

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


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


-----------------------------

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

---------------------------------------------


---------------------------------------------------------------------------------

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

---------------------------------------------------------------------------------


m0 = SQRT([vv]/(n-1)) : 0.0041g

SQRT( [vv]/(n*(n-1)) ) : 0.0029g


--------------------



Podrobné body

Polární metoda


-------------------------------------------------------------------------------------------

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


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


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


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


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 – 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

Documents

ČVUT v Praze - gama.fsv.cvut.czgama.fsv.cvut.cz/~cepek/proj/dp/2015/martin-tousek-dp-2015.pdf · Prohlášení Čestně prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně na