Üç boyutlu modelleme ve animasyon...

Doç.Dr. Bahadır ERGÜN Gebze Teknik Üniversitesi Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği

Üç Boyutlu Modelleme Ve Animasyon Teknikleri Ders Notları Üç boyutlu modelleme ve animasyon teknikleri iki kısımda anlatılabilir. 1. Kısım

-Üç boyutlu modelleme teknikleri. -Fotogrametrik teknikleri. -Resim çekme teknikleri. -Yöneltme teknikleri(Dış yöneltme tekniklerine girilecek ve matematiksel uygulamaları görülecek). -Kullanılan donanım özellikleri görülecek.

2. Kısım -Animasyon teknikleri. -Kullanılan yazılımlar (AutoCAD, 3DsMax, Maya, NetCad). -Render (kaplama) teknikleri. -Mesh teknikleri -3D surface

Bu dersin amacı: 1. Üç boyutlu obje modeli oluşturmak. 2. Üç boyutlu şehir modeli oluşturmak.

Üç Boyutlu Modelleme: Var olan bir nesnenin CAD yazılımları ortamında doğru olarak oluşturulmasına, fotogrametrik olarak boyutlandırılmasına üç boyutlu modelleme denir. Üç boyutlu modelleme de karesel ortalama hata dikkate alınır. Fotogrametrik Teknikler Fotogrametrik Resim Çekme Teknikleri: 1. Konvergent Geometri 2. Şerit Resim Çekme Tekniği Şerit resim çekme tekniğinde, şerit içerisindeki resimler birbirine belli oranlarda bindirmeli olarak çekilirler ve bu belirli bir tekrar içerisinde gerçekleştirilir bu şekilde resim çekim tekniğine şerit resim çekme tekniği denir. Konvergent geometri; modeli üç boyutlu olarak fotoğraflarla örtülmesidir. Konvergent geometri resim çekme tekniğinin özellikleri şunlardır 1. Fotoğraflar arasında örtünme sınırı yoktur. 2. Cisim üzerinde fotoğrafta bulunmayan nokta kalmaması(cisim üzerindeki bütün

özelliklerin fotoğraflar üzerinde olması) şarttır. 3. Fotoğrafların yeterli görüntü keskinliğine sahip olması şarttır. 4. Serbest ağ dengelemesine olanak sağlaması şarttır.

1


Bir küp düşünelim ve bunu fotoğrafla modelleyelim (Küpü fotograflarla kaplayalım): Bunu gerçekleştirebilmek için mutlaka yüzeylere ait fotoğrafların bulunması ve yüzeylere ait köşegenler üzerinden fotoğrafların alınması gerekir. Bu resim çekme tekniğine Konvergent (bağımsız) resim çekme tekniği denir. Üç boyutlu koordinat sistemini düşünürsek bu eksenlere ait ve bunlara dik gelecek bileşke vektörlere göre resim çekilir yani objenin koordinat sistemine göre uygun fotoğraflar çekilir. Konvergent geometri: modellenecek cismin geometrik özelliklerine uygun olarak belirlenmiş koordinat sistemine göre resim alımı yapmaktır. Üç boyutlu şehir modeli oluşturmak için 1. Şerit resim çekme tekniğini 2. Konvergent geometri tekniğini kullanırız. Bina, sokak ve çatı detaylarının veya topografya detaylarının çıkartılması ve modellenmesi için için mutlaka şerit ve konvergent geometri teknikleri kullanılmalıdır. 1:1 ölçekte üç boyutlu şehir modeli üzerinde coğrafi bilgi sistemleri sorgulama yapabilmektedir. Üç boyutlu modeldeki doğruluk ve sanal gerçeklik bu işin başarısını getirir. Fotogrametrik Üç Boyutlu Modelleme 1. Yöneltmeler 1.a. İç Yöneltme (Xo, Yo, Ck ve distorsiyon parametreleri(bunlar hava kameraları için sabittir kalibrasyon raporlarında gelir.)) 1.b. Dış Yöneltme (Xo’, Yo’, Zo’,ω, φ, δ) Kullanılan her kamera için iç yöneltme elemanları bilinmelidir. Kullanılan her resim için dış yöneltme elemanları dengeleme parametresi olarak kullanılır bunlar ek parametreler ile demet dengelemesinde kullanılır. Resim sayısı dengelemede optimum doğruluğu verir yani dengeleme için optimum resim sayısı vardır. Karesel ortalama hatayı buraya çekmek yeterlidir, karesel ortalama hata için kaliteli (uygun geometride) yeterli sayıda resim gerekir, belirli bir resim sayısından sonra ω, φ, δ değerlerinde büyük ölçüde sapmalar görülür. Üç boyutlu demet dengelemesini (yöneltmeyi) etkileyen faktörler.

1. Uygun geometride, uygun sayıda resim 2. Yöneltmelerdeki resimlere uygun geometride kontrol noktası ve bunların kalitesi 3. Ek parametreler (kamera parametreleri) Ek parametreleri ikiye ayıralım; 1. Xo, Yo, Ck bunlar iç yöneltme parametreleridir ama bunları dış yöneltme parametresi

gibi düşünebiliriz, ölçeği etkilerler ve 3D modeli global olarak etkilerler. 2. Distorsiyon; bunun matematik modelini belirlemek zorundayız, sistematik hatadır

çıkardığımız matematik modelle giderebiliriz. Distorsiyon fonksiyonunun 1. türevini alırsak ve bunu sıfıra eşitlersek extermun noktalarını buluruz, bu bulunanlar düzensiz distorsiyon hatalarına yakın olur.

İki fonksiyon yazabiliriz:

2


1. Radyal distorsiyon fonksiyonu: Yakınsak merceklerde olur, optik eksene farklı

uzaklıktan gelen açılar farklı kırılırlar. Objektifin aynı noktasına aynı açıyla, farklı uzaklıktan gelen ışıklar farklı açılarla kırılırlar, aralarındaki fark Δr kadardır.

2. Teğetsel distorsiyon fonksiyonu: Mekanik sistemi optik merceklerin, optik eksenlerinin belli miktarda hatalı oluşmasına teğetsel distorsiyon denir. Sistematik değillerdir, her mercek için farklıdır ve rastlantısal hatalardır.Her camın optik ekseni farklıdır bu fark merceklerin peşpeşe dizilmesinden kaynaklanır, bunu hesaba katmanın pek anlamı yoktur ve bunun için ayrı bir matematik düzeltme yapmıyoruz yani göz ardı ediyoruz.

Tüm bunları yaptığımızda sağlam bir yöneltme yapmış oluyoruz. Animasyon Teknikleri ve Fotoğrafik Özellikler CAD tabanlı çalışacağız.Temel olarak hazırlanmış üç boyutlu veri: Nokta (X, Y, Z) Polyline (X, Y, Z, X’, Y’, Z’) TIN (X, Y, Z, X’, Y’, Z’,……., X’’, Y’’, Z’’) TextureMaping ( TIN verisini ve işlenmiş Raster görüntüyü içerir RGB ) Yukarıda bahsettiğimiz üç boyutlu veri yapılarını CAD’ de kullanıyoruz. CAD Aplikasyonları 1. Render (Kaplama):Render için kullanacağımız veri yapısı, tin, surface, TextureMaping

(ortofoto)’ dir. Render yapmak için bir yüzey belirtilmelidir, bunun için tin yapısı veya surface yapısı gereklidir. TIN üzerindeki yüzeylere RGB değerlerinin giydirilmesine Render denir (Surface RGB değerlerini içerir).

2. Meshing (Düzlemleme): Render edilmiş veya render edilecek özellikteki yüzeylerin parça parça render edilmesidir (farklı RGB değerleriyle surface ediyoruz).

3. Movie : Bu yapı render ve mesh edilmiş verinin zaman + konum itibari ile değiştirilebilen veri formatıdır. Render ve mesh ettiğimiz verinin zaman ve konum olarak değiştirilmesiyle datanın içeriğinde bir değişme olmaz ama bu ham yapının zaman ve konum grafiği değişir. Bu yapı fotogrametride zamanı değiştirerek uçuş similasyonlarında kullanılır.

Burada önemli olan TIN’in oluşturulmasıdır.Daha sonra bir ortofoto ürünü kullanacaksak (TextureMaping) çözünürlüğü, kalitesi, merkezi izdüşüm yeri bizi ilgilendiren konulardır.

Hava resimleri genellikle uçuş yüksekliğinin fazla olduğu hızlı uçaklardan çekilirler. Atmosfer içinden geçen ışınlar bir resim düzlemine iz düşürülürler. Işıklandırma süreleri kısa olduğundan resim düzlemine gelen ışık miktarı oldukça azdır. Ayrıca atmosferden geçiş esnasında kontrast azalır ve renklerde değişmeler olur. Tüm bu nedenlerden dolayı hava fotoğrafcılığında çözülmesi gereken bir çok sorun ortaya çıkmaktadır.

3


Şekil 1: Siyah Beyaz negatif işlem (a.b.c) ,ters işlem (a.b.d,e ).

a) Işıklandırma b) Işıklandırılmış AgBr

c) Negatif geliştirme

d) Ön geliştirme

e) Pozitif Geliştirme

Işıklandırmanın sonucu olarak gümüş halojenidlerden ( AgBr, AgCl, AgJ, v.b ) oluşan ve ekseriya bir jelatin içinde çözülmeyen sabit tanecikler biçiminde bulunan fotoğrafik tabaka içinde negatif geliştirme de bir resim ortaya çıkar. Işıklandırılmamış gümüş bromür yıkanarak temizlenir. Pozitif geliştirmede ise daha önce ışıklandırılmış kısım bu kez ışıklandırılmamış olarak kalır ve aynı işlemler tekrarlanır. Sonradan ikinci kez ışıklandırma yerine potasyum sülfit ile kimyasal işlem de yapılabilir. (Hızlı İşlem) Gradasyon (Derecelendirme) Bir negatifin H ışıklandırma değeri ile Doğrultu koyulaşması arasındaki bağıntı bir koyulaşma eğrisi ile gösterilir. Koyulaşma veya D yoğunluğu Opazitat O nin logaritması veya T=ф/ф0 geçirgenliğinin negatif logaritması olarak tanımlanır. Burada ф0 densitometreden

4


geçen tüm ışık akışıdır. ф ise ışığın negatifin içinden geçtikten sonra ф0 nın absorbe edilmeyen kısmıdır. T=ф/ф0 D = lg O = lg 1/T Örneğin, D=2 yoğunluk değeri negatifden geçen ışık akısının toplam ışık akısının 1/100 ü , D=1 değeri ise 1/10 olduğunu gösterir. H ışıklandırması, tabakaya gelen ve lüks cinsinden ölçülen aydınlatma değeri E ile t ışıklandırma zamanının çarpımı olarak tanımlanır ve lüx.saniye cinsinden ifade edilir. γ = tgα gradasyonu, - α = normal ışıklandırma bölgesinde koyulaştırma eğrisinin artma açısı- fotoğrafik malzemeye, geliştirme zamanına, geliştirme ısısına ve geliştirmede kullanılan kimyasal maddelere bağlıdır. Resmin maksimum çözülme olanağı normal ışıklanmış bölgenin alttaki üçte bir kısmında oluştuğundan fotogrametride az ışıklandırma yapıp daha az geliştirme zamanı kullanmak gerekir. Pratikte bu işlem ışık değerinin hassas bir biçimde ölçülmesi ve deneme resimleri çekip geliştirilmesi ile yapılır. Duyarlılık Emülsiyon tabakasının duyarlılığı farklı ve birbirleriyle karşılaştırılamıyan sistemlerle belirlidir. DIN (Deutsche Industrie Norm ) ∆D=0.1 koyuluk dereceli ışıklandırmayı birim almaktadır.İngiltere de BSI (British Standard Institution ) ve ABD de ASA (American Standarts Association) değereleri kullanılmaktadır. ABD de ayrıca yalnız hava filmleri için öözel bir norm vardır, burada ∆D=0.3 değerli bir ışıklandırma birim olarak alınmaktadır. (AFS, Aerial Film Speed) Bu değerleri karşılaştırmalı olarak veren Tablo aşağıdaki gibidir. Tablo 1: Farklı Duyarlık Ölçütlerinin Karşılaştırılması DIN ASA BSI DIN ASA BSI 1 1.0 11 21 100 31 2 1.2 12 22 125 32 3 1.6 13 23 160 33 4 2.0 14 24 200 34 5 2.5 15 25 250 35 6 3 16 26 320 36 7 4 17 27 400 37 8 5 18 28 500 38 9 6 19 29 640 39 10 8 20 30 800 40 11 10 21 40 8000 50 12 12 22 13 16 23 14 20 24 15 25 25 16 32 26 17 40 27 18 50 28 19 64 29 20 80 30

5


Spektral Duyarlılık Tabakalar ilave kimyasal maddelerle ( ekseriya katalizatörler ile ) belirli dalga uzunluğu bölgelerindeki ışık için duyarlı ( renge duyarlı ) biçime getirilebilir. Ortokromatik Malzemeler genellikle yersel resim çekimlerinde kullanılırlar, çünkü bunlar geçici karanlık odalarda sarı veya kırmızı ışık altında geliştirilirler. Pankromatik duyarlı tabakalar göz için görülebilir ışığın tüm spektral alanlarında bu değerleri doğal gri renk tonları ile tekrar oluştururlar. Bu filmler yalnızca tam karanlık odalarda geliştirilmelidirler. Kızıl ötesine duyarlı siyah beyaz filmler maviden sarıya kadar duyarlıdır ve yalnız kızıl ötesi değerler alınacaksa ışıklandırmada kızıl ötesi filtreler kullanılmalıdır. Geliştirme işlemi tam karanlık odada gerçekleştirilmelidir. Renkli ve kızıl ötesine duyarlı filmler en çok hava resimlerinin yorumlanması amacıyla kullanılırlar. Yeteri derecede ince daneli ve ince tabakaya sahip olmaları durumunda metrik hava resimlerinin değerlendirilmesinde kullanılabilir. Fotogrametri de prezisyonlu çalışmalar için ince daneli orta duyarlıklı siyah beyaz filmler kullanılır. Renkler Ve Filtreler İnsan gözü gri renk tonlarından çok daha fazla renk tonunu ayırt edebilir. Bundan dolayı renkli resimler siyah beyaz resimlerden oldukça fazla sayıda bilgi içerirler. Bu resimler yorumlama amaçları için kullanılırlar. Şekil 2: Görünen Işığın Spektrumu

6


Şekil 3: Bir yeşil filtrenin ışık geçirgenliği

Görünür ışık 400-700 nm dalga uzunluğu içinde kalmaktadır. (Şekil 2,3) Işık bu bölgede birbirine komşu 100 nm lik üç tane banda ayrılırsa mavi, yeşil, kırmızı olmak üzere üç toplanabilir ana renk elde edilir. Bu üç ana renge sahip ışığın karışımı ile üç çıkarılabilir ana renk elde edilir. Cyan, sarı magenta Cyan= mavi+ yeşil=beyaz-kırmızı Sarı=yeşil +kırmızı=beyaz-mavi Magenta=kırmızı+mavi=beyaz-yeşil

7


Bu renkler ışık filtreleri kullanılarak elde edilir. Filtreler spektrumun bir kısmını absorbe (yutarlar) ederler ve ışığın geri kalan kısmını geçirirler. Absorbe (yutulmuş) edilmiş kısım geçen ışığın tamamlayıcı rengine karşılık gelir. Filtrenin renginin belirlenmesi beyaz ışığın geçecek kısmının hangi renk için olacağına göre yapılır. Şekil 4 altı ana rengin arasındaki bağıntıları göstermektedir. İki çıkarılabilen ana renkten oluşan (cyan ve magenta) bir filtre kombinasyonu beyaz ışıktan yalnızca her iki filtrede de ortak olan toplanabilir ana renkleri geçirir. Şekil 4: Hava Resim Çekme makinelerinde kullanılan filtrelerin spektral transmisyon eğrileri

8


Şekil 5: Diapositif Renkli Film

Kırmızı, yeşil ve mavi üç tane toplanabilen ana renktir. Taranmış bölgelerde gümüş indirgenmiştir. a) Işıklandırma ve Geliştirme b) Ara ışıklandırma ve renkli geliştirme c) Sabitleme banyosu indirgenmiş gümüşü ve gümüş bromürü uzaklaştırır, renk maddeleri

kalır. d) Geçen beyaz ışıktaki ortaya çıkan renkler Renkli filmlerin ışığa duyarlı üç tabakası Şekil 5 de görülmektedir. 1. ve 2. Tabaka arasında bir sarı filtreli tabaka bulunmaktadır. Bu tabaka ışığı maviye duyarlı alt tabakalardan uzak tutmakta ve geliştirme esnasında çözülmektedir.

9


Şekil 6: Renkli resmin tabakaları

Yukarıdaki şekil renkli resmin yapısını ve geliştirmesini göstermektedir. Renkli kızılötesi film ise (Yanlış Renkli Resim) mavi, yeşil, ve kırmızı renkler yerine yeşil ve kırmızıya duyarlı tabakalara sahiptir ve cyan, sarı ve magenta ile beraberdir. Böylece beyaz ışıkta kırmızı, mavi ve yeşil olarak görünürler. Bu üç tabakada maviye duyarlı oldukları için sarı filtre kullanılmalıdır. Şekil 7: E ışıklandırmasının Şematik Gösterimi

10


Fotoğrafik Etkili Aydınlatma Daha önce ki bölümde H ışıklandırmasının tabaka üzerine gelen E aydınlatma değeri ile t ışıklandırma zamanının çarpımı olarak tanımlanmıştı. Bir hava resminde E değeri nasıl elde edilir? (Şekil :6) Dünya dışındaki güneş ışımasının üçte biri atmosfere girdikten sonra geri yansır. Kalan kısmı ise atmosferik etkilerden etkilenerek yer yüzeyine ulaşır. Aerosol olarak havada yüzen tüm parçacıklar anlaşılır. Tüm bunlar mavi gökyüzü ışığının nedenleridir. Bir arazi parçası ise yalnızca güneş ışıması ile belirli bir zenit uzaklığında aydınlanır. Kapalı ve bulutların yüksek olduğu bir hava koşulunda resim çekilebilir. Yayılan ışın gölgeyi aydınlatır, fakat kontrastı azaltır, bu da ölçme prezisyonunu düşürür. Kontrastı düzeltmek için açık sarı filtre kullanılır. Bir arazi parçası ışığı absorbe eder ve ışığın Zr zenit açısı ile resim çekme makinesi doğrultusunda geri gönderir. Bu geri dönen kısım hava daki ışık ile karışır atmosfer ve aerosoldan dolayı zayıflar. Kontrastı azaltan mavi hava ışığından sonra ışık sarı filtreden ve sonra optik sistemin 12-15 sayıdaki merceğinden geçer. Tek tek mercekler yansımayı azaltan tabakalarla donanmıştır ve resim kontrastı oldukça düzeltilir. Uçuş yüksekliğinin artması ile kontrastlar azalır. Uçuş yüksekliğinin fazla olması durumunda yüksek gradasyonlu (γ =1.4...1.8) filmler kullanılır. Cismin rengi beyaz ışığın absorbe edilmeyen kısmı ile belirlenir. Çözünürlük (Optik Ve Fotoğrafik) Çözünürlükten bir resim üzerinde mm de kaç çizginin ayırt edilebildiği anlaşılır. Teorik olarak olabilecek en büyük çözünürlük ∆Vmax = 103/ δμm =2000/k Örneğin, k=22 ∆Vmax = 90 çizgi/mm K=8 ∆Vmax = 250 çizgi/mm olur. Optimum çözünürlük diyafram ayarı ile elde edilir. Bu durumdaki diyafram açıklığına kritk diyafram açıklığı denilir. Fotoğrafçılıkta ∆V çözünürlüğü için diğer bir bileşkede danedir. Daneler geliştirilmemiş bir tabakadaki küçük gümüş halojen kristallerdir. Bunlar bir jelatin tabakanın içine yerleştirilmişlerdir. Bu tabakaların genişliği birkaç nm den ( az duyarlı fakat çabuk çözülen tabaka) birkaç μm ye ( yüksek duyarlıklı tabakalar ) kadar değişir. Geliştirilmiş tabakalardaki metalik gümüş moleküllerinden oluşan danelerin çapları ise 0.5-2.0 μm, çapındadırlar. Çözünürlük test şekillerinin (Şekil 8) resimlerinin çekilmesi ile belirlenir. Laboratuar koşullarında test şekilleri o şekilde yöneltilir ki distorsiyonda olduğu gibi radyal ve teğetsel ∆V ayırt edilebilir. Test resim çekimlerinde ise pratik koşullarından dolayı toplam çözünürlük elde edilir.

11


Şekil 8: Test resmi

Fotogrametrik Üç Boyutlu Şehir Modellemesi İşlem Akışı Fotogrametri ve GIS’in (CBS) artık ayrılmaz bir bütün olduğu tartışılmaz bir gerçektir. Bu bütünlüğü gelişen teknoloji ile tamamlayan ise üç boyutlu şehir modelleridir. Üç Boyutlu şehir modelleri teknik olarak elde edilen son grafik ürün olmasına karşın GIS (CBS) için benzersiz ve yeri doldurulamaz bir altlık olarak görselleştirmenin en ön noktasını oluşturmaktadır. Fotogrametrik olarak elde edilen son ürün olan üç boyutlu şehir modellerinin görselleştirilmesini sağlayan modelleme, kaplama ve animasyon tekniklerini kullanım yöntemleri ile beraber açıklamaktadır. Günümüz dünyasında GIS (CBS) in sadece sorgulama yapabilen bilgi sistemi yazılımı geliştirilmesinden ziyade, daha gerçekçi şekilde gerçek dünyayı anlatması istenmektedir. Bu gelecek için düşünülen “reality model” gerçek model ifadesinin bir sonucudur. Görüntüleme “Visualisation” teknolojisi bilgisayar teknolojisine paralel olarak, işlemcinin gücü ile birlikte güçlenmektedir. Artık daha gerçekçi görüntüler yerine gerçeğinin aynısı olan, kendi fotoğrafları ile kaplanan cisimler sanal ortamda üç boyutlu olarak görüntü edilebilmektedirler. Temel prensipte animasyon ve sinema sanayisi için geliştirilen bu yöntemler GIS (CBS) teknolojisinde üç boyutlu görsel sorgulama ve bilgilendirmenin yapılması amacına yönelik olarak uygulanmaktadır /1/. Üç boyutlu modelleme ve animasyon destekli arazi ve şehir modellerinin oluşturulması ve elde edilen ürünlerin GIS (CBS) tabanlı kullanımı için yapılan çalışmalar;

1-Üç Boyutlu Modelleme (Modelling) 2-Görüntü Kaplama (Rendering) 3-Animasyon (Animation) 4-Üç Boyutlu Sorgulama (3D Questionary)

12


olarak sıralanabilir. Üç Boyutlu Modelleme (3D Modelling) Üç boyutlu modelleme için kullanılan yöntemler tamamen mesleki olan jeodezik ve fotogrametrik çalışmaları içeren klasik yöneltme değerlendirme ve çizim aşamalarından oluşmaktadır. Jeodezik koordinatlandırma çalışmalarının ardından fotogrametrik uçuşların yapılması ile başlayan süreç üç boyutlu sayısal yüzey modelleri ve üzerindeki detayların üç boyutlu olarak konumlandırılması ile üç boyutlu şehir modellerinin oluşturulması için altlıkların yapılması ile tamamlanır (Şekil 9). Şekil 9: Kullanılan Altlık Örneği

Üç boyutlu modelleme içinde en önemli konulardan biride sayısal arazi modellerinin hazırlanmasıdır. Klasik olarak fotogrametrik kıymetlendirme yöntemleriyle hazırlanan sayısal arazi modellerinin yanında, bu iş için özellikle üretilen yazılımlar kullanılarak bir fonksiyon yardımı ile otomatik ya da yarı otomatik sayısal arazi modeli üretimi yapılmaktadır (Şekil 10). Şekil 10: Oluşturulacak Sayısal Arazi Modeli İçin Kullanılan Nokta Dağılımı Örneği

13


Üç boyutlu şehir modellerinde, gereksiz bina detayı olarak kabul edilen objeler (balkon, saçak vb.) üç boyutlu olarak çizilemeyen detaylardır. Bunlar daha sonra üç boyutlu olarak çizilen binaların çatı konumlarından, otomatik veya otomatik olmayan yöntemler ile bina hatlarının sayısal yüzey modeline kadar indirilmesi ile tamamlanır. (Şekil 11). Şekil 11: Bina Modellerinin Sayısal Arazi Modeline Kadar Kapatılması

Bu detaylar modellerin çiziminde ihmal edilir, ancak istendiği takdirde çeşitli animasyon teknikleri ile resimler yardımı ile görsel etki olarak ifade edilebilir. Görüntü Kaplama Sanal dünyanın gerçeğe en yakın görselleştirilmesi amacına yönelik olarak gerçek görüntülerin kullanılması şarttır. Bu fotogrametri açısından modellemenin doğruluğu kadar, animasyonunu da bilmeyi gerekli kılar. Gerçek olarak üç boyutlu şehir modellerinin yapımında en önemli nokta yersel ve hava fotoğraflarının üç boyutlu modelde birlikte kullanılmasıdır. Bunun için sanal gerçeklik (virtual reality) tekniklerinden birisi olan (rendering) görüntü kaplama tekniği kullanılır (Şekil 12).

14


Şekil 12: CAD Ortamında Kaplama

Topoğrafik olarak sayısal yüzey modeli, üç boyutlu olarak fotogrametrik yöntemler ile belirlenmiş, çıplak ya da ince örtülü yüzeyler (0-1.5 m yüksekliğe kadar bitki örtüsü ile kaplı yüzeyler) sadece hava fotoğrafları ya da yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri kullanılarak oluşturulabilir ve kaplanabilir. Burada öncelikle kaplamada kullanılacak tüm resimlerin, tüm objeler için ayrı ayrı sayısal yüzey modeli kullanılarak uydu görüntüleri ya da hava fotoğraflarının orto rektifikasyonu gerçekleştirilir. Teknik olarak kaplama (rendering) resim üzerindeki iki boyutlu piksel örtünün üç boyutlu sayısal arazi modeli üzerine örtülmesidir. Bu işlem sonrasında iki boyutlu resmi oluşturan piksellerin geometrisi bozulacaktır. Bu bozulma sanal gerçekliği oluşturan görüntüyü ve görüntünün doğru algılanmasını bozacaktır. Bunun giderilmesinde; sayısal arazi modeli ölçeği değiştirilir ya da görüntü çözünürlüğü yüksek görüntüler kullanılır. Teknolojik olarak kullanılan sistem (bilgisayar) gücünün yüksek olmasını gerektirir (Şekil 12). Eğer ikisi de gerçek bir görüntüleme için sonuç vermiyorsa yamalama (patching) tekniği kullanılır (Şekil 13). Şekil 13: Gerçek Hava Fotoğrafı ile Kaplama

15


Şekil 14: Gerçek Uydu Görüntüsü ile Kaplama

Bu teknik piksel bozulması sonucunda görüntü olarak doğru ifade edilemeyen yüzey modellerinin farklı resimlerden yüzeye giydirilmesi ve diğer resimlerle olan ton ve renk farklılıklarının giderilmesi işlemidir. Yapılan bu çalışmalar sonunda elde edilen gerçeğe yakın üç boyutlu arazi modeli üzerinde, çeşitli uçuş ve gezinti animasyonları yapılabilmektedir. Çıplak olmayan yani (1.5m den yüksek ve sık) bitki örtüsü (orman gibi) ya da bir yerleşim yeri (şehir, kasaba, köy gibi) bulunan bölgelerdeki sayısal yüzey modelinin üç boyutlu olarak belirlenmiş kaplama tekniği ise daha farklı teknikler yardımı ile yapılır (Şekil 14). Şekil 15: Yersel Binanın Havadan Alınan Görüntüsü ile Kaplanması

Temel olarak topoğrafik yüzeyin bulunduğu yerler için yukarıda anlatılan teknik kullanılır. Bina veya bitki örtüsü için ise bu alanlara gelen kaplamalar kesilip atılarak bu bölgelerin havadan ya da üç boyutlu şehir modellerinde gerçekliği arttırmak amacı ile yersel

16


fotogrametri kullanılarak yerden fotoğrafları bina cephelerine giydirilerek üç boyutlu sanal gerçeklik elde edilebilir (Şekil 15,16,17). Şekil 16: Yersel Binanın Yersel Fotoğraf ile Kaplanması

Şekil 17: Yersel Fotogrametrik Düşeye Çevirme ve Yamalama ile Kaplama

Temelde yamama (patching) olarak düşünülse bile kullanılan bu yöntemler, özellikle bina çatılarının tek tek yerine otomatik olarak kaplanması için çeşitli tekniklerin geliştirilmesi ile daha hızlandırılmıştır (Şekil 18).

17


Şekil 18: Yersel Üç Boyutlu Bina Modeli ve kaplaması

Temel olarak günümüzde kaplama (rendering) işlemi, bir görüntü işleme (image processing) yazılımı işlemine dönüşmüş olsa da fotogrametrik olarak her yüzeyin mutlak düşey resim ile kaplanması, sanal gerçekliğin geometrik olarak en doğru şekilde verilmesini sağlamaktadır. Aslında, mesleki olarak obje konum ve boyutlarının belirlenmesindeki doğruluk, yine mesleki olarak en doğru izdüşümde düşeye çevirme yapılması anlamına da gelmektedir. Animasyon (Animation) Temel olarak animasyon, yazılımın ve sistemin (bilgisayarın) gücü ile orantılıdır. Animasyon, elde edilen üç boyutlu şehir modellerine sanal gerçeklik (virtual reality) uygulamaları olarak, üzerinden uçuş, şehirde ve sokaklarda gezinti, görüntüde yaklaşma uzaklaşma gibi adımları içeren görüntüsel hareketleri içermektedir (Şekil 19, 20, 21). Şekil 19: Üç Boyutlu Şehir Modeli Üzerinde Uçuş Animasyonu

18


Şekil 20: Üç Boyutlu Şehir Modeli Animasyon Filmi

Şekil 21: Üç Boyutlu Şehir Modeli Sokak Animasyonu

Üç Boyutlu Sorgulama (3d Questionary) Oluşturulan üç boyutlu şehir modelleri ve bunların animasyonu esas itibari ile görsel bir eğlence olmasından ziyade başta da belirtildiği üzere üç boyutlu GIS (CBS) sistemlerine altlık oluşturmak ve sorgulamaların görselleştirilmesine yönelik çalışmalar yapılması amacını taşır (Şekil 22).

19


20

Şekil 22: Üç boyutlu Şehir Modelinde Sorgulama Örneği

Üç boyutlu ölçme ve sorgulamaların bu altlıklardan yapılabilmesi ve özellikle ölçmelerin hassasiyeti bakımından şehir içindeki imarsal faaliyetler (tapu ve mülkiyet) ve bir takım inşaat işleri için gerekli olan sorgulama ve ölçmelerin araziye çıkılmadan ve hatta arazide hiçbir ölçme aleti kullanılmadan bu üç boyutlu modeller üzerinden yapılabilmesi nihai amacına yöneliktir (Şekil 21). Dolayısı ile üç boyutlu şehir modellerindeki doğruluk, modellerdeki gerçeklik ile uyumlu olarak artmak zorundadır. Günümüzdeki tüm çalışmalar bu ana fikir doğrultusundadır. Kaynaklar

• Karl Kraus, 2007, “Fotogrametri Cilt I” Nobel Yayınevi ISBN:978-9944-77-176-4 • Harita Genel Komutanlığı, 2004, “Harita Dergisi”, Cilt 132, 48-56 sn. • Paul R. Wolf, Bon A. Dewitt, 2000, “Elements of Photogrammetry with Application in

GIS”, ISBN:0-07-292454-3

Üç boyutlu modelleme ve animasyon...

Documents