نحوه تولید ارتوفتو دقیق از نمای ساختمان ها

نحوه تولید ارتوفتو نمای ساختمان به روش فتوگرامتری برد کوتاه یکی از بهترین و پرکاربردترین روشهای نقشه برداری در حوزه معماری و مرمت است، که جزییات بسیاری را در اختیار کارشناسان این حوزه قرار می دهد.

قبلا در مقاله اهمیت نقشه برداری در معماری و مرمت در خصوص فتوگرامتری و نحوه استفاده این روش در معماری و مرمت صحبت کردم. حال قصد دارم در مقاله پیش رو به طور اختصاصی به یکی از کاربردهای این روش بپردازم و به طور کامل و دقیق آن را بررسی کنم.

معرفی فتوگرامتری برد کوتاه و ارتوفتو

فتوگرامتری برد کوتاه چیست؟

اگر فاصله دوربین عکسبرداری تا جسم کمتر از ۳۰۰ متر باشد، راهکارهای استفاده از تصاویر اخذ شده برای تولید مدل و نقشه را فتوگرامتری برد کوتاه می گویند.

بعبارت دیگر اگر تصاویر توسط یک شخص از روی زمین (ویا نزدیک به زمین) و نزدیک به جسم اخذ شود، می توان با روش بردکوتاه و الگوریتمهای پردازش در این روش مدلسازی انجام داد و از آن تولید نقشه کرد.

در روش فتوگرامتری برد کوتاه تصویربرداری از زوایای مختلف و بصورت همگرا انجام می شود، و همین امر باعث می شود زاویه تصاویر نسبت به جسم بصورت قائم نباشد و فاصله مراکز تصاویر نیز با یکدیگر تفاوت داشته باشند.

 به دلیل زوایای همگرا در تصویر برداری و قائم نبودن آنها و متفاوت بودن فواصل مراکز تصاویر نمی توان از الگوریتم های فتوگرامتری هوایی برای فتوگرامتری برد کوتاه استفاده کرد.

تصویر ارتوفتو

حال که بیشتر با برد کوتاه آشنا شدیم می خواهیم با یکی از محصولات آن آشنا شویم. یکی از مهمترین اطلاعات بدست آمده از این روش تصاویر ارتوفتو است. این تصاویر، کاملا قائم بوده و تمامی اعوجاج های هندسی آن حذف شده است. در تصویر زیر می توانید فرق بین قائم بودن یک تصویر ارتوفتو با پرسپکیو بودن آن را مشاهده کنید.

 تصویر ارتوفتو حاصل فرایند پردازش همه تصاویر اخذ شده و مدلهای بدست آمده از تصاویر می باشد.

برای بدست آوردن تصویر ارتوفتو صحیح و مناسب نیازمند دنبال کردن فرایندی هستیم که می باید به ترتیب و با بالاترین دقت انجام شوند. این مراحل را در ادامه بررسی خواهیم کرد.

برای درک بهتر فرایند تهیه تصاویر ارتوفتو می باید این مراحل باید چندین بار انجام شود تا بتوانید با چالشهای آن روبرو شوید و مشکلات خود را برطرف کنید. با این حال این کار به راحتی قابل انجام است، وسعی می کنم در ادامه این مراحل را هر چه ساده تر توضیح دهم تا همه دوستان بتوانند درک بهتری از این روش بدست آورند.

1- انجام بازدید های میدانی، تعیین موقعیت تارگتها بر روی نما و نصب آنها

یکی مهمترین بخشهای انجام یک پروژه، بازدید میدانی کامل و درست تمام اجزای پروژه ای است که قصد انجام آن را داریم. بررسی تمام جزییات که می خواهیم از آن عکسبرداری کنیم و پیدا کردن بهترین نقاط برای ایستگاه گذاری (تارگت گذاری) از عواملی هستند که در خروجی نهایی کار تاثیر بسیاری خواهند گذاشت.

این کار برای این انجام می شود، تا قبل از عکسبرداری یک بار از تمام زوایا نمای مورد نظر را مشاهده کنید و ذهنیت بهتری نسبت به محلهای قرارگیری خودتان برای عکس گرفتن کسب کنید.

شاید مانعی وجود داشته باشد و لازم است قبل از شروع کار آن مانع را برطرف کنید. یا ارتفاع نما بلند است و لازم است که از ابزار کمکی برای بهتر کردن تصاویرها استفاده کنید.

2- عکسبرداری به طور مناسب و صحیح

برای اینکه عکسبرداری را به بهترین نحو انجام دهیم، چند نکته مهم را باید مد نظر قرار دهید. این نکات باعث می شوند تا در هنگام پردازش مدل به درستی تشکیل شود.

اولین نکته قبل از شروع تصویر برداری بررسی وضعیت تصاویری است که توسط دوربین اخذ می شود. این تصاویر می باید از نظر نور، رنگ، شارپ بودن در بهترین حالت خود باشند، و برای رسیدن به این حالت می باید براساس وضعیت نور موجود در زمان عکسبرداری دوربین خود را با انجام تنظیمات لازم مثل ISO و وضعیت لنز مطابقت دهید تا بهترین تصویر را اخذ کند.

نکته بعدی تعیین فاصله مناسب نسبت به نما است. هر چه فاصله شما از نمای ساختمان دور باشد مطعناَ جزییات کمتری را در تصویر خواهید داشت و به همان نسبت در مدل تشکیل شده نیز آن جزییات را از دست خواهید داد.

اما اگر بیش از اندازه به موضوع نزدیک شوید مجبورید تصاویر بسیار زیادی را برای تشکیل مدل اخذ کنید و پردازش تعداد بالای تصاویر هم زمان بسیاری را صرف خواهد کرد و هم امکان کمبود فضای رم در دستگاه کامپیوتر را بالا خواهد برد.

حال نحوه عکسبرداری است که از اهمیت بالاتری نسبت به موارد قبل دارد. در این روش می باید این نکته را در نظر بگیرید تمام عکسهای اخذ شده می باید با همدیگر همپوشانی داشته باشند.

 منظور از هم پوشانی چیست؟ اگر دو عکس متوالی یا پشت سر هم را در نظر بگیرید، و تصویر دوم بخشی از تصویر اول را نیز در خود جای داده باشد، می گوییم این دو تصویر با یکدیگر همپوشانی دارند.

زمانی که عکسبرداری را شروع می کنید باید به گونه ای عکس بگیرید که 80 درصد تصویر قبل در تصویر بعدی موجود باشد. با این کار استحکام مدل تشکیل شده بعد از پردازش بسیار بالا خواهد بود و اطلاعات دقیق تری در اختیار تان قرار می دهد.

3- پردازش تصاویر با استفاده از نرم افزارهای مربوط

بعد از عملیات تصویر برداری، می باید این تصاویر را با استفاده از نرم افزارهای مختلفی که در این حوزه وجود دارند پردازش کنیم.

نرم افزارهای متعددی برای پردازش تصاویر وجود دارند که می توان به   Context Capture،  AgiSoft Metashape،  Pix4D ، اشاره کرد. البته در این مقاله ما از نرم افزار AgiSoft Metashape استفاده خواهیم کرد.

عملیات پردازش به این صورت انجام می شود که بعد از بارگذاری تصاویر بر روی نرم افزار چند مرحله پردازش صورت می گیرد تا به نتیجه اصلی که همان مدل و تصاویر اورتو هست دست پیدا کنیم.

• اولین مرحله، مرحله بررسی تصاویر (Align) است. در این مرحله تمامی تصاویر بررسی شده و براساس الگوریتمهای خاصی، عملیات عمق یابی و تشکیل مدلی با حجم نقاط بسیار پایین انجام می شود.

از خروجی این مرحله می توان تشخیص داد که آیا مدل نمای ساختمانی که از آن تصویربرداری کردیم درست تشکیل شده است یا نه.

• مرحله بعدی، بدست آوردن ابر نقطه بسیار حجیم است (Dense Cloud). تراکم نقاط در این مدل انقدر بالاست که با مشاهده آن می توان کل موضوع را به دقت به همراه متریال مشاهده کرد.

• در مرحله سوم هدف تشکیل سطح مدل است (Mesh). این بدان معناست که تمام نقاط با استفاده از خطوطی که تشکیل مثلث می دهند به هم دیگر وصل شده و سطحی متشکل از مثلثها را به وجود می آورند که در اصطلاح شبکه مش بندی شده نامیده می شود.

• مرحله بعدی اضافه کردن Texture یا همان متریال به صورت کاملا دقیق بر روی مدل مش بندی شده است، که با این کار مدل تشکیل شده به صورت کاملا واقعی و با جزییات کامل نمایش داده خواهد شد.

• حال نوبت تشکیل و ساخت مهمترین خروجی ها می باشد. این خروجی ها شامل DEM مدل ارتفاعی از نمای ساختمان و همچنین تصویر ارتوفتوست. با اجرای دستورات لازم به نرم افزار این دو کار نیز به راحتی قابل انجام است.

با انجام مراحلی که تا اینجا بررسی کردیم شما به اطلاعات بسیار دقیق و مناسبی از نمای یک ساختمان دست پیدا کرده اید، به طوری که با استفاده از این اطلاعات می توانیم نقشه های نمای مورد نظر را با بالاترین جزییات ترسیم کنیم.

4- نکاتی در خصوص نحوه ترسیم بر روی تصاویر ارتوفتو

بعد از آماده شدن اطلاعات می توان ترسیم را شروع کرد. مانند مراحل قبلی این مرحله از کار نیز نیازمند دقت و حوصله بالایی است.

 البته این نکته را باید مطرح کنم که بدون استفاده از این روش ساعتها می باید در محل پروژه زمان صرف می شد تا به نتیجه مطلوبی دست پیدا کرد.

اما در روش فتوگرامتری برد کوتاه بسیاری از مراحل تولید نقشه با استفاده از نرم افزار قابل انجام است و کار میدانی زیادی صورت نمی گیرد. و البته نتایج بسیار بهتری نیز بدست می آید.

برای شروع کار ترسیم ابتدا می باید به صورت صحیح تصویر را وارد نرم افزار کنیم. اگر این کار به درستی انجام شود تصویر به اندازه واقعی در نرم افزار ترسیم وارد خواهد شد و هر خطی که بر روی آن ترسیم می کنید دقیقا به اندازه واقعی است.

یکی از نرم افزارهای محبوب در این حوزه نرم افزار Autocad است. البته نرم افزارهای دیگری نیز در این زمینه وجود دارند که می توان از آنها استفاده کرد. اما نرم افزار اتوکد با داشتن ابزارهای عالی برای ترسیم و ساده بودن آن گزینه ای مناسب برای تهیه نقشه می باشد.

بعد از اضافه کردن تصویر ارتوفتو به نرم افزار می توانیم تمام آن چیزی که در تصویر قابل دیدن است را ترسیم کنیم، اما نکته مهم، دقتی است که قرار است با آن نقشه تهیه کنیم.

هر چقدر وضوح تصویر ارتوفتو بالاتر باشد و در اصطلاح فنی GSD بالاتری داشته باشید می توانید جزییات بیشتری را ترسیم کنید. اما آیا همه جزییات لازم است که ترسیم شود؟

جواب این سوال سخت نیست، مهم آن است که بدانید قرار است از نقشه ای که تهیه می کنید چه استفاده ای شود.

 به عنوان مثال:

ممکن است یک ساختمان در حال ساخت را مدل کرده اید و قرار است بر روی آن طراحی نما شود. و مشخصا چیزهایی که در نقشه لازم است موجود باشد خطوط اصلی نما و بازشو هاست.

و یا ممکن است یک ساختمان قدیمی با تزیینات و جزییات بسیار را مدل کرده باشید و قرار است این نقشه برای طراحی و مرمت استفاده شود. پس می باید تمام مواردی که در تصویر می بینید را به طور کامل ترسیم کنید.

نکاتی که باید در ترسیم مد نظر قرار دهید:

1. برای ترسیم بر روی ارتوفتو بهتر است که از دستور ترسیمی Polyline استفاده کنید تا تمام خطوط به هم وصل باشند.
2. برای ترسیم جزییات لازم است تا جای ممکن بر روی تصویر Zoom کنید.
3. خطوطی را که قصد ترسیم آن را دارید. ابتدا بر روی تصویر دنبال کنید و درک مناسبی از آن پیدا کنید (مثلا اگر خط کنار نما را ترسیم می کنید ابتدا آن را دنبال کنید و ببینید کجا ختم می شود و با چند نقطه می توان آن را کشید و سپس آنرا ترسیم کنید.)
4. بهتر است خطوطی را که ترسیم می کنید با کمترین نقطه یا همان Segment باشد.
5. تمامی شکستگی ها را در ترسیم مد نظر قرار دهید. اگر شکستگی وجود داشت، که از نظر ظاهری با نما مطابقت نداشت آنرا در محل ساختمان بررسی کنید و مطمئن شوید، سپس آنرا ترسیم کنید.
6. برای ترسیم تزیینات حتما ابتدا آنرا بررسی کنید. آیا این تزیینات از آجرند؟ یا نقاشی دیواری؟ یا هرچیز دیگری
7. خط افق و خط زمین در ترسیم بسیار اهمیت دارد، حتما آن را در نظر بگیرید.
8. تو رفتگی و بیرون زدگی در نما را با رنگهای مختلف مشخص کنید.

بعد از ترسیم لازم است که به قسمتهای دیگر نقشه نیز بپردازید. وجود لژآند در نقشه، کادر مناسب، گرید بندی صحیح نقشه، مشخص کردن ابعاد و اندازه ها و ایندکس نقشه از مواردی هستند که برای تهیه یک نقشه دقیق و فنی می باید رعایت شوند.

به طور کلی اگر نقشه ای این جزییات را نداشته باشد، هر چقدر هم که دقیق نقشه برداری شده باشد و ترسیم آن نیز با دقت بالا انجام شده باشد، باز هم از نظر فنی نمی توان به آن نقشه گفت و لازم است، برای قابل فهم و خوانا شدن نقشه این موارد را نیز در نقشه ترسیم کنید.

در این مقاله سعی کردم تا تمام مراحل تهیه نقشه نمای ساختمان با استفاده از روش فتوگرامتری برد کوتاه را بررسی کنم. و هر نکته ای که در اینجا مطرح کردم نکاتی است که با در نظر گرفتن آنها می توانید به راحتی ارتوفتو های مناسب و همچنین نقشه های دقیقی را تهیه کنید.

منتظر سوالها، نظرها و پیشنهادهای شما هستم. اگر موضوعی برای شما نامفهوم بود لطفا همینجا مطرح کنید، تا آن را بررسی کنیم.