Geri Dön

From point cloud to HBIM: Investigating the possibilities of using high resolution data acquisition techniques

Yüksek çözünürlüklü veri toplama teknikleri kullanılarak nokta bulutundan tarihi yapı bilgi modellemesi yaratma olasılıklarının araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 465439
  2. Yazar: ZÜHAL DURAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZHAN İPBÜKER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 106

Özet

Tarihî yapıların üç boyutlu belgelendirme yöntemleri, kültürel miras çalışmaları ile mimarî ve arkeolojik alanları da kapsayacak şekilde günümüzde artarak yaygınlaşmaktadır. Bu tarihî yapıların detaylı ve doğru bir şekilde belgelenebilmesi için dijital dökümantasyon teknikleri ve geleneksel yöntemlerin kullanılması kaçınılmazdır. Mevcut durumda modern ölçme teknikleri doğru ve hızlı bir şekilde üç boyutlu sayısal yüzey ve arazi modeli üretimine olanak vermektedir. Bu teknikler tarihî yapıları koruma çalışmalarının bir parçası olan belgeleme yöntemlerinin üç boyutlu ortamda gerçekleştirilmesine imkân tanıdığı gibi yapıya ait güncel bilgilerin bu teknolojiden yararlanarak oluşturulmasını da sağlar. Bu noktada, doğruluğu yüksek coğrafî bilgi sağlayan dijital fotogrametri ve yersel lazer tarayıcı teknolojileri modern veri toplama teknikleri arasında öne çıkmaktadır. Dijital fotogrametri tekniği düşük maliyetli olup hızlı veri toplama imkânı sunmaktadır ve günümüzde bu teknik çoğunlukla görüntü tabanlı modelleme yöntemi ile yürütülmektedir. Bu yönteme dayalı olan ve kullanımları kolaylaştırılmış ara yüze sahip birçok kullanıcı dostu yazılımlar mevcuttur. Ancak bu yöntemin temel dezavantajı; veri işleme yöntemi karmaşık geometriye sahip olan tarihî yapıların verileri için karmaşık bir sistem içermesi ve bundan dolayı da zaman alıcı bir işlem haline gelebilmesidir. Bir diğer modern veri toplama tekniği olan lazer tarayıcılar ise kültürel mirasların belgelenmesinde umut verici bir teknoloji olarak görülmektedir. Bu teknik, karmaşık geometriye sahip tarihî yapılara ait üç boyutlu konum verilerinin detayli kaydedilmesi işlemini kısa bir zaman diliminde gerçekleştirir. Ancak; toplanan veriyi işleme süreci oldukça zaman alıcıdır ve kullanılan tarama cihazları kültürel mirası koruma çalışmaları için maliyetlidir. Bu çalışma, öncellikle kültürel miras çalışmaları kapsamındaki üç boyutlu belgelendirme yöntemlerinde farklı modern ölçme tekniklerini kullanarak Neo Gotik tarza sahip Saint Barbara Kilisesi'nde gerçekleştirilen dijital fotogrametri ve yersel lazer tarama tekniklerinin kullanılmasını göstermektedir. Daha sonra, bu tekniklerden elde edilen veriler ile üç boyutlu sanal rökonstrüksiyon uygulamasını ele almaktadır. Saint Barbara Kilisesi UNESCO Dünya Mirası Listesi'nde olup Bois-du-Luc Kömür Madeni Alanı La Louvière, Belçika'da yer almaktadır. Uygulama kısmında, Belçika'nın ulusal koordinat sistemi yani Belçika Lambert 72 olarak da bilinen referans sistemini belirlemek için topografik ölçme teknikleri olan GNSS ve Total Station kullanımı gösterilmiştir. Bu topografik yöntemlerle yer kontrol noktaları ölçülmüştür. Ölçülen bu noktalar, yersel lazer tarama ve fotogrametri yöntemlerinden elde edilen veri setlerinin ortak bir referans sistemine getirilmesi için kullanılmıştır. Fotogrametrik yöntemden toplanan verilerin işlenmesi için Rus ticari yazılımı Agisoft Photoscan tercih edilmiştir. Bu yazılımda Canon firmasının ürünü olan EOS 450D model, 12.2 megapiksel, dijital SLR kameradan kilisenin, dış yapı rekonstrüksiyon uygulaması, 226 fotografi çekilmiş ve işlenmiştir. Veri işleme adımlarında“Structure from Motion”(SfM) ve“Multi-View Streo”(MVS) algoritmaları kullanılmıştır. Lazer tarama yönteminde ise Leica HDS6100 faz bazlı yersel lazer tarayıcı ile veri toplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu veri toplama işlemi sırasında toplamda 44 tarama yapılmış, bunlardan 33 tanesi kilisenin iç yapısının modelini oluşturmak için toplanmıştır. Yapılan diğer 11 tarama ise kilisenin dış yapısının modellenmesi için gerçekleştirilmiştir. Lazer tarama verilerinin işlenmesi adımında,“Iterative Closest Points”(ICP) algoritması kullanılmıştır. Bu veri işleme adımlarının sonuç ürünü, her iki modern teknik içinde her bir nokta için üç boyutlu (X-Y-Z) nokta verisi içeren yoğun nokta bulutları olmuştur. Bu iki yöntemden gelen nokta bulutlarının farkı ise fotogrametrik yöntemden elde edilen nokta bulutunun renk bilgisini (RGB) içermesidir. Renk bilgisi içermeyen lazer tarayıcı nokta bulutu ise çok yoğun sayıda 3B nokta verisi üretmiştir. Modern ölçüm tekniklerinden elde edilen yoğun nokta bulutlarının yapıya ait bilgilerin girilmesine olanak tanıyan ileri modelleme sistemi olan Yapı Bilgi Modellemesinde (BIM) kullanılması günümüzde ilgi çekici bir araştırma konusu haline gelmiştir. Bu ileri modelleme teknolojisi, tarihî yapılar için semantik olarak zenginleştirilmiş üç boyutlu modeller oluşturulmasına olanak vermektedir. Bu sistem Tarihî Yapı Bilgi Modelemesi (HBIM) olarak adlandırılmaktadır ve yapılar için yeni bir yaklaşım olarak görülmektedir. Bu gelişmiş yaklaşım; kültürel mirasların koruma projelerinde uygulama yapılan tarihî yapı hakkında detaylı bilgiyi zengileştirilmiş semantik veri modeli ile sağlamaktadır. Son günlerde, yapı bilgi modellemesi sistemleri yaygın olarak Mimarlık, Mühendislik ve İnşaat (AEC) sektörü tarafından yeni binaların tasarlanması ve inşaası çalışmalarında uygulanmaktadır. Bununla birlikte tarihî yapıların üç boyutlu ortamda belgelendirilmesi çalışmalarında bu modelleme daha verimli proje yöntemi sağlasa da kullanımı henüz yaygınlaşmamıştır. Kültürel miras çalışmalarını yürüten organizasyonlar; yapı bilgi sistemlerinin, hem yeni binaların tasarlanması sürecinde hem de tarihî yapılarda kullanılması sürecinde bunun uygun ve etkin koruma yöntemleri oluşturduğuna dikkat çekmektedir. Yapı bilgi sistemlerinin yeni yapıların tasarlanma sürecinde kullanılmasından farklı olarak, tarihî yapılarda bu sistemin oluşturulmasının zorlayıcı yanları bulunmaktadır. Bunlar mevcut binalardan veri toplanması ve işlenmesi olarak gösterilir. Bu adımlar gerçekleştirildikten sonra tarihî yapılara ait bina bilgi sistemi oluşturulabilmektedir. Çalışma kapsamındaki St. Barbara Kilisesi'ne ait verilerin toplanması ve işlenmesi süreçleri dikkate alınarak bu tezde, ikinci olarak tarihî yapı bilgi modellemesi yaratmaya çalışmıştır. Bu bağlamda, fotogrametri ve yersel lazer tarayıcı yöntemlerinden elde edilen nokta bulutlarının, bir tarihî yapı bilgi modellemesi yaklaşımındaki uygulanabilirliği araştırılmıştır. Bu uygulama yapılırken fotogrametrik yöntemden elde edilen nokta bulutu verisinin kullanımı çalışmanın dışında bırakılmıştır. Bununla birlikte yalnızca lazer tarayıcıdan elde edilen üç boyutlu konum verisi içeren nokta bulutu, tarihî yapı bilgi modellemesinin oluşturulmasında kullanılmıştır. Bu kapsamda kaynak verisi olarak kiliseye ait yaratılmış olan iç ve dış nokta bulutları, yapı bilgi modellemesi uygulamasında test edilmiştir. Bu amaçla, bu yüksek yoğunluklu nokta bulutlarının içermiş olduğu noktaların sayısı ve büyüklüğü, yapının detaylarını kaybetmeden alt örneklem tekniği kullanılarak incelenmiştir. Alt örneklem tekniği, yapı bilgi modellemesi oluşturulurken nokta bulutlarının kullanılan yazılımda daha kolay ve hızlı test edilebilirliğine olanak sağlamıştır. Tarihi Yapı Bilgi Modellemesi uygulamasında Autodesk firmasının ticari yazılımı olan Revit Architecture kullanılmıştır. Bu uygulama çoğunlukla yapı elamanlarının manuel olarak oluşturulması ile yürütülmüştür. Yapı elemanları, bu Neo Gotik tarza sahip kilisede başta duvar ve yer bileşenleri oluşturularak başlanmış bunu takiben pencere, kolon ve çatı bileşenleri parametrik tasarıma dayanarak yaratılmıştır. Bu tarihî yapının bileşen öğelerinin grafik verileri oluşturulurken yazılımın sunmuş olduğu imkânlar doğrultusunda, öğelerin işlevleri ve malzeme bilgileri yani grafik olmayan bilgileri eklenmiştir. Ayrıca, bu tez çalışmasında gerçekleştirilmiş olan uygulamanın sonuçlarına dayanarak tek başına lazer taramadan gelen nokta bulutlarının ayrıntılı bir tarihî yapı bilgisi oluşturmak için yeterli olup olmadığı tartışılmıştır. Buna bağlı olarak, yapı modelinin oluşturulması sürecinde yapı elemanlarının lazer taramasından elde edilen nokta bulutu ile hangi detaylarda üretilebileceği belirlenmiştir. Son olarak, fotogrametrik yöntemden elde edilen renkli nokta bulutunun tarihî bina bilgi modellemesini (HBIM) geliştirme potansiyeline sahip oldugu görülmüştür. Böylece, fotogrametrik verileri kullanarak bir yapı bilgi modellemesi projesinde yapı elemanları oluşturulmasının fotogrametrik teknik ile geliştirilebileceği söylenmiştir. Çalışma; giriş, modern ölçme teknikleri ve tarihi yapı bilgi modellemesi, üç boyutlu rekonstrüksiyon vaka çalışması, tarihi yapı bilgi modellemesi vaka çalışması, sonuç ve öneriler olmak üzere 5 ana başlıkta toplanmıştır. Giriş bölümünde yapılan çalışma hakkında özet bir bilgi verilmiş olup devamında ise çalışmanın amacı ve kapsamı gösterilmiştir. Kültürel miras çalışmaları kapsamında veri toplanması işlemleri için günümüzde kullanılan modern teknikler mevcut geleneksel yöntemlerle karşılaştırılmış, modern tekniklerin daha doğru ve güvenilir bilgi sağlayıp sağlamadığı tartışılmıştır. Buna dayanarak modern tekniklerden elde edilen verilerin tarihî yapı bilgi modellemesindeki yeri ve kullanımı gösterilmiştir. İkinci bölümde, fotogrametrik ve lazer tarama yöntemi mevcut araştırma ve uygulamalara dayanarak kapsamlı bir biçimde açıklanmıştır. Fotogrametrik yöntem görüntü tabanlı modelleme teknolojisine dayanarak detaylandırılmıştır. Lazer tarama yöntemi pulse ve faz bazlı çalışan tarayıcalar ile anlatılmıştır. Sonrasında, tarihi yapı bilgi modellemesi ele alınmıştır. Bu sistemde yapı nesnelerinin nasıl modellendiği ve modellendikten sonra aralarındaki ilişkinin nasıl kurulabileceği açıklanmıştır. Ayrıca, bu sistemde bina geometrisi oluşturulmasındaki semi-otomatik yönteme de değinilmiştir. Son olarak, tarihi yapi bilgi modellemesinde fotogrametri ve lazer tarayıcı verisini kullanan mevcut uygulamalar gösterilmiştir. Üçüncü bölümde; vaka çalışma alanı olarak seçilen Bois- du- Luc Maden Alanı ve bu alanda yer alan Saint Barbara Kilisesi hakkındaki tarihî bilgilere yer verilmiş olup bu kiliseye ait mimarî yapı bilgisi de ele alınmıştır. St. Barbara Kilisesi'nin modellenmesi için kullanılan fotogrametrik ve lazer tarayıcı yöntemleri ve bunlara ait uygulama aşamaları detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Bu bölümün sonuç kısmında her bir tekniğe ait karşılaşılan kolaylıklar ve zorluklar tartışılmış ve hangi yöntemin belgeme için daha uygun olduğu ele alınmıştır. Ayrıca sonuç bölümünde, bu tekniklerin eksik kalan yönlerinin başka teknikler ile tamamlanabileceği söylenmiştir. Örneğin, kilisenin fotogrametrik yöntem ile yapılan rekonstrüksiyon çalışmasında, çatı detaylarının elde edilememesi ve modellenememesinin insansız hava araçlarından elde edilebilecek veriler ile çözülebileceği öngörülmüştür. Dördüncü bölümde tarihî yapı bilgi modellemesi uygulaması bir önceki bölümden elde edilen üç boyutlu nokta modeline dayanarak ele alınmıştır. Bu uygulamada sadece lazer tarayıcı verisi kullanılmış olup işleme aşaması bilgi modellemesinin tamamlanmasına kadar detaylıca verilmiştir. Yapı elemanlarının parametrik modellere dayanarak yaratılması ve bunlarla birlikte grafik olmayan bilgilerinin kullanılan YBM yazılımına girilmesi gösterilmiştir. Bu çalışmanın sonuç kısmında, çoğunlukla manuel olarak yaratılan bu elemanların ne seviyede yaratılabileceği tartışılmıştır. Bu kapsamda kullanılan yazılımda karşılaşılan zorluklar, işleme aşamasındaki örneklerden açıklamalar ile gösterilmiştir. Sonuç ve öneriler kısmında, uygulamalarda kullanılan modern ölçme teknikleri tekrardan ele alınmış ve bu tekniklerden elde edilen verilerin tarihî yapı bilgi modellemesine uygulanabilirliği tartışılmıştır. Bu çalışma esas olarak fotogrametri ve yersel lazer tarayıcı verilerinin yapı bilgi modellemesi için kullanılabilirliğine odaklanmış olup bu tekniklerin tarihî yapıların belgelendirme çalışmalarında detayli yapı bilgilerinin girilmesine olanak tanıdığını ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

Today, digital modeling of historic sites in 3D is constantly increasing in the cultural heritage field for applications including conservation, restoration, and archaeological studies. The digital documentation techniques and traditional surveys are required for recording heritage sites in a detailed and reliable 3D model. Currently, using advanced survey techniques provides an accurate 3D surface model and thus enable to improve the actual knowledge of historical sites in 3D. Herein, photogrammetry and terrestrial laser scanner technologies step forward for data acquisition techniques. Photogrammetry which is mainly carried out by the image-based modeling method is a user-friendly and low cost method, offering fast data acquisition. The main drawback of this method is the complex data processing, making the method a time-consuming activity. The use of terrestrial laser scanning for documenting cultural heritage sites is a promising technology for surveying complex structures within a short time span. Nevertheless, the process of the measurement is rather time-consuming and the cost of the instrument is still expensive. This thesis first conducted a 3D virtual reconstruction by applying both photogrammetry and laser scanning to the Neo-Gothic church of St. Barbara. This church is located in the coal mine site of Bois-du-Luc, in La Louvière (Belgium), which is inscribed on the World Heritage List of UNESCO. In addition, data capturing methods were carried out using topographic GNSS and total station instruments to determine the national coordinate reference system of Belgium, namely the Belgian Lambert72 system. Using these measurements, the laser scanning and photogrammetric datasets were brought to a common reference system. The 3D registration methods were accomplished by using the“Structure from Motion”(SfM) and“Multi-View Stereo”(MVS) algorithms for photogrammetric data processing and the Iterative Closest Points (ICP) algorithm for the processing of laser scan data. These registration processes resulted in 3D point clouds for both techniques. The photogrammetric method provided a dense RGB colored point cloud and the laser scanning produced a very dense number of points of the surveyed area. These point clouds allow to create a semantically enriched 3D model for historic buildings, which is a new system of modeling structures, namely Historical Building Information Modeling (HBIM). This advanced approach provides detailed modeling and information on structures that can be used in restoration, documentation and protection projects. Recently, the method of Building Information Modeling (BIM) is broadly used in new buildings by the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) industry. Yet, its applications for cultural heritage is not as widespread as it could have been for the more efficient management of projects. Besides, a challenging task to achieve a better 3D documentation for historic buildings through BIM model is collecting, processing and generating the information from existing building data. In consideration of the data collection and processing of the church building, this thesis secondly attempted to create a historical building information model. The applicability of a set of data points from photogrammetry and laser scanning survey in a HBIM approach were investigated. The point cloud derived from the photogrammetric method was excluded of the thesis, only the 3D point cloud from the laser scanning method was used in the BIM process. Point cloud data belonging both to the interior and the exterior of the church- as a source data- were tested in the building information model. For this purpose, the number and size of visible points were inspected with regard to the required detail of the structure. Furthermore, it was discussed whether the point clouds from laser scanning by itself is enough to create a detailed historical building information or not. Consequently, in the process of creating the building model, it was determined“in which detail the building components can be generated”. Lastly, it was seen that the data derived by the photogrammetric method has a potential to improve the historical building information modeling (HBIM). Thus, using the photogrammetric data, the creation and combination of building elements in a BIM project can be improved.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    824940

    Tarihi yapı bilgi modellemesi (TYBM/HBIM) obje kütüphanesi oluşturma araçları ve yöntem değerlendirmesi

    Historical building information modeling (TYBM/HBIM) object library tools and method evaluation

    ZEHRA KALPAKLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    MimarlıkDüzce Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURAY BENLİ YILDIZ

  2. Tez No

    746301

    Cultural heritage building segmentation and classificationusing point cloud data

    Kültürel tarihi yapıların nokta bulutu verisi kullanılarak sınıflandırılması ve segmente edilmesi

    RABİA BAYRAKTAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHasan Kalyoncu Üniversitesi

    Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLENT HAZNEDAR

  3. Tez No

    709850

    A semi-automatic façade generation methodology of architectural heritage from laser point clouds: A case study on Architect Sinan

    Lazer nokta bulutlarından mimari mirasın cephe elemanlarının yarı otomatik modellenmesi: Mimar Sinan üzerine örnek bir çalışma

    CEMAL ÖZGÜR KIVILCIM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZAİDE DURAN

  4. Tez No

    753397

    Modern mirasın pencere detaylarının korunmasında HBIM: Ankara Atatürk Bulvarı ve Cumhuriyet Caddesi üzerindeki erken Cumhuriyet Dönemi kamu yapıları

    HBIM in conserving the window details of modern heritage: Early Republican Period public buildings on Ankara Ataturk Boulevard and Cumhuriyet Avenue

    BUSE BALOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    MimarlıkBursa Uludağ Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİGEN KIVILCIM ÇORAKBAŞ

  5. Tez No

    766530

    Tarihi yapı bilgi modellemesi (TYBM) yönteminin taşınmaz kültür varlıklarında belgeleme amaçlı kullanılabilirliğinin araştırılması; Afyonkarahisar Ulu Camii örneklemi

    Research on the use of historic building information modeling (HBIM) technique on immovable cultural heritage at Afyonkarahisar Grand Mosque for documentation purposes

    HARUN MEVLÜT TUNAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Dokümantasyon ve EnformasyonEskişehir Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİCRAN HANIM HALAÇ

Geri Dön