Evaluation of Geometric Quality of 3D Models Obtained Automatically by Robotic RevoScan Device

eng Article in English DOI: 10.14313/PAR_224/25

send Waldemar Bauer, Bartosz Mitka, Marcin Prochaska Terramap Sp. z o.o.

Download Article

Abstract

The hereby article presents the results of an R&D project implemented by the company Terramap. The result of the project is a measuring device for 3D digitization, enabling data acquisition and processing. A characteristic feature of the system is automatic acquisition of information on both object geometry (spatial digitization), as well as color information in the RGB color space on this object (high resolution digital photos). Software dedicated for the device allows for planning and controlling the data acquisition process and their processing, as well as development of the materials ready for presentation. Implementation of the results of the conducted tests by means of constructing a device on their basis with accompanying software enabled significant acceleration of the digitization works, and consequently reduction of unit costs of 3D digitization. In order to assess the geometric quality of the 3D models obtained automatically by the device reference measurements were performed for the selected objects. Such measurements were carried out using two methods: first the geometry of the tests objects was measured by means of a handheld 3D scanner Artec Eva, second a direct manual measurement of the characteristic dimensions of the test objects was performed using a caliper. The 3D models obtained from the RevoScan device and 3D scanner Artec Eva were fitted into each other, and then compared using tools available in the Geomagic Qualify software in modules Alignment and Analysis. Whereas the results of the manual measurements of the characteristic dimensions of the test objects were compared with the results of measurements of the same features carried out on the 3D models obtained from the RevoScan device. The obtained results represented in the form of tables and graphs. The performed tests confirm achieving the model accuracy better than 0.3 mm assumed in the project.

Keywords

3D modeling, automation, digitization, measurement uncertainty

Ocena jakości geometrycznej modeli 3D uzyskanych automatycznie za pomocą zrobotyzowanego urządzenia RevoScan

Streszczenie

W artykule zaprezentowano wyniki projektu badawczego zrealizowanego przez firmę Terramap, którego efektem jest urządzenie pomiarowe do digitalizacji 3D, umożliwiające pozyskiwanie i przetwarzanie danych. Cechą charakterystyczną systemu jest automatyczne pozyskiwanie informacji zarówno o geometrii obiektu (digitalizacja przestrzenna) jak i informacji barwnej w przestrzeni RGB o tym obiekcie (wysokorozdzielcze zdjęcia cyfrowe). Dedykowane oprogramowanie dla urządzenia pozwala na planowanie i sterowanie procesem pozyskania danych, ich przetwarzanie oraz opracowanie materiału gotowego do prezentacji. Wdrożenie wyników przeprowadzonych badań przez skonstruowanie na ich podstawie urządzenia wraz z towarzyszącym oprogramowaniem pozwoliło na znaczne przyspieszenie prac digitalizacyjnych, a co za tym idzie obniżenie jednostkowych kosztów digitalizacji 3D. W celu oceny jakości geometrycznej uzyskanych automatycznie przez urządzenie modeli 3D wykonano, dla wybranych obiektów pomiary referencyjne. Pomiary zostały zrealizowane na dwa sposoby: po pierwsze wykonano pomiar geometrii obiektów testowych za pomocą ręcznego skanera 3D Artec Eva, po drugie wykonano bezpośredni manualny pomiar wymiarów charakterystycznych obiektów testowych z wykorzystaniem suwmiarki. Uzyskane modele 3D z urządzenia RevoScan i skanera 3D Artec Eva wpasowano w siebie, a następnie porównano za pomocą narzędzi oprogramowania Geomagic Qualify – moduły Alignment i Analysis. Wyniki manualnych pomiarów wymiarów charakterystycznych obiektów porównano z wynikami pomiarów tych samych cech zrealizowanymi na uzyskanych modelach 3D z urządzenia RevoScan. Uzyskane wyniki przedstawiono w formie tabel i wykresów. Wykonane badania potwierdzają osiągnięcie dokładności modelu lepszej niż 0,3 mm założonej w projekcie.

Słowa kluczowe

automatyzacja, digitalizacja, modelowanie 3D, niepewność pomiaru

Bibliography

  1. Fassi F., Fregonese L., Ackermann S., De Troia V., Comparison between laser scanning and automated 3d modelling techniques to reconstruct complex and extensive cultural heritage areas. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XL-5/W1, 2013, 3D-ARCH 2013 – 3D Virtual Reconstruction and Visualization of Complex Architectures, 25–26 February 2013, Trento, Italy.
  2. Kwoczyńska B., Rzepka A., Zastosowanie kamery niemetrycznej do modelowania obiektów małej architektury, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, PAN Oddział Kraków, Nr 2/II/2013, 31–41.
  3. Menna F., Rizzi A., Nocerino E., Remondino F., Gruen A., High resolution 3D modeling of the Behaim Globe, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XXXIX-B5, 2012, XXII ISPRS Congress, 25 August – 01 September 2012, Melbourne, Australia.
  4. Pluta M., Mitka B., Możliwości modelowania 3D na podstawie danych ze skaningu laserowego, „Episteme” Czasopismo Kulturalno-Naukowe, 22/2014 t. II, 2014, 137–146.
  5. Prochaska M., Mitka B., RevoScan – Automatic Device for 3D Digitisation: Concept, Application, Test Results, “Geomatics and Environmental Engineering”, Vol. 10, No. 4, 2016, 81–87.
  6. Reu J., Plets G., Verhoeven G., Smedt P., Bats M., Cherretté B., Maeyer W., Deconynck J., Herremans D., Laloo P., Meirvenne M., Clercq W., Towards a three-dimensional cost-effective registration of the archaeological heritage, “Journal of Archeological Science”, Vol. 40, Iss. 2, 2013, 1108–1121.
  7. Rizvic S., Sadzak A., Ramic-Brkic B. Hulusic V., Virtual museums and their public perception in Bosnia and Herzegovina, “International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences”, Vol. XXXVIII-5/W16, 2011 ISPRS Trento 2011 Workshop, 2–4 March 2011, Trento, Italy.
  8. Zheng S., Zhoua Y., Huanga R., Zhoua L., Xua X., Wangb C., A method of 3D measurement and reconstruction for cultural relics in museums, “International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences”, Vol. XXXIX-B5, 2012 XXII ISPRS Congress, 25 August – 01 September 2012, Melbourne, Australia.
  9. https://www.artec3d.com/files/pdf/ArtecScanners-Booklet-EURO.pdf.