Autor: inż. Olga JAWORSKA Opiekun naukowy: mgr Jacek AUGUSTYNIAK TRÓJWYMIAROWA WIZUALIZACJA PAŃSTWOWEGO MUZEUM NA MAJDANKU W POSTACI STATYCZNYCH OBRAZÓW 1. Wstęp Rozwój technologii komputerowych sprawił, iż trójwymiarowe wizualizacje stały się powszechnie wykorzystywane w przeróżnych dziedzinach, w tym także w turystyce i dydaktyce. Bardzo dobrze sprawdzają się one w promocji ciekawych miejsc, ponieważ są atrakcyjne graficznie oraz są łatwiejsze w interpretacji dla potencjalnego odbiorcy od opracowań dwuwymiarowych [4]. Państwowe Muzeum na Majdanku w Lublinie, które powstało na terenie byłego niemieckiego obozu koncentracyjnego jest bez wątpienia miejscem, które należy odwiedzić. Opracowanie trójwymiarowych wizualizacji obiektów, które znajdują się na terenie Muzeum jest więc bardzo dobrym pomysłem na zainteresowanie odbiorców tym ważnym ze względów historycznych miejscem. Według szacunków zachowało się około 60 % oryginalnych obiektów, które należały do niemieckiego obozu koncentracyjnego na Majdanku [6]. Obecnie na terenie placówki znajduje się ponad siedemdziesiąt obiektów historycznych oraz dwa budynki administracyjne Muzeum. Wymienione obiekty budowlane oraz znajdujące się w ich sąsiedztwie takie elementy jak drogi, chodniki i ogrodzenia stanowią treść mojego opracowania. Niniejsza praca jest rozszerzeniem mojej pracy inżynierskiej pt. Prezentacja informacji terenowej Państwowego Muzeum na Majdanku w wymiarze przestrzennym, w której opracowane zostały wizualizacje trójwymiarowe w postaci statycznych obrazów trzech obiektów budowlanych, znajdujących się na terenie placówki.
2. Wizualizacje trójwymiarowe Wizualizacja cyfrowa jest wspieraną komputerowo interaktywną i graficzną reprezentacją danych [5]. Głównym celem tworzenia wizualizacji trójwymiarowych jest rekonstrukcja rzeczywistego obiektu tak, aby był on przedstawiony możliwie realistycznie [3]. Cel ten pozwalają zrealizować liczne programy komputerowe służące do tworzenia grafiki trójwymiarowej. Metody trójwymiarowych wizualizacji dzielone są na interaktywne oraz pasywne [7]. Metody interaktywne polegają na udostępnieniu opracowania użytkownikowi, który w czasie rzeczywistym decyduje o sposobie wyświetlania modelu. Ma on możliwość samodzielnego wyboru parametrów perspektywy obrazu pojawiającego się na monitorze, korzystając z dostępnych narzędzi nawigacyjnych. Przykładami wizualizacji pasywnych są statyczne obrazy oraz animacje. Metody te narzucają użytkownikowi sposób oglądania modeli, przez co staje się on biernym odbiorcą przedstawionego opracowania. Statyczne obrazy są najprostszym sposobem wizualizacji trójwymiarowej. Zawierają one pojedynczą scenę, która składa się z modelu wraz z konkretnymi ustawieniami, tj. punkt widzenia. Wzbogacane są one najczęściej dodatkowymi efektami, tj. cieniami słonecznymi, czy mgłą, które uatrakcyjniają pracę, nadając jej bardziej naturalny wygląd [4]. Pasywną metodę statycznych obrazów wykorzystałam tworząc trójwymiarowe wizualizacje Państwowego Muzeum na Majdanku. 3. Wykonanie wizualizacji trójwymiarowych Na etapie koncepcyjnym tworzenia trójwymiarowych wizualizacji należy przede wszystkim określić cel pracy. Postawione zadanie, jakie spełnić ma wizualizacja niesie za sobą wybór odpowiednich obiektów, które będą zaprezentowane, a także sprecyzowanie wymaganej dokładności i szczegółowości opracowania. Moje opracowanie skierowane jest do odbiorców, którzy zainteresowani są obiektami ze względów dydaktycznych i turystycznych, dlatego ważne było możliwie szczegółowe zaprezentowanie obiektów w postaci modeli trójwymiarowych. Dokładność sytuacyjna, jak i wysokościowa mojego opracowania wynosi 0,2 m. Na opracowanych modelach budynków widoczne są wszystkie elementy ścian, tj. drzwi, czy okna, których
wielkość przekracza 20 cm. Taka dokładność i szczegółowość modeli trójwymiarowych odpowiada poziomowi LoD 4 w skali CityGML [2]. Pierwszym etapem tworzenia wizualizacji trójwymiarowych powinno być skompletowanie danych źródłowych, które są niezbędne do skonstruowania wirtualnych obiektów. Do najpowszechniejszych metod pozyskiwania danych należą: pozyskiwanie danych ze skaningu laserowego, ze stereoskopowych zdjęć lotniczych i satelitarnych, dane z przekształceń wektorowych map, laserowe pomiary powierzchni LIDAR oraz pomiary, które wykonane zostały w terenie [1]. W swojej pracy wykorzystałam zgromadzone kartograficzne oraz opisowe opracowanie źródłowe. Podstawowym opracowaniem kartograficznym była mapa zasadnicza w formie wektorowej, której skala bazowa wynosiła 1:1000 i sporządzona została w układzie 2000. Przeprowadzony przeze mnie wywiad terenowy oraz analiza zgodności mapy z rzeczywistością wykazały jednak znaczne błędy w jej treści, co musiałam uwzględnić podczas wykonywania opracowania. Pomiary terenowe na obszarze Państwowego Muzeum na Majdanku były konieczne, ponieważ brak było danych o wymiarach i położeniu interesujących mnie szczegółów, a także z powodu niekompletnych informacji w zgromadzonych przeze mnie opracowaniach źródłowych. Pozyskanie danych ze skaningu laserowego, ze stereoskopowych zdjęć lotniczych i satelitarnych, z przekształceń wektorowych map i z laserowych pomiarów powierzchni LIDAR z przyczyn technicznych nie było możliwe. Z uwagi na to, że nie dysponowałam specjalistycznym sprzętem pomiarowym, musiałam znaleźć alternatywne narzędzia, które pozwoliły mi na wykonanie pomiarów oraz otrzymanie satysfakcjonujących dokładności. Do pomiarów wykorzystałam tradycyjną ruletkę geodezyjną o długości taśmy równej 30 m, na którą naniesiona została podziałka milimetrowa, drogomierz kołowy dający wynik pomiaru z dokładnością 0,01 m oraz dalmierz ultradźwiękowy charakteryzujący się dokładnością pomiaru równą 1%. Wybrane przeze mnie narzędzia pomiarowe nie pozwoliły mi jednak na pomiar wszystkich interesujących mnie szczegółów obiektów budowlanych. Elementy, które były niedostępne dla bezpośredniego pomiaru narzędziami, którymi dysponowałam, zostały sfotografowane, a następnie ich wielkości zostały przeze mnie wyliczone, korzystając z wyznaczonego mianownika skali zdjęcia. Dysponując szkicami pomiarowymi oraz dokumentacją fotograficzną wykonaną w terenie, przeszłam do etapu tworzenia wizualizacji w programie komputerowym. Spośród wielu dostępnych programów służących do tworzenia grafiki trójwymiarowej wybrałam
wersję demonstracyjną programu Google SketchUp Pro 8, która dostępna jest bezpłatnie na stronie internetowej http://sketchup.com.pl. Pracę w programie SketchUp rozpoczęłam od wygenerowania rzeźby terenu. Pozwoliła ona zaprezentować znaczne różnice wysokości, które można zaobserwować na terenie Muzeum i w sposób realistyczny przedstawić znajdujące się tam obiekty budowlane. Następnie utworzyłam modele trójwymiarowe wszystkich budynków oraz pomników, a także takich elementów jak drogi, chodniki i ogrodzenia, które znajdują się na terenie Państwowego Muzeum na Majdanku. Na etapie modelowania wykorzystałam metodę jaką jest tworzenie modeli trójwymiarowych z profili dwuwymiarowych. Metoda ta wykorzystuje profile dwuwymiarowe, które stanowią geometrię płaską. Program komputerowy umożliwia tworzenie brył trójwymiarowych z geometrii płaskich, poprzez dobór odpowiednich funkcji. Wykonane modele pokryłam odpowiednio teksturami, które pobrałam z biblioteki materiałów programu SketchUp. W niektórych przypadkach wykorzystałam tekstury fotograficzne. Ostatnim etapem pracy w programie SketchUp było wzbogacenie opracowania odpowiednim oświetleniem, przypominającym cienie słoneczne oraz utworzenie wirtualnych scen. Przykładowe wizualizacje trójwymiarowe w postaci statycznych obrazów umieszczone zostały na końcu referatu. 4. Podsumowanie Wykonane opracowanie może służyć zarówno celom dydaktycznym, jak i turystycznym. Z opracowanych modeli obiektów można stworzyć niemalże nieskończenie wiele trójwymiarowych wizualizacji w postaci statycznych obrazów. Wystarczy jedynie dobrać odpowiednie parametry perspektywy, a następnie eksportować grafikę dwuwymiarową np. w formacie JPG. Z tak przygotowanych modeli, program SketchUp umożliwia utworzenie innej metody wizualizacji pasywnej, jaką jest animacja. Ponadto istnieje możliwość uzupełnienia opracowania o budynki, które zostały zniszczone, rekonstruując je na podstawie dostępnych opracowań źródłowych.
Państwowe Muzeum na Majdanku
Pole więźniarskie
Barak więźniarski
Budka wartownicza
Wieża strażnicza
Kompleks gospodarczy
Budynek gospodarczy
Pomnik Walki i Męczeństwa
Centrum Obsługi Zwiedzających
Literatura 1. Cisło U., Standardy do trójwymiarowej wizualizacji informacji przestrzennej w Internecie aspekty praktyczne, Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2007, s. 130. 2. Izdebski W., Szadkowski A., Wirtualne miasta, Geodeta nr 2, Warszawa 2009, s.24-27. 3. Janowski A., Sawicki P., Szulwic J., Wizualizacja 3D w standardzie OpenGL obiektu architektonicznego na podstawie danych fotogrametrycznych, Ogólnopolskie Sympozjum Naukowe fotogrametria, teledetekcja i GIS w świetle XX kongresu ISPRS, Białobrzegi k. Warszawy 2004, s. 271-278. 4. Jaworska O., Prezentacja informacji terenowej Państwowego Muzeum na Majdanku w wymiarze przestrzennym, praca inżynierska, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2013, s. 6-20. 5. Kamińska W., Kamiński K., Cyfrowe wizualizacje urbanistyczne możliwości zastosowań, Człowiek i Środowisko, Warszawa 2011, s. 53-72. 6. Kokowicz K., Olesiuk D,, Jeśli ludzie zamilkną, głazy wołać będą Pomnik ku czci ofiar Majdanka, Lublin 2009, Państwowe Muzeum na Majdanku, s. 8. 7. http://www.fotokart.pl