Pod pokličkou archeologie (11): Fotogrammetrie (víc než jen fotka)

V dnešním díle seriálu Pod Pokličkou se podíváme na fotogrammetrii. Nejde pouze o dokumentační metodu, pomocí které se dají dokumentovat jak malé artefakty, také třeba těžko přístupná místa historické architektury, nebo krajina. Pomocí fotogrammetrie je možné z fotografií vytvářet 3D modely. Dá se tedy použít také k rekonstrukci a prezentaci například pro virtuální muzea. Na některých archeologických výzkumech v zahraničí, již fotogrammetrie téměř nahradila klasické zakreslování archeologických situací na papír. Na takovém výzkumu byl i Adam Pažout, který nám o této metodě prozradí víc.

Fotogrammetrie je technika, která se zabývá zpracováním informací z fotografických snímků nebo i videa (jelikož i video je sérií jednotlivých snímků). Informace, obsažené na fotografiích, které fotogrammetrie zpracovává, jsou v zásadě geometrické vlastnosti a vztahy objektů (tvar, velikost, poloha). Hlavní využití má fotogrammetrie v mapování, tj. vytváření digitálních modelů terénu (DMT), rektifikovaných ortofoto map (např. archeologických lokalit nebo jednotlivých úrovní archeologických sond), ale i ve 3D modelování budov, sond, předmětů a následných výpočtů objemu (např. množství vykopané zeminy nebo obsah rekonstruované nádoby).

Ukázka orientace snímků a výsledků triangulace v programu Context Capture

Fotografický snímek ztrácí informaci o hloubce scény a objektu – je pouze dvourozměrný, ovšem pokud stejnou scénu vyfotíme z vícero úhlů získáme průmětem paprsků od předmětových bodů jejich pozici v trojrozměrném prostoru (tomuto procesu se říká triangulace). Jakmile dojde ke triangulaci totožných předmětových bodů, a tedy jejich umístění ve 3D prostoru, může začít rekonstrukce scény. Ta spočívá v dopočítáváním zbylých bodů a vytváření povrchu předmětů viditelných na scéně spojováním jednotlivých bodů do trojúhelníkové sítě (tzv. „mesh“). Nakonec je „hrubý“ model scény pokryt texturou, jejíž barevnost je opět vygenerována z použitých fotografií. Nejjednodušší a nejčastější forma fotogrammetrie je stereoskopický snímek, vzniklý složením dvou fotografií – i to stačí pro dodání hloubky a zdání třetího rozměru výslednému snímku. Ovšem pro plnohodnotný 3D model scény je nutné ji nasnímat ze všech stran na což jsou třeba desítky nebo i stovky fotek.

Výsledný 3D model scény je možné promítnout do roviny a vytvořit tak rektifikované ortofoto, pokud chceme např. plán výzkumu, nebo DMT, který uchovává také informace o výškopisu. Někdy je žádoucí, aby výsledné ortofoto nebo DMT byly ukotvené v souřadnicovém systému a mohli jsme tak získat přesné X, Y a Z souřadnice. V takovém případě je nutné zaměřit referenční geodetické body (tzv. „ground control points“) totální stanicí nebo GPS přijímačem a viditelně je vyznačit, aby byly viditelné na fotkách. Tyto body dále slouží ke georeferencování výsledných plánů, např pro potřeby nálezových zpráv apod.

Dopočítávání hustého mračna bodů po triangulaci, v programu PhotoScan

Stejná metoda se dá použít na snímcích ze satelitního snímkování Země, dronů nebo obyčejného fotoaparátu na zemi. Triangulace, 3D rekonstrukce a texturování probíhá dnes v plně digitálním prostředí – mezi běžné platformy, které jsou dnes v užívání patří např. PhotScan nebo ContextCapture.