Toposcopie

Toposcopie is een nieuwe visualisatie- en inwinningstechniek, waarbij fotografische of video beelden gecombineerd worden met plattegronden en hoogtegegevens. Tijdens het veldwerk worden met een toposcoop of een statief foto's genomen en worden zonodig een aantal zichtbare punten ingemeten. Plattegrond en foto's worden tijdens de kalibratie aan elkaar gekoppeld tot een interactief 3D systeem. Daarna kunnen heel nauwkeurig ruimtelijke ontwerpen worden gevisualiseerd in de bestaande omgeving, ook in landelijke gebieden met weinig oriëntatiepunten. Bovendien kunnen in het beeld metingen worden verricht. Toposcopie is een nieuwe fotogrammetrische methode, die slechts één foto + wat CAD data nodig heeft om direct driedimensionale informatie te verzamelen. De methode is goed gedocumenteerd in publicaties, een helpfile en een tutorial. Bij elk onderwerp kunt u direct doorklikken naar een publicatie, die meer informatie en voorbeelden geeft.
3D modellen van stedelijke gebieden in CityGML en VRML.
		Als onderzoekspartner in het GIMCIW project,onder leiding van Sisi Zlatanova, Assistant Professor van GISt, OTB, TU Delft, zijn we in 2007 gestart met de ontwikkeling van een export in CityGML format als aanvulling op de al jaren bestaande export in de Virtual Reality Modeling Language (VRML) en het Drawing Exchange Format (DXF). CityGML is een belangrijke nieuwe standaard voor de modellering en uitwisseling van 3D stad- en landschapmodellen en data. Net als bij Toposcopie worden gebouwen ingedeeld naar de vorm van het dak, Met zijn fotogrammetrische mogelijkheden is Toposcopie een goede modeling tool voor CityGML. Dat wordt uitgebreid besproken in een paper voor de GSDI 11 world conference, die van 15-19 juni 2009 plaats vond in Rotterdam.CityGML gaat verder dan de opslag van puur geometrische en grafische inhoud en is gebaseerd op een rijk, algemeen toepasbaar informatiemodel. Daarin onderscheidt het zich van VRML. In een Powerpoint presentatie wordt uitgelegd hoe we in een 10-delig stappenplan een gecombineerde opslag en visualisatie van geometrie, appearance en semantiek hebben gerealiseerd. Overigens blijft het VRML format waardevol omdat het in te lezen is in geavanceerde visualisatieprogramma's als 3D Max en Maya (zie animatie). Daardoor zijn de 3D modellen, die in VRML zijn geëxporteerd ook gemakkelijk te plaatsen in Google Earth. Ook is het mogelijk om in VRML fotorealistische bomen op zogenaamde billboards te plaatsen, die meedraaien met de kijkrichting. Het is ons nog niet gelukt om een dergelijke voorziening in CityGML te coderen.
Bovenstaande afbeelding toont een deel van de campus van de TU Delft, dat met Toposcopie is gemodelleerd en geëxporteerd in CityGML. De gebouwen zijn geprojecteerd op een luchtfoto. Het hoge hoofdgebouw staat in Level of Detail 1 (LOD1). De overige gebouwen zijn weergegeven in LOD2. Een Powerpoint presentatie van Sisi Zlatanova geeft informatie over de samenwerking met de TU Delft. Algemene informatie over CityGML is te vinden op o.a. http://en.wikipedia.org/wiki/CityGML .
3D topografische dataset in CityGML
			In dit voorbeeld zijn de verschillende lagen van de TOP10 vector database 3-dimensionaal gemaakt door ze te combineren met de AHN (Actueel Hoogtebestand Nederland) met behulp van de 3D Analyst extensie van ArcGIS. Het resultaat is een collectie van 3D polygonen, die in het Scope programma zijn ingelezen en vervolgens gecodeerd in CityGML
De meeste gebouwen zijn vorm gegeven door de hzn-bestanden in vertikale richting uit te rekken tot een bepaalde hoogte. Een aantal monumenten is met Toposcopie gemodelleerd en beplakt met fotobeelden.
Geveltekeningen met fotogrammetrische precisie.
			De Toposcopie is een goed alternatief voor terrestrial laserscanning bij het maken van maatvaste gevel tekeningen van bestaande gebouwen. Zie een ISPRS publicatie uit 2003 en een artikel in GIM-tijdschrift.
Nauwkeurige 3D maquettes in 1/3 van de tijd.
	Bijgaande figuur toont het programma Scope met een ingelezen toposcopische foto. Het programma werkt met parametrische mathematische modellen. Men kan een virtuele maquette maken van de bestaande omgeving door afwisselend punten aan te wijzen in de foto en de plattegrond. Het is mogelijk meerdere modellen te combineren, waardoor ook ingewikkelde huizen kunnen worden geconstrueerd. Een vlak van het model kan volledig automatisch beplakt worden met een deel van de foto, die gebruikt is om het model in te meten. Zie o.a. ISPRS publicatie uit 2004.
	U kunt interactief door de toposcopische maquette van de Korenmarkt in Arnhem lopen door op nevenstaande foto te klikken. Voorwaarde is dat er op uw computer een VRML browser moet zijn geïnstalleerd. Als u die nog niet heeft kunt u b.v. de Cortona client downloaden van de website http://www.parallelgraphics.com/products/cortona/. Deze maquette is ook te bekijken in CityGML met de gratis LandXplorer CityGML Viewer van 3D Geo GmbH ( http://www.3dgeo.de ) door op Korenmarkt te klikken.
Meten in bewegende beelden.
		RWS voert regelmatig botsproeven met bussen uit om barriers en geleiderails uit te testen. Daarbij worden video-opnames gemaakt. Een aantal van deze videos zijn met de Toposcopie nader geanalyseerd om het profiel van vrije ruimte te bepalen. Daarbij zijn zowel de bewegingen van de bus als de vervorming van de barriers en rails nauwkeurig ingemeten en gerelateerd aan de afgelegde weg en de tijd. Dit is een geheel nieuwe toepassing van de Toposcopie! Interessant, omdat tegenwoordig op zeer veel plekken videocamera's hangen. Het is goed te weten, dat ook in een later stadium dit beeldmateriaal gebruikt kan worden om in te meten. Kijk voor meer informatie in het GIM-tijdschrift.
Botsproef met een bus
Betrouwbare fotorealistische visualisaties in de bestaande omgeving.
De Toposcopie is ook een betrouwbare en professionele methode voor het maken van nauwkeurige 2D fotorealistische visualisaties van ruimtelijke ontwerpen in de bestaande omgeving. Dat is met name belangrijk bij visualisaties in gebieden, waar maar weinig punten in de foto aangewezen kunnen worden, waarvan men met zekerheid de plaats in een plattegrond kan aanwijzen of waar onvoldoende hoogtegegevens van bekend zijn. Bij de Toposcopie kan men, als men met een toposcoop werkt, altijd zelf de missende gegevens met enkele metingen aanvullen.
Het principe wordt uitgelegd aan de hand van nevenstaande beelden. Een toposcopisch project bestaat altijd uit een plattegrond en een of meer foto's van de bestaande omgeving. In de plattegrond is een ruimtelijk ontwerp ingetekend. Dat wordt driedimensionaal ingevoerd in de database. Deze informatie kan in perspectief getoond worden op de foto. Foto plus perspectief worden ingelezen in een Paint programma en daar verder uitgewerkt. Een dergelijke visualisatie is snel uit te voeren, is herkenbaar en gegarandeerd maatvast. Met de toposcopische software kunnen realistische pixelbomen zowel in zomer- als in wintervorm vanuit de database over een foto of panorama getekend worden. Voor achtergrond informatie zie Agro-Informaticareeks nr.13, oktober 2002, blz 91-98.
		Plattegrond	Foto

		Perspectief	Visualisatie
Toposcopische maquette als basis voor een animatie.
Met de Toposcopie kan men vrij gemakkelijk in een vroeg stadium een nauwkeurige 3D maquette maken van een infrastructureel ontwerp en dit met landmeetgegevens relateren aan de bestaande situatie. Voor de Provincie Groningen hebben we in samenwerking met Geo Plus uit Scheemda en Artificial Industry een visualisatie gemaakt van de plannen voor het Julianaplein. Geo Plus heeft het verloop van de wegen doorgerekend in het MX programma. Wij hebben er een 3D model van gemaakt en ook de markante gebouwen in het gebied vorm gegeven. Artificial Industry tenslotte heeft onze virtuele maquette in Maya uitgewerkt en er een animatie van gemaakt.
			Video van het Julianaplein
Panorama's ingebouwd in een virtuele wereld.
			Als u op het beeld van het toekomstig natuurlijk beekdal klikt, wordt in de VRML client een soort kijkdoos geopend, die het ontwerp voor het Renkumse beekdal in beeld brengt. U staat in eerste instantie midden in het gebied en kan in de rondte kijken. Het is ook mogelijk wat in het 3D virtuele beeld.te wandelen...
Industrieterrein in afbraak	Toekomstig natuurlijk beekdal
Landschappelijke panorama's hebben als voordeel dat voor het realistisch weergeven van een 3D ontwerp de bestaande omgeving niet helemaal driedimensionaal beschreven hoeft te worden. Een toposcopische foto of panorama kan zelfs als achtergrond dienen voor een flash animatie. Bij de visualisatie van het Julianaplein in Groningen zijn toposcopische panorama's gecombineerd met animaties gemaakt in Maya.