Improving the utilization of close-range photogrammetry and terrestrial laser scanning for photorealistic urban 3D modeling

Kaupunkien fotorealistisista 3D-malleista on tullut yhä arvokkaampia ja kysytympiä työkaluja kasvavien ja tiivistyvien kaupunkiympäristöjen visualisoinnissa, hallinnoinnissa, kehittämisessä ja ymmärtämisessä. Erityisesti lähifotogrammetria ja maalaserkeilaus kykenevät tuottamaan tarkkoja, yksityiskohtaisia ja fotorealistisia 3D-malleja monimutkaisista kaupunkiympäristöistä. Nämä 3D-mittausmenetelmät ovat toisiaan täydentäviä ja tarkkoja, mutta niillä tuotettujen 3D-mallien ulkonäön laatua on tutkittu yllättävän vähän fotorealististen sovellusten näkökulmasta. Lisäksi sovellusalustat ovat 3D-mallien hyödyntämisen kannalta merkittävässä roolissa. Väitöskirjatyössä kehitettiin tapoja parantaa lähifotogrammetrian ja maalaserkeilauksen hyötykäyttöä fotorealistisessa 3D-kaupunkimallintamisessa. Ensin tunnistettiin olennaiset sovellusalustat tutkimalla käynnissä olevia 3D-kaupunkimallinnushankkeita. Sitten tehokasta mallintuotantoa testattiin kaupunkiympäristön fotorealistista verkkosovellusta varten ja eri mallinnusmenetelmiä (lähifotogrammetriaa, maalaserkeilausta ja niiden yhdistelmää) verrattiin toisiinsa arvioimalla mallien geometrian ja teksturoinnin laatua. Lopuksi maalaserkeilainten tuottaman pistepilven värjäyksen laatua analysoitiin värien ja yksityiskohtien toistokyvyn näkökulmasta. Tulokset osoittivat 3D-grafiikan reaaliaikaiseen renderöintiin perustuvien alustojen (pelimoottorit ja virtual globe -alustat) olevan olennaisimpia sovellusalustoja fotorealististen 3D-kaupunkimallien hyödyntämiseen. Lähifotogrammetrian ja maalaserkeilauksen välisen integroinnin havaittiin olevan hyvä kompromissi, jossa yhdistyvät lähifotogrammetrian parempi teksturoinnin laatu sekä maalaserkeilauksen parempi geometrinen laatu. Lopuksi maalaserkeilainten tuottaman pistepilven värjäyksen laadun arviointiin kehitettiin uusi menetelmä, joka paljasti fotorealististen sovellusten kannalta merkittäviä laatueroja kaikkien menetelmällä testattujen kaupallisten laserkeilainten ja asetusten välillä. Tutkimustyö paransi testattujen 3D-mittausmenetelmien hyödyntämismahdollisuuksia fotorealistisen 3D-kaupunkimallinnuksen tarpeisiin sekä tarjosi uutta tietoa niiden tehokkuudesta ja laadusta. Fotorealistisissa sovelluksissa on tärkeää ymmärtää 3D-mallin laatu kokonaisvaltaisesti sekä mallin geometrian että ulkonäön kannalta. Työssä tutkitut 3D-mittausmenetelmät ja reaaliaikaiseen renderöintiin perustuvat alustat yhdessä mahdollistavat fotorealististen ja yksityiskohtaisten 3D-kaupunkimallien tehokkaan tuotannon sekä hyötykäytön niin uusilla kuin jo vakiintuneillakin sovellusaloilla.