ΕΓΧΕΙΡΙ ΙΟ ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗΣ ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΑΚΙΝΗΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ ΚΑΙ

Transcript

1

2

3 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης ΝΟΜΑΡΧΙΑ Ξάνθης ΗΜΟΣ Ξάνθης ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΚΟΙΝΩΝΙΑ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ» , Γ Κ.Π.Σ. ΑΞΟΝΑΣ 1: ΠΑΙ ΕΙΑ - ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ. ΜΕΤΡΟ 1.3 «ΤΕΚΜΗΡΙΩΣΗ, ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑ ΕΙΞΗ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ» DIGITECH III: Μελέτη τεχνολογιών ψηφιοποίησης σε τρεις διαστάσεις ΕΓΧΕΙΡΙ ΙΟ ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗΣ ΨΗΦΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΑΚΙΝΗΤΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ ΚΑΙ ΧΩΡΩΝ Ινστιτούτο Πολιτιστικής & Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας Κέντρο Εφαρµογών των Τεχνολογιών Επικοινωνίας & Πληροφορίας 2005

4 Ινστιτούτο Πολιτιστικής και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας Κέντρο Εφαρµογών των Τεχνολογιών Επικοινωνίας και Πληροφορίας 2005

5 Προοίµιο Πολλές φορές, µέσα από την καθηµερινή αγωνία οικειοποίησης της νέας τεχνολογίας, αναγκαζόµαστε να διαχωρίζουµε το παρόν από το παρελθόν. Η δική µας εµπειρία δείχνει ακριβώς το αντίθετο. Η πολιτιστική κληρονοµιά µιας χώρας αποτελεί αναπόσπαστο κοµµάτι της ταυτότητάς της. Είναι µία πολύτιµη παρακαταθήκη µε σηµαντικές ανάγκες προστασίας και προσεκτικής διαχείρισης. Η προστασία της αποτελεί ηθικό χρέος όλων µας. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, έχει επιτευχθεί µεγάλη πρόοδος στην διάσωση και στην αποτελεσµατική διαχείριση και προβολή του πολιτιστικού µας θησαυρού. ιάφορες ερευνητικές προσπάθειες αναζητούν τεχνολογικές µεθόδους που θα επιτρέπουν την εύκολη προσπέλαση σε µια ανθεκτική πολιτιστική κληρονοµιά. Η παρούσα Μελέτη αποτελεί αναπόσπαστο τµήµα αυτής της προσπάθειας. Μέσα στις επόµενες σελίδες ξετυλίγεται η ιδέα της τρισδιάστατης ψηφιοποίησης ακίνητων µνηµείων και χώρων. Στόχος της Μελέτης είναι η δηµιουργία ενός εγχειριδίου που θα αποτελέσει βασικό ανάγνωσµα τόσο για ερευνητές και επιστήµονες που θέλουν να ενηµερωθούν για τη χρήση τεχνολογιών και µεθοδολογιών τρισδιάστατης ψηφιακής αποτύπωσης ακίνητων µνηµείων και χώρων, όσο και για κατόχους πολιτιστικής κληρονοµιάς που επιθυµούν να τη διασώσουν µέσω της ψηφιακής τεχνολογίας. Η Μελέτη αυτή περιγράφει διαδικασίες τρισδιάστατης ψηφιοποίησης ακίνητων µνηµείων και χώρων και διαδικασίες επεξεργασίας, αποθήκευσης και διαχείρισης των ψηφιακών αντιγράφων τους. Η πληροφορία που προσφέρει έχει άµεση εφαρµογή τόσο σε έργα που αναφέρονται στην υλοποίηση κέντρων ψηφιοποίησης όσο και σε οποιονδήποτε φορέα-κάτοχο συλλογής πολιτιστικού περιεχοµένου που επιθυµεί την ψηφιακή αποθήκευση του υλικού στην κατοχή του. Χαµζάς Χριστόδουλος Γεώργιος Παυλίδης Βασίλειος Τσιούκας Φώτης Αρναούτογλου i

6 ii

7 Περιεχόµενα Προοίµιο...i Περιεχόµενα... iii Εικόνες... ix Πίνακες... xiii ΜΕΡΟΣ 1ο Εισαγωγή Εισαγωγή στην τρισδιάστατη ψηφιοποίηση Εισαγωγή Χθες και σήµερα Ορισµός της ψηφιοποίησης κινητών και ακίνητων µνηµείων Γενικές κατηγορίες µνηµείων χώρων Θεωρητικό υπόβαθρο γενικές τεχνικές γνώσεις Τρισδιάστατη όραση υπολογιστών Αναπαράσταση τρισδιάστατων επιφανειών Χάρτης βάθους Νέφος σηµείων Πολυγωνικό τριγωνικό πλέγµα Ογκοµετρικά εικονοστοιχεία Συστήµατα τρισδιάστατης οπτικής αναπαράστασης...28 ΜΕΡΟΣ 2ο Περιγραφή των βασικών µεθόδων αποτύπωσης και ανακατασκευής Μέθοδοι τρισδιάστατης ψηφιοποίησης ακίνητων µνηµείων και χώρων Εισαγωγή Αναλυτική τεχνολογική ανασκόπηση Εµπειρικές µέθοδοι Εισαγωγή Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα / Χαρακτηριστικά Εξοπλισµός Τοπογραφικές µέθοδοι Εισαγωγή Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα / Χαρακτηριστικά Εξοπλισµός Βασική Τοπογραφική Ορολογία Βασική επεξεργασία Θεµελιώδη προβλήµατα τοπογραφίας Υπολογισµός υψοµέτρων των παρατηρούµενων σηµείων...59 iii

8 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας 4 Φωτογραµµετρικές µέθοδοι Εισαγωγή Ιστορικά στοιχεία Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα / Χαρακτηριστικά Στάδια εξέλιξης της φωτογραµµετρίας Συστήµατα Συντεταγµένων Στερεοσκοπική Φωτογραµµετρία Μονοσκοπική φωτογραµµετρία Φωτογραµµετρικός Εξοπλισµός Φωτοµηχανές Ψηφιακοί Φωτογραµµετρικοί Σταθµοί Λογισµικό Συγκλίνουσας Φωτογραµµετρίας (Convergent Photogrammetry) ή Πολυεικονικής Μη Στερεοσκοπικής Φωτογραµµετρίας Γενικές παρατηρήσεις για την εφαρµογή φωτογραµµετρικών µεθόδων για την αποτύπωση µνηµείων - χώρων Επίγεια και από αέρα φωτογραµµετρία Ψηφιοποίηση µε χρήση τεχνικών σάρωσης laser ή τριγωνισµού Εισαγωγή Πλεονεκτήµατα µειονεκτήµατα / Χαρακτηριστικά Τεχνικές ανίχνευσης Βασική επεξεργασία Εναλλακτικές µέθοδοι ΜΕΡΟΣ 3ο Προσδιορισµός βέλτιστων πρακτικών αποτύπωσηςψηφιοποίησης Προσδιορισµός της βέλτιστης τεχνικής αποτύπωσης-ψηφιοποίησης Κριτήρια επιλογής ή απόρριψης για την εφαρµογή της εµπειρικής µεθόδου αποτύπωσης Κριτήρια επιλογής ή απόρριψης µεθόδου της τοπογραφικής µεθόδου αποτύπωσης Κριτήρια επιλογής βέλτιστης τεχνικής και καταλληλότερου λογισµικού φωτογραµµετρικής επεξεργασίας για την αποτύπωση µνηµείων - χώρων Ενδείξεις και Προϋποθέσεις για τη Χρήση Φωτογραµµετρικών Τεχνικών Ψηφιοποίησης Μνηµείων - Χωρών Κριτήρια επιλογής ή απόρριψης µεθόδου της ανίχνευσης laser για αποτύπωση Έρευνα αγοράς συστηµάτων τρισδιάστατης αποτύπωσης Εισαγωγή Συγκριτική παρουσίαση τεχνικών χαρακτηριστικών των γεωδαιτικών σταθµών Συγκριτική παρουσίαση των τεχνικών χαρακτηριστικών των Ψηφιακών Φωτογραµµετρικών Σταθµών Συγκριτική παρουσίαση των τεχνικών χαρακτηριστικών των εφαρµογών Συγκλίνουσας Φωτογραµµετρίας iv

9 Digitech III Μελέτη Τεχνολογιών Ψηφιοποίησης σε Τρεις ιαστάσεις 2.5 Συγκριτική παρουσίαση των τεχνικών χαρακτηριστικών των εφαρµογών Φωτογραµµετρικής Αναγωγής Συγκριτική παρουσίαση των τεχνικών χαρακτηριστικών των 3D Laser Scanners Κόστος ΜΕΡΟΣ 4ο Περιγραφή των παραγόµενων ψηφιακών δεδοµένων Περιγραφή των παραγόµενων ψηφιακών δεδοµένων Προϊόντα αποτύπωσης εµπειρικής µεθόδου Προϊόντα τοπογραφικής αποτύπωσης Προϊόντα φωτογραµµετρικής επεξεργασίας εικόνων Προϊόντα αποτύπωσης µε ανίχνευση laser Συσκευές και µέσα αποθήκευσης ψηφιακών δεδοµένων Εισαγωγή Μέσα αποθήκευσης ψηφιακών δεδοµένων και συσκευές ανάγνωσης και εγγραφής τους Μαγνητικά µέσα αποθήκευσης Μαγνητικές ταινίες Μαγνητικοί δίσκοι Το µέλλον της µαγνητικής αποθήκευσης και το υπερ-παραµαγνητικό φαινόµενο Οπτικά µέσα αποθήκευσης Οπτικοί δίσκοι Οπτικές ταινίες Το µέλλον της οπτικής αποθήκευσης Αποθηκευτικά µέσα στερεάς κατάστασης Flash Memory ( Μνήµη Αστραπή ) Σιδηροηλεκτρική µνήµη (FeRAM) Μαγνητική µνήµη (MRAM) Ovonic Unified Memory (OUM) Συγκρίσεις µεταξύ συσκευών και µέσων ιασυνδετικές διατάξεις µεταξύ αποθηκευτικών συσκευών και υπολογιστικών συστηµάτων ( ιεπαφή Interfacing) Συναρµογή ανεξάρτητων σκληρών δίσκων κατά τα πρότυπα RAID Ιεραρχία ψηφιακής αποθήκευσης, υποδείξεις για την επιλογή του αποθηκευτικού µέσου και οδηγίες χρήσης για την καλή λειτουργία Ιεραρχία Ψηφιακής Αποθήκευσης Συσκευές δευτερεύουσας αποθήκευσης Περιφερειακές συσκευές τριτεύουσας αποθήκευσης Μαγνητικά µέσα τριτεύουσας αποθήκευσης Μαγνητο-οπτικά µέσα τριτεύουσας αποθήκευσης Οπτικά µέσα τριτεύουσας αποθήκευσης Μέσα τριτεύουσας αποθήκευσης στερεής κατάστασης ιαδικτυακές υπηρεσίες τριτεύουσα αποθήκευση σε αποµακρυσµένους εξυπηρετητές αρχείων v

10 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας Οδηγίες για την καλή λειτουργία των µέσων και των συσκευών οδήγησής τους Πρακτικές ψηφιακής αποθήκευσης δεδοµένων και εξειδικευµένες συσκευές µαζικής αποθήκευσης Online storage (άµεση πρόσβαση δεδοµένων) Near line storage Offline storage Υποδείξεις επιλογής πρακτικής και τεχνικοµηχανικού εξοπλισµού ψηφιακής αποθήκευσης Τύποι αρχείων τρισδιάστατων δεδοµένων Προβολή και αντιγραφή τους Εισαγωγή Αρχεία αποθήκευσης τρισδιάστατων µοντέλων Προβολή τρισδιάστατων δεδοµένων σε εικονικό περιβάλλον µε χρήση Η/Υ Πρακτικές και τεχνικοµηχανικές λύσεις προβολής τρισδιάστατων θεµάτων Τεχνικοµηχανικός εξοπλισµός προβολής συνθετικών εικόνων από ηλεκτρονικό υπολογιστή για εφαρµογές πολιτισµικού ενδιαφέροντος Οθόνες σωλήνα καθοδικών ακτίνων (CRT- Cathode Ray Tube) Οθόνες υγρών κρυστάλλων LCD, TFT Οθόνες PLASMA Προβολικά συστήµατα (Projectors) Στερεοσκοπική ηλεκτρονική απεικόνιση Οδηγίες για την επιλογή συσκευής ηλεκτρονικής απεικόνισης ηµιουργία Αντιγράφων ηµιουργία ψηφιακών αντιγράφων Τρισδιάστατη Εκτύπωση Τρισδιάστατοι εκτυπωτές εναπόθεσης ύλης Τρισδιάστατοι εκτυπωτές λιθογραφίας Τρισδιάστατη Σµίλευση ΜΕΡΟΣ 5ο Περιγραφή βέλτιστων πρακτικών διαχείρισης, πρόσβασης και ανάκτησης ψηφιακών δεδοµένων Σχεδίαση και υλοποίηση διαδικτυακών πολυµεσικών βάσεων δεδοµένων Εισαγωγή ιαχείριση της πληροφορίας Μεταδεδοµένα Πολυµεσικές βάσεις δεδοµένων και διαδίκτυο Αυτόµατη εξαγωγή µεταδεδοµένων βάση του περιεχοµένου Εισαγωγή στο MPEG Ψηφιακοί περιγραφείς και η λειτουργία τους Περιγραφείς τρισδιάστατων µοντέλων ΜΕΡΟΣ 6ο Αναφορές vi

11 Digitech III Μελέτη Τεχνολογιών Ψηφιοποίησης σε Τρεις ιαστάσεις vii

12 viii Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας

13 Εικόνες Εικόνα 1. ηµοφιλείς µέθοδοι οπτικής αναπαράστασης τρισδιάστατων δεδοµένων...27 Εικόνα 2. Απλά όργανα µετρήσεων. Αποστασιόµετρο laser και µεταλλικό µέτρο...44 Εικόνα 3. Ορισµός της γωνίας διεύθυνσης...52 Εικόνα 4. Πολυγωνική όδευση...52 Εικόνα 5. Πρώτο θεµελιώδες πρόβληµα...54 Εικόνα 6. Τρίτο θεµελιώδες πρόβληµα ή µεταφορά γωνίας διεύθυνσης...55 Εικόνα 7. Βαρυκεντρική µέθοδος οπισθοτοµίας...56 Εικόνα 8. Εφαρµογή εµπροσθοτοµίας...57 Εικόνα 9. Τριγωνοµετρική υψοµετρία...59 Εικόνα 10. Φωτογραµµετρικά συστήµατα µέτρησης συντεταγµένων...65 Εικόνα 11. (α). Αρχική εικόνα. Είναι εµφανής η παραµόρφωση που υφίσταται το κτίριο λόγω της κεντρικής προβολής. (β). Τα σφάλµατα λόγω κεντρικής προβολής και κλίσης έχουν απαλειφθεί...69 Εικόνα 12. Σηµεία resau και τεχνητά φωτοσταθερά σηµεία...72 Εικόνα 13. Ψηφιακός Φωτογραµµετρικός Σταθµός [95]...76 Εικόνα 14. Μέθοδος τριγωνισµού για τον υπολογισµό των συντεταγµένων των σηµείων στο 3 χώρο...85 Εικόνα 15. Μέθοδος τριγωνισµού για τον υπολογισµό των συντεταγµένων των σηµείων στο 3 χώρο µε χρήση δύο οπτικών αισθητήρων...86 Εικόνα 16. Αρχή λειτουργίας της Time of flight τεχνικής τρισδιάστατης ανίχνευσης...87 Εικόνα 17. Νέφος σηµείων και τρισδιάστατη απόδοση ναού στην Ιαπωνία µε χρήση του laser scanner ILRIS-3D της εταιρείας OPTECH...91 Εικόνα 18. Το λογισµικό Cyclone viewer παρέχει τη δυνατότητα στο χειριστή της επικοινωνίας και προεπισκόπησης του νέφους των µετρηµένων σηµείων που σαρώθηκαν µε τους laser scanner Cyra...91 Εικόνα 19. Φωτορεαλιστική παρουσίαση τους νέφους των σηµείων σε περιβάλλον CAD (PointCloud της εταιρείας Kubit GmbH)...92 Εικόνα 20. Γεωµετρία στερεοσκοπικών λήψεων Εικόνα 21. Στερεοσκοπικά ζεύγη για την επεξεργασία σε ΨΦΣ Εικόνα 22. Συγκλίνουσα φωτογραµµετρική λήψη εικόνων Εικόνα 23. Φωτογραµµετρικές λήψεις για την εφαρµογή συγκλίνουσας µη στερεοσκοπικής επεξεργασίας Εικόνα 24. Αρχική και προοπτικά διορθωµένη εικόνα Εικόνα 25. Οι µετρήσεις της κάτοψης ενός χώρου κατά την εµπειρική µέθοδο αποτύπωσης Εικόνα 26. ηµιουργία του εικονικού µοντέλου σε περιβάλλον CAD Εικόνα 27. Wireframe σχεδίαση και φωτορεαλιστική παρουσίαση του τρισδιάστατου µοντέλου που αποτυπώθηκε µε χρήση εµπειρικών µεθόδων..121 ix

14 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας Εικόνα 28. Σχεδιάγραµµα τοπογραφικής αποτύπωσης τοµής καπναποθήκης στην πόλη της Ξάνθης Εικόνα 29. Φωτογραµµετρική απόδοση και τελικό διάγραµµα όψης διατηρητέου κτιρίου Εικόνα 30. Εικονικό µοντέλο φωτογραµµετρικής αποτύπωσης επίπεδων όψεων κτιρίου Εικόνα 31. Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους αρχαιολογικού σκάµµατος Εικόνα 32. ηµιουργία ορθοεικόνας Εικόνα 33. Προβολή ισοϋψών καµπύλων στην ορθοεικόνα. Η εκτύπωση υπό κλίµακα αποτελεί την πληρέστερη τεκµηρίωση της αποτύπωσης ενός αρχαιολογικού σκάµµατος Εικόνα 34. Αποτύπωση των Ενετικών Κάστρων της Πελοποννήσου (Μονεµβασιά). (α). ηµιουργία ορθοεικόνας και εφαρµογή της στο ΨΜΕ. (β). Προβολή του κάνναβου και της ορθοεικόνας. (γ). Φωτορεαλιστικό µοντέλο 130 Εικόνα 35. Αρχή λειτουργίας µαγνητικής αποθήκευσης κατά την εγγραφή και ανάγνωση Εικόνα 36. Μαγνητική ταινία σε ξεχωριστά καρούλια και σε κασέτα Εικόνα 37: Γραµµική εγγραφή δεδοµένων σε παράλληλες ζώνες και ελικοειδή εγγραφή Εικόνα 38. Οφιοειδής εγγραφή / ανάγνωση µαγνητικής ταινίας Εικόνα 39. Ελικοειδής εγγραφή / ανάγνωση µαγνητικής ταινίας Εικόνα 40. Ο προπάτορας των σκληρών δίσκων RAMAC της IBM [108] Εικόνα 41. Το σύστηµα της διπλής µετακινούµενης κεφαλής της αποθηκευτικής συσκευής δεδοµένων RAMAC [107] Εικόνα 42. Τύποι µαγνητικών δίσκων αποθήκευσης δεδοµένων Εικόνα 43. Αρχιτεκτονική συσκευής αποθήκευσης δεδοµένων σε µαγνητικό δίσκο Εικόνα 44. Λογικός κερµατισµός µαγνητικού δίσκου αποθήκευσης Εικόνα 45. Ισόποσος και ανάλογος µε την απόσταση από το κέντρο κερµατισµός των ιχνών Εικόνα 46. Ανατοµεία µαλακού µαγνητικού δίσκου Εικόνα 47. Μαγνητο-οπτικό µέσο (Α) και σχηµατική αναπαράσταση οδήγησής του (Β) Εικόνα 48. Κατά τη φάση εγγραφής των δεδοµένων η πολικότητα του ηλεκτροµαγνήτη αντιστρέφεται και το λέιζερ αναβοσβήνει ώστε να δηµιουργηθεί το κατάλληλο µοτίβο Εικόνα 49. Σχηµατική αναπαράσταση του προσανατολισµού των µαγνητικών πεδίων των κόκκων αποθήκευσης κατά τη διαµήκη και κάθετη εγγραφή Εικόνα 50. Σχηµατική αναπαράσταση της διασποράς των ιχνών Εικόνα 51. ίοδος λέιζερ Εικόνα 52. Τυπική διάταξη συσκευής εγγραφής και ανάγνωσης οπτικών δίσκων Εικόνα 53. Τοµή κοινού οπτικού δίσκου CD-ROM Εικόνα 54. Ίχνη οµόκεντρων κύκλων και σπειροειδούς διαµόρφωσης (HD & CD αντίστοιχα) Εικόνα 55. Η εξέλιξη των οπτικών δίσκων και η αύξηση της χωρητικής τους ικανότητας (σχηµατική αναπαράσταση της επιφανειακής πυκνότητας σε ίχνη x

15 Digitech III Μελέτη Τεχνολογιών Ψηφιοποίησης σε Τρεις ιαστάσεις δεδοµένων, που επιτυγχάνεται µε τη χρήση ακτίνας λέιζερ µικρότερου µήκους κύµατος και καλύτερων οπτικών για την εστίασή της) [215] Εικόνα 56. Σχηµατική αναπαράσταση του τρόπου λειτουργίας της ολογραφικής αποθηκευτικής συσκευής [122] Εικόνα 57. Πειραµατική διάταξη ολογραφικής αποθήκευσης σχεδιασµένη και κατασκευασµένη από ερευνητές του πανεπιστηµίου Stanford των Η.Π.Α. [122] Εικόνα 58. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 59. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 60. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 61. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 62. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 63. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 64. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 65. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 66. Σχηµατική παράσταση κατανοµής χώρου κατά RAID Εικόνα 67. Ιεραρχία αποθήκευσης (η οριζόντια τοµή του τραπεζίου δηλώνει χωρητικότητα) Εικόνα 68. Συστοιχίες µαγνητικών σκληρών δίσκων των 2 και 32 terabytes.231 Εικόνα 69. DVD Tower Εικόνα 70. Αποθηκευτικές συσκευές στερεής κατάστασης ασταθής και µη ασταθής µνήµης Εικόνα 71. Τυπική NLS συσκευή τύπου βιβλιοθήκης µαγνητικών ταινιών. α) Ροµποτική διάταξη που µεταφέρει τις µαγνητικές ταινίες από τα ράφια της βιβλιοθήκης (β) στις συσκευές εγγραφής / ανάγνωσης (γ) και αντίστροφα. β) Ράφια της βιβλιοθήκης µε ταξινοµηµένα τα αποθηκευτικά µέσα. γ) Συσκευές ανάγνωσης και εγγραφής των αποθηκευτικών µέσων Εικόνα 72. Ιεραρχία συστηµάτων αποθήκευσης Εικόνα 73. Τυπική ροή δεδοµένων σε εργαστήριο ψηφιοποίησης Εικόνα 74.: Εικονική αναπαράσταση αντικειµένου ως νέφος σηµείων, συρµάτινη κατασκευή και φωτοσκιασµένο στερεό (περιγραφή από αριστερά προς τα δεξιά) Εικόνα 75 Αναπαράσταση επίπεδης επιφάνειας µε σηµεία και µε τρίγωνα. Αριστερά απεικονίζεται µια επίπεδη επιφάνεια µε νέφος 100 σηµείων, ενώ στο κέντρο και δεξιά απεικονίζεται η ίδια επιφάνεια µόνο µε 4 τριγωνοποιηµένα σηµεία (συρµάτινη κατασκευή και φωτοσκιασµένο στερεό αντίστοιχα) Εικόνα 76: Περιγραφή µιας επιφάνειας µε 4 σηµεία. Η οπτική απόδοση της παραµετρικής επιφάνειας (αριστερά) είναι περισσότερο οµαλή από αυτή της µη παραµετρική (δεξιά) Εικόνα 77. Στέρεο ζεύγος εικόνων Εικόνα 78. Γυαλιά µπλε-κόκκινων φακών και αντίστοιχη ειδική εικόνα Εικόνα 79. Γυαλιά µε αντίθετα πολωµένους φακούς και αντίστοιχη εικόνα Εικόνα 80. Γυαλιά διαφράγµατος υγρών κρυστάλλων και αντίστοιχη εικόνα 280 Εικόνα 81. Οθόνη προσαρµοζόµενη επί της κεφαλής Εικόνα 82. Οθόνες TFT και Plasma µε ειδικές µεµβράνες Εικόνα 83. Οθόνες ογκοµετρικής απεικόνισης Εικόνα 84. Συσκευές µαζική αντιγραφής οπτικών δίσκων (CD/DVD) χειροκίνητης και αυτόµατης εναλλαγής των δίσκων xi

16 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας Εικόνα 85. Συσκευή εκτύπωσης µε εναπόθεση υλικού και δείγµα εκτύπωσης Εικόνα 86. Συσκευές στερεολιθογραφίας µε δείγµατα τρισδιάστατης εκτύπωσης Εικόνα 87. Μηχανές τρισδιάστατης σµίλευσης ελεγχόµενες από Η/Υ Εικόνα 88. ιάφορα σχήµατα και ο αντίστοιχος δείκτης σχήµατος xii

17 Πίνακες Πίνακας I. Αναλυτική αναφορά σε ερευνητικές εργασίες και ανακοινώσεις...35 Πίνακας II. Μονάδες µέτρησης µεγέθους ψηφιακών δεδοµένων Πίνακας III. Σχετική πυκνότητα δεδοµένων µεταξύ ελικοειδούς και γραµµικής σάρωσης Πίνακας IV. Σχετική πυκνότητα ζωνών δεδοµένων ανά ίντσα µαγνητικής ταινίας Πίνακας V. Συνοπτικός πίνακας των πλεονεκτηµάτων και µειονεκτηµάτων των διαθέσιµων µέσων ψηφιακής αποθήκευσης Πίνακας VI. ιάφορες εκδόσεις της τεχνολογίας SCSI Πίνακας VII. Συγκριτικός πίνακας τεχνολογιών διασυνδετικών διατάξεων Πίνακας VIII. Συγκριτικός πίνακας συσκευών δευτερεύουσας αποθήκευσης 218 Πίνακας IX. Χαρακτηριστικά κοινά διαδεδοµένων αρχείων αποθήκευσης 3 θεµάτων Πίνακας X. Σύγκριση µεταξύ των εµπορικά διαθέσιµων τεχνολογιών προβολής Πίνακας XI. Συσκευές ηλεκτρονικής απεικόνισης Πίνακας XII. Οθόνες ενεργής τρισδιάστατης απεικόνισης Πίνακας XIII. Συσκευές µαζικής αντιγραφής µέσων ψηφιακής αποθήκευσης288 Πίνακας XIV. Συσκευές υλοποίησης τρισδιάστατης ψηφιακής γεωµετρίας Πίνακας XV. Σύγκριση µεταξύ διαφορετικών συστηµάτων διαχείρισης βάσεων δεδοµένων xiii

18 xiv Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας

19 ΜΕΡΟΣ 1ο Εισαγωγή

20 16 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας

21 Digitech III Μελέτη Τεχνολογιών Ψηφιοποίησης σε Τρεις ιαστάσεις Εισαγωγή στην τρισδιάστατη ψηφιοποίηση 1.1 Εισαγωγή Ψηφιοποίηση ενός µνηµείου µπορεί να οριστεί η ακριβής αποτύπωση και καταγραφή των γεωµετρικών χαρακτηριστικών του µε τρόπο ώστε να αναπαρίσταται αξιόπιστα η γεωµετρική µορφή και θέση του στο χώρο µε τη χρήση διαγραµµάτων και δισδιάστατων απεικονίσεων αλλά και τρισδιάστατων εικονικών µοντέλων στη µνήµη αλλά και στη οθόνη ενός Η/Υ [104]. Η αναγκαιότητα της καταγραφής των ιστορικών µνηµείων πολιτιστικής κληρονοµιάς της ανθρωπότητας αιτιολογείται από τη σύσταση και λειτουργία διεθνών οργανισµών που έχουν σα κύριο στόχο την διατήρηση τους, που κατά πολλούς αποτελεί τη θεµέλιο λίθο του πολιτισµού. Αυτό είναι ορατό και από τον τίτλο του διεθνούς συνεδρίου που διοργανώθηκε τo 2000 στην Κρακοβία όπου συστήθηκε και το καταστατικό της ιεθνούς Επιτροπής ιαχείρισης της Αρχαιολογικής Κληρονοµιάς (ICAHM - Int'l Committee for Archaeological Heritage Management) µε τίτλο "Cultural Heritage as the Foundation of the Development of Civilisation». H ICAHM αποτελεί έναν από τους βασικούς κλάδους του ICOMOS δηλαδή του διεθνούς συµβουλίου των µνηµείων και των τοποθεσιών (ICOMOS international Committee of Monuments and Sites) που έχει σα στόχο τη διάσωση των πολιτιστικών αγαθών σε παγκόσµιο επίπεδο. Το 17

22 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας ελληνικό τµήµα του ICOMOS δηµιουργήθηκε µετά από πρωτοβουλία του ΤΕΕ το 1972 και έχει σα κύριο στόχο τη διάσωση και προστασία των πολιτιστικών αγαθών τόσο στην Ελλάδα όσο και στο διεθνή χώρο. Συγκεκριµένα δραστηριοποιείται συστηµατικά στην περιοχή της Νοτιοανατολικής Ευρώπης και της Μεσογείου προωθώντας διµερείς σχέσεις και συνεργασίες. Ιδιαίτερη έµφαση δίνονται στη διάσωση των µνηµείων της Βαλκανικής Χερσονήσου που κινδυνεύουν από πολέµους και φυσικά αίτια όπως πχ σεισµοί, πληµµύρες κ.α. Σύµφωνα µε την έκθεση "Principles for the Recording of Monuments, Groups of Buildings and Sites" του ICOMOS κάθε υπεύθυνος εθνικός ή διεθνής οργανισµός που έχει υπό την άµεση εποπτεία του µνηµεία αναλαµβάνει την καταγραφή τους. Η δε καταγραφή πρέπει να γίνεται σύµφωνα µε το άρθρο 16 της διακήρυξης της Βενετίας: «Οι εργασίες συντήρησης, αποκατάστασης και ανασκαφής θα πρέπει να βασίζονται σε εξακριβωµένη τεκµηρίωση, δηλαδή σε αναλυτικές και κριτικές εκθέσεις, εικονογραφηµένες µε σχέδια και φωτογραφίες». Στην προσπάθεια της τεκµηρίωσης των µνηµείων µε τελικό στόχο τη διατήρηση των µνηµείων συµµετέχουν ειδικευµένοι επιστήµονες πολλών διαφορετικών ειδικοτήτων καθώς «η συντήρηση και η αποκατάσταση των µνηµείων αποτελεί έναν επιστηµονικό κλάδο ο οποίος πρέπει να αποτείνεται στη συνεργασία όλων των επιστηµών και όλων των τεχνών που µπορούν να συνεισφέρουν στη µελέτη και τη διάσωση της πολιτιστικής κληρονοµιάς» (άρθρο 2 της διακήρυξης της Βενετίας). Το 1968 ιδρύθηκε µια από τις διεθνείς επιτροπές του ICOMOS, η CIPA (Comité International de Photogrammétrie Architecturale) σε συνεργασία µε την ιεθνή Ένωση Φωτογραµµετρίας και Τηλεπισκόπησης (ISPRS- International Society of Photogrammetry and Remote Sensing). Η αρχικός στόχος της CIPA ήταν η µετάδοση της τεχνογνωσίας από τις επιστήµες των µετρήσεων σε εκείνους τους επιστηµονικούς κλάδους που είναι υπεύθυνοι για την καταγραφή και τεκµηρίωση των αρχιτεκτονικών (και µη) µνηµείων. Το αρχικό προσωνύµιο της CIPA δεν ανταποκρίνεται πλήρως στις δραστηριότητες της επιτροπής και για το λόγο αυτό καθιερώθηκε διεθνώς το όνοµα CIPA Heritage Documentation για να περιγράψει τις δραστηριότητες της επιτροπής 18

23 Digitech III Μελέτη Τεχνολογιών Ψηφιοποίησης σε Τρεις ιαστάσεις που υλοποιούνται στα πλαίσια οµάδων εργασίας (Working Groups) και οµάδων καθηκόντων (Task Groups) που καλύπτουν τις παρακάτω θεµατικές περιοχές. Καταγραφή, Τεκµηρίωση και ιαχείριση Πληροφοριών Πληροφοριακά Συστήµατα Πολιτιστικής Κληρονοµιάς Απλές Μέθοδοι Αρχιτεκτονικής Φωτογραµµετρίας Ψηφιακή Επεξεργασίας Εικόνας Αρχαιολογία Τοπογραφικές µέθοδοι Φωτογραφία και Πολιτισµικά Τοπία Πολλά ενεργά µέλη και εθνικοί εκπρόσωποι της CIPA είναι ειδικευµένοι επιστήµονες µε εµπειρία στην καταγραφή-τεκµηρίωση µνηµείων αλλά και στα συστήµατα διαχείρισης πληροφορίας πολιτιστικής κληρονοµιάς και ειδικότερα σε τοµείς όπως: Τοπογραφικών µετρήσεων χώρου Laser scanning Τοπογραφικών αποτυπώσεων κτιρίων Τεκµηρίωση αρχαιολογικών χώρων ηµιουργία τρισδιάστατων µοντέλων Συντήρηση µνηµείων Αρχαιολογικών ανασκαφών Συστήµατα πληροφοριών Επίγειας φωτογραµµετρίας Ανάλυση και χρήση αρχειακού φωτογραφικού υλικού Πολυµέσα και συστήµατα εικονικής πραγµατικότητας Τεκµηρίωσης πετρογλυφικών και ζωγραφικών µνηµείων Χθες και σήµερα Μέχρι πριν από µερικά χρόνια, όταν η τεχνολογία των Η/Υ και των µετρητικών διατάξεων δεν ήταν τόσο εξελιγµένη όσο σήµερα, η δηµιουργία τρισδιάστατων µοντέλων µνηµείων και µικροαντικειµένων (αρχαιολογικών ευρηµάτων και αντικειµένων τέχνης και πολιτισµού) ήταν µια πολύ δύσκολη 19

24 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας εργασία. Η δυσκολία αυτή οφειλόταν τόσο στη διαδικασία της αποτύπωσης µε ικανοποιητική ακρίβεια του υπό µελέτη τρισδιάστατου αντικειµένου όσο και στην οπτικοποίηση του µοντέλου του. Παλαιότερα, η κοινή πρακτική για την αποτύπωση των µνηµείων και αντικειµένων γινόταν µε τη χρήση µη αυτοµατοποιηµένων διαδικασιών για τη µέτρηση χαρακτηριστικών σηµείων του αντικειµένου χρησιµοποιώντας απλές µετρητικές διατάξεις όπως πχ µιας µετροταινίας ή ενός γεωδαιτικού σταθµού όσον αφορά την αποτύπωση µεγάλων ακίνητων αντικειµένων ή ενός υποδεκάµετρου σε συνδυασµό µε ένα παχύµετρο για τη µέτρηση µικροαντικειµένων πολιτιστικής κληρονοµιάς. Τα παραγόµενα προϊόντα σε αυτή την περίπτωση δεν παρουσίαζαν το συνολικό τρισδιάστατο µοντέλο του αντικειµένου αλλά συνήθως παρουσίαζαν την αποτύπωση σε ένα χάρτινο φορέα υπό κλίµακα των χαρακτηριστικών όψεων, κατόψεων και τοµών του αντικειµένου. Η δηµιουργία του ψηφιακού µοντέλου ενός τρισδιάστατου αντικειµένου έγινε πραγµατικότητα µε την εισαγωγή των ψηφιακών τεχνικών και των Η/Υ για την αναπαράσταση των αντικειµένων στις επιστήµες που ασχολούνταν µε τη µελέτη τους (π.χ. τοπογραφία, αρχιτεκτονική, αρχαιολογία). Ειδικότερα, η ανάπτυξη εφαρµογών τρισδιάστατης παρουσίασης και οπτικοποίησης στην οθόνη ενός Η/Υ ενός τρισδιάστατου µοντέλου, ώθησε τη χρήση ψηφιακών τεχνικών τρισδιάστατης αποτύπωσης και µετρήσεων µε χρήση νέων εξελιγµένων µετρητικών διατάξεων που είναι σε θέση να παρέχουν µε αυτοµατοποιηµένες διαδικασίες τη θέση στο χώρο ενός µεγάλου αριθµού χαρακτηριστικών σηµείων που απαρτίζουν την εξωτερική επιφάνεια και οριοθετούν το αντικείµενο είτε αυτό είναι ένα µικροαντικείµενο (π.χ. αγαλµατίδιο) ή ένα αρχιτεκτονικό µνηµείο ή κτήριο µε ιδιαίτερα σηµαντική πολιτιστική αξία. Τα οφέλη που προκύπτουν από τη δηµιουργία των τρισδιάστατων µοντέλων των αντικειµένων πολιτιστικής κληρονοµιάς είναι πάρα πολλά και σηµαντικά και ωθούν ολοένα και περισσότερο στη χρήση νέων ψηφιακών τεχνικών αποτύπωσης από τα ινστιτούτα και τους οργανισµούς που ασχολούνται µε τη µελέτη και συντήρηση τους. 20

25 Digitech III Μελέτη Τεχνολογιών Ψηφιοποίησης σε Τρεις ιαστάσεις Θα µπορούσαν να αναφερθούν µερικά από αυτά τα οφέλη που ενισχύουν την τρισδιάστατη καταγραφή τους: 1) Καθώς πολλά από τα αντικείµενα της πολιτιστικής κληρονοµιάς είναι παλαιά και εν µέρη ή στο σύνολό τους υπό κατάρρευση η δηµιουργία του µοντέλου οδηγεί i. Στη µελέτη για πιθανή αποκατάσταση τους εάν πρόκειται για κτίρια και µεγάλα ακίνητα µνηµεία ii. Στη µελέτη του µοντέλου αντί του ίδιου αντικειµένου µε σκοπό την αποφυγή ενεργειών που θα επιφέρουν σηµαντικές βλάβες στο ίδιο εφόσον πρόκειται για µικροαντικείµενα 2) Τα τρισδιάστατα µοντέλα που δηµιουργούνται µπορούν να αποτελέσουν ένα επιπλέον στοιχείο καταγραφής τους που είναι δυνατόν να ενσωµατώνεται σε µια συλλογή (Βάση εδοµένων) όλων των παρόµοιων αντικειµένων πχ αγαλµατιδίων που παρουσιάζουν µια συγκεκριµένη µορφή ή ανήκουν σε συγκεκριµένη ανασκαφή ενός αρχαιολογικού χώρου. Είναι ιδιαίτερα σηµαντικό για ένα αρχαιολόγο ή γενικά µελετητή να έχει συγκεντρωµένα όλα τα στοιχεία που αφορούν το αντικείµενο της µελέτης του. Ένα από τα σηµαντικότερα στοιχεία που θα πρέπει να έχει ο µελετητής στη διάθεσή του είναι και η µορφή και η γεωµετρία του αντικειµένου που µελετά και ο πλέον ενδεδειγµένος τρόπος είναι η χρήση τρισδιάστατων µοντέλων που µπορεί να παρουσιαστούν στην οθόνη ενός τυπικού Η/Υ. Η απλή φωτογραφική απεικόνιση των αντικειµένων δεν είναι σε θέση να προβάλει σε ικανοποιητική ακρίβεια τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά των αντικειµένων καθώς δεν παρουσιάζουν συνολικά τη µορφή τους και δεν παρέχουν την πληροφορία της κλίµακας και οπότε και τις διαστάσεις τους. Για το λόγο αυτό το τρισδιάστατο εικονικό µοντέλο των αντικειµένων είναι το πλέον κατάλληλο εργαλείο για τη µελέτη τους από ένα έµπειρο επιστήµονα. 3) Η δηµιουργία ενός εικονικού µουσείου µέσω του διαδικτύου, που θα περιέχει τα τρισδιάστατα µοντέλα αντικειµένων µεγάλης αρχαιολογικής και αρχιτεκτονικής αξίας θα µπορέσει να αποτελέσει ένα από τα 21

26 Ι.Π.Ε.Τ./Κ.Ε.Τ.Ε.Π. Ινστιτούτο Πολιτιστικής Και Εκπαιδευτικής Τεχνολογίας σηµαντικότερα προϊόντα για την ανάδειξη της πολιτιστικής κληρονο- µιάς της χώρας µας. Θα δοθεί δυνατότητα σε ένα µεγάλο µέρος πολιτών να έρθουν σε επαφή και να γνωρίσουν τον πολιτιστικό πλούτο που διαθέτει η χώρα µας χωρίς να είναι υποχρεωµένοι να ταξιδεύσουν στο χώρο που φιλοξενούνται τα ίδια τα αντικείµενα. Επίσης, είναι πολύ σηµαντικό για τη χώρα µας να παρουσιαστεί παγκοσµίως αυτός ο ιδιαίτερης οµορφιάς αρχαιολογικός και αρχιτεκτονικός πλούτος και ο καλύτερος τρόπος είναι µε τη χρήση εικονικών µουσείων µέσω του διαδικτύου. Το εικονικό µουσείο µπορεί κάλλιστα να µην είναι προσβάσιµο από το διαδίκτυο αλλά να τοποθετείται σε πληροφοριακά περίπτερα (information kiosk) είτε εντός του κτιρίου του µουσείου ή σε χαρακτηριστικά σηµεία της πόλης που φιλοξενεί το µουσείο. Η προβολή των εκθεµάτων του µουσείου µπορεί να προκαλέσει την επίσκεψη του περιηγητή αλλά και να δώσει µια διαφορετική οπτική γωνία στην παρουσίαση των εκθεµάτων, εφόσον συνδυαστεί το τρισδιάστατο µοντέλο των αντικειµένων µε τεχνικές πολυµέσων πχ. µε ήχο αφήγησης και την κίνηση ή την εικονική πλοήγηση του Ορισµός της ψηφιοποίησης κινητών και ακίνητων µνηµείων Γενικές κατηγορίες µνηµείων χώρων Τα τρισδιάστατα µοντέλα των αντικειµένων µεγάλης πολιτιστικής αξίας µπορεί να διακριθούν ανάλογα µε το µέγεθος τους και τη δυνατότητα της ψηφιοποίησης τους. Έτσι διακρίνονται δυο κατηγορίες τα κινητά και τα ακίνητα αντικείµενα. Τα κινητά µπορεί να είναι οποιαδήποτε µικρού µεγέθους και διαστάσεων εύκολα στη µεταφορά αντικείµενα των οποίων η ψηφιοποίηση µπορεί να γίνει σε ειδικά εργαστήρια µε χρήση ειδικών µετρητικών διατάξεων όπως είναι οι ανιχνευτές laser. Η χρήση των τεχνικών ψηφιοποίησης µπορεί να οδηγήσει στον υπολογισµό της θέσης στο χώρο (σε ένα ανεξάρτητο και αυθαίρετο τρισορθογώνιο σύστηµα συντεταγµένων) των σηµείων που συνθέτουν την εξωτερική επιφάνεια του αντικειµένου. Κατά καιρούς έχουν προταθεί πολλές 22