Dysponent: Uniwersytet Jagielloński, Instytut Archeologii; PCSS-IChB PAN
Kontakt: dr hab. Radosław Palonka, prof. UJ 
mgr Jacek Walczak
Opis metody
Naziemny skaning laserowy TLS (Terrestrial Laser Scanning) architektury i zabytków wilekogabarytowych jest nieinwazyjną metodą pomiarową wykorzystującą wiązkę lasera do rejestracji powierzchni skanowanego obiektu. W wyniku wielu cykli pomiarowych powstaje tzw. chmura punktów skanowanej powierzchni, z których każdy zawiera informację przestrzenną XYZ, intensywność odbicia wiązki lasera od powierzchni oraz wartość koloru RGB. Podczas jednego cyklu skanowania skaner rejestruje od kilku do kilkudziesięciu milionów punktów. Po połączeniu wszystkich pozycji skanowania otrzymujemy projekt składający się z kilkuset milionów punktów, które odzwierciedlają geometrię skanowanego obiektu. Kolorystyka obiektów rejestrowana jest podczas procesu skanowania dzięki zintegrowanej ze skanerem kamerze, która wykonuje serie zdjęć małej rozdzielczości tworząc obrazy, których piksel odpowiada określonym punktom skanowania, dzięki czemu odpowiednia wartość RGB zostaje przypisana do konkretnego punktu. Chmura punktów jest podstawowym produktem skanowania, służącym do dalszego przetwarzania w zależności od sposobu wykorzystania. Na jej podstawie generowane są siatki mesh rzeczywistych modeli trójwymiarowych, jak również modeli schematycznych wykorzystywanych na przykład w środowisku CAD i BIM/HBIM. Dane wykorzystywane są również w analizach przestrzennych GIS po odpowiednim zorientowaniu chmury punktów w określonym układzie współrzędnych.
Digitalizacja skanerem 3D Faro architektury kamiennej ze stanowisk Two Story House i The Gallery prekolumbijskiej kultury Pueblo z pd.-zach. części Kolorado, USA (fot. P. Micyk, R. Słaboński).
Zastosowanie:
Skaning laserowy trójwymiarowy wykorzystywany jest z powodzeniem w wielu dziedzinach, m.in. w archeologicznej dokumentacji obiektów i zabytków ruchomych małogabarytowych (np. ceramika), ale też pozostałości architektonicznych i w projektowaniu architektonicznym – inwentaryzacja architektury, wykorzystanie w projektowaniu BIM, inżynierii, ale także w przemyśle nafto-gazowym oraz offshore. Tworzone są tzw. cyfrowe bliźniaki istniejących obiektów np. obiektów historycznych lub inżynieryjnych, które służą do zarządzania informacją i planowaniem, a jednocześnie są cyfrowym zabezpieczeniem obiektów w razie ich fizycznego uszkodzenia (przykładem jest skaning laserowy katedry Notre Dame w Paryżu wykonany przed jej pożarem).
Analiza i tworzenie wysokiej rozdzielczości ortofotoskanów za pomocą oprogramowania RealityCapture (wyk. B. Zych).
Instrument
Faro Focus 3D S120, skaner fazowy o zasięgu lasera od 0.6m do 120m z błędem pomiarowym 2mm na 25m. Skaner wykonuje skany sferycznie – 320O wertykalnie i 360O horyzontalnie. Ilość punktów skanowania podczas jednego cyklu wynosi od 2 do 136 mln punktów. Rejestracja koloru za pomocą zintegrowanej kamery w trybie HDR. Pozycje skanowania rejestrowane są z wykorzystaniem punktów kontrolnych w postaci czarno-białych szachownic, kul sferycznych lub w procesie autonomicznym chmura do chmury.
Warunki badania
Skanowanie może być wykonywane wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń, również w całkowitej ciemności ale bez rejestracji koloru. Optymalnymi warunkami jest stałe równomierne oświetlenie zewnętrzne. Brak możliwości skanowania na zewnątrz w deszczowe dni.
Format wyników
Wynikiem jest chmura punktów dostarczana w różnych formatach np: FLS, E57, las, dxf i inne. Ortofotoskany generowane z rzutów i przekrojów przez chmurę w formatach – .jpg, .png, .TIFF. Powyższe formaty są podstawowymi, służącymi do dalszego przetwarzania w zależności od środowiska oprogramowania (CAD, BIM, GIS).
Wysokiej rozdzielczości dokumentacja ortofoto poszczególnych ścian jednego z budynków na stanowisku Two Story House (wyk. B. Zych, R. Palonka).
Przykład finalnej dokumentacji rysunkowej 2D ze skanów 3D jednego budynku na stanowisku Two Story House (wyk. B. Zych, R. Palonka).
Tworzenie symulacji terenu i stanowiska Two Story House w środowisku wirtualnym, w tym wypadku silniku gier Unreal Engine 4 (wyk. B. Zych).
Publikacje
- Radosław Palonka, Polly Schaafsma, Vincent M. MacMillan, Robert Słaboński, Paweł Micyk. 2023 Digital documentation and analysis of Native American rock art and Euro-American historical inscriptions from the Canyons of the Ancients National Monument, Colorado. Antiquity 97(393): E17. doi:10.15184/aqy.2023.48
- Radosław Palonka, Paulina Lewińska, Bolesław Zych. 2023. Inventory and digital documentation for unveiling the hidden secrets of pre-Columbian heritage sites – an example of Ancestral Pueblo Community from the Mesa Verde region, southwestern Colorado, USA. Digital Applications in Archaeology and Cultural Heritage, Vol. 28, March 2023, e00256 https://doi.org/10.1016/j.daach.2023.e00256
- Radosław Palonka, Bolesław Zych, Vincent M. MacMillan, and Jakub Śliwa. 2022. Photogrammetry and 3D laser scanning as methods of digital documentation of Ancestral Pueblo sites in the canyons of the Mesa Verde region, Colorado (USA). In Ł. Miszk et al. (eds.), Proceedings from the Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology (CAA) 2019 Conference, pp. 17–33. Tübingen University Press, in print.