CAD v archeológii II. – základné pravidlá modelovania

January 10th, 2010 § 1

V tejto časti seriálu CAD a archeológia sa pokúsim natieniť základné princípy kreslenia a modelovania v dokumentačnej praxi.

In this part of CAD in archaeology I’ll try to sketch a basic principles of CAD modeling in documentation praxis.

  1. Uvedené zásady sú aplikačne nezávislé.
  2. Sú výsledkom mojich skromných pozorovaní a úvah a nepredstavujú kodifikovaný štandard.
  3. Okrem vlastných úvah sú pre mňa veľkou motiváciou nasledovné štúdie:

Model, nie kresba

  • Kresba je len grafickou náhradou, model je reálnou prezentáciou zobrazovanej skutočnosti. Pokiaľ kresba len substituuje realitu škálou grafických symbolov, dokáže CAD model zobraziť bod, líniu, plochu a hmotu ako reálne objekty
  • kresba (zväčša) je jedným z možných grafických vyjadrení situácie – typicky je nálezová situácia výskumu prezentovaná sadou tematických kresieb. CAD model je jeden korpus všetkých grafických dát
  • CAD model poskytuje údaje o reálnych metrických charakteristikách (dĺžka, plocha, objem) bez nutnosti ďalších výpočtov (cez merítko)
  • CAD model je segmentovaný (viď nižšie) a je dotazovateľný po atribútoch
  • CAD model je kompatibilný a ľahko zdieľateľný so systémami príbuzných oborov (geodézia, územné plánovanie, architektúra, GIS)
Fig. 01. CAD model in two simultaneos views. Fig.02. Print result on specifiic demand. CADový model v simultánnych dvoch náhľadoch s rôznou projekciou (obr.01) a odfiltrovanie niektorých dát pre výstup do tlače v čierno-bielom prevedení (obr. 02).

Rozdiel je zrejmý pri porovnaní rozšíreného použitia (bohužiaľ) DTP kreslítka Corel Draw pri dokumentácii nálezových situácií – v Coreli sa vytvára kresba, ktorej nasledovné použitie sa obmedzuje na vizuálne hodnotenie situácie. Ideálnym spôsobom tvorby grafickej dokumentácie je CADový model, ktorý (hodnotený z rôznych náhľadov) je dotazovaný podľa špecifických požiadaviek a na základe týchto sú tvorené tlačové výstupy.

2D, 2.5D a 3D

Vzhľadom k natívnemu 3D engine CADu a skutočnosti, že data získavané výskumom sú zvačša už georeferencované (výstupy z totálok), štandardným spůsobom terénnej dokumentácie je modelovanie v 3D. Projekcia do 2D je samozrejme vždy možná, obrátene to však nefunguje. Po 3D nemám na mysli plány / rezy s dodanou informatívnou hodnotou (údaje o niveletách apod.).
V praxi je možné vypozorovať príklon k “nepravému 3D”, resp. 2.5D, ktoré vzniká skladaním planárnych dokumentovaných situácií do jedného modelu (základ tvoria 2D projekcia fotogramov a vektorizovaných kresieb). Tento jav je zrejmý pri dokumentovaní nepravidelných štruktúr (rozpadlé murivá a pod) ((1 2.5D nie je ten správny termín sensu stricto viď http://en.wikipedia.org/wiki/2.5D , ale pre uchopenie myšlienky asi najvhodnejší)).

Fig.03. Fig.04. Obr.03-04. Ukážka nepravidelností na styčných hranách muriva, ktoré vznikalo zložením z viacerých 2D situácií.

Vizuálne štýly modelovaných entít

Modelovanú entitu je možné zobrazovať základnou wireframe kompozíciou (línie, body), dvojrozmernými povrchmi (face, mesh) a telesami (3D solid). V princípe platí, že pri dodržaní minimálneho penza modelových entít (viď nižšie) je možné typy zobrazenia tranformovať – t.j. z wireframe na plošný a telesá a vice-versa – typickou ukážkou je štúdia modelovania nálezovej situácie z jednoduchej terénnej dokumentácie.

Fig. 05. CAD wireframe, part of excavation. Fig. 06. CAD wireframe with surfaces, part of excavation. Fig. 07. CAD solid model, part of excavation.

Je podstatné, aby dokumentačný model mal nadefinovanú úroveň typu vykreslenia a tú v rámci celého modelu štandardne dodržiaval. Wireframe model je rýchly pre tvorbu a má najnižšie systémové nároky, nie je však možné ho renderovať a neumožňuje napr. kolízne analýzy.
S modelovaním situácie na úrovni solidov sa človek stretne výnimočne, pre “pekné vizualizácie” je dostatočný model tvorený plošnou projekciou.

Archeoentity a pravidlá ich vykresľovania

Zatiaľčo prevažnú väčšinu dokumentovanej skutočnosti je možné modelovať zásadami geodézie, krajinného inžinierstva, či architektúry (geodetické merania, polygony aktivity, povchy terénu a pod.), modelovanie základných archeologických entít (stratigrafické jednotky, ďalej SJ) zatiaľ nemá súbor odpovedajúcich pravidiel.
V zásade sa SJ delia na depozit, negatív a koštrukciu ((2 V intenciách Sira E. C. Harrisa. Nemá význam na tomto mieste rozoberať jemné odtienky “stykových plôch”, ktoré sú často považované za samostatnú jednotku stratigrafie)). Identifikácia SJ = identifikácia jej povrchu; z uvedeného teda vyplýva, že dokumentácia SJ = dokumentácia povrchu/povrchov SJ. Minimálne penzum pre dokumentáciu jednotlivých typov SJ v 3D s predpokladom možného budúceho modelovania povrchov a telies je nasledovné ((3 je samozrejme možné ísť nadštandard a zvýšiť množstvo dat zbieraných v teréne – napr. za účelom realistickejšieho modelovania povrchov depozitov, vystihnutia zlomových hrán a negatívov a pod. Je irelevantné, akým spôsobom sú tieto data získané – kreslením na milimetrový papier, trackingom za pomoci TS, fotogrammetricky…)):

  • Depozit – horný povrch depozitu, formou uzavretej obrysovej polyline
  • Negativ – horný okraj (uzavretá obrysová polyline) a aspoň jeden profil jeho povrchu
  • Konštrukcia – povrchy stykových ploch formou obrysových línií
Fig. 08. Deposite and its modeling. Fig. 09. Negative and its modeling. Fig. 10. Structure and its modeling.
Definícia minimálneho penza dokumentácie stratigrafických jednotiek – červené línie. K úspešnému (hoc schematizovanému) modelovaniu depozitu postačuje obrys jeho povrchu (obr. 08), negatív musí disponovať hornou hranou a aspoň jedným profilom (obr. 09) a modelovanie konštrukcie závisí na úspešnom zachytení obrysob stykových plôch (t.j. hrán – obr. 10).

Definícia povrchu stratigrafickej jednotky je v každom prípade záležitosť terénneho pozorovania. Častým neduhom je neschopnosť atomizovať nálezovú situáciu na jednotlivé stratigrafické prvky (udalosti) a následne chybná definícia ich pôvodných povrchov – čož je v drtivej väčšine prípad negatívov, ktoré porušujú depozíciu. Obr. 11-14 slúžia ako ukážky takýchto prípadov.

Fig. 11. A part of terrain situation - sketch with wrong interpretative lines. Dlažba na pôdorysnej skici (obr. 11) je definovaná jedným typom obrysovej čiary, ktorá definuje jej okraj – vyjmä severnej strany je však pôvodný rozsah dlažby “ohryzaný” negatívmi, ktorých priebeh nie je definovaný. Na Obr. 12 správna definícia obrysu dlažby – jediný zachovaný okraj je vykreslený hrubou čiarou.
Fig. 12. CAD model of previous situation with right context border.

 

Fig. 13. A part of terrain situation - sketch with wrong interpretative lines. Fig. 14. CAD model of previous situation with right context border (negative). Obr. 13-14.Identická situácia v profile – skica konštrukcie postráda definovaný negativ, ktorý zlikvidoval jej pôvodný povrch.

 

V prípade nálezovej situácie, ktorá je dokumentovaná výlučne rezmi sú pravidlá analogické:

  • depozit je identifikovaný líniou svojho povrchu v reze (t.j. v prípade topologických analýz je depozit “všetko pod jeho identifikačnou líniou až po nasledovný povrch”) – otvorená polyline
  • negativ je vektorizovaný podľa svojho skutočného priebehu (otvorená polyline)
  • konštrukcia je regiónom ohraničením líniou stykových plôch (uzavretá polyline)
Fig.15. Drawing units in profile - photogramm. Fig.16. Drawing units in profile - vectorised photogramm. Fig.17. Drawing units in profile - vectorised result. Fig.18. Drawing units in profile - vectorised result and topology of units fill.
Príklad pravidiel vykresľovania SJ na reze. Negatívy vyznačené červenou farbou, konštrukcia modrou, depozit má z dôvodu odlíšenia každý iný farbu. Obr. 15 a 16. len predstavujú situáciu, obr. 17. definuje pravidlá vektorizovania povrchu depozitov. Obr. 18. je uplatnenie jednoduchého topologického pravidla “objem depozitu je určený jeho povrchom smerom nadol až po povrch nasledovného depozitu/depozitov” prostredníctvom farebnej šrafy. Povšimnite si SJ 7000 (spraš) – jej pôvodný povrch nie je zachovaný (a teda ani vektorizovaný), nakoľko sa do neho zahlbujú negatívy.

Vykresľovanie depozitov v reze spôsobom, akým ho prezentoval H. Eiteljorg (t.j. jeho spodná hranica a hranice polygonu výskumu) vedie k minimálne k dvom problémom – 1. je nutné dodatočne definovať (merať) povrch terénu a 2. týmto spôsobom vlastne nie je možné definovať najnižší depozit stratifikácie (často geologické podložie), nakoľko k jeho spodnej hranici nie je možné dospieť.

Fig.19. H. Eiteljorgs profiles with units. Obr. 19. Prevzaté z publikácie Eiteljorg – Limp 2006, s. 197, obr. 42, 43. Autori vektorizujú rezy nálezovej situácie spôsobom, ktorý považujem za nesprávny – po spodnej hrane depozitov…

Štrukturovanie CADového modelu

Je pravdepodobne najdôležitejší problém. Znamená definovať hierarchiu modelu tak, aby sa v ňom dali dáta vyhľadávať, filtrovať a zobrazovať podľa relevantných kritérií (H. Eiteljorg používa výstižný termín “segmentácia”). Všetky v záhlaví uvedené zdroje túto záležitosť ponímajú len ako problém radenia kreslených objektov do hladín a ich filtrovanie (problematika Layer Naming Convention). Jedná sa o neblahý dôsledok výlučného užívania čistého AutoCADu a nie pokročilejších profesných nadstavieb, kedy je možné kreslené objekty asociovať i s objektovými datami, externými databázami a vytvárať GISovské “features”.
V prípade napr. výskumu Ústí nad Labem – FORUM bol CADový model hierarchizovaný nasledovne – základný nadradený mapový projekt (Autodesk Map 2008), ktorý menežuje podriadené zdrojové výkresy rozdelené z kapacitných dôvodov podľa plôch výskumu (Plocha I – III). Objekty vo všetkých výkresoch sú radené do hladiny podľa typu SJ (t.j. depozit/negatív/konštrukcia) a ku všetkým SJ je nalinkovaná externá databáza s údajmi o kontextoch. Vykresľovanie v nadradenom mapovom projekte prebieha na základe dotazov na podriadené výkresy, v konečnej inštancii je možné ešte vypínať/zapínať hladiny podľa potreby (viď i tento príspevok na serveri TerraVerita).

Fig.20. Hierarchy of data in CAD model. Obr. 20. Ukážka datových štruktúr CAD modelu z výskumu Ústí nad Labem – FORUM. Vľavo hierarchia podriadených výkresov a databázových linkov na stratigrafické postupnosti, vpravo hore zoznam Layerov vyfiltrovaných dotazom a vpravo dole dialógové okno dotazov. Autodesk Map 2008.

Zhrnutie

  1. CADový model je konzistentný súbor všetkých vektorových dát a iných externých dát z výskumu (nemusí byť jeden počítačový súbor vo fyzickom zmysle).
  2. Je vytváraný 3D a v merítku 1:1, je georeferencovaný v definovanej projekcii.
  3. Vykreslené data sú štruktúrované (“segmentované”) podľa určitého kľúča, ktorý umožňuje ich vyhľadávanie, filtrovanie a dotazovanie.
  4. Jednotky stratigrafie sa delia podľa typu a každý typ má určité pravidlá zberu dat a ich vizualizovania. Všeobecne však platí, že model musí vystihovať povrch/povrchy stratigrafickej jednotky.

[serialposts]

otagované / tagged: ,

§ 1 komentár k “CAD v archeológii II. – základné pravidlá modelovania”

kde som? / where am i?

práve čítaš CAD v archeológii II. – základné pravidlá modelovania v ďobo-CADzone, true men don't kill coyotes and use AutoCAD….

meta