Hippolytuskerk Middelstum

Samen met Blue Shield Nederland en de Stichting oude Groninger kerken hebben we de Hippolytuskerk te Middelstum volledig ingescand.

De kerk is gebouwd in 1445 op de plaats van een houten kerk; de kerk is in 1523 verbouwd en vergroot. Sindsdien is er weinig meer verandert aan de kerk. De kerk staat middenin het door aarbevingen geteisterde gebied in Noord Oost Groningen. Helaas is dat goed te zien, in vrijwel alle gewelven zitten scheuren.

Het inscannen van de kerk hebben we gedaan met onze Faro Focus 3D in 2 dagen tijd, alles bij elkaar 111 scans in kleur. Een hele berg foto’s en een groot aantal details in hoge resolutie en kleur met de Artec EVA.

Deze manier van vastleggen maakt het mogelijk om allerlei analyses te doen aan het gebouw en erger te voorkomen, en in noodgeval de kerk zo goed mogelijk te kunnen reconstrueren. Iets wat in Noord-Oost Groningen helaas niet ondenkbaar is.

De laserscans zijn uitgewerkt tot doorsnedes, aanzichten en plattegronden.

2016-09-21-14_51_52-start

Een aantal details zijn met de Artec ingescand.

Capturing Reality trial

Een aantal dagen geleden heb ik een trial van nieuwe software uitgeprobeerd, een aantal van de features wil graag met jullie delen. In eerste instantie is Capturing Reality een programma dat 3D-modellen maakt op basis van fotogrammetrie net als Visual SFM,  Photoscan, Photomodeler of 123D Catch. Al deze programma’s maken in basis gebruik van hetzelfde algoritme/techniek ‘structure from motion’, waarbij in vele foto’s van hetzelfde object overeenkomende punten worden herkend, dat wordt de ‘sparse’ pointcloud genoemd; daarna wordt er nog een tweede keer gekeken naar overeenkomende punten op basis van de registratie die uit de eerste berekening is gekomen. Daaruit komt de ‘dense’ pointcloud, die ziet er al mooi uit maar de software kan dan in een volgende stap de puntenwolk omrekenen tot een gesloten mesh.
2015-12-07 16_46_35-New project - RealityCapture

Tot zo ver niks nieuws, Capturing Reality heeft echter nog wel een aantal trucjes die het vernieuwend maken.

Om te beginnen kunnen we na het maken van de sparse pointcloud een ‘reconstruction region’ aangeven, dat wil zeggen dat alleen objecten die binnen deze regio vallen worden gereconstrueerd. Dat is een hele verbetering ten opzichte van het handmatig per foto het gebied van interesse aanwijzen, zoals bijvoorbeeld in Photoscan.
2015-12-07 16_47_55-New project - RealityCapture

Verder kunnen we puntenwolken inladen, daarvoor moeten de puntenwolken eerst omgezet worden naar het ptx formaat, één van de standaarden in de puntenwolken industrie. De software leest de bestanden in slechts enkele seconden in en zet ze om naar zes afbeeldingen (als in een kubus). Uiteraard kun je zo veel puntenwolken inladen als je wilt. Geregistreerde puntenwolken kunnen als zodanig worden ingeladen. Verder kunnen er ook foto’s worden toegevoegd van hetzelfde object. Vervolgens laten we de software de eerste twee stappen van de fotogrammetrie uitvoeren. En krijgen we een ‘dense’ pointcloud van onze scans. Delen die we niet met scans hebben opgenomen maar wel met voldoende foto’s hebben vastgelegd zullen ook gereconstrueerd worden of in dichtheid worden verbeterd. Dit is iets nieuws voor de meesten, al zit er in Trimble Real Works al wel iets wat hier op lijkt.
2015-12-07 17_51_59-New project - RealityCapture
Maar nu komt de grootste truc – we kunnen de laatste stap van de fotogrammetrie ook uitvoeren en een mesh laten berekenen van de puntenwolk. Het detail van het mesh is afhankelijk van de puntenwolk en de eventuele foto’s, maar de resultaten zien er toch erg leuk uit. De meshes zijn te exporteren als .obj en .ply bestand en daarmee weer te openen met tal van andere software pakketten. Hieronder zien we eerst de puntenwolk van een kunstwerk in Zoetermeer en daaronder het resultaat zoals het uit Capturing Reality komt.

2015-12-07 16_58_39-Start
Puntenwolk data van het kunstwerk

Mesh van de puntenwolk.

Het werkt nog niet perfect en er zijn nog wel wat kleine bugs in het programma maar als je het mij vraagt, komt het in de buurt van de ‘heilige graal’ op het gebied van laserscannen. Namelijk van een puntenwolk een mesh maken in slechts enkele stappen. De software is nog tot 31 januari 2016 gratis uit te proberen, ik zou zeggen doen!
Capturing Reality

Van de resolutie en de bollen

Faro-BollenkofferBij vrijwel alle trainingen die ik heb gegeven, werd dezelfde vraag gesteld: “Welke resolutie moet ik gebruiken en op welke afstand kan ik mijn referentiebollen dan plaatsen?”. In deze post zal ik die vraag voor eens en voor altijd gaan beantwoorden.

De software herkent de bollen automatisch op basis van de reflectie en de vorm. Om de vorm goed te kunnen herkennen is het noodzakelijk dat er voldoende punten op de bollen worden gemeten. De bollen kunnen ook handmatig aangewezen worden en dan kan de software ook op grotere afstanden nog de bollen herkennen. Dus hoe hoger de resolutie, hoe meer punten er op de bollen worden gemeten. Bij een hogere resolutie worden de bollen op grotere afstand herkend. Scannen met een hogere kwaliteit geeft geen betere resultaten.

Hieronder de tabel met de maximale afstanden. Voor deze test zijn allen standaard bollen gebruikt zoals ze door Faro worden geleverd met een straal van 69,8 mm. Alle scans zijn bij een zo laag mogelijke kwaliteit gedaan aangezien dit geen verschil oplevert voor het herkennen van de bollen vandaar de soms vreemd springende tijdsduur, bij sommige resoluties kan de kwaliteit lager.

milljoen punten
per scan
instelling
scanner
tijdsduur
scan
goede
referentie (groen)
matige
referentie (geel)
2,7 1/16 00:43 4 m 6 m
7 1/10 01:04 6 m 8 m
10,9 1/8 00:56 8 m 10 m
28,3 1/5 01:38 14 m 16 m
44,3 1/4 01:23 18 m 20 m
177 1/2 04:04 35,8 m 37,8 m
700 1/1 14:48 42,5 m

De meetbaan gaf me geen mogelijkheid om over een grotere afstand te meten dan 42,5 meter dus wat de hoogste afstand is voor de hoogste resolutie is daarmee nog niet definitief vastgesteld. De eerste aankomende gelegenheid die ik krijg om over een grotere afstand te kunnen meten zal ik het doen en deze pagina bijwerken.

Als we de resultaten in de tabel analyseren kunnen we toch een maximale afstand beredeneren voor de hoogste resolutie, dan blijkt dat het theoretisch mogelijk zou moeten zijn om op ~70 meter een bol te kunnen plaatsen bij de hoogste resolutie.

Ik hoop dat hiermee het één en ander duidelijk wordt voor Faro gebruikers, als er nog meer vragen zijn hoor ik het graag.

Winkelcentrum Lindenboom

Één van de meest uitdagende objecten om te scannen is wel een winkelcentrum dat in gebruik is. Winkelcentrum Lindenboom in Mijdrecht heeft ongeveer 7000 m² aan oppervlakte en 300 m² aan kelders. Iedereen die in de openbare scant weet dat het lastig is als er steeds mensen door je scans heen lopen. In een winkelcentrum dat je alleen maar kunt scannen tijdens openingsuren is dat net iets extremer dan normaal. Een deel van de winkels werd verbouwt of stond leeg en was dus makkelijk in te scannen; maar een nadeel van de verbouwing was dat er minder ruimte was in de verkeersruimtes en dat er ook af en toe grote veranderingen plaats vonden zoals een tijdelijke houten wand om het winkelend publiek te beschermen tegen stof en andere ongemakken.

Verder is het werken met referentiebollen in een geopend winkelcentrum ook geen optie aangezien er net iets te veel nieuwsgierige mensen rondlopen die een bol oppakken om deze eens nader te bekijken. Of achter je aan komen lopen met een bol en heel vriendelijk opmerken dat je deze vergeten bent… De andere optie is het werken met checkerboards als referentiepunten, die dan hoog boven het winkelend publiek moeten worden opgehangen, en dat betekend dan weer dat je naast alle apparatuur ook nog eens een trap mee moet nemen. En verder zijn de checkerboards ook net iets minder betrouwbaar dan de bollen. Er zit dus niks anders op dan alles in te scannen zonder bollen en te vertrouwen op de automatische registratie van de Faro Scene software.

Als we bedenken hoe de software van Faro een cloud-to-cloud registratie doet dan is het snel duidelijk dat mensen eigenlijk maar weinig storen. Voor de registratie neemt de software een klein deel van de punten en vergelijkt die met de punten uit een andere scan.  Een volwassen persoon heeft een oppervlakte van minder dan 1 m², een kamer van 4 bij 4 en 2,5 m hoog heeft 72 m². Als er dus een persoon in de ene scan staat en in een volgende niet dan komt dat neer op minder dan 1,4 % van het totale gescande oppervlak. De overlap tussen 2 scans van een zelfde grote ruimte ligt rond de 70%. 30% is ongeveer het minimum voor een goede  koppeling. Als mensen door een scan lopen zijn ze nog kleiner qua oppervlak (ze worden door slechts enkele scanlijnen geraakt) en als de ruimtes dan nog groter zijn dan levert het normaal geen problemen op. Het grootste probleem dat mensen opleveren is dat ze slecht opletten en door de scanner heen willen lopen, of een praatje willen maken en vlak voor de spiegel gaan staan waardoor je een groot deel van de ruimte mist die je wilde scannen.

Blauw: winkelcentrum - Groen: gescande oppervlakte
Blauw: winkelcentrum – Groen: gescande oppervlakte

Het scannen duurde in totaal 12 uur verdeeld over 3 dagen met als eindresultaat 270 scans. Natuurlijk zou het ook in 2 dagen tijd kunnen maar in de supermarkt was het zo druk in verband met aankomende feestdagen dat ik daarvoor later ben teruggekomen op een rustige ochtend. Het uitwerken van zo een grote klus neemt duidelijk meer tijd dan het uitwerken van een handvol scans. Het lukt vaak niet in één keer en dan ben je verplicht om met clusters te werken. Een cluster is een groep scans die bij elkaar horen en in een aparte folder worden bewaard. Elke cluster kan dan geregistreerd worden. In een volgende stap worden dan verschillende clusters in een cluster  bij elkaar gezet. En zo kun je dan een heel winkelcentrum aan elkaar breien. In dit geval was elke winkel in een eigen cluster net als alle verkeersruimtes en kelders, in totaal 26 clusters. De totale gescande oppervlakte bedraagt meer dan 8000 m².  Uiteindelijk heeft het me 20 uur gekost om alle scans aan elkaar te rekenen, de webshares en de plattegronden te maken.

 

Middenburg

Middenburg_2De buitenplaats Middenburg is in zijn huidige vorm door de heer Felix de Vries gebouwd in 1869, het is sinds 1934 in eigendom van de gemeente Voorburg. Het gebouw heeft vele verschillende functies en bestemmingen gehad; op dit moment is het een kantoorpand, het park eromheen is vrij toegankelijk.

Nederland staat vol met dit soort interessante en mooie gebouwen die het verdienen om ingescand te worden. Vandaar dat ik de eerste gelegenheid die ik had heb aangegrepen om het in te scannen met mijn Faro Focus 3D. 18 scans waren er nodig om van de straat tot volledig rond het pand te gaan. Ook het aan elkaar rekenen op basis van ‘cloud to cloud’ registratie verliep heel snel. Alles bij elkaar was dit project in een paar uur voor elkaar.Gevels

Deze orthografische weergaven van de gevels zijn gemaakt met behulp van PointCab. Het is niet alleen mogelijk om plattegronden te maken met PointCab maar ook aanzichten zoals deze. Deze aanzichten zijn in CAD-programma’s te openen en komen dan relatief ten opzichte van elkaar op de juiste positie te liggen, zodoende is het mogelijk om heel snel deze rechtstreeks over te trekken. In programma’s als Revit is het dan ook mogelijk om razendsnel de constructie in 3D te modelleren.

Middenburg

 

Buitenhuis Middenburg in Voorburg is van buiten volledig ingescand door 4Visualization met een laserscanner. Klaar voor erfgoed beheer.

 

Hoeve inscannen

2015-05-20 10_27_38-Huis te koop_ Schroeweg 2 4388 VS Oost-Souburg - Foto's [funda]De architect Henk Middelkoop heeft mij de opdracht gegeven om een boerderij in te scannen in Zeeland. De boerderij heeft een aantal maanden leeg gestaan en was net verkocht. Het pand heeft in de loop der tijd wat schade opgelopen. Het gebouw is scheefgezakt en daardoor zijn er scheuren in de muur ontstaan. Van buiten is dat natuurlijk goed zichtbaar maar hoe scheef het is, is moeilijk te zeggen.  Hoe groot de schade precies is kun je zonder uitgebreid meten ook niet weten. De snelste manier om een pand volledig in kaart te brengen is door het met een laserscanner in te laten scannen. 4Visualization heeft hiervoor een Faro Focus 3D ingezet, deze scanner heeft met zijn bereik van 130 m en nauwkeurigheid van ± 2 mm per gemeten punt alles wat we nodig hebben om een boerderij zoals deze snel in te scannen. Om de kosten voor de klant laag te houden is er voor gekozen om het pand niet in kleur in te scannen; door alles in kleur te scannen wordt de tijd en daarmee de kosten die nodig zijn om te scannen al snel verdubbeld. De vraag of het in kleur moet is daarom altijd erg belangrijk.

2015-05-20 10_55_59-PointCab 3.3 R 2 - Terrestrial - SchroewegVoor de architect is het belangrijk dat de binnen- en de buitenzijde goed gekoppeld zijn; om die reden is er voor gekozen om van drie verschillende zijden een koppeling  van buiten naar binnen te maken. In totaal waren er ongeveer veertig scans nodig om de buitenzijde, de kleine kelder, de begane grond en de zolder in één puntenwolk te vangen. De nauwkeurigheid van het geheel ligt op enkele millimeters. Dit is ruim voldoende voor het maken van nauwkeurige tekeningen en plannen om het gebouw te verstevigen om verdere verzakking te voorkomen.

plattegrond laserscanningVoor de meeste architecten is een puntenwolk niet het ideale product dat de laserscanner verkopers graag doen geloven. Er is altijd meer voor nodig om met zulke grote datasets te werken of om ze op een goede manier in een tekenprogramma te krijgen.  Daarom gebruiken wij PointCab als tussenstap, het geeft ons de mogelijkheid om snel en eenvoudig plattegronden, doorsnedes en aanzichten te maken in dwg-formaat. De tekeningen bestaan uit png-bestanden die door de meeste CAD-programma’s kunnen worden ingelezen. Het is dan voor de architect heel eenvoudig om in zijn of haar eigen stijl een goede tekening te maken op basis van de geleverde onderlegger.

Om een pand als dit met traditionele middelen in te meten zal veel tijd kosten. Waarbij het altijd maar weer de vraag is of alles is gemeten. Ook het uitwerken van de handgemeten maten tot schetsen is een noodzakelijke stap bij het traditioneel inmeten van gebouwen. Het inscannen en uitwerken van deze boerderij tot dwg-bestanden heeft me slechts vier uur tijd gekost, dat is al gauw een tijdwinst van één tot drie weken!

Expeditie Triceratops, Wyoming 2015

In 2013 was het Naturalis Biodiversity Centre op zoek naar een Tyranosaurus Rex in Wyoming in plaats daarvan vonden ze een aantal triceratops botten. Lichtelijk teleurgesteld ging de zoektocht naar t-rex verder en een jaar later al werden ze blij verrast met een prachtige t-rex. Nu Naturalis een t-rex heeft, willen ze graag de tijdgenoot en één van de belangrijkste voedingsbronnen voor de t-rex ook tentoonstellen. In 2015 is er een nieuwe expeditie opgezet om de triceratops resten uit te graven die twee jaar eerder al zijn gevonden. De expeditie werd geleid door Anne Schulp en bestond verder uit het team dat in Leiden aan de triceratops -schedel werkt. Daar maak ik ook deel van uit en ben daarom gevraagd om mee te komen. Mijn taak bestond uit het vastleggen van de hele opgraving en bepaalde botten in het bijzonder. De opgraving was meer dan een succes; het blijkt een unieke vondst te zijn met 5 verschillende individuen van verschillende leeftijden. Waar meestal alleen de schedels van de triceratops worden gevonden, worden op deze site alle verschillende botten gevonden.20141212_112823Om te beginnen heb ik met de Faro laserscanner het terrein gescand voor een grondige geologische analyse. Het laserscannen in een dergelijke omgeving is niet vanzelfsprekend of eenvoudig. Normaal gesproken zijn er altijd voldoende geometrische herkenningpunten en objecten om de referentiebollen te plaatsen maar midden in de prairie ligt dat wat lastiger. Vanuit het perspectief van een scanner is het een saaie omgeving met veel ruis (lage begroeiing zoals gras en hele lage salie struiken), verder een licht glooiend landschap met mini-canyons. Uiteraard heb ik van de opgravingssite meerdere scans gemaakt om alles goed in beeld te brengen. Helaas was een groot deel van de vondsten al ingepakt in gips of zelfs al volledig van de site weggehaald.laserscanning the prairieMet de handscanner heb ik voor de geoloog Pim Kaskes één van zijn proefsleuven ingescand om deze op een veel hogere resolutie vast te leggen.

Een andere belangrijke klus was in het zogenaamde ‘Black Hills Institute’ -inscannen van T-rex botten. De t-rex die Naturalis heeft gekocht is bijzonder volledig, toch ontbreekt er nog heel veel. Om in de tentoonstelling toch een volledige t-rex neer te kunnen zetten worden er 3D-scans gebruikt. het rechterbeen is vrijwel compleet gevonden en dat heb ik ingescand om het vervolgens digitaal te spiegelen. Dat 3D-model is een gesloten mesh en dus printable en gaat naar Ultimaker die het in 3D gaat printen, ‘et voila’ het linkerbeen zal in de zaal te zien zijn. Hiervoor heb ik gebruik gemaakt van de een Artec EVA, een witlichtscanner met een hoge nauwkeurigheid en resolutie.botten scannenAls laatste is er ook nog een helikoptervlucht gemaakt om een Digitaal Terrein Model (DTM) te maken van de hele omgeving op basis van fotogrammetrie. /Fotovlucht voor fotogrammetrie

 

Stommeermolen

Een ochtend in de polder, tussen twee klussen in kwam ik langs deze mooie molen. Met de Faro scanner in de kofferbak en een paar uur de tijd was dit de ideale gelegenheid om eens een Hollandse windmolen in te scannen.

Windmill 3dlaserscanning

Met een relatief hoge resolutie en de scans in kleur heb ik de molen in twee en een half uur ingescand. 18 scans waren voldoende om de volledige buitenzijde van de molen in te scannen.

Windmill 3dlaserscanning

Na een aantal scans heb ik een praatje gemaakt met de buurman die me spontaan begon te vertellen over zijn jeugd in die molen. Even later heb ik aangebeld en me gemeld bij de molenaar om uit te leggen waar ik mee bezig was. De molenaar blijkt zelf regelmatig te meten aan zijn molen. Hij probeert in zijn vrije tijd tekeningen te maken van zijn molen. Waarbij hij meteen ook aangaf hoe lastig het is om een molen te tekenen vanuit een aantal handgemeten maten.

Windmill 3dlaserscanningWindmill 3dlaserscanning

Na een belofte hem de PointCab tekeningen te geven zodra ze klaar zijn, ben ik verder gegaan met scannen op zijn prive terrein. Ik ben erg blij met de resultaten van mijn nuttig bestede lunchpauze! Nu nog afwachten of de molenaar even blij is met de resultaten…