Quá trình thu thập dữ liệu chi tiết bảo vật tại các di sản văn hóa

4.4. Thực nghiệm quét laser 3D mặt đất đối với đối tượng di sản văn hóa

4.4.2. Quá trình thu thập dữ liệu chi tiết bảo vật tại các di sản văn hóa

Sử dụng kết hợp một số kỹ thuật cơng nghệ xây dựng mơ hình 3D đối tượng cao cấp nhất hiện nay như kỹ thuật quét laser 3D, kỹ thuật dựng mơ hình 3D sử dụng phần mềm đồ họa cao cấp, kỹ thuật hình ảnh độ phân giải cao, kỹ thuật trích xuất thơng tin kích thước từ các mơ hình 3D…để tái hiện được một cách chính xác, đầy đủ và hồn chỉnh nhất của các bảo vật.

Đối với các bảo vật, giải pháp này đặc biệt phù hợp để áp dụng trong việc khơi phục, phục dựng lại chính xác mơ hình của các bảo vật. Theo đó các trạm quét laser 3D sẽ được thực hiện cả bên trong và bên ngoài của các đối tượng, đồng thời phải tìmđược phương án kết nối kết quả quét bên ngồi và bên trong để từ đó trích xuất được chính xác các chi tiết kỹ thuật cấu thành, kích thước chính xác nhất của bất kỳ hợp phần nào gắn liền với đối tượng và chỉ khi đó các báo cáo kỹ thuật mới được thể hiện một cách đầy đủ, chính xác và thuyết phục dựa trên kỹ thuật đo cao cấp với hàng trăm triệu điểm đo.

chuyên nghiệp để chụp chi tiết cả chi tiết và hoa văn sau đó tích hợp cả hai nguồn ảnh này với mơ hình 3D do máy qt laser cung cấp để đưa ra mơ hình 3D cuối cùng thể hiện chân thực nhất tất cả các bảo vật.

Tất cả quy trình xử lý hình khối tốn học đối tượng, gắn kết hình ảnh với mơ hình tốn học, tính tốn trích xuất thơng tin kỹ thuật về sau…được tiến hành thông qua việc sử dụng các phần mềm đặc biệt được thiết kế riêng cho lĩnh vực ứng dụng mang tính đặc thù cao này. Thực tiễn triển khai cho tác giả thấy rõ rằng không thể sử dụng một phần mềm đơn thuần là sẽ giải quyết được các bài toán phức tạp đã nêu ở trên, bắt buộc phải sử dụng một tập hợp các phần mềm chuyên dụng để có được kết quả cuối cùng như mong muốn. Các phần mềm điển hình gồm FARO SCENE, GEXCEL JRC Recontructor, LFM Pointcloud Management, AutoDesk 3D…

Qua khảo sát thực tế các bảo vật, để quá trình triển khai diễn ra an toàn, thuận lợi và đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật phức tạp đã đề ra, tác giả cũng đề xuất một số điểm như dưới đây:

- Làm vệ sinh sạch sẽ tất cả các bảo vật. Tạm thời dỡ bỏ hàng rào bảo vệ, các hợp phần gây ảnh hưởng tới quá trình triển khai thu thập số liệu thực địa cũng như chất lượng số liệu thu và hoàn trả sau khi kết thúc nhiệm vụ;

- Sử dụng phương tiện nâng trong quá trình triển khai thu thập số liệu;

- Dưới sự giám sát chặt chẽ của các cán bộ kỹ thuật Trung tâm Bảo tồn Di tích và trụ trì chùa, đảm bảo an ninh và an toàn tuyệt đối cho các hiện vật quý trong tồn bộ q trình triển khai.

Theo quy trình kỹ thuật đã kiểm chứng trong giai đoạn thử nghiệm dựng mơ hình 3D hiện vật, bắt buộc phải thực hiện tích hợp các phương pháp kỹ thuật khác nhau nhằm tạo ra mơ hình 3D cuối cùng đảm bảo những tiêu chí cơ bản dưới đây:

- Mơ hình 3D cuối cùng là mơ hình thể hiện đúng chính xác chi tiết, màu sắc, hình dạng của các hiện vật dưới định dạng 3D;

- Mơ hình đám mây điểm 3D (Point Cloud) của các hiện vật có khả năng đo đạc xác định các thơng số khi có u cầu với độ chính xác nằm trong giới hạn milimet;

- Có khả năng tích hợp mơ hình 3D đám mây điểm với mơ hình 3D hình ảnh hiển thị để tạo ra mơ hình nghệ thuật tối ưu phục vụ cho đa mục đích ứng dụng.

Hình 4.28. Mơ hình Phật Bà Quan Âm nghìn mắt nghìn tay – chùa Bút Tháp 4.4.3. Kiểm tra dữ liệu các trạm máy tại thực địa Tháp 4.4.3. Kiểm tra dữ liệu các trạm máy tại thực địa

Kỹ thuật quét laser 3D chịu ảnh hưởng lớn của các đối tượng chuyển động khi thiết bị đang làm việc. Vì vậy sẽ phải tiến hành hạn chế tạm thời các đối tượng di chuyển tới gần khu vực hoạt động của máy quét, đây là nhiệm vụ hết sức quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng số liệu thu được cũng như tính thẩm mỹ của các dạng số liệu liên quan khác như ảnh chụp toàn cảnh.

từ tất cả các loại máy quét laser 3D cạnh dài (khơng riêng gì với máy qt FARO FOCUS3D S350) khó thể hiện một cách chi tiết các cấu trúc này. Tác giả sẽ sử dụng kết hợp với kỹ thuật chụp đo vẽ ảnh để bổ sung số liệu cho các đối tượng đặc biệt này để có thể làm nổi bật những đối tượng và hợp phần mang tính nghệ thuật.

Các mơ hình 3D mang tính mỹ thuật cao có thể được sử dụng cho nhiều mục đích ứng dụng sau này, tuy nhiên đây chỉ là đề xuất mang tính chủ động từ phía tác giả đưa ra và cần sự cho phép cũng như các điều kiện triển khai trong thực tiễn để có thể đưa ra các mẫu thử nghiệm và kiểm tra chất lượng.

4.4.4. Trích xuất sản phẩm 3D thực nghiệmCơ sở dữ liệu 3D: Cơ sở dữ liệu 3D:

Có thể coi đây là cơ sở dữ liệu bảo tồn di sản dưới dạng số hoàn chỉnh, là nền tảng để tạo ra các sản phẩm dẫn xuất, sản phẩm ứng dụng đa dạng.

Mơ hình HBIM các cơng trình kiến trúc điển hình:

Các cơng trình kiến trúc điển hình, các cơng trình lịch sử quan trọng sẽ từng bước được chuyển đổi sang mơ hình HBIM (Historical Building Information Modeling) phục vụ cho công tác sửa chữa, cải tạo, nâng cấp và trùng tu. Theo dõi trong cả quá trình xây dựng để đảm bảo cơng trình được cải tạo theo ngun mẫu.

Hình 4.30. Mơ hình HBIM tồn cảnh khu thực nghiệm chùa Bửu Long

4.5. Đánh giá ưu, nhược điểm của công nghệ quét laser mặt đất đối với từng đối

tượng phi địa hình

Qua quá trình thực nghiệm thu nhận dữ liệu các đối tượng phi địa hình cụ thể là đối tượng hang động, tuyến phố và các di sản văn hố, tác giả có một số nhận xét chính về ưu và nhược điểm như sau đối với từng đối tượng cụ thể như sau:

4.5.1. Đối với đối tượng là hang độngƯu điểm: Ưu điểm:

 Máy qt 3D hồn tồn có thể thu thập tương đối địa hình hang động với độ chính xác cao và chi tiết những gì nhìn thấy;

 Do chỉ thu thập dữ liệu nhìn thấy nên việc áp dụng cơng nghệ này chỉ cần một lần thu thập, cần áp dụng thêm các công nghệ xuyên đất khác;

 Sử dụng tiêu đo để nắn ghép mơ hình nên thiết bị có thể đặt bất cứ vị trí nào có thể nhìn thấy đủ số tiêu u cầu;

 Có thể đưa ra nhiều loại sản phẩm cùng một kết quả đo, một lần đo: Dữ liệu 3D dạng đám mây điểm (PointClouds), mơ hình 3D, ảnh tồn cảnh, dữ liệu 2D, bản vẽ CAD, mơ phỏng 3D….

Nhược điểm:

 Q trình tạo ra mơ hình 3D bằng bộ phần mềm chun dụng tương đối phức tạp, đòi hỏi người thao tác phải làm thủ công nhiều công đoạn;  Với yêu cầu độ chính xác tọa độ địa lý cao, khó có thể thực hiện với các

hệ thống máy quét phổ thông;

 Kết quả mơ hình 3D được tạo ra có dung lượng lớn, nếu giảm bớt số lượng điểm đo để dung lượng nhỏ thì chất lượng mơ hình kém đi rất nhiều. Điều này ảnh hưởng đến quá trình hiển thị dữ liệu trong các phần mềm mô phỏng 3D và thành lập bản đồ 3D;

 Máy tính địi hỏi cấu hình lớn (bộ nhớ RAM 16GB trở lên).

Tuy nhiên, những nhược điểm này sẽ dần dần được khắc phục khi chúng ta làm chủ được công nghệ.

4.5.2. Đối với đối tượng là tuyến phốƯu điểm: Ưu điểm:

 Máy quét có thể thu thập dữ liệu các mặt nhà trên tuyến phố với độ chính xác cao và đầy đủ chi tiết;

 Việc sử dụng quy trình qt tuyến phố khơng cần sử dụng các tiêu đo, thời gian quét tuyến phố sẽ nhanh và đơn giản hơn trong việc xử lý nội nghiệp.

Nhược điểm:

 Do máy quét chỉ quét được ở dưới mặt đất, nên không thể thu thập được các đối tượng trên cao, chính vì vậy vẫn cần hỗ trợ thêm các phương pháp thu thập số liệu từ trên cao;

 Tùy từng ứng dụng, số trạm máy sẽ tăng lên. Nếu yêu cầu thể hiện chi tiết từng mặt nhà, cần giảm khoảng cách các trạm máy để tăng thêm số liệu thu thập;

 Phương pháp quét theo tuyến phố cần sự hỗ trợ của máy tồn đạc độ chính xác cao để đưa về hệ tọa độ chuẩn, tuy nhiên làm tăng thời gian thực hiện ở một trạm máy.

4.5.3. Đối với đối tượng là di sản văn hóa và bảo vậtƯu điểm: Ưu điểm:

 Trong bảo tồn di sản, dữ liệu được số hóa là các di sản có kiến trúc đặc biệt, khác so với kiến trúc hang động hay tuyến phố. Các dữ liệu cần chi tiết hóa chính xác. Việc áp dụng cơng nghệ qt laser là yêu cầu bắt buộc;  Việc quét di sản có thể dùng nhiều phương pháp, kể cả kết hợp các quy

trình của hang động và tuyến phố;

 Khác biệt với quét hang động hay tuyến phố là số trạm quét dầy hơn nhiều, màu sắc của quét di sản cũng là ưu tiên hàng đầu. Vì vậy yêu cầu cần thiết bị có khả năng chụp ảnh chất lượng cao hoặc thiết bị chụp ảnh chuyên dụng, bổ sung thêm đèn nếu cần thiết.

4.5.4. So sánh các bước trong quy trình quét các đối tượng phi địa hình

Sau quá trình thực nghiệm thu thập dữ liệu của 3 loại đối tượng phi địa hình theo quy trình tổng quát, tác giả đưa ra những bước kèm theo thiết bị bổ sung cần thiết đối với từng loại đối tượng nêu trên, chi tiết trong bảng sau:

Bảng 4.2. Bảng so sánh quy trình quét các đối tượng phi địa hình

Quy trình Hang động Tuyến phố Di sản

Chuẩn bị lưới Nếu cần Có Nếu cần

Xây dựng mốc Khơng Có Nếu cần

Sử dụng thiết bị chiếu sáng kèm theo Cần Không cần Cần Sử dụng thiết bị chụp ảnh chun Khơng cần Nếu có Cần dụng

Sử dụng tiêu đo Cần Không cần Cần hoặc

không

Sử dụng phương pháp đo tuyến Khơng Cần Có thể

Mật độ trạm dầy Khơng Khơng Có

Kết hợp bay chụp Khơng Có Có

Nắn ghép tự động Khơng Có thể Có thể

u cầu độ chính xác cao Khơng cần Cần Cần

u cầu sản phẩm pointcloud Có Có Có

4.6. Ứng dụng của sản phẩm

 Là cơ sở dữ liệu nền tảng sử dụng để so sánh với mơ hình 3D quét sau này;

 Đánh giá biến dạng và những thay đổi của cơng trình;

 Sao chép mơ hình sang các cơng trình kiến trúc đã bị phá huỷ;  Đo vẽ phục vụ công tác quy hoạch phát triển trong tương lai;

 Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho mục đích quản lý tồn bộ dưới dạng số trên nền tảng máy tính và kết nối mạng.

Tiểu kết Chương 4

Thiết bị quét là công cụ đắc lực đối với việc thu thập số liệu cho các đối tượng phi địa hình. Máy qt có thể sử dụng kết hợp với nhiều công cụ khác để tạo ra sản phẩm tối ưu với từng đối tượng. Tuy nhiên tùy từng đối tượng cần có những quy trình khác nhau, có đối tượng có thể cần đến độ chính xác tọa độ địa lý cao, có đối tượng khơng cần đến tiêu để nắn ghép, có đối tượng cần sử dụng tiêu đo để tăng cường độ chính xác nội bộ.

Kết quả của chương này đã khẳng định khi thu thập dữ liệu các đối tượng phi địa hình khác nhau cần phải có những quy trình kỹ thuật linh hoạt đồng bộ với giải pháp cơng nghệ thích hợp (thiết bị phù hợp) nhằm ứng dụng thành công hệ thống quét laser mặt đất và đáp ứng tức thời về nhu cầu khai thác cơ sở dữ liệu trong khảo sát các đối tượng phi địa hình.

Quy trình cơng nghệ nêu trên phù hợp và đáp ứng khả năng ứng dụng có hiệu quả trong khảo sát đối tượng phi địa hình. Từ đó rút ngắn thời gian thực hiện, giảm nhẹ cơng tác ngoại nghiệp và tiết kiệm chi phí.

trong nhiều lĩnh vực cả địa hình và phi địa hình mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao hơn so với cơng nghệ truyền thống.

2. Chương trình xử lý dữ liệu đám mây điểm được xây dựng trên cơ sở sử dụng thuật tốn lọc dữ liệu qt bằng bổ sung mơ hình hóa bề mặt và phát triển mơ hình TIN tăng cường bộ lọc để xây dựng DEM đảm bảo độ chính xác xây dựng mơ hình số địa hình. Đây thực sự là sản phẩm mang tính thời sự, khoa học hiện đại, mang tính mở, có tính thực tiễn cao góp phần rút ngắn thời gian thực hiện cơng tác nội nghiệp và tiết kiệm chi phí. Đặc biệt làm chủ được cơng nghệ cốt lõi trong bài tốn lọc đám mây điểm.

3. Đưa ra quy trình cơng nghệ quét laser 3D mặt đất cho việc khảo sát đối tượng phi địa hình phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế trong điều kiện thực tiễn ở Việt Nam.

4. Kết quả nghiên cứu còn là tài liệu tham khảo phong phú phục vụ việc giảng dạy, nghiên cứu khoa học cũng như phát triển những ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ở nước ta.

Kiến nghị:

1. Đối tượng trong lĩnh vực phi địa hình rất đa dạng với yêu cầu thể hiện khác nhau nên số liệu thực nghiệm trong q trình thực hiện luận án cịn hạn chế. Để đánh giá đầy đủ hơn về độ chính xác và tính hiệu quả kinh tế cần triển khai thêm thực nghiệm với các đối tượng và các loại thiết bị quét laser 3D mặt đất khác, nhất là các đối tượng địi hỏi độ chính xác và mức độ chi tiết cao trong lĩnh vực chế tạo máy và y học.

2. Các cơ quan quản lý nhà nước cần sớm ban hành bổ sung các văn bản quy phạm quy định kỹ thuật, định mức – đơn giá trong lĩnh vực ứng dụng laser mặt đất cho cơng tác địa hình và phi địa hình.

3. Trên cơ sở mã nguồn mở đề nghị tiếp tục nghiên cứu xây dựng và phát triển các bộ code AI tổng hợp, đồng bộ để giải quyết bài toán lọc với các thư viện nhận dạng mẫu nhằm xây dưng cơ sở dữ liệu phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau như: địa hình, địa chính, lâm nghiệp, nơng nghiệp, xây dựng, bảo tồn, du lịch thông qua các website…

2. Ngô Sỹ Cường, Trần Xuân Trường, Trần Hồng Hạnh, Đặng Nguyên Vũ. Nâng

cao chất lượng xây dựng mơ hình 3D bằng kết hợp cơng nghệ bay chụp UAV và quét Laser mặt đất. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 60, 4, 31-

40, 2019.

Tiếng Anh

3. Cuong Ngo, Truong Tran. Main factors influencing accuracy of terrestrial

3D laser scanning. Geo-spatial Technologies and Earth Resources (GTER),

p. 143-150, 2017.

4. Cao Xuan Cuong, Le Van Canh, Pham Van Chung, Le Duc Tinh, Pham Trung Dung, Ngo Sy Cuong. Quality assessment of 3D point cloud of

industrial buildings generated from imagery acquired by oblique and nadir UAV flights. National Mining University of Ukraine Publisher, 2021

5. Pham Trung Dung, Pham Quoc Khanh, Cao Xuan Cuong, Nguyen Viet Hung, Ngo Sy Cuong. The capability of terrestrial laser scanning for monitoring the

displacement of high-rise buildings. Viet - Pol International Conference, 2021.

6. Hanh Hong Tran, Ngo Sy Cuong. Application comparison of 3D terrestrial

laser scanning between terrain and non-terrain objects. The 42nd Asian

Conference on Remote Sensing, 2021.

7. Pham Trung Dung, Ngo Sy Cuong. Displacement monitoring of high-rise

buildings by using terrestrial laser scanners: Faro focus 3D X130. Journal of

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tiếng Việt

1. Đỗ Văn Dương (2017). Nghiên cứu phương pháp nhận dạng tự động một số

đối tượng và xây dựng cơ sở dữ liệu 3D bằng dữ liệu ảnh thu thập từ thiết bị