3D modeling in the context of limited references: Reconstructing the Finnish Pavilion of 1900

Abstract

Archaeology is traditionally known for investigating historic sites and structures to study our past. With the advent of digital technology, Digital Cultural Heritage has emerged. It leverages cutting-edge, computer-based 3D reconstructions to breathe life into ancient epochs, mainly focusing on cultural landmarks and historical sites that have been lost or are inaccessible.

This thesis concentrates on creating one such model, a Virtual Reality (VR) experience that resurrects Finland's Pavilion at the Paris 1900 World Fair. The virtual representation of the Pavilion aims to provide a comprehensive three-dimensional experience as it might have appeared during the world fair.

This thesis tackles two main problems in the context of the Pavilion's 3D representation: The first is the lack of good visual references for the Pavilion's objects. The available visual references were partly insufficient for accurate 3D reconstruction due to their black-and-white nature, single perspective, and low resolution. In these situations, the lack of information in the references necessitated interpretation of the parts of the model not accurately depicted in the reference image.

To address the challenge of limited data, I utilized camera-matched modeling. This technique involves aligning the virtual camera with the actual camera view of the reference image, offering a quick and efficient approach to modeling from references.

The second problem involves correctly saving and archiving the Pavilion 3D model so it can be accessed in the future. Addressing future-proofing needs is paramount to ensure the model's accessibility for further development and viewing. Key concerns for the lack of future-proofing include data degradation, storage issues, software compatibility, and appropriate file formats.

The research done for this thesis resulted in multiple 3D models and the exploration of future-proofing options. Despite failing to reach a definitive consensus on future-proofing within this thesis, the findings provide insights into potential solutions and a basis for further investigation.

Tässä opinnäytetyössä käsittelemme kulttuuriperimän säilyttämistä 3D-mallinnuksen keinoin. Opinnäytetyön keskeisenä esimerkkinä toimii Aalto-yliopiston luoma 3D-malli Suomen Paviljongista, joka oli esillä Pariisin vuoden 1900 maailmannäyttelyssä.Tätä Paviljonkia pidetään erittäin tärkeänä osana suomalaisuutta ja suomalaisen designin syntyä.

Opinnäytetyössä haettiin vastausta kahteen tutkimuskysymykseen. Ensimmäiseksi, kuinka mallintaa tarkkoja sekä autenttisia 3D-malleja käyttäen rajoitettua määrää lähdekuvia? Toiseksi, kuinka voimme varmistaa, että Paviljonki-projekti ja sen 3D-mallit säilyisivät eheänä ja käyttökelpoisina vielä vuosien päästä?

Tutkimuksen ensimmäinen haasteen asetti Paviljongin ja sen esineistön olemassa olevien kuvalähteiden vähyys ja niiden laatu. Alkuperäisten esineiden kuvia oli saatavilla erittäin vähän, usein yksi per esine. Kuvat olivat myös mustavalkoisia ja resoluutioltaan alhaisia. Edellä mainitut ominaisuudet kuvissa vaikeuttivat mallinnusprosessia,jonka takia mallintajana jouduin turvautumaan kuvien tulkitsemiseen.

Vajavaisen informaation täydentämiseksi työssä käytettiin tekniikkaa, jossa 3Dmaailmaan luotiin kuvalähteessä olevaa kameraa vastaava virtuaalinen kamera. Kameran sovittaminen helpottaa ja nopeuttaa 3D-mallien luomista, vaikka lähdekuvia olisikin vähän.

Toinen opinnäytteessä käsiteltävä kysymys etsii vastauksia 3D-mallin ja projektin säilyttämiseen liittyviin haasteisiin. Pitkäkestoisissa projekteissa on otettava huomioon ongelmat, jotka saattavat johtua datan rappeutumisen, vääränlaisen tallennuksen sekä yhteensopimattomien ohjelmistojen ja tiedostomuotojen aiheuttamista ongelmista.

Opinnäytetyössä käsiteltyihin tutkimuskysymyksiin saatiin selventäviä vastauksia. Kameran sovittamistekniikan tulokset ovat nähtävillä Paviljonkiin luoduissa 3D-malleissa. Tutkimuksen tuloksena selviää kuitenkin, ettei tekniikka ole mikään ihmeratkaisu mallintaa vähäisestä määrästä valokuvia, mutta se toimii silti hyvin yhtenä työkaluna lähdekuvassa olevan esineen mallintamiseen.

Projektin tulevaisuudenkestävyyden takaamiseksi suoritetun tiedostomuotojen vertailun tulokset eivät olleet yksiselitteisiä. Aihe vaatii vielä lisätutkimusta. Tehty tutkimus tarjoaa kuitenkin suuntaa ja pohjaa jatkotutkimukselle.