Emerging near-consumer-level technologies for 3D geomatics
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2019-11-08
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2019
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
100 + app. 116
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 199/2019
Abstract
In geomatics, digital systems, smart devices and the Internet have altered the relationship between people and geospatial data, making it increasingly two-directional: in addition to utilizing geo-spatial data, citizens may also act as data producers. Additionally, technical developments have increased the detail level of virtual 3D environments, allowed distributing them via web browsers, and increased the measuring capabilities of smart consumer devices. This thesis approached the use of emerging near-consumer-level technologies, with the hypothesis that by developing processing methods and workflows, they could be applicable for 3D geomatics. The studied near-consumer technologies consisted of depth-camera-based 3D mapping, with a dedicated indoor mapping system (Matterport) and a smartphone with an integrated depth camera (Lenovo Phab2ProAR), 3D printing with a FDM machine (Ultimaker Kit BETA) and the use of a game engine (Unity 5) and collaborative virtual worlds (Meshmoon Rocket & Webrocket) for interactive 3D applications. A method was developed for producing virtual world scenes from open GIS assets, conserving the object information present in GIS objects. Indoor 3D mapping data was utilized in game engine, noting the processing steps required. The requirements for 3D content on the tested platforms were largely similar, as they were all based on game engine technology. For utilizing GIS data on these platforms, it was possible to largely automate the mesh generation. However, if 3D mapping data was used as a starting point, significant manual editing of the mesh models was needed. This was also true when using 3D mapping data with 3D printers. Both of the tested 3D mapping systems could operate reasonably in a suitable setting. The performance of the near-consumer-level 3D printer was limited by its inability to produce easily removable support structures. Within their performance limits, near-consumer-level 3D mapping systems can be applied for either taking measurements of individual objects, or by mapping entire environments. Compared with professional mapping systems, these technologies increase portability, reduce know-how requirements and allow the use of 3D mapping in new applications. Methods that permit game engine content production expand the applicability of 3D mapping technologies. In addition to utilizing 3D mapping technology to produce new data sets, benefits may result from wider utilization of existing data, such as GIS assets, on new application platforms, such as game engines, or by using 3D mapping data for 3D printing.Digitaaliset järjestelmät ja internet ovat muuttaneet käyttäjän suhdetta paikkatietoon tehden siitä aiempaa vuorovaikutteisemman: käyttäjät voivat sekä hyödyntää olemassa olevia paikkatieto-aineistoja, että tuottaa uutta tietoa ympäristöstään. Lisäksi tekninen kehitys on nostanut virtuaali-ympäristöjen yksityiskohtatasoa, mahdollistanut niiden jakelun internet-selaimen kautta ja lisännyt kuluttajalaitteiden kapasiteettia 3D-kartoituksessa. Tässä väitöstyössä tutkittiin kuluttajan lähellä olevien teknologioiden käyttöä 3D geomatiikassa. Hypoteesina oli, että kehittämällä sopivia prosessointimenetelmiä ja työnpolkuja nämä teknologiat olisivat hyödynnettävissä. Tutkitut teknologiat sisälsivät syvyyskamerapohjaisen 3D kartoituksen sekä kaupallisella sisätilakartoitusjärjestelmällä (Matterport) että älypuhelimeen integroidulla syvyyskameralla (Lenovo Phab2ProAR), 3D tulostuksen FDM-teknologiaa hyödyntäen (Ultimaker Kit BETA) ja pelimoottorin (Unity 5) sekä virtuaalimaailmojen (Meshmoon Rocket & Webrocket) käytön selainpohjaisten 3D-sovellusten kehittämiseksi. Olemassa olevien paikkatietoaineistojen hyödyntämiseksi kehitettiin menetelmä, jolla niiden pohjalta voidaan tuottaa virtuaalisia ympäristöjä säilyttäen alkuperäiset objektitiedot. 3D sisätilakartoitusta käytettiin pelimoottorisisällön tuotantoon, kiinnittäen huomioita tarvittaviin prosessointivaiheisiin. 3D-sisällöntuotannon vaatimukset olivat testatuilla alustoilla pitkälti samankaltaisia, koska kaikki testatut alustat perustuivat pelimoottoriteknologiaan. Kolmioverkko-pintamallien tuotanto pystyttiin osittain automatisoimaan käytettäessä lähtöaineistona GIS-dataa. Mikäli lähtöaineisto koostui tiheästä 3D-kartoitusdatasta, jouduttiin kolmioverkkopintamalleja muokkaamaan käsin. Sama rajoitus kohdattiin hyödynnettäessä 3D-kartoituksella tuotettuja aineistoja 3D-tulostukseen. Molemmat testatut 3D-kartoitusjärjestelmät havaittiin toimiviksi sopivissa sovelluksissa ja olosuhteissa. Lähes kuluttajaluokan 3D-tulostimen suorituskykyä rajoitti helposti poistettavien tukirakenteiden tulostamisen mahdollisuuden puute. Huomioiden laitteiden suorituskyvyn rajat, kuluttajan lähellä olevaa 3D-kartoitusta voidaan hyödyntää joko tuottamalla yksittäisiä mittoja halutuista kohteista tai kartoittamalla kokonaisia ympäristöjä. Verrattuna ammattikäyttöön tarkoitettuihin kartoitusjärjestelmiin nämä teknologiat ovat joustavammin siirrettävissä, vähentävät 3D kartoitukseen liittyviä osaamisvaatimuksia ja mahdollistavat 3D-kartoituksen uusissa sovelluksissa. Pelimoottori sisällöntuotantoon sopivat menetelmät laajentavat 3D kartoituksen sovelluskohteita. Uusien aineistojen tuotannon lisäksi hyötyjä voidaan saavuttaa hyödyntämällä olemassa olevia aineistoja uusilla alustoilla, kuten pelimoottoreissa tai 3D-tulostuksessa.Description
Supervising professor
Vaaja, Matti T., Prof., Aalto University, Department of Built Environment, FinlandHaggrén, Henrik, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, Finland
Thesis advisor
Hyyppä, Hannu, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, FinlandHyyppä, Juha, Prof., Finnish Geospatial Research Institute, Finland
Keywords
3D mapping, 3D printing, game engine, consumer technology, 3D kartoitus, 3D tulostus, pelimoottori, kuluttajateknologia
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Virtanen, Juho-Pekka; Hyyppä, Hannu; Kurkela, Matti; Vaaja, Matti T.; Puustinen, Tuulia; Jaalama, Kaisa; Julin, Arttu; Pouke, Matti; Kukko, Antero; Turppa, Tuomas; Zhu, Lingli; Ojala, Timo; Hyyppä, Juha. Browser Based 3D for the Built Environment. The Nordic Journal of Surveying and Real Estate Research, 2018, volume 13, issue 1, 54-76.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201812216684DOI: 10.30672/njsr.67846 View at publisher
-
[Publication 2]: Virtanen, Juho-Pekka; Hyyppä, Hannu; Kämäräinen, Ali; Hollström, Tommi; Vastaranta, Mikko; Hyyppä, Juha. Intelligent Open Data 3D Maps in a Collaborative Virtual World.ISPRS International Journal of Geo-Information, 2015, volume 4, issue 2, 2220-9964.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201705114182DOI: 10.3390/ijgi4020837 View at publisher
-
[Publication 3]: Virtanen, Juho-Pekka; Hyyppä, Hannu; Kurkela, Matti; Vaaja, Matti T.; Alho, Petteri; Hyyppä, Juha. Rapid Prototyping—A Tool for Presenting 3-Dimensional Digital Models Produced by Terrestrial Laser Scanning. ISPRS International Journal of Geo-Information, 2014, volume 3, issue 3.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201705114148DOI: 10.3390/ijgi3030871 View at publisher
-
[Publication 4]: Hyyppä, Juha; Virtanen, Juho-Pekka; Jaakkola, Anttoni; Yu, Xiaowei; Hyyppä, Hannu; Liang, Xinlian. Feasibility of Google Tango and Kinect for Crowdsourcing Forestry Information. Forests, 2018, volume 9, issue 1,
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201802091425.DOI:
-
[Publication 5]: Virtanen, Juho-Pekka; Kurkela, Matti; Turppa, Tuomas; Vaaja, Matti T.; Julin, Arttu; Kukko, Antero; Hyyppä, Juha; Ahlavuo, Marika; von Numers, Jessica; Haggren, Henrik; Hyyppä, Hannu. Depth Camera Indoor Mapping for 3D Virtual Radio Play. The Photogrammetric Record, 2018, volume 33, issue 162, 171—195.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201806294021DOI: 10.1111/phor.12239 View at publisher
