Vývoj informačného systému na vizualizáciu 3D modelov a vývoj prototypu na meranie 3D objektov

RNDr. Róbert Cibula, Ph.D.

Doctoral thesis

Development of an information system for visualization of 3D models and development of a prototype for measuring 3D objects

Abstract:

3D cartographic visualization on the Internet is one of the techniques used in various application sectors. These forms of visualization are increasingly appearing in geological science. Despite the fact that several 3D geological models have been produced in Slovakia, they are not available on the Internet due to problems with exports from modelling software. The work deals with the development and implementation of a web information system for 2D and 3D cartographic visualization of natural resources and the creation of a prototype with a laser scanner, electronic compass, GNSS and Bluetooth transmission to a mobile application for collecting 3D points. The prototype of the device verified the possibilities of creating data for 3D models and their subsequent publication in 3D cartographic visualization. In the submitted work, user and technical aspects of 3D visualization were analysed and defined, in general, with regard to the specifics in the sector of geology and forestry, in particular. In addition, aspects related to microcomputer platforms were taken into account in the development of the prototype. Verification of the proposed concepts and newly developed technologies was performed in four areas of interest. Methods for exporting data from modelling software and searching for a format for displaying a 3D model were searched using the data from the Upper Nitra Basin (Hornonitrianska kotlina). The groundwork data for the 3D model of the Headquarters of the State Geological Institute of Dionýz Štúr (SGIDŠ ) with samples of mineral raw materials were collected using UAV photogrammetry. Two 3D models of the area created by different procedures were tested for the response of the visualisation. The forest stand complex with 1 million trees was used to verify the concepts of displaying a large number of 3D objects. In the territory of the Slovak Republic, methods obtained in smaller areas were used and a 3D model of the Slovak Republic was compiled. The results in the form of a 3D WebGIS application along with the measurement of the display response of individual 3D models were successfully verified at SGIDŠ. Subsequently, they have been integrated into the Institute's information system. The results of the dissertation ranked the Slovak Republic among the countries that display 3D geological models on the Internet.

Abstract:

3D kartografická vizualizace na internetu patří mezi využívané techniky v různých aplikačních odvětvích. Tyto formy vizualizace se stále častěji objevují i v geologii. Přestože na Slovensku bylo vytvořeno několik 3D geologických modelů, kvůli problémům s exportem z modelovacího softwaru nejsou dostupné na internetu. Práce se věnuje problematice vývoje a implementace webového informačního systému pro 2D a 3D kartografickou vizualizaci přírodních zdrojů a vytvoření prototypu s laserovým snímačem, elektronickým kompasem, GNSS a bluetooth přenosem pro mobilní aplikace na sběr 3D bodů. Prototyp zařízení ověřil možnosti vytváření dat pro 3D modely a jejich následnou publikaci prostřednictvím 3D kartografické vizualizace. V předkládané práci byly analyzovány a definovány uživatelské a technické aspekty 3D vizualizace obecně, ale také s ohledem na specifika v sektorech geologie a lesnictví. Při vývoji prototypu byly vzaty v úvahu navíc také aspekty související s platformami mikropočítačů. Ověření navržených konceptů a nově vyvinutých technologií bylo provedeno na čtyřech zájmových územích. V rámci Hornonitrianské kotliny se ověřovaly metody exportu dat z modelovacího softwaru a hledání vhodného formátu pro zobrazení 3D modelu. Podkladová data pro 3D model areálu Státního geologického ústavu Dionýza Štúra se vzorky nerostných surovin byly vytvořeny pomocí UAV fotogrammetrie. Dva 3D modely areálu vzniklé různými postupy byly testovány z hlediska odezvy jejich zobrazení. Lesní celek s 1 milionem stromů sloužil pro ověření konceptu zobrazení velkého množství 3D objektů. Na území Slovenské republiky se využily metody získané z území menšího rozsahu a vytvořil se 3D model Slovenské republiky. Výsledky v podobě 3D WebGIS aplikace spolu s měřením odezvy zobrazování jednotlivých 3D modelů byly úspěšně ověřeny na ŠGÚDŠ. Následně byly integrovány do firemního informačního systému. Výsledky disertační práce zařadily Slovenskou republiku mezi státy, které zobrazují 3D geologické modely na internetu.

Keywords

3D, WebGIS, WebGL, ArcGIS, Cesium, JavaScript, DroneDeploy, Drone2Map, 3D model, Geologia, Geology, 3D kartografická vizualizace, LOD, Virtuálne rezy, Virtuálne vrty, Prototyp, ESP 32, Arduino, Laser, Lidar, Informačný systém, UseCase, 3D geologický model Slovenska, 3D model stromov, Web Bluetooth API, WebXR Device API

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 12. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 18. 2. 2021
• Supervisor: doc. RNDr. Tomáš Řezník, Ph.D.
• Reader: doc. Ing. Karel Janečka, Ph.D., doc. Ing. Jitka Komárková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Cartography, geoinformatics and remote sensing / Cartography, geoinformatics and remote sensing