Using a Handheld Laser Scanner in Modeling Small Objects

Abstract

Modeling small objects has an important place in terms of cultural heritage. In the early days, the data required for 3D map production was gathering with total stations and tape measures. It was limited in its application area. With technological developments, today's 3D measurement technologies have automated the collection of data required for 3D map production. One of the most used of these techniques recently is the terrestrial laser scanning technique. Laser scanners in 3D modeling can be divided into three categories depending on the scanning environment. These are airborne laser scanning, mobile laser scanning and terrestrial laser scanning. One of the methods recently used in modeling small-sized artifacts in the cultural heritage is the hand-held laser scanning method included in the mobile laser scanning. In this study, modeling of small-sized household figurines and vase objects with laser scanning method and taking measurements from the resulting model are explained. The resulting models did not yield sufficient point cloud density due to the color intensities on the object surfaces, operator errors and limitations of the scanner. Measurements were measured and checked with an electronic caliper. Since the measurements taken on it cannot be clearly distinguished, the measurement values are not considered suitable for precise studies. In this study, two small-sized objects were modeled with a hand-held laser scanning technique and the lengths were measured on the model. The accuracy of the measurement was made with an electronic caliper. It has been concluded that the system is insufficient in creating dense point clouds and has insufficient ability to distinguish details and complex surfaces.

Keywords

• Small object
• handheld laser scanner
• 3D modeling
• electronic caliper

Küçük Objelerin Modellenmesinde El Tipi Lazer Tarayıcı Kullanılması

Abstract

Küçük objelerin modellenmesi kültürel miras açısından önemli bir yer almaktadır. 3B harita üretimi için gerekli veriler ilk zamanlarda total station ve şerit metrelerle toplanıyordu. Uygulama alanı olarak kısıtlıydı. Teknolojik gelişmelerle beraber günümüzde 3B ölçüm teknolojileri, 3B harita üretimi için gerekli verilerin toplanmasını otomatik hale getirmiştir. Bu tekniklerden son dönemde en çok kullanılanlarından biride yersel lazer tarama tekniğidir. 3B modelleme de lazer tarayıcılar, tarama ortamına bağlı olarak üç kategoriye ayrılabilir. Bunlar havadan lazer tarama, mobil lazer tarama ve yersel lazer taramadır. Kültürel mirasın içerisinde yer alan ve küçük boyuttaki eserlerin modellenmesinde son dönemde kullanılan yöntemlerden biride mobil lazer taramanın içerisinde bulunan el tipi lazer tarama yöntemidir. Bu çalışmada küçük boyuttaki ev biblosu ve vazo objesinin lazer tarama yöntemiyle modellenmesi ve oluşan model üzerinden ölçü alınması anlatılmaktadır. Elde edilen modeller obje yüzeylerindeki renk yoğunlukları, operatörden kaynaklı hatalar ve tarayıcının kısıtlamalarında dolayı nokta bulutu yoğunluğu olarak yeteri yoğunlukta sonuç vermemiştir. Ölçümler elektronik kumpasla ölçülmüş ve kontrol edilmiştir. Üzerinden alınan ölçüler net olarak seçilemediği için ölçüm değerleri hassas çalışmalar için uygun görülmemektedir. Bu çalışmada küçük boyuttaki iki obje el tipi lazer tarama tekniğiyle modellenmiş ve model üzerinden uzunluklar ölçülmüştür. Yapılan ölçümün doğruluğu elektronik kumpasla yapılmıştır. Sistemin yoğun nokta bulutu oluşturma da yetersiz kaldığı, ayrıntı ve karmaşık yüzeylerde ayırt etme becerisinin yetersiz olduğu sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Küçük obje
• el tipi lazer tarayıcı
• 3B modelleme
• elektronik kumpas

References

1. Allard, T., Sitchon, M., Sawatzky, R., & Hoppa, R. (2005, November). Use of hand-held laser scanning and 3D printing for creation of a museum exhibit. In 6th International Symposium on Virtual Reality, Archaelogy and Cultural Heritage.
2. Arayici, Y. (2007). An Approach for Real World Data Modelling with the 3D Terrestrial Laser Scanner for Built Environment. Automation in Construction, 16(6), 816-829.
3. Aricò, M., La Guardia, M., Lo Brutto, M., Rappa, E. M., & Vinci, C. (2023). Mobile Mapping for Cultural Heritage: The Survey of the Complex of ST. John of the Hermits in Palermo (Italy). The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 48, 25-32.
4. Erdoğan, A., Görken, M., & Kabadayı, A. (2022a). Study on the use of unmanned aerial vehicles in open mine sites: A case study of Ordu Province Mine Site. Advanced UAV, 2(2), 35-40.
5. Erdoğan, A., Görken, M., Kabadayı, A., & Temizel, S. (2022b). Evaluation of green areas with remote sensing and GIS: A case study of Yozgat city center. Advanced Remote Sensing, 2(2), 58-65.
6. Erdoğan, A., Kabadayı, A., & Akın, E. S. (2021). Kültürel mirasın fotogrametrik yöntemle 3B modellenmesi: Karabıyık Köprüsü Örneği. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 3(1), 23-27.
7. Gerke, M., Rein, B., & Ghassoun, Y. Handgeführte 3D-Scansysteme zur Ver-voll Ständigung von Punktwolken aus Terrestrischen oder Mobilen Laserscannern 2017. DVW-Schriftenreihe, 88, ISBN:9783957861450, 50.
8. Ghahremani, K., Safa, M., Yeung, J., Walbridge, S., Haas, C., & Dubois, S. (2015). Quality Assurance for High-Frequency Mechanical Impact (HFMI) Treatment of Welds Using Handheld 3D Laser Scanning Technology. Welding in The World, 59, 391-400s.

9. Girardet, V., Grussenmeyer, P., Reis, O., Kieffer, J., Guillemin, S. & Moisan, E. (2019). 3D Indoor Documentation of the Winter Garden in the Earthenware Museum at Sarreguemines (France). The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 42, 527-532s.
10. Hamal, S. N. G., Sarı, B. & Ulvi, A. (2020). Using of Hybrid Data Acquisition Techniques for Cultural Heritage a Case Study of Pompeiopolis. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 2(2), 55-60s.
11. Kabadayı, A. (2022). Maden Sahasının İnsansız Hava Aracı Yardımıyla Fotogrametrik Yöntemle Haritalanması. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 4(1), 19-23.
12. Kabadayı, A. (2023). Yersel Lazer Tarama Yöntemi ile Rölöve ve Restütasyon projelerinin hazırlanması; Akşehir Kale Kalıntısı Örneği. Türkiye Lidar Dergisi, 5(1), 17-25.
13. Kabadayı, A., & Erdoğan, A. (2022a). Application of terrestrial photogrammetry method in cultural heritage studies: A case study of Seyfeddin Karasungur. Mersin Photogrammetry Journal, 4(2), 62-67.
14. Kabadayı, A., & Erdoğan, A. (2022b). İHA Fotogrametrisi Kullanarak Kadastroda Binaların Konum Doğruluğunun İncelenmesi. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 4(2), 66-72.
15. Kabadayı, A., & Erdoğan, A. (2023). İHA Fotogrametrisi Kullanarak Yozgat Çilekçi Türbesi’nin 3 Boyutlu Nokta Bulutu ve Modelinin Üretilmesi. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 5(1), 29-35.
16. Kabadayı, A., Yunus, K., & Yiğit, A. Y. (2020). Comparison of documentation cultural artifacts using the 3D model in different software. Mersin Photogrammetry Journal, 2(2), 51-58.
17. Kaneda, A., Nakagawa, T., Tamura, K., Noshita, K., & Nakao, H. (2022). A Proposal of A New Automated Method for Sfm/MVS 3D Reconstruction Through Comparisons of 3D Data by Sfm/MVS and Handheld Laser Scanners. Plos One, 17(7), e0270660.
18. Kanun, E., Metin, A., & Yakar, M. (2021). Yersel Lazer Tarama Tekniği Kullanarak Ağzıkara Han’ın 3 Boyutlu Nokta Bulutunun Elde Edilmesi. Türkiye Lidar Dergisi, 3(2), 58-64.
19. Kapica, R., Vrublová, D. & Mučková, J. (2019). 3D Documentation and Visualization of the Listed Objects in Areas Affected by Mining Activities. In 19th International Multidisciplinary Scientific Geoconference, SGEM 2019, 3-10.
20. Kaya, Y., Şenol, H. İ. & Polat, N. (2021). Three-Dimensional Modeling and Drawings of Stone Column Motifs in Harran Ruins. Mersin Photogrammetry Journal, 3(2), 48-52.
21. Keitaanniemi, A. (2023). Improving The Measurement Strategies and Post-Processing of Simultaneous Localization and Mapping Based Handheld Laser Scanning. Doctoral Theses, Aalto University, Department of Built Environment, Espoo, 1-2.
22. Liu, L., Soibelman, L., & Trupp, T. (2004). Novel Technologies for Construction Field Data Collection. International Conference on Computing in Civil and Building Engineering, ICCCBE, Weimar, German.
23. Ma, Z., & Liu, S. (2018). A Review of 3D Reconstruction Techniques in Civil Engineering and Their Applications. Advanced Engineering Informatics, 37, 163-174.
24. Macphee, M., & Jasra, P. (2017). Evaluation of the Capabilities and Limitations of the FARO Freestyle 3D Handheld Scanner. Journal of Emerging Forensic Sciences Research, 2(1), 75-80.
25. Pärn, E. A., & Edwards, D. (2017). Vision and Advocacy of Optoelectronic Technology Developments in the AECO Sector. Built Environment Project and Asset Management, 7(3), 330-348.
26. Pejić, M., Ogrizović, V., Božić, B., Milovanović, B., & Marošan, S. (2014). A Simplified Procedure of Metrological Testing of the Terrestrial Laser Scanners. Measurement, 53, 260-269.
27. Pollard, A. (2018). A Multispectral Imaging and 3D Modelling Project on the Arundel Marbles. Digital Imaging of Artefacts: Developments in Methods and Aims, 14-163.
28. Ulvi, A., Yakar, M., Yiğit, A. & Kaya, Y. (2019). The use of Photogrammetric Techniques in Documenting Cultural Heritage: The Example of Aksaray Selime Sultan Tomb. Universal Journal of Engineering Science, 7(3), 64-73.
29. Unver, E., Taylor, A., & Ball, A. (2016). Comparative Analysis of Mobile 3D Scanning Technologies for Design, Manufacture of Interior and Exterior Tensile Material Structures and Canvasman Ltd. Case Study.
30. Uzun, S. D., Hamal, S. N. G., & Fidan, Ş. (2022). Elde Taşınabilir Lazer Tarayıcılar ile İnsan Yüzünün Modellenerek Güzellik ve Bakım Sektöründe Kullanımının Değerlendirilmesi. Türkiye Lidar Dergisi, 4(1), 17-20s.
31. Xu, Y., & Stilla, U. (2021). Toward Building and Civil Infrastructure Reconstruction from Point Clouds: A Review on Data and Key Techniques. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 14, 2857-2885s.
32. Yakar, M., & Doğan, Y. (2017). Uzuncaburç Antik Kentinin İHA Kullanılarak Eğik Fotogrametri Yöntemiyle Üç Boyutlu Modellenmesi. 16. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı. TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Ankara.
33. Yılmaz, H. M., & Yakar, M. (2006a). Lidar (Light Detection And Ranging) Tarama Sistemi. Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2(2), 23-33.
34. Yılmaz, H. M., & Yakar, M. (2006b). Yersel lazer tarama Teknolojisi. Yapı teknolojileri Elektronik dergisi, 2(2), 43-48.
35. Yılmaz, H. M., & Yakar, M. (2008). Computing of volume of excavation areas by digital close range photogrammetry. Arabian J. Sci. Eng. 33(1A), 63-78.
36. Yılmaz, I. (2009). A research on the accuracy of landform volumes determined using different interpolation methods. Scientific Research and Essay, 4(11), 1248-1259.
37. Yılmaz, M., & Uysal, M. (2016). Comparison of data reduction algorithms for Li DAR‐derived digital terrain model generalisation. Area, 48(4), 521-532.
38. Yılmaz, M., & Uysal, M. (2017). Comparing uniform and random data reduction methods for DTM accuracy. International Journal of Engineering and Geosciences, 2(1), 9-16.
39. Yılmaz, M., Uysal, M., & Yılmaz, İ. (2015). Hava LiDAR Nokta Bulutundan Sayısal Yükseklik Modeli Üretiminde Veri Seyrekleştirme Algoritmalarının Karşılaştırılması. TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, 15.