Gestión y explotación de la información TLS de 3D a 2D y 2.5D : análisis, selección y síntesis a partir de la tecnología escáner láser terrestre

Abstract

The foundation and guarantee of a good heritage protection is the appropriate knowledge of it, this understanding is developed from studies conducted by different specialists, using the architectural surveys as a basis for their work and as a platform for communication between disciplines. These surveys are conducted at different levels, covering different issues, such as studying the consolidation of paintings or analysis of the structures, all in the same heritage building. This generates duplication in registration activities, as a first step in the exploration of the patrimonial goods, in most cases with difficult information to superimpose or link, which makes it difficult to cross-reading this knowledge, with records or documentation do not follow standards that allow integration, or adequate information management between surveys. Therefore the importance of developing methodologies to unify criteria between disciplines and facilitate the approximation of the different views about the heritage from a common base information, not only as an ethical obligation for those involved in conservation processes, but as tools that produce immediate benefits in management, project planning, control of current status, interdisciplinary communication and evaluation of results. To this end we work with technology Terrestrial Laser Scanner (TLS), which allows complex surveys , different leveIs of approximation, in short periods of time without compromising accuracy. The central aim of the thesis is to identify the potential of databases TLS as 20 and 2.50 images, maintaining the relationship with the initial information. Is proposed that the creation and exploitation of TLS data bases in two dimensions , can increase knowledge of heritage buildings, used for the analysis, selection classification and recognition of 3D point clouds and 3D data conversion to 2D (2.50) using image processing and synthesis process in search of a useful tool for the different disciplines that use this information starting representation. We use the concept of architectural survey (understood as analysis, selection and synthesis of real event) as framework for the development of the methodologies proposed. Considering the analysis of the asset from data collection, to the objective classification of the component parts and their relationship. After this process is selected and restructures the information, plans and elevations, to pass data from 3D to 2D (2 .5D), always maintaining the relationship with 3D starting point, achieving a synthesis that allows different levels approach to process coregistered images . In this process it was necessary to integrate techniques of paralllel lines to the TLS, formats like LIDAR aerial surveys, classification techniques of natural surfaces and reverse engineering, image processing techniques and architectural surveys SFM (Structural From Motion, processes scanned photo), therefore their developments in point cloud management and data processing 2D and 2.5D. These processes have been applied to specific case studies, highlighting mainly the geometrical characteristics of the surfaces in relation to the materials , the types of gradient, the consolidation of materials, the analysis of movements or deformations of facades , and archaeological stratification processes, among others. Parallel to the case studies, interviews validated the results, from the perspective of different disciplines were developed

Podemos afirmar que la base y la garantía de una buena protección del patrimonio es el conocimiento adecuado del mismo. Este se desarrolla a partir de estudios realizados por diferentes especialistas, que utilizan como base para su trabajo y como medio de comunicación los levantamientos arquitectónicos. Estos levantamientos se realizan a diferentes escalas, abarcando problemas diferenciados, como por ejemplo el estudio de la consolidación de pinturas o el análisis de las estructuras, en un mismo edificio patrimonial. Esto conlleva a duplicar las actividades de registro, como primera etapa en la exploración de los bienes patrimoniales, en la mayoría de los casos con informaciones difíciles de superponer o relacionar, lo cual hace más difícil una lectura transversal de este conocimiento, con registros o documentaciones que no siguen estándares que permitan su integración, ni una adecuada gestión de la información. Por ello de la importancia de desarrollar metodologías que permitan unificar criterios entre disciplinas y faciliten la aproximación de las diferentes visiones sobre el patrimonio en un mismo material de partida, no solo como una obligación ética para los implicados en los procesos de conservación, sino como herramientas con beneficios inmediatos en la gestión, en la planificación de los proyectos, el control del estado actual, la comunicación interdisciplinar y la evaluación de los resultados. Para ello partimos de la tecnología de Escáner Láser Terrestre TLS, que permite levantamientos complejos, a diferentes niveles de aproximación, en breves periodos de tiempo, sin comprometer la precisión. Centrando el objetivo de la tesis en identificar el potencial de las bases de datos TLS como imágenes 2D y 2.5D, manteniendo la relación con la información de partida. Se plantea que la creación y explotación de bases de datos TLS en 2D, permite profundizar el conocimiento de los edificios patrimoniales, utilizando para el análisis y selección técnicas de clasificación 3D y conversión de datos de 3D a 2D (2.5D), utilizando el procesamiento de imágenes como proceso de síntesis, en busca de una representación útil, para las diferentes disciplinas que utilicen esta información de partida. Como estructura que encadena este proceso partimos del concepto de levantamiento arquitectónico (entendido como análisis, selección y síntesis del hecho real), para el desarrollo de las metodologías planteadas. Considerando el análisis del elemento patrimonial desde la toma de datos, hasta la clasificación objetiva de los elementos que lo componen y su relación. Posteriormente se selecciona y reestructura la información en plantas y alzados, al pasar los datos de 3D a 2D (2.5D), manteniendo en todo momento la relación con la base 3D de partida, logrando una síntesis que permite diferentes niveles de aproximación, al procesar las imágenes corregistradas, en las cuales se logra una representación patrimonial coherente. En este proceso fue necesario integrar técnicas de líneas paralelas a la TLS, como los formatos de levantamientos LIDAR aéreos, técnicas de clasificación de superficies naturales y de ingeniería inversa, técnicas de procesamiento de imágenes y de levantamientos SFM (Structural From Motion, procesos de foto escaneado), tanto por sus desarrollos en gestión de nubes de puntos o el tratamiento de datos en 2D y 2.5D. Estos procesos se aplican a casos de estudio concretos, que resaltan sobre todo las características geométricas de las superficies, en relación a los revestimientos de los materiales, las tipologías de degradado, la consolidación de los materiales, el análisis de movimientos o deformaciones de las fachadas, los procesos de estratificación arqueológica, entre otros. Paralelo a los casos de estudio, se desarrollaron entrevistas que validaron los resultados obtenidos, desde la perspectiva de diferentes disciplinas.