Original paper

Documentation of conservation state in large-scale subsurface objects

Hannemann, Wilhelm; Brock, Tilman; Busch, Wolfgang

Abstract

Scene reconstruction by structure-from-motion algorithms has received a great deal of attention due to the freely available software Bundler. We describe a workflow mainly based on Bundler, PMVS2 and Meshlab for a three-dimensional documentation of conservation state in subsurface objects. The presented procedure is also suitable for locations difficult to access. Specific challenges in subsurface objects need to be addressed. This contribution describes the employed photo recording and processing procedure. As a result, photo-realistic textured models are exported in WebGL format, which is viewable in recent web browsers. Experiments were performed in the abandoned ore mine “Thurm Rosenhof“ in Clausthal-Zellerfeld, the karst cave “Bielshöhle“ in Rübeland and a drilling site of a potash mine. Two water wheel cambers and the connecting (and partly water-filled) adit of “Thurm Rosenhof“ were photographically documented. 3D geometry and texture was reconstructed based on these images. The karst cave provides a second test object, which is characterized by a more irregular geometry and varying passage dimensions. The blast hole drilling site in potash mining provides an object where reference data from laser scanning is available, enabling comparisons to the data derived with the structure-from-motion based approach. Median point distance between both models was found to be 8 mm.

Kurzfassung

Die dreidimensionale Rekonstruktion von Objekten mittels des Structure-from-Motion Algorithmus hat durch die frei erhältliche Software Bundler vermehrt Beachtung gefunden. Dieser Beitrag beschreibt einen Workflow zur dreidimensionalen Zustandsdokumentation untertägiger Hohlraumsysteme, welcher zu großen Teilen auf Bundler, PMVS2 und Meshlab basiert. Das beschriebene Vorgehen kann auch an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden. Untertägige Objekte stellen bei der Aufnahme spezielle Herausforderungen. Im Folgenden wird sowohl die Foto-Aufnahme vor Ort als auch der Workflow zur Prozessierung beschrieben. Als Endergebnis entstehen fotorealistisch texturierte Modelle, die in vielen gängigen Webbrowsern per WebGL dargestellt werden können. Experimente erfolgten in dem stillgelegten Erzbergwerk ,,Thurm Rosenhof“ in Clausthal-Zellerfeld, der durch Verkarstung entstandenen Bielshöhle in Rübeland sowie einem Bohrort im Kali-Bergbau. Zwei Radstuben und die sie verbindende (und teilweise wasserführende) Rösche in ,,Thurm Rosenhof“ wurden in mehreren Befahrungen fotografisch aufgenommen und aus diesen Digitalfotos die Geometrie und Textur rekonstruiert. Mit der Karsthöhle stand ein verwinkeltes und in den Raumdimensionen stark variierendes Testobjekt zur Verfügung. Der Bohrort im aktiven Kalibergbau wurde wegen zur Verfügung stehender Laserscanner-Referenzmessungen als weiteres Objekt ausgewählt. Ein Vergleich mit den Ergebnissen des Structure-from-Motion Ansatzes ergab für die punktweisen Abstände zwischen beiden Modellen einen Median von 8 mm.

Keywords

structure-from-motiondigital archaeologysubsurface objects3d reconstructionphoto-realism