Bomen
Vliegtuigen en onderzeeërs
Tunneldeformatie
Figuur 4. Links: Ongefilterd oppervlak van een cel van een vlieger met meetruis. Rechts:
Gladgestreken oppervlak van dezelfde cel.
te gedetailleerd is voor toepassing op 'Google Earth-schaaf.
Verdere automatisering is daarom dringend noodzakelijk. De
toposcopie-methode bleek daarentegen zeer praktijkgericht.
Al voor dat de TU haar scanner kocht, was de vakgroep Optical
and Laser Remote Sensing betrokken bij een internationaal
project om uit 3D-scans van bomen belangrijke parameters,
zoals het houtvolume, af te leiden. Een belangrijke stap hierbij
is skeletering, waarbij net zolang virtueel hout van een boom
wordt geschaafd totdat hij op het punt staat uit elkaar te vallen.
Het resultaat is een driedimensionele graaf (met takken en
knopen), waaruit de structuur van de boom veel gemakkelijker
valt af leiden, dan uit de oorspronkelijke puntenwolk. Het
algoritme maakt gebruik van de aardige eigenschap, dat
het skelet van een natuurlijke boom ook een boom is in de
grafentheorie (figuur 2).
Een probleem is echter dat de scanner alleen de buitenkant
van de boom ziet, dus als het ware een holle boom geeft,
terwijl je het skelet middenin de stam wilt. Op dit gebied
zijn sindsdien grote vorderingen geboekt: ook uit een ijle
puntenwolk kunnen we tegenwoordig in één stap een skelet
afleiden. In de computational geometry is dat erg interessant,
want normaal gaat dat in twee (gecompliceerde) stappen, met
een getrianguleerd oppervlak als tussenresultaat.
De aërodynamische eigenschappen van vliegtuigen krijgen
in de faculteit uiteraard veel aandacht. Naast metingen
met schaalmodellen in windtunnels
wordt CFD (computational fluid
dynamics) gebruikt voor simulaties met
computermodellen, die uit het CAD-
ontwerp worden afgeleid. Geen enkel
object, ook een vliegtuig niet, wordt
exact gebouwd zoals het ontworpen is;
ook daarna worden altijd nog wijzigingen
aangebracht of verandert de vorm
door veroudering. Een heel vliegtuig
past niet in de windtunnel; daarom
wordt onderzocht of uit laserscans van
vliegtuigen realistische modellen voor CFD verkregen kunnen
worden. Daartoe is het laboratoriumvliegtuig van de faculteit
gescand, alsook het vliegtuig van de bekende luchtacrobaat
Frank Versteegh (met een scanner van DelftTech; figuur 3) en
een vlieger voor Wubbo Ockels' laddermolen (www.ockels.nl).
Ook de hydrodynamica van de robotonderzeeër Galatea (www.
galatea-project.nl) willen we zo onderzoeken.
Een van de belangrijke uitdagingen is de verwijdering van de
meetruis. Deze zorgt in combinatie met de benodigde hoge
puntdichtheid namelijk voor een hobbelig oppervlak, dat tot
onrealistische resultaten van de simulatie leidt. De overtalligheid
als gevolg van de hoge puntdichtheid kan echter ook gebruikt
worden om de ruis te verminderen, door te veronderstellen dat
het oppervlak vloeiend van vorm is (figuur 4). Veel vliegtuigen
en andere objecten hebben echter ook scherpe knikken in
het oppervlak. Om te voorkomen dat deze door de vloeiende
vormen van de modellering uitgesmeerd worden, zullen deze
breuklijnen gedetecteerd moeten worden in de laserscandata.
Deze methode kan dan tevens gebruikt worden voor de
modellering van andere objecten, waarvan de precisie van het
model van belang is.
Een waarschijnlijk nog subtielere deformatie dan die bij
vliegtuigen treedt op in tunnels. Om deze vast te stellen kan men
tachymetrie gebruiken, waarbij een aantal geselecteerde punten
zeer nauwkeurig wordt gemeten. Dit aantal is bij laserscannen
vele malen groter, zij het dat de meetnauwkeurigheid lager is
de ruis is per punt groter dan de verwachte deformatie. Toch
Special Geodata-inwinning
