DOI: https://doi.org/10.5194/isprs-archives-xlviii-2-w4-2024-41-2024
تاريخ النشر: 2024-02-14
المؤلف: Vincenzo Barrile وآخرون
الموضوع الرئيسي: الهندسة المعمارية والتأثيرات الثقافية
نظرة عامة
تستعرض هذه القسم التقدم في رقمنة التراث الفني والثقافي على مدى العقدين الماضيين، مع تسليط الضوء على التحول من الحفظ والتحليل إلى نشر أوسع ومشاركة المعرفة حول المواقع التاريخية والأثرية. يتم استخدام أدوات متنوعة، بما في ذلك نمذجة معلومات البناء (BIM)، وأنظمة المعلومات الجغرافية (GIS)، والتقنيات الغامرة مثل الواقع الافتراضي والواقع المعزز، لإدارة القرى القديمة. ومع ذلك، تواجه هذه الأدوات تحديات تتعلق بالتشغيل البيني والتكامل.
لمعالجة هذه القضايا، يركز البحث على تطوير نموذج معلومات بناء هجين ثلاثي الأبعاد (HBIM) لمجمع بريكاكور، باستخدام بيانات سحابية تم التقاطها بواسطة طائرة DJI Mini 3 Pro. يتم تفصيل عملية دمج هذا النموذج HBIM في بيئة GIS باستخدام Autodesk Infraworks، إلى جانب إنشاء تطبيق واقع افتراضي/معزز/مختلط عبر منصة Unity 3D وMicrosoft Hololens. تهدف المنهجية المقترحة إلى إنشاء نظام هجين يستفيد من منصة Cesium ion، مما يسهل دمج المعلومات متعددة المقاييس من كل من برامج HBIM وGIS، وبالتالي تعزيز تماسك البيانات وقابليتها للاستخدام.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على تطور الرقمنة في الحفاظ على التراث الفني والثقافي ونشره على مدى العقدين الماضيين. في البداية، كانت الجهود تركز على الحفظ، وقد توسعت جهود الرقمنة لتشمل تطبيقات الواقع الافتراضي (VR) والواقع المعزز (AR) والواقع المختلط (MR)، مما يعزز الوصول والفهم للمواقع التاريخية. يؤكد البحث على دمج تقنيات مثل نمذجة معلومات المباني التاريخية (HBIM) وأنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) لمعالجة التحديات المتعلقة بالحفاظ على المواقع ذات الأهمية الثقافية، خاصة في منطقة جريكانيكا.
يقترح المؤلفون منهجية تجمع بين HBIM وGIS لتسهيل إدارة وتقييم أصول التراث الثقافي، باستخدام دراسة حالة لمجمع بريكاكور في ريجيو كالابريا. يمثل هذا الموقع، مع أنقاضه التاريخية وكنيسته، الحاجة إلى إدارة بيانات جغرافية متقدمة لمراقبة حالات الحفظ وتمكين تجارب غامرة للزوار من خلال تطبيقات VR/AR. تهدف الدراسة إلى سد الفجوات في الأدبيات الحالية بشأن استخدام المنصات عبر الإنترنت للتحليلات التشخيصية وتخطيط الترميم، مما يساهم في الصيانة المستدامة للتراث الثقافي.
طرق
تركز منهجية البحث على تطوير نموذج ثلاثي الأبعاد ونموذج معلومات بناء هجين (HBIM) لمجمع بريكاكور، باستخدام سحب نقطية تم إنشاؤها من الصور الملتقطة بواسطة طائرة DJI Mini 3 Pro. تبدأ العملية بالحصول على الصور من الطائرة، حيث يتم جمع 408 صورة باستخدام معلمات طيران محددة ومعالجتها عبر Pix4D لإنشاء سحابة نقطية كثيفة. يتم استخدام هذه السحابة النقطية بعد ذلك في Metashape لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد مفصل، والذي يتم تحسينه لاحقًا إلى نموذج HBIM باستخدام Autodesk Revit. يتم تحديد موقع النموذج في نظام الإحداثيات WGS84-UTM 33N لضمان تمثيل مكاني دقيق.
تشمل المراحل اللاحقة دمج نموذج HBIM في بيئة نظام المعلومات الجغرافية (GIS) باستخدام Autodesk Infraworks، مما يسهل استيراد أنواع الملفات المختلفة الشائعة في كل من BIM وGIS. تتضمن عملية الدمج استيراد نموذج ارتفاع رقمي (DEM) وطبقات GIS الأخرى، مما يضمن أن نموذج Revit يتم تحديد موقعه بشكل صحيح. لتعزيز تفاعل المستخدم والتصور، يتم تطوير تطبيق واقع افتراضي/معزز/مختلط باستخدام Unity 3D وMicrosoft Hololens، مما يسمح بتجارب غامرة في إدارة التراث الثقافي. أخيرًا، تقترح المنهجية استخدام منصة Cesium لتحسين التشغيل البيني بين BIM وGIS، مما يمكّن من تصور بيانات جغرافية ثلاثية الأبعاد ودمج تنسيقات بيانات متنوعة، وبالتالي معالجة تحديات توافق البيانات عبر بيئات النمذجة المختلفة.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة تطبيق منهجية تدمج نمذجة معلومات المباني التاريخية (HBIM) مع أنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) في مجمع بريكاكور في جنوب كالابريا. باستخدام Autodesk Infraworks، أنشأ الباحثون نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة للمنطقة، مستفيدين من بيانات GIS المتاحة وخدمات السحابة لاستيراد البيانات. كانت النماذج، وخاصة تمثيل BIM لكنيسة بريكاكور، موضوعة بشكل فعال، مما يسهل التخطيط المحسن وإدارة الموارد لمواقع التراث الثقافي. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود في نشر هذه المعلومات لغير الخبراء، وخاصة السياح، وتقترح أن تطبيقات الواقع الافتراضي/المعزز (VR/AR)، التي تم تطويرها باستخدام Unity 3D وMicrosoft HoloLens، يمكن أن تعزز تفاعل المستخدم مع النماذج.
لمعالجة تحديات دمج BIM وGIS، يقترح المؤلفون تطوير وحدة برمجية لـ Cesium من شأنها تمكين التحويل التلقائي لملفات HBIM إلى تنسيق متوافق، مما يسهل مشاركة البيانات ويقضي على التكرار. تهدف هذه الوحدة إلى إنشاء قاعدة بيانات موحدة تضم مخططات BIM وGIS، مما يسمح بالتحويل الديناميكي للبيانات وتحسين قدرات التصور. ستركز التطورات المستقبلية على تعزيز مكتبات Cesium لدعم التصورات الجغرافية ثلاثية الأبعاد ونمذجة 4D، مما يمكن أن يتتبع تطور مواقع التراث الثقافي بمرور الوقت، وبالتالي يساهم في إدارة وفهم أكثر فعالية لهذه الأصول.
DOI: https://doi.org/10.5194/isprs-archives-xlviii-2-w4-2024-41-2024
Publication Date: 2024-02-14
Author(s): Vincenzo Barrile et al.
Primary Topic: Architecture and Cultural Influences
Overview
The section outlines advancements in the digitization of artistic and cultural heritage over the past two decades, highlighting a shift from conservation and analysis to broader dissemination and knowledge-sharing of historical and archaeological sites. Various tools, including Building Information Modeling (BIM), Geographic Information Systems (GIS), and immersive technologies like virtual and augmented reality, are employed for managing ancient villages. However, these tools face challenges related to interoperability and integration.
To address these issues, the research focuses on developing a 3D Hybrid Building Information Model (HBIM) of the Precacore complex, utilizing point cloud data captured by a DJI Mini 3 Pro. The process of integrating this HBIM model into a GIS environment using Autodesk Infraworks is detailed, alongside the creation of a Virtual/Augmented/Mixed Reality application via the Unity 3D platform and Microsoft Hololens. The proposed methodology aims to establish a hybrid system leveraging the Cesium ion platform, facilitating the integration of multi-scale information from both HBIM and GIS software, thereby enhancing data coherence and usability.
Introduction
The introduction highlights the evolution of digitization in the preservation and dissemination of artistic and cultural heritage over the past two decades. Initially focused on conservation, the digitization efforts have expanded to include virtual reality (VR), augmented reality (AR), and mixed reality (MR) applications, which enhance accessibility and understanding of historical sites. The research emphasizes the integration of technologies such as Historic Building Information Modeling (HBIM) and Geographic Information Systems (GIS) to address challenges related to the preservation of culturally significant sites, particularly in the Grecanica area.
The authors propose a methodology that combines HBIM with GIS to facilitate the management and valorization of cultural heritage assets, using a case study of the Precacore complex in Reggio Calabria. This site, with its historical ruins and church, exemplifies the need for advanced geospatial data management to monitor preservation states and enable immersive experiences for visitors through VR/AR applications. The study aims to fill gaps in existing literature regarding the use of online platforms for diagnostic analyses and restoration planning, ultimately contributing to the sustainable maintenance of cultural heritage.
Methods
The research methodology focuses on the development of a 3D model and Hybrid Building Information Modeling (HBIM) of the Precacore complex, utilizing point clouds generated from images captured by a DJI Mini 3 Pro drone. The process begins with drone-based image acquisition, where 408 images are collected using specific flight parameters and processed through Pix4D to create a dense point cloud. This point cloud is then utilized in Metashape to generate a detailed 3D model, which is further refined into an HBIM model using Autodesk Revit. The model is georeferenced in the WGS84-UTM 33N coordinate system to ensure accurate spatial representation.
Subsequent phases involve integrating the HBIM model into a Geographic Information System (GIS) environment using Autodesk Infraworks, which facilitates the import of various file types common to both BIM and GIS. The integration process includes importing a Digital Elevation Model (DEM) and other GIS layers, ensuring the Revit model is correctly geolocalized. To enhance user interaction and visualization, a Virtual/Augmented/Mixed Reality application is developed using Unity 3D and Microsoft Hololens, allowing for immersive experiences in cultural heritage management. Finally, the methodology proposes utilizing the Cesium platform for improved interoperability between BIM and GIS, enabling the visualization of 3D geospatial data and the integration of various data formats, thus addressing the challenges of data compatibility across different modeling environments.
Results
The results of the study demonstrate the application of a methodology integrating Historical Building Information Modeling (HBIM) with Geographic Information Systems (GIS) in the Precacore Complex of South Calabria. Utilizing Autodesk Infraworks, the researchers created detailed three-dimensional models of the area, leveraging available GIS data and cloud services for data importation. The models, particularly the BIM representation of the Church of Precacore, were effectively georeferenced, facilitating enhanced planning and resource management for cultural heritage sites. However, the study acknowledges limitations in disseminating this information to non-experts, particularly tourists, and suggests that Virtual/Augmented Reality (VR/AR) applications, developed using Unity 3D and Microsoft HoloLens, could enhance user interaction with the models.
To address the challenges of BIM-GIS integration, the authors propose developing a software module for Cesium that would enable automatic conversion of HBIM files into a compatible format, thereby facilitating data sharing and eliminating duplication. This module aims to create a unified database incorporating BIM and GIS schemas, allowing for dynamic data conversion and improved visualization capabilities. Future developments will focus on enhancing Cesium’s libraries to support 3D geospatial visualizations and 4D modeling, which could track the evolution of cultural heritage sites over time, thereby contributing to more effective management and understanding of these assets.