Analiza oblika kompleksne 3D geometrije kreirane fotogrametrijskom 3D digitalizacijom na primeru ikonostasa

Abstract

Predmet istraživanja u okviru doktorske disertacije može se podeliti na nekoliko osnovnih tema. Kako se kao osnovni problem istraživanja postavlja analiza oblika kompleksne geometrije kreirane fotogrametrijskom 3D digitalizacijom, fokus istraživanja predstavlja primenu metode analize oblika, zasnovane na numeričkoj deskripciji, u cilju određivanja jasnih relacija između karakteristika oblika i stilskog pravca. Istraživanje u okviru doktorske disertacije bazira se na materijalnom kulturnom nasleđu, koje obuhvata ikonostase, kao jedinstvene elemente kulturnog nasleđa sa izrazito kompleksnom geometrijom. Osnovni cilj istraživanja predstavlja numeričku analizu i stilsku klasifikaciju karakteristika oblika kompleksne geometrije ikonostasa, kreirane fotogrametrijskom 3D digitalizacijom. U svrhu realizacije datog cilja, primenjen je multidisciplinarni pristup koji obuhvata širi kontekst tehnologija i znanja iz oblasti računarske grafike i matematike, koje se koriste za 3D digitalizaciju i analizu oblika. U cilju određivanja jasnih relacija između karakteristika oblika i stilskog pravca ikonostasa, predložen je metod za klasifikaciju oblika glavnih elemenata ikonostasa u odnosu na karakteristike stilskog pravca, zasnovan na metodi 2D analize oblika. Tehnike analize oblika, zasnovane na metodi deskripcije korišćene su za numeričko opisivanje i klasifikaciju stilskih karakteristika razmatranih karakteristika oblika glavnih strukturnih elemenata digitalizovanih modela ikonostasa. Primenjeni su 2D globalni deskriptori i njima pridružene mere oblika, koje su zasnovane na dimenzijama i proporcijama pojedinih elemenata ikonostasa, a koje su dizajnirane tako da odražavaju karakteristične atribute stvarnih oblika. U svrhu 3D digitalizacije, korišćena je fotogrametrijska digitalizacija, kao pouzdan i pristupačan način 3D rekonstrukcije realnih prostornih struktura. Istraživanje u okviru doktorske disertacije obuhvata i analizu i primenu metoda segmentacije oblaka tačaka i detektovanja kontura, u cilju kreiranja preciznih 2D modela kompleksne geometrije ikonostasa, koji se dalje mogu koristiti za 2D analizu oblika. Metod za 2D analizu oblika kompleksne 3D geometrije kreirane fotogrametrijskom 3D digitalizacijom, predložen u okviru doktorske disertacije, ilustrovan je na reprezentativnim primerima tri ikonostasa, nastala na području nekadašnje Karlovačke mitropolije u periodu umetničkih pravaca Baroka i Klasicizma. Rezultati istraživanja ukazali su na to da predložene metode i tehnnologije mogu biti korisne za 2D analizu oblika kompleksne geometrije digitalizovanih objekata kulturnog nasleđa. Naučni doprinos doktorske disertacije ogleda se u numeričkom pristupu analizi oblikovnih karakteristika kulturnog nasleđa, za koje se, zbog prirode kompleksne geometrije ne mogu jasno odrediti pravila oblikovanja, niti pripadnost određenom stilskom pravcu. Rezultati istraživanja takođe doprinose proširenju teorijskih znanja, dopunjujući ih saznanjima o numeričkim karakteristikama oblika analiziranih stilskih pravaca.

The subject of the research is divided into several main topics. The basic problem defined within the dissertation was the shape analysis of complex geometry created by photogrammetric 3D digitization. According to that, the main focus of the research was the application of shape analysis, based on the numerical description, to determine clear relations between shape characteristics and stylistic movement. The research includes iconostases, as unique elements of material cultural heritage, characterized by complex geometry. The aim of the research was the numerical shape analysis and classification of the stylistic characteristics of the complex geometry of the iconostasis, created by photogrammetric 3D digitization. To achieve this goal, a multidisciplinary approach was applied, which includes a broader context of technologies and knowledge in the field of computer graphics and mathematics, which were used for 3D digitization and shape analysis. To determine relations between the shape characteristics and the stylistic movement of the iconostases, a method based on 2D shape analysis has beenproposed for the classification of the main iconostasis elements concerning the stylistic period to which it belongs. Shape analysis method, based on the description techniques, was used for numerical description and classification of stylistic characteristics of the considered shape characteristics of the main structural elements of the digitized iconostasis. The concept was based on the application of 2D global shape descriptors and associated shape measures. The shape measures were based on the dimensions and proportions of individual elements of the iconostasis and were designed to reflect the characteristic attributes of real shapes. For 3D digitization of iconostases, photogrammetric digitization was used, as a reliable and accessible way of 3D reconstruction of real spatial structures. In addition, the research included consideration and application of an approach to obtain 2D CAD-like visualizations of complex geometry from photogrammetric models so that the detected contours of particular object elements can be used for 2D shape analysis. The proposed method for 2D shape analysis based on photogrammetric 3D models was illustrated on representative examples of three iconostases, originated from the Baroque and Classicism art movements on the territory of the former Metropolitanate of Karlovci, in the Vojvodina region. The results indicated that the proposed methods and techniques, with certain improvements, could be useful for 2D shape analysis of complex geometry of digitized objects of cultural heritage. The dissertation contribution is reflected in the numerical approach to the shape analysis of cultural heritage characteristics, whereas the rules of design or belonging to a particular artistic style are not always obvious, due to the complex geometry. The obtained results also contribute to the broadening theoretical knowledge, supplementing it with the metric characteristics of the shapes of the analyzed stylistic directions.