Testing the suitability of spatial printing technology for engineering applications (for presentation of topographic surface)

Abstract

The final result of the architect´s designing work is the visualization of the project in the form of a drawing or a picture on the screen. Such screen images have many advantages, there are, however, some flaws of this method (of visualization), which makes it necessary to build physical models of the projected objects. The observation of physical models requires no hardware, the observed model is seen using the principles of everyday experience of the observer - as a realistic three-dimensional object and - it can be observed in real time from any site. Moreover, one can directly determine the spatial relationship between its component parts. Physical models can be elaborated manually or using modern printing technology - 3D. Three-dimensional printing technology involves building a model of layers. Subsequent layers are superimposed on each other, but their shape is given in numerical form - according to the programmed design model. The layers are bound together creating a stable physical spatial model. The aim of this study was to use the 3D printing technology to visualize terrain objects. As the source object for testing the 3D printing technology four Krakow mounds have been used. These objects were a well selected experimental basis, both because of the shape of the surface topography, and the associated engineering structures (paths and walls). The source data was obtained from the GNSS measurements and from airborne and terrestrial laser scanning. For the models prepared on the basis of GNSS measurements some inaccuracies of mapping were observed, due to the insufficient number of the source points. The models based on the clouds of points from laser scanning showed high accuracy in reproducing all terrain and engineering details. In conclusion we list the temporary 3D printing flaws like: the time-consuming printing process and the high technology cost. Advantages and possible applications lie in the creation of architectural models and in the renovation of monuments.

Efektem końcowym działalności projektowej architekta jest wizualizacja w formie rysunku lub obrazu na ekranie monitora. Takie obrazy mają bardzo wiele zalet, są jednak pewne niedoskonałości tej metody prezentacji wyników, które sprawiają, że okazuje się konieczne budowanie materialnych modeli projektowanych obiektów. Obserwacja modeli materialnych nie wymaga żadnego sprzętu, model jest postrzegany z wykorzystaniem zasad codziennego doświadczenia obserwatora, jako realistyczny obiekt trójwymiarowy, można go obserwować w czasie rzeczywistym z dowolnych stron, na modelu można bezpośrednio ustalać relacje przestrzenne pomiędzy jego częściami składowymi. Modele materialne mogą być wykonywane ręcznie albo za pomocą nowoczesnej techniki wydruku 3D. Technologia wydruku trójwymiarowego polega na budowaniu modelu z warstw. Kolejne warstwy są nakładane na siebie, przy czym ich kształt jest zadany w postaci numerycznej - zgodnie z zaprogramowanym projektem modelu. Warstwy są wiązane ze sobą, w rezultacie czego powstaje trwały materialny model przestrzenny. W niniejszej pracy został podjęty temat zastosowania technologii druku 3D do wizualizacji obiektów terenowych. Do testowania technologii druku 3D jako obiekty źródłowe wybrano cztery krakowskie kopce. Te obiekty stanowiły dobrze dobraną bazę doświadczalną, zarówno ze względu na kształt powierzchni topograficznej, jak również na występujące obiekty inżynierskie (ścieżki i mury). W badaniach wykorzystano dane pochodzące z pomiarów GNSS oraz z lotniczego i naziemnego skanowania laserowego. W przypadku modeli opracowanych na podstawie pomiarów GNSS zaobserwowano pewne niedokładności odwzorowania obiektów, wynikające z niewystarczającej liczby punktów pomiarowych. Modele opracowane na podstawie chmur punktów skanowania laserowego wykazywały wysoką dokładność odwzorowania wszelkich szczegółów terenowych i inżynierskich. W podsumowaniu omówiono przejściowe wady druku 3D, którymi są czasochłonność procesu druku i wysokie koszty technologii oraz szereg zalet i możliwości zastosowań w tworzeniu makiet architektonicznych i w renowacji zabytków.