High-resolution real-time multipurpose tunnel surface 3D rendering

Tunnel surveys making use of photogrammetric three-dimensional (3D) tunnel reconstruction reach resolutions in the millimeter range. Classical big data visualization approaches display point clouds only, neglecting this considerable resolution difference between structure and texture. The article suggests a data structure that separates structural and textural resolution by a regular grid on the unwrapped design surface for 3D, combined with a UV mapping technique as regularly used in computer graphics. For real-time rendering of huge multiscale data sets, the result of photogrammetric commercial-off-the-shelf reconstructions is transformed into a proprietary hierarchical data structure. It facilitates to only load currently relevant parts of the tunnel surface from the hard drive, and only upload and render currently adequate levels-of-detail onto the graphics card for seamless exploration of high-resolution geometric and image 3D tunnel data of arbitrary length. The solution allows for smooth interactive analysis and annotation such as crack identification and mapping, inventory, deformation assessment, and dimensional measurements. Aspects of data generation are addressed and information is given about the data structure, showing examples from entire tunnel 3D representations to demonstrate the smooth behaviour of the real-time rendering of huge data volumes in various scales on standard graphics hardware.

Hochauflösendes 3D-Mehrzweck-Rendering von Tunneloberflächen in Echtzeit
Die photogrammetrische 3D-Rekonstruktion von Tunnelgeometrien erreicht Auflösungen im mm-Bereich. Klassische Big-Data-Visualisierungsansätze zeigen nur Punktwolken an, ohne den erheblichen Auflösungsunterschied zwischen Struktur und Textur zu berücksichtigen. Der Beitrag schlägt eine Datenstruktur vor, die Struktur- und Texturauflösung durch ein regelmäßiges Gitter auf der abgewickelten Designoberfläche für 3D trennt, kombiniert mit einer UV-Mapping-Technik als Standard-Verfahren der Computergrafik. Für das Echtzeit-Rendering riesiger Datensätze unterschiedlicher Auflösungen wird das Ergebnis photogrammetrischer, handelsüblicher Rekonstruktionen in eine proprietäre hierarchische Datenstruktur umgewandelt, die es ermöglicht, nur die aktuell relevanten Teile der Tunneloberfläche in den aktuell adäquaten Detailstufen von der Festplatte auf die Grafikkarte zu laden und zu rendern, für eine nahtlose Exploration von hochauflösenden Struktur- und Texturdaten beliebiger Größe. Die Lösung ermöglicht eine reibungslose interaktive Analyse und Annotation, wie z. B. Rissidentifizierung und -kartierung, Bestandsaufnahme, Deformations- und Dimensionsmessungen. Neben Aspekten der Datengenerierung und Informationen über die Datenstruktur wird anhand von Beispielen ganzer Tunnel-3D-Darstellungen das reibungslose Verhalten des Echtzeit-Renderings riesiger Datenmengen in verschiedenen Maßstäben auf Standard-Grafikhardware demonstriert.