Publikacje

Zebrane są tu moje prace dyplomowe napisane w języku angielskim. Pierwsza z nich powstała w 2005 roku po moim rocznym pobycie w Dreźnie na Technische Universitat Dresden w ramach wymiany Socrates/Erasmus. Praca obroniona na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i wyróżniona przez Ministra Infrastruktury w 2006 roku. Promotorem tej pracy był prof. Józef Jachimski z AGH i prof. Hans-Gerd Maas z Drezna. Kolejną pracę napisałem podczas moich studiów na Uniwersytecie w Plymouth, gdzie zajmowałem się pamięcią kulturową, 360-stopniowym video, interaktywną narrację i imersyjnymi światami. W 2017 roku obroniłem doktorat z fotogrametrii i geoinformacji na AGH w Krakowie. Moimi promotorami byli: dr hab. inż. Regina Tokarczyk prof AGH oraz dr inż. Jakub Kolecki.

 

Prace dyplomowe

Zastosowanie imersyjnych obrazów wideo do fotogrametrycznych pomiarów 3D (praca doktorska - 2017)

Streszczenie

Praca doktorska przedstawia koncepcję pomiarów fotogrametrycznych z wideo imersyjnego, czyli wideo zarejestrowanego w ruchu przez kamerę imersyjną. Taka kamera rejestruje serię imersyjnych obrazów wideo o 360° polu widzenia dzięki zastosowaniu kilku kamer składowych, których środki rzutów są oddalone od wspólnego ?wirtualnego? środka rzutów.

W celu łatwiejszego korzystania z takich oddzielnych obrazów składowych zwykle tworzone są ?ułomne? panoramy sferyczne, które w tej pracy nazywane są panoramami imersyjnymi. Obrazy składowe są rzutowane na powierzchnię sfery i wyświetlane jako panoramy sferyczne o wspólnym środku rzutów. Powoduje to powstawanie błędów na tych panoramach, co wpływa na dokładność opracowań fotogrametrycznych.

W literaturze brak jest opracowań dotyczących wpływu różnych parametrów odpowiedzialnych za tworzenie panoram imersyjnych na pomiary fotogrametryczne, na tworzenie wysokorozdzielczych chmur punktów, a także na generowanie trajektorii poruszającej się kamery imersyjnej. W dotychczasowych badaniach nie ma też analizy dokładności pomiarów fotogrametrycznych z obrazów tworzonych przez wielokamerowe systemy dioptryczne oraz wykorzystania zalet imersyjnego wideo. Niniejsza rozprawa zawiera badania pozwalające na wypełnienie luk w istniejącym stanie wiedzy na temat obrazowania wideo imersyjnego i jego zastosowania do pomiarów fotogrametrycznych. W szczególności położono nacisk na wpływ zastosowania obrazów imersyjnych na dokładność takich pomiarów w dostępnym oprogramowaniu fotogrametrycznym wykorzystującym model sferyczny.

Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było sprawdzenie potencjału kamer imersyjnych w fotogrametrii bliskiego zasięgu i opracowanie metodyki pomiarów z imersyjnych obrazów wideo. Z uwagi na charakter obrazów imersyjnych w odniesieniu do panoram sferycznych, celem poznawczym jest analiza modelu imersyjnego i badanie różnic w stosunku do modelu sferycznego, natomiast praktycznym aspektem badań jest sprawdzenie wpływu tych różnic na pomiary fotogrametryczne na konkretnych, zarejestrowanych imersyjnych obrazach wideo. W badaniach wykorzystano kamerę imersyjną Ladybug? 3 firmy Point Grey Research.

Z uwagi na wykorzystanie oprogramowania bazującego na obrazach sferycznych (Agisoft Photoscan) w analizach uwzględniono model sferyczny z błędami obrazowania imersyjnego. Problemem badawczym jest analiza dokładności pomiarów z panoram imersyjnych w zależności od czynników wpływających na tworzenie imersyjnych obrazów wideo, a także od specyfiki rejestrowanego miejsca.

Ustalono następujące tezy rozprawy doktorskiej: a) imersyjne obrazy wideo pozyskiwane z systemów mobilnych mogą być użyte jako źródło fotogrametrycznych danych do pomiarów 3D o dokładności wynikającej z geometrii modelu obrazowania; b) imersyjne obrazy wideo pozwalają na tworzenie modeli 3D obiektów w postaci chmury punktów o dużej rozdzielczości; c) imersyjne obrazy wideo pozwalają na poprawienie dokładności wyznaczenia trajektorii ruchu kamery poprzez integrację metody SfM z pomiarem GNSS/INS.

W ramach badań nad tezą (a) zauważono przede wszystkim, że punkty fotografowanego obiektu znajdujące się w odległości (D) równej promieniowi sfery (R) (od umownego wirtualnego środka rzutów) odwzorowane są na panoramie w położeniach zgodnych z obrazowaniem sferycznym, pozostałe punkty doznają przesunięć ? nazwanych tu paralaksami. Największe błędy paralaksy uzyskuje się dla dużych wartości R i małych wartości D. Tendencje wyboru długości bazy dla obrazowania imersyjnego w modelu sferycznym są przeciwne z minimalizacją błędów przypadkowych dla kamer składowych w położeniu normalnym i zgodne dla kamer sąsiednich. Im krótsza baza, tym kąty ? (pomiędzy osią kamery składowej a kierunkiem obserwacji) są mniejsze, w związku z tym zmniejsza się błąd paralaksy, natomiast zwiększa się wpływ błędu przypadkowego w kierunku wgłębnym. Optymalny dobór bazy przy pomiarze z dwóch panoram występuje wtedy, gdy wykres błędu przypadkowego dla kierunku głębi wcięcia przecina się z wykresem wpływu błędu systematycznego spowodowanego imersją w tym samym kierunku. Przy pomiarze z tych samych kamer składowych można przewidzieć błędy, jakie pojawią się na obrazach imersyjnych, jednakże, gdy pojawia się przeskok na sąsiednią kamerę składową wtedy wpływ imersji jest trudno przewidywalny (analizowana kamera immersyjna nie jest symetryczna i składa się z pięciu kamer składowych rozmieszczonych na jednej płaszczyźnie).

W badaniach nad tezą (b) stwierdzono głównie, że zwiększenie liczby panoram ma decydujące znaczenie dla gęstości chmury punktów, co wpływa na zwiększenie rozdzielczości tworzonego modelu. Dodatkowo, dobór małej bazy znacznie zwiększa liczbę punktów wiążących między panoramami.

W celu udowodnienia tezy (c) zbudowano średnio-budżetowy autorski system mobilnego kartowania składający się z modułów pozycjonowania, inercyjnego i imersyjnego obrazowania. Został on skalibrowany przez wyznaczenie wektora przesunięć między modułami systemu, wyliczono macierze obrotów i macierze kalibracyjne oraz porównano dane pozyskane z pomiarów GNSS i INS z danymi uzyskanymi z aplikacji SfM. Przeprowadzono także integrację georeferencji bezpośredniej z wyrównaniem sieci panoram. W autorskim systemie mobilnym wykorzystanie georeferencji pośredniej dla imersyjnych obrazów wideo zwiększyło nawet 3-krotnie dokładność na punktach kontrolnych w porównaniu do sytuacji, gdy korzysta się z georeferencji bezpośredniej pozyskanej z technologii SPAN opartej na dwóch antenach GNSS oraz danych satelitarnych i inercyjnych poddanych post-processingowi.

W tej rozprawie udowodniono, że można zaplanować realizację pomiarów fotogrametrycznych z panoram imersyjnych o określonej dokładności, jednak odbywa się to kosztem ograniczenia pola widzenia i związanego z tym zmniejszenia liczby punktów, co zrekompensować można przez zwiększenie liczby rejestrowanych panoram (fps). Wiąże się to z krótszą bazą, co prowadzi do zmniejszenia błędu paralaksy (błąd systematyczny), ale przy jednoczesnym wzroście błędu przypadkowego. Uzyskane dokładności potwierdzają przydatność skonstruowanego systemu oraz zaproponowaną metodykę kalibracji i integracji obserwacji pod kątem niektórych opracowań fotogrametrycznych. System może być wykorzystany do tworzenia modeli budynków o poziomie szczegółowości LoD4. Przestrzeganie wyżej opisanych zasad przy pomiarach z panoram imersyjnych umożliwia opracowanie modeli 3D ulic lub wnętrz obiektów z dokładnością mieszczącą się w przedziale 0,01-0,04 m.

A critical practice-based exploration of interactive panoramas' role in helping to preserve cultural memory (praca dyplomowa - 2013)

Streszczenie

The rapid development of digital communication technologies in the 20th and 21st centuries has affected the way researchers look at ways memory – especially cultural memory – can be preserved and enhanced. State-of-the-art communication technologies such as the Internet or immersive environments support participation and interaction and transform memory into ‚prosthetic’ experience, where digital technologies could enable ‚implantation’ of events that have not actually been experienced. While there is a wealth of research on the preservation of public memory and cultural heritage sites using digital media, more can be explored on how these media can contribute to the cultivation of cultural memory. One of the most interesting phenomena related to this issue is how panoramas, which are immersive and have a well-established tradition in preserving memories, can be enhanced by recent digital technologies and image spaces. The emergence of digital panoramic video cameras and panoramic environments has opened up new opportunities for exploring the role of interactive panoramas not only as a documentary tool for visiting sites but mainly as a more complex technique for telling non-linear interactive narratives through the application of panoramic photography and panoramic videography which, when presented in a wrap-around environment, could enhance recalling. This thesis attempts to explore a way of preserving inspirational environments and memory sites in a way that combines panoramic interactive film and traversing the panoramic environment with viewing the photo-realistic panoramic content rather than computer-generated environment. This research is based on two case studies. The case study of Charles Church in Plymouth represents the topical approach to narrative and focuses on the preservation of the memory of the Blitz in Plymouth and the ruin of Charles Church which stands as a silent reminder of this event. The case study of Charles Causley reflects topographical approach where, through traversing the town of Launceston, viewers learn about Causley’s life and places that provided inspirations for his poems. The thesis explores through practice what can be done and reflects on positive and less positive aspects of preserving cultural memory in these case studies in a critical way. Therefore, the results and recommendations from this thesis can be seen as valuable contribution to the study of intermedia and cultural memory in general.

Pliki do pobrania

Ilustracje

 

 

 

 

Referencja

Kwiatek, K., (2013) ‚A critical practice-based exploration of interactive panoramas’ role in helping to preserve cultural memory’. MPhil thesis, Plymouth University, Available on-line: http://hdl.handle.net/10026.1/1472 (Accessed: 6.03.2013)

 

Generation of a virtual tour in the 3D space applying panoramas, exercised on the sites of Dresden and Cracow (praca magisterska - 2005)

Streszczenie

Praca ta opisuje systemy do tworzenia panoram, rodzaje panoram (cylindryczne, sferyczne, kubiczne) oraz metody przygotowywania pełnoekranowych interaktywnych wizualizacji panoramicznych. Jednym z głównych elementów tej pracy jest analiza abberacji chromatycznej w kamerze Eyescan MM1 oraz stereo panoramy. Zaproponowana została metoda tworzenia stereo panoram. Aspekty wyświetlania panoram nie tylko na ekranie komputera, ale także w wirtualnych hełmach (Head Mounted Devices) też zostały wytestowane i opisane w tej pracy dyplomowej. Dodatkowo zostało stworzone wirtualne zwiedzanie po kampusie Uniwersytetu w Dreźnie przy użyciu SPi-V Viewer bazującego na technologii Shockwave.

Pliki do pobrania

Plik PDF (3MB)

Referencja

Kwiatek, K., (2005) ‚Generation of a virtual tour in the 3D space applying panoramas, exercised on the sites of Dresden and Cracow’. MSc thesis, AGH University of Science and Technology, Available on-line: http://kwiatek.krakow.pl/publications/2005_MSc_thesis_Karol_Kwiatek.pdf (Accessed: 6.03.2006)

 

 

okladka-interactive panoramas and immersive videoMonografie

Kwiatek, K. (2015) ‚Interactive Panoramas and Immersive Video: Exploration of the potential role of interactive panoramas in the preservation of cultural memory‚ Saarbruecken, Lambert Academic Publishing. ISBN: 978-3659767845

Rozdziały w monografiach wieloautorskich

Kwiatek, K. (2016) ‚Infrastruktura reklamowa a reklama internetowa podmiotów gospodarczych w kształtowaniu wizerunku miejscowości – studium przypadku Zabierzowa‚ w: Społeczno-ekonomiczne przemiany w strefie podmiejskiej miast – studium przypadku Krakowskiego Obszaru Metropolitalnego / red nauk. Noworól, A., Hołuj, A., Warszawa : CeDeWu., s. 193-214

Kwiatek, K. (2015) ‚Infrastruktura reklamowa wzdłuż głównych ciągów komunikacyjnych – propozycje metodyczne pomiaru i oceny ładu przestrzennego‚ w: Infrastruktura w rozwoju regionalnym i lokalnym : wybrane problemy / red nauk. Tadeusz Kudłacz, Artur Hołuj. Warszawa : CeDeWu., s. 181-200

Kwiatek, K. (2011) ‚Charles Church and 360-degree filming‚. in Mansfield, C. and Seligman, S.  (eds.) Narrative and the built heritage: papers in tourism research. Saarbrücken: VDM Verlag, pp. 116-128. ISBN: 978-3639277333

built heritage

Artykuły w czasopismach

Kwiatek K., Tokarczyk, R., 2015, Immersive Photogrammetry in 3D Modelling [w:] Geomatics and Environmental Engineering, AGH University of Science and Technology Press, str. 51-62.

Kwiatek K., Litwin, U., 2013, Panoramic videography as a potential tool for enhancement of land intensity factors [w:] Geomatics, Landmanagement and Landscape, J. Bieniek (red.), Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, str. 67-80.

Kwiatek, K., 2012, An Exploration of 360° Film and Immersive Environments for Educational Purposes, Journal of Immersive Education.

Kwiatek, K., Boliński, P., 2008, Panoramiczne wizualizacje zabytków [w:] Biuletyn Informacyjny Konserwatorów Dzieł Sztuki, Vol. 19 Nr 1-4 (72-75), str. 106-108.

Kwiatek, K., 2004 Badania przeydatności aparatów cyfrowych do pomiarów fotogrametrycznych na przykładzie aparatu Finepix F601, [w:] Referaty Laureatów Studenckich Sesji Naukowych Górników, Kraków: Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH.

Artykuły w tomach konferencyjnych

Kwiatek, K., Tokarczyk, R. (2014) „Photogrammetric Applications of Immersive Video Cameras”, ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, II-5, str. 211-218, doi:10.5194/isprsannals-II-5-211-2014, ISPRS Technical Commission V Symposium, Riva del Garda (Włochy), 23-25.06.2014, Available at: http://www.isprs-ann-photogramm-remote-sens-spatial-inf-sci.net/II-5/211/2014/isprsannals-II-5-211-2014.html (link do artykułu PDF)

Kwiatek, K. (2012) ‚How to preserve inspirational environments that once surrounded a poet? Immersive 360° video and the cultural memory of Charles Causley’s poetry‚. 17th International Conference on Virtual Systems and Multimedia – VSMM2012. Milan, Italy: 2-5 September, pp. 243-250. DOI: 10.1109/VSMM.2012.6365931

Kwiatek, K. (2011) ‚360° film brings bombed church to life‚. 4th ISPRS International Workshop 3D-ARCH 2011. Trento, Italy: 2-5.03.2011, International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Available at: http://www.isprs.org/proceedings/XXXVIII/5-W16/pdf/kwiatek.pdf

Kwiatek, K., Woolner M. (2010) ‚Transporting the viewers into the 360° heritage story. Panoramic interactive narrative presented on a wrap-around screen‚. 16th International Conference on Virtual Systems and Multimedia – VSMM2010. Seoul, South Korea: 20-23 October, pp. 234-241. DOI: 10.1109/VSMM.2010.5665980

Kwiatek, K., Woolner. M. (2010) ‚Let me understand the poetry: embedding interactive storytelling within panoramic virtual environments‚. Electronic Visualisation and the Arts – EVA 2010 -. London, UK: 5-7 July, pp. 199-205, ISBN 978-1-906124-65-6

Kwiatek, K., Woolner M. (2009) ‚Embedding Interactive Storytelling within Still and Video Panoramas for Cultural Heritage Sites‚. 15th International Conference on Virtual Systems and Multimedia – VSMM2009. Vienna, Austria: 9-12 September, pp. 197-202. DOI: 10.1109/VSMM.2009.36, Best Student Paper Award