GENERATION AND USE OF DIGITAL SURFACE MODELS FOR VOLUME OBJECTS 
Frank Boochs and Guido Heinz 
Fachbereich Geoinformatik und Vermessung 
Fachhochschule Mainz 
HolzstraBe 36, D-55116 Mainz, Germany 
Intercommission lII/IV Working Group 
KEYWORDS: Archaeology, Close Range, Digital Object Model, GIS, Image Matching, Visualization 
ABSTRACT 
The paper shows the conception and the achieved results for an archaelogical project aiming at the description and 
reproduction of a 3D surface body by means of digital photogrammetric techniques. Therein it is of main interest, to 
make full use of the 3D characteristic of the object surface. That means the collection, storage, organization and 
extraction of all discrete surface points as individual 3D elements within a unique 3D coordinate frame. The paper shows 
the actual stage of development, allowing for the complete description of the body surface and the use of the data for 
visualization purposes. 
The data collection will be done by application of an image matching process onto each stereo model, resulting in a 
local Z=Z(X,Y) description. Due to the known geometric relation to the object bounded coordinate frame the local 
surface description can be transformed into a SzS(X,Y,Z) representation, taking some qualtity measures and 
geometrical parameters as additional attributes. Finally all transformed data sets will be merged into a unique object 
description, taking into account the supression or aggregation of individual point data within the overlapping areas. 
As actual use of the surface data some graphical reproductions will be shown, using a selection process collecting all 
individual points which have to be considered, followed by the necessary geometric and radiometric transformations to 
achieve the desired surface representation. 
KURZFASSUNG 
Im Aufsatz werden Konzeption und Resultate eines archäologischen Projektes vorgestellt, das sich die vollständige 
geometrische Erfassung der Oberfläche eines im Raum gegebenen Volumens mit Hilfe der digitalen Photogrammetrie 
und der Nutzung dieser Geometriedaten zum Ziel gesetzt hat. Der geschlossenen Charakteristik der zu bestimmenden 
Oberfläche ist dabei besondere Beachtung zu schenken, da zu ihrer funktionalen Beschreibung ein echt 
dreidimensionaler Bezug S=S(X,Y,Z) erforderlich ist. Dementsprechend ist auch die Auswahl, Bestimmung, 
Organisation und Nutzung der Punktdaten in diesem Bezugsrahmen vorzunehmen. Die Ausführungen geben den 
aktuellen Stand der Arbeiten wieder, die eine komplette Erfassung der Oberfläche und ihre Visualisierung erlauben. 
Die Datenerfassung erfolgt durch Anwendung eines Bildzuordnungsverfahrens mit dessen Hilfe in den verschiedenen 
Stereomodellen lokale Objektmodelle erzeugt werden, die die jeweiligen Oberflächenteile als lokale Z=Z(X,Y) Funktion 
beschreiben. Durch den bekannten Bezug zum einheitlichen, objektgebundenen 3D Koordinatensystem lassen sich die 
lokalen Objektmodelle in eine S=S(X,Y,Z) Beschreibung überführen. Dabei werden die aus der Punktbestimmung 
gewonnenen Qualitätskriterien als Attribute mitgeführt. In einem letzten Schritt erfolgt die Zusammenfassung der 
Teilmodelle, bei der in den Uberlappungsbereichen die Attributdaten zur Entscheidung über das Fortlassen oder die 
Mittelung mehrfach bestimmter Punkte herangezogen werden kónnen. 
Als aktuelle Verwendung der Oberfláchendaten werden Visualisierungen vorgestellt. Zu deren Generierung sind über 
einen Selektionsproze3 die in Frage kommenden Punktdaten auszuwählen, geometrisch wie radiometrisch zu 
transformieren und in die gewünschte Objektreprásentation zu überführen. 
As result, the appearent object surface is described as a 
MOTIVATION function related to the XY-plane ZzZ(X,Y), assuming Z 
being the height calculated from the image parallaxes. 
The use of a ZzZ(X,Y) function satisfies many 
Among the increasing number of algorithms using digital applications, because the objects (eg topographic 
image data, those allowing for the description of objects surfaces) have commonly their main extensions in the X 
by means of a great number of regular or irregular ^ and Y direction, with Z varying in a small range forced by 
distributed points have achieved an almost operational ^ the surface cover and morphology. However, this 
stage and open up the access to new applications. These — mathematical concept is not applicable to volume objects, 
algorithms generate points by means of image matching they need extended descriptions. 
techniques applied onto data sets of stereo image pairs. 
  
engaged in the project "surveying methods in archaeology" sponsored by the Rómisch-Germanisches Zentralmuseum in Mainz 
70 
International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B3. Vienna 1996 
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