JPT No. 22 – Photogrammetry in ichnology: 3D model generation, visualisation, and data extraction
Jens N. Lallensack1,2*, Michael Buchwitz3, and Anthony Romilio4
1 – Section Paleontology, Institute of Geosciences, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Bonn, Germany
2 – School of Natural Sciences and Psychology, Liverpool John Moores University, James Parsons Building, Bryon Street, Liverpool L3 3AF, UK
3 – Museum für Naturkunde Magdeburg, Otto-von-Guericke-Str. 68-73, 39104 Magdeburg, Germany
4 – School of Chemistry and Molecular Biosciences, The University of Queensland, Brisbane, Qld 4072, Australia
Emails: jens.lallensack@gmail.com (JNL); Michael.Buchwitz@museen.magdeburg.de (MB); a.romilio@uq.edu.au (AR)
ABSTRACT
3D digitisation of surfaces became a standard procedure in ichnology in recent years. 3D models allow not only for the digital preservation of vulnerable ichnological records, but also for the illustration, qualitative description, and quantitative analysis of the fossils. Here we discuss how to obtain photographs for photogrammetry, to generate, scale, and orient the models, and to extract visualisations, measurements, and coordinates for data analysis.
Different visualisation approaches are discussed and compared, including widely used techniques such as orthophotos, height maps, and contour maps, as well as rarely used yet promising methods such as low-angled shaded reliefs, surface inclination plots, ambient occlusion, and radiance scaling. These techniques may filter or enhance different properties of the model surface such as colour information, elevation, edges and slopes, 3D morphology, and specific features such as convexities or concavities, and will often reveal additional detail. Furthermore, an approach is presented to automatically calculate trackway parameters based on coordinates collected from the model visualisations. All discussed steps can be performed with free and open-source software, and we provide detailed software instructions. We argue that digital ichnology, when combined with sedimentological data of the site, can be equally or more effective and comprehensive as traditional ichnological fieldwork.
RESUMO [in Portuguese]
A digitalização 3D de superfícies tornou-se um procedimento padrão em icnologia em anos recentes. Os modelos 3D permitem não só a preservação digital de registos icnológicos vulneráveis, mas também a ilustração, descrição qualitativa, e análise quantitativa dos fósseis. Aqui discutimos como obter fotografias para fotogrametria, criar, medir, e orientar os modelos, e extrair visualizações, medidas, e coordenadas para análise de dados.
Diferentes abordagens de visualização são discutidas e comparadas, incluindo técnicas amplamente utilizadas como ortofotos, mapas de altura, e mapas de contorno, assim como métodos raramente usados embora promissores, como relevos sombreados de baixo ângulo, projecções de inclinação de superfície, oclusão de ambiente, e escala de radiância. Estas técnicas podem filtrar ou melhorar diferentes propriedades da superfície do modelo como informação de cor, elevação, limites e declives, morfologia 3D, e características específicas como convexidades ou concavidades, e revelam regularmente detalhes adicionais. Além disso, uma abordagem é apresentada para automaticamente calcular parâmetros de trilhos baseados em coordenadas recolhidas de visualizações de modelos. Todos os passos discutidos podem ser efectuados com software livre e aberto, e fornecemos instruções detalhadas do software. Argumentamos que a icnologia digital, quando combinada com dados sedimentológicos da jazida, podem ser igualmente ou ainda mais eficazes e detalhadas que trabalho de campo icnológico tradicional.