W tym tekście odpowiemy na podstawowe pytania dotyczące chmur punktów, czym są i jak się je tworzy, do czego wykorzystuje się chmury punktów oraz jak można z nimi pracować.
Czym jest chmura punktów i jak się ją tworzy?
Chmurę punktów można najlepiej wyjaśnić za pomocą gadżetu, który osiągnął szczyt swojej popularności po roku 2000, a obecnie jest używany głównie do prezentacji: wskaźnika laserowego. Za pomocą wskaźnika laserowego można oświetlić precyzyjnie określony punkt w linii prostej. Jeśli wiesz dokładnie, gdzie w pomieszczeniu znajduje się wskaźnik laserowy, możesz również dokładnie zlokalizować punkt, który jest oświetlany. Promień lasera jest prosty i umożliwia dokładne obliczenie położenia punktu w przestrzeni w stosunku do punktu początkowego (wskaźnika laserowego). Punkty geodezyjne w geodezji są również mierzone według tej podstawowej zasady, tylko jest to trochę bardziej skomplikowane. Zamiast wskaźnika laserowego używa się do tego celu specjalnych tachimetrów.
A co to ma wspólnego z chmurami punktów? To całkiem proste. Obok tachimetrów w ostatnich latach coraz częściej do pomiarów geodezyjnych wykorzystuje się skanery laserowe. Działają one tak samo, jak nasz wskaźnik laserowy, z tą różnicą, że mogą mierzyć tysiące, a nawet miliony punktów jednocześnie. Wszystkie pomierzone punkty tworzą razem chmurę punktów.
Do czego wykorzystywane są chmury punktów?
Chmury punktów zawierają niesamowitą ilość informacji, ponieważ każdy pojedynczy punkt w chmurze punktów ma swoje własne współrzędne X, Y i Z. Jeśli na przykład skanujemy klatkę schodową skanerem laserowym, możemy wykorzystać powstałą chmurę punktów, aby dokładnie określić, jak proste są poszczególne stopnie, gdzie stopnie są zużyte i jak duże jest odchylenie od normy budowlanej. Dlatego też skanery laserowe i tworzone przez nie chmury punktów są zawsze wykorzystywane, gdy chcemy dokładnie udokumentować istniejące konstrukcje, np. w celu ich digitalizacji, pomiaru lub modyfikacji.
W branży budowlanej, podczas inwentaryzacji budowlanej stosuje się różne skanery. W zależności od obiektu są to najczęściej naziemne lub mobilne skanery laserowe, a czasem nawet drony. Służą one do skanowania budynków z różnych powodów, np. do planowania rozbudowy lub remontu, do optymalnego rozmieszczenia nowych urządzeń w budynkach produkcyjnych lub do dokumentowania postępów budowy różnych projektów budowlanych.
To tylko kilka przykładów zastosowań. Chmury punktów są wykorzystywane wszędzie tam, gdzie obiekty muszą być precyzyjnie uchwycone i zdigitalizowane. W zależności od obszaru zastosowania, używane są różne skanery laserowe. W zależności od swojego sensora, mogą one uzyskiwać różne dokładności i rozmiary chmur punktów.
Rejestracja chmury punktów
Podczas rejestracji poszczególne skany lub poszczególne „sekcje”, które zostały zarejestrowane za pomocą skanera laserowego, są łączone w chmurę punktów. Jeśli chcesz zarejestrować np. cały budynek, często ustawiasz skaner laserowy w różnych pomieszczeniach i skanujesz je. Oczywiście na końcu nie chcesz mieć tylko pojedynczych skanów różnych pomieszczeń. O wiele bardziej przydatna jest jedna chmura punktów, w której wszystkie skany są dostępne i połączone ze sobą. Aby to osiągnąć, musisz zarejestrować skany.
Za rejestracją kryje się zazwyczaj dość skomplikowany proces matematyczny. Dokładność danych uzyskanych w wyniku rejestracji zależy od tego, jak dobrze skaner laserowy uchwycił środowisko na miejscu i jak niezawodne jest używane oprogramowanie do rejestracji. Na szczęście w ostatnich latach proces ten stał się coraz łatwiejszy. Jeśli na przykład korzystasz z mobilnego skanera laserowego, często nie musisz już wykonywać pojedynczych skanów. Można po prostu przejść ze skanerem przez obiekt lub wokół niego. W przypadku tego typu skanerów rejestracja jest zazwyczaj w pełni automatyczna i dostarczana wraz z urządzeniem. Użytkownik nie musi posiadać dużej wiedzy specjalistycznej. Wadą mobilnych skanerów laserowych jest jednak to, że obecnie często nie są one w stanie zapewnić tak dokładnych wyników jak naziemne skanery laserowe, tzn. skanery stacjonarne, które wykonują pojedyncze skany jeden po drugim.
Istnieją różne metody rejestracji chmury punktów. Najbardziej znane z nich to rejestracja chmura-do-chmury (Cloud2Cloud), rejestracja na podstawie celu (np. charakterystycznych szachownic) lub rejestracja płaszczyzna-płaszczyzna. Wybór metody zależy od wielu różnych czynników, np. użytego skanera laserowego, pożądanej dokładności lub własnych preferencji. Dlatego szczególnie dla początkujących zaleca się, aby skanowanie i rejestrację przeprowadzili eksperci. Nie tylko rejestrują oni chmurę punktów, ale także w większości przypadków „czyszczą” ją w trakcie procesu rejestracji. Oznacza to na przykład, że duplikaty skanów lub „zaszumione” obszary chmury punktów są usuwane lub chmura punktów jest profesjonalnie „rozrzedzana” w celu zmniejszenia rozmiaru pliku.
Importowanie, przetwarzanie i przekazywanie danych z chmur punktów
Jeśli otrzymujesz zarejestrowane dane chmur punktów, zazwyczaj pozostaje jeszcze jedna przeszkoda do pokonania zanim będziesz mógł wykonać pomiary i stworzyć rysunki CAD, cyfrowe modele 3D lub BIM na podstawie chmury – import danych.
Nie istnieje tylko jeden format pliku dla chmur punktów. Na ogół każdy skaner laserowy pracuje z własnym formatem pliku. Różne programy do przetwarzania danych również często używają swoich własnych formatów. W rezultacie nie ma prawie żadnego oprogramowania, które mogłoby importować wszystkie natywne formaty plików z różnych skanerów laserowych i programów do przetwarzania. Jesteśmy bardzo dumni, że nasze oprogramowanie Origins (Pro) może odczytywać i importować ponad 25 różnych formatów chmur punktów i eksportować ponad 20 różnych formatów (formaty chmur punktów i inne). Jednak pomimo tego, że zapewniamy jedną z największych różnorodności na rynku, nadal nie reprezentuje ona wszystkich rodzimych formatów danych. Jaki jest więc najlepszy sposób na radzenie sobie z różnymi formatami plików?
Otwarte formaty wymiany takie jak .las, .laz, .e57 lub .xyz oferują rozwiązanie tego problemu. Te formaty plików zostały opracowane przez niezależne podmioty w celu rozwiązania problemu przesyłania danych. Zwłaszcza format .e57 stał się praktycznie standardem branżowym. Niemal wszystkie programy rejestracyjne producentów skanerów laserowych mogą eksportować dane w tym formacie, a oprogramowanie do przetwarzania chmur punktów może również odczytywać ten format. Dlatego w większości przypadków jeśli geodeta wykonuje inwentaryzację stanu istniejącego za pomocą skanera laserowego, prawdopodobieństwo, że przekaże chmurę punktów w formacie .e57 jest bardzo duże.
Wadą tego formatu jest to, że format .e57, w przeciwieństwie do formatów natywnych, jest gorzej skompresowany. Dlatego też wymaga większej pojemności pamięci w porównaniu z innymi natywnymi formatami. Jednakże, duże ilości danych nie stanowią problemu dla oprogramowania do obsługi chmur punktów. W końcu zostały one stworzone specjalnie do przetwarzania i oceny chmur punktów. Mogą być używane do przeprowadzania pomiarów i innych ocen. Dzięki Origins (Pro) można na przykład tworzyć automatyczne plany pięter, które mogą być wektoryzowane i wiele więcej.
Jeśli jednak chcesz stworzyć model 3D na podstawie chmury punktów, musisz skorzystać z oprogramowania BIM lub CAD. W zamyśle, nie zostały one pierwotnie opracowane do obsługi danych z chmur punktów. W związku z tym, wiele z tych programów nadal ma poważne problemy z przetwarzaniem danych. Niektóre programy, takie jak Autodesk Revit, AutoCAD lub Allplan, nie mogą odczytać formatu .e57 lub innych popularnych formatów chmur punktów. Aby móc korzystać z tych programów, dane muszą być ponownie przekonwertowane do formatów Autodesk Recap (.rcp lub .rcs). Inne programy CAD nie potrafią w ogóle odczytać danych z chmury punktów lub mogą zaimportować tylko niewielką ilość danych na raz, co oznacza, że chmura punktów musi zostać ponownie „podzielona” i zaimportowana w częściach. To wszystko są bardzo żmudne i czasochłonne zadania. Wyjątkiem tutaj jest oprogramowanie BIM takie jak Archicad firmy GRAPHISOFT, czy też BricsCAD od Hexagon/Bricsys. Już od 19 wersji, Archicad jest w stanie importować chmury punktów w formatach .e57 i .xyz, natomiast BricsCAD od wersji v21.
Aby uniknąć tego wysiłku, dane są często najpierw wstępnie przetwarzane w oprogramowaniu do obróbki chmur punktów, a następnie dalej przetwarzane w oprogramowaniu CAD. Dla przykładu, Origins (Pro) może być używany do tworzenia rzutów kondygnacji i linii wektorowych, które mogą być następnie przeniesione do oprogramowania CAD lub BIM w prawidłowej pozycji i ze wszystkimi ważnymi informacjami 3D w formacie .dfx lub .dwg. Formaty te mogą być przetwarzane przez prawie każde oprogramowanie CAD i wymagają znacznie mniej miejsca do przechowywania niż cała chmura punktów. Oczywiście, obecnie istnieją również wtyczki do najbardziej popularnych programów CAD i BIM, które mogą przesyłać informacje 3D z oprogramowania chmury punktów bezpośrednio do oprogramowania CAD lub BIM
Podsumowując, można zauważyć, że pozyskiwanie i przetwarzanie chmur punktów, aż do stworzenia modelu 3D, nadal wymaga ogromnej wiedzy i know-how. Szczególnie ilość danych i ich wymiana pomiędzy różnymi systemami wciąż stanowi wyzwanie. Na szczęście w ostatnich latach zrobiono już wiele, aby uprościć ten proces, znany również jako Skan-do-BIM (scan-to-BIM lub Scan2BIM). Zespół programistów PointCab codziennie pracuje również nad możliwością importu większej ilości formatów danych do naszego oprogramowania oraz nad uproszczeniem obsługi, tak aby nawet początkujący użytkownicy mogli pracować z chmurami punktów.
Masz więcej pytań na temat chmur punktów lub chciałbyś przetestować nasze oprogramowanie osobiście? Zapraszamy do wysłania do nas e-maila na adres: pointcab@bimfaktoria.pl. Chętnie doradzimy Ci podczas osobistego spotkania bez zobowiązań.
