В nanoCAD Plus 7, который вышел 18 мая 2015 года, появился ряд функций, существенно расширяющих область применения и позиционирование платформы nanoCAD. Мы предлагаем вниманию наших читателей ряд технических статей, в которых подробнее погружаемся в эти функции, рассматриваем «какими возможностями они обладают» и «как их можно применить на практике». Данная статья посвящена комплексу функций, объединенных общим названием Облако точек…
Введение
Что такое «Облако точек»? Это множество точек в трехмерном пространстве, полученных в результате 3D-сканирования объекта реального мира и представляющих поверхность этого объекта. 3D-сканирование реализуется специализированными устройствами – 3D-сканерами,, которые в автоматическом режиме замеряют большое количество точек на поверхности сканируемого объекта и создают на выходе облако точек. Выходные данные 3D-сканера содержат координаты XYZ и метаданные, зависящие от типа 3D-сканера. Под метаданными понимаются специфические данные, являющиеся побочным продуктом процесса измерения координат точек. К примеру, для активных бесконтактных сканеров таковыми будут: интенсивность отраженного сигнала, количество отражений, время фиксации точки, цвет поверхности и т.п… Объем и качество данных зависят от применяемого 3D-сканера. Хранение и обработка облаков точек привносят дополнительные, пользовательские метаданные (атрибуты) – класс (код) точки, нелокальные геометрические характеристики (псевдо нормаль, топологические показатели) и т.п.
Рис. 1. Облака точек получаются в результате 3D-сканирования объектов
Изображение взято из статьи Пелевина Н. «Какие типы 3d сканеров существуют?»
Качество облака точек напрямую зависит от качества 3D сканера, его разрешающей способности, точности и скорости сканирования. Понятно, что серьезные задачи требуют серьезных устройств, но на сегодня даже популярный сенсор Kinect игровой приставки Microsoft XBOX, который у многих обитает под домашним телевизором и посредством пары незамысловатых датчиков формирует трёхмерное изображение, может являться источником Облака точек. Именно этим объясняется интерес к облакам точек – технологии становятся доступнее с каждым днем.
Зачем это нужно? В первую очередь облака точек дают быструю визуализацию интересующего вас объекта из реального мира. Но, конечно, только этой областью облака точек не ограничиваются – их успешно используют для изменений и контроля, виртуализации труднодоступных мест или больших протяженных объектов, создания трехмерных и математических моделей, распознавания образов, 3D печати, автоматизированного анализа, реконструкций и эксплуатации. Без сомнения, и в системы автоматизированного проектирования облака точек привносят много полезного: о некоторых направления мы проговорим в этой статье, а что-то может быть вы придумаете сами – нам кажется, что потенциал трехмерных облаков точек еще до конца не раскрыт и эта технология может стать отличным инструментом для решения Ваших задач.
Облака точек в nanoCAD Plus
Итак, начиная с версии 7.0 поддержка Облаков точек появились в отечественной САПР-платформе nanoCAD Plus. В частности, в программном продукте появился дополнительный раздел меню, который объединяет функции по импорту и отображению Облаков точек (см. рис.2). Первым пунктом идет функция импорта:
Рис. 2. Набор команд, который появился в nanoCAD Plus 7.0 для работы с облаками точек.
Поддерживаемые форматы
Для начала давайте разберемся с тем, какие форматы поддерживает nanoCAD Plus 7.0. Команда «Импорт» позволяет загружать облака точек пяти популярных форматов: BIN (TerraSolid), LAS (ASPRS), PTX (Leica), PTS (Leica) и PCD (Point Cloud Library). Собственный модуль прямого импорта позволяет сохранить максимум информации из исходного файла.
Такой поход позволяет не просто удобнее работать — в процессе импорта пользователь может получать общую информацию об облаке точек, фильтровать импортируемые метаданные и проводить предварительную классификацию точек: по классу (коду), по отражению и т.д. Таким образом данные уже приходят в САПР более упорядоченно (см. рис.3):
Рис. 3. Прямая поддержка популярных форматов с 3D сканеров позволяет контролировать параметры импорта Облака точек в САПР.
Информация о привязке и настройке отображения облака точек сохраняется в DWG файле.
В перспективе появится возможность сохранять облако внутри DWG файла, как это было сделано в предыдущей версии nanoCAD Plus и для растровых изображений. Такая возможность снижает риск «потерять данные» при передаче проекта сторонним исполнителям и заказчику.
Объем данных 3D-сканирования поддерживаемых nanoCAD Plus
Количество точек в облаке точек зависит от разрешающей способности 3D сканера. Вполне обычными считаются облака на 3-4 млн. точек. Сверхбольшие облака точек содержат 1 миллиард точек и больше – для обработки такого количества данных необходимы достаточно мощные компьютеры и специализированные алгоритмы.
В nanoCAD Plus 7.0 не предусмотрено никаких техничеcких ограничений на объем Облаков точек, а сами алгоритмы оптимизированы для работки сверхбольших массивов точек – см. рис. 4, на котором приведены примеры работы с крупными облаками точек (файл-пример цеха на 129 миллионов точек получен с помощью сканеров компании Lieca и предоставлен представителями этой компании).
Рис. 4. nanoCAD Plus 7.0 позволяет работать со сверхбольшими облаками точек размерностью 1 миллиард точек и больше.
Отображение облаков точек
nanoCAD Plus позволяет настроить отображение импортированного облака точек – за это отвечает команда «Режим отображения». Здесь можно настроить тип раскраски облака и размер точки – очень эффектно отображаются облака точек, раскрашенные по цвету сканирования (см. рис.5). Фактически получаются трехмерные фотографии отсканированных объектов, по которым потом можно прогуляться, встроить в существующую 3D модель, и даже использовать привязки к точкам облака при любых построениях. Стоит отметить, что этот функционал открыт для вертикальных приложений, которые могут быть загружены в nanoCAD Plus. Для их разработчиков предусмотрен обширный программный интерфейс для доступа к информации о точках облака и их параметрах.
Рис. 5. Облака точек можно раскрасить в соответствии с метаданными точки: по цвету сканирования, высоте, интенсивности, углу сканирования и т.д.
Если у вас установлен nanoCAD Plus 7.0, вы можете сами побродить в Облаке точек – в папке примеров в формате DWG размещена несложная модель с фильтрационным оборудованием. Попробуйте поменять у нее цвет, толщину точек, походить по модели в режиме перспективной навигации. Также в папке лежат другие примеры трехмерных точечных проектов.
Операции над Облаками точек
Что можно делать с облаками точек, кроме визуализации? Если теоретизировать, то огромное число полезных функций: можно сравнивать модели, определяя коллизии, вычленять объекты по определенным признакам (например, метаданным), классифицировать группы точек по различным признакам, сшивать-разрезать облака точек по этим или дополнительным признакам, распознавать поверхности и распознавать объекты…
Но все эти задачи – функционал узкоспециализированных решений, специфичных для конкретной предметной области. В nanoCAD Plus 7.0 набор инструментов по работе с облаками точек несколько скромнее и рассчитан на массовое применение. В частности, платформа позволяет выполнять:
- Обрезку облаков точек по прямоугольникам либо полигону. Это позволяет сократить размер облака точек, с которым в данный момент работает пользователь, и вычленить из облака точек нужную для работы модель.
- Построение вертикального либо горизонтального сечения по облаку точек. Например, с помощью этой функции можно получить сечение здания либо поверхность земли (см. рис.6).
- Осуществлять привязку к ближайшим точкам сечения и проводить геометрические построения по сечению облака точек.
Рис. 6. Сечение, построенное по облаку точек в nanoCAD Plus 7.0
Какое же практическое применение имеют эти инструменты? Одним из приёмом работы с функционалом сечений и клипов является сегментирование Облака точек для того чтобы организовать удобную работу с целевым участком пространства, убрав влияние других частей Облака точек. В дополнении к этому функционал привязок к Облаку точек позволяет эффективно опираться на точки для проведения измерений, трассировки трёхмерных объектов, и даже трёхмерного моделирования. Привязываясь к точкам Облака, можно использовать функционал всех штатных команд nanoCAD для измерения расстояний и длин, периметров и площадей.
Для трассировки проекций трёхмерных объектов в сечениях Облаков точек применим широкий набор имеющихся чертёжных средств nanoCAD, ну а для трёхмерных построений с использованием геометрии Облаков точек к вашим услугам весь функционал нового модуля 3D моделирования.
Примеры работ с Облаками точек
Применяя к данным, полученным из облаков точек, дополнительные алгоритмы, можно решать более интеллектуальные задачи. Например, вот видео по оцифровке Венеции (Италия) с помощью мобильной лазерной системы сканирования RIEGL VMX-250 и дальнейшему анализу фасадов зданий на воздействия вандалов и деформаций зданий:
Рис. 6. Пример использования Облаков точек для автоматизированного анализа фасадов зданий в Венеции
А вот пример оцифровки Большого Каньона (США) с помощью сканеров RIEGL VZ-4000 – посмотрите как создаются трехмерные модели:
Рис. 7. Видео по практическому сканированию на примере создания трехмерной модели Большого Каньона
Трехмерное сканирование позволяет описывать модели труднодоступных объектов — например модели заброшенных шахт:
Рис. 8. Пример создания трехмерной модели заброшенной шахты
Кроме того, в интернете вы найдете огромное число оригинального применения технологии Облака точек. Все эти задачи стали возможны благодаря развитию программного и аппаратного обеспечения.
Заключение
Вот какая интересная технология реализована теперь в платформе nanoCAD Plus. Кто-то скажет, что пока направление 3D-сканирования носит скорее рекламный характер. В какой-то степени соглашусь – эту технологию можно еще развивать и совершенствовать. Собственно, именно к этому мы и призываем – давайте находить практические задачи, в которых востребованы технологии трехмерного сканирования, распознавания образов и интеллектуальной обработки данных. Мы готовы к сотрудничеству.
А пока можно пробовать загружать Облака точек, строить сечения, проводить измерения, выполнять трассировку трёхмерных объектов. Этот функционал доступен в nanoCAD Plus, и попробовать его можно в том числе и в демо-режиме. Таким образом, стартовый набор инструментов у вас уже есть – хороших проектов!
ссылка на оригинал статьи http://habrahabr.ru/post/267623/
Добавить комментарий