Wypełniając powyższe formularz wyrażają Państwo zgodę na naszą politykę prywatności, z którą można zapoznać się tutaj.
©2023 Innovar3D. All rights reserved.
Innovar 3D (siedziba główna)
ul. Łęgska 41
87-800 Włocławek
INNOVAR 3D - Łódź
ul. Listpadowa 113b/2
92-117 Łódź
INNOVAR 3D - Warszawa
ul. Opinogórska 3/39
04-039 Warszawa
tel. +48 799 01 77 77
email: biuro@innovar.pl
NIP: 8883038240
+48 799 01 77 77 
biuro@innovar.pl 9:00 - 16:00
Chmura punktów
Podstawowym wynikiem przeprowadzenia skanowania 3D jest uzyskanie chmury punktów. Taki zapis punktów może pochodzić zarówno od skanerów optycznych, jak i laserowych. W niniejszym artykule skoncentrujemy się na chmurze punktów pozyskanej za pomocą skanera laserowego o dużym zasięgu. Podstawowa struktura tego rodzaju zapisu polega na określeniu pojedynczego punktu jako pozycji w przestrzeni trójwymiarowej. Pozycję tę zazwyczaj zapisuje się przy użyciu koncepcji XYZ, gdzie każda litera reprezentuje pozycję na danej osi (x, y, z).
Dodatkową informacją, jaką może zawierać chmura punktów, jest informacja o kolorze, zapisana w formie koncepcji RGB. W przypadku tworzenia własnej kolorowej chmury punktów w arkuszu kalkulacyjnym lub pliku tekstowym konieczne byłoby utworzenie sześciu kolumn (trzy dla współrzędnych XYZ i trzy dla koloru RGB), gdzie każdy punkt byłby opisany zarówno współrzędnymi xyz, jak i odpowiednim kolorem z palety RGB.
Jak przebiega pozyskiwanie chmury punktów.
Podstawowym narzędziem do zbierania danych w formie chmur punktów jest skaner 3D. Choć fotogrametria i pomiary LIDAR-owe także pozwalają uzyskać chmurę punktów, skupimy się na skanerze laserowym, omawiając fotogrametrię w innym kontekście. Skaner laserowy może korzystać z dwóch głównych metod pomiaru: fazowej i TOF (Time of Flight), czasem także łącząc obie techniki. Dla zrozumienia koncepcji warto skoncentrować się na opisie metody TOF, która opiera się na pomiarze czasu lotu wiązki laserowej.
W ramach tej metody laser wysyła impuls świetlny w kierunku obiektu, a następnie mierzy czas, jaki upływa od wysłania impulsu do momentu, gdy odbity impuls wraca do detektora. Znając prędkość światła i czas, można precyzyjnie obliczyć odległość, a skaner, mając informacje o kierunku i czasie wysłania wiązki, pozwala algorytmom dokładnie określić położenie danego punktu w przestrzeni. Współczesne skanery laserowe mają zdolność pomiaru aż 2 miliony punktów w zaledwie jednej sekundzie. Biorąc pod uwagę, że jedno skanowanie zajmuje od 30 sekund do 3 minut (Dłuższy czas wpływa na rozdzielczość skanu 3D), można stwierdzić, że skanowanie laserowe stanowi doskonałe rozwiązanie, zwłaszcza dla dużych obiektów. Są jeszcze skanery 3D technologii SLAM, ale o tym napiszemy w innym artykule.
A jak chmura punktów z lasera uzyskuje kolor?
Skan 3D laserowy jest monochromatyczny w odcieniach szarości. Laser nie jest wstanie zdefiniować koloru obiektu. Rozwiązaniem, na jakie wpadli producenci skanerów laserowych, jest takie, że wyposażyli oni urządzenia wbudowane aparaty fotograficzne. Po skanowaniu (ale nie zmieniając pozycji głowicy skanującej) skaner dokonuje pełnego obrotu 360, zatrzymując się co pewien kąt w celu wykonania fotografii. Następnie zdjęcia są rzutowane na punkty, a algorytmy przypisują punktom daną barwę. Tak w uproszczeniu powstaje kolorowa chmura punktów.
Podsumowując ten akapit, aby pozyskać pojedynczy wynik 3D rozstawiamy skaner laserowy w interesującej nas lokalizacji, wykonujemy pomiar, a wbudowane algorytmy skanera przetworzą go w chmurę punktów i zapiszą w pamięci podręcznej skanera 3D. W przypadku, kiedy chcemy pozyskać więcej informacji o naszym obiekcie, ma on bardzie rozbudowaną i z złożona strukturę, należy wykonać więcej stanowisk pomiarowych i ostatecznie wszystko złożyć w jedną całość.
Możliwe formaty zapisu chmury punktów.
Różne formaty zapisu chmur punktów istnieją ze względu na specyficzne wymagania aplikacji, branżowe standardy oraz zróżnicowane rodzaje danych. Dostosowanie do różnych programów i narzędzi analizy 3D, specyficzne wymagania branżowe oraz różnorodność informacji zawartych w chmurach punktów wpływają na potrzebę różnych formatów. Optymalizacja dla konkretnych zastosowań, standardy przemysłowe oraz rozwinięte funkcje, takie jak informacje o kalibracji czy jakość skanowania, dodatkowo wpływają na różnorodność formatów, umożliwiając elastyczne zarządzanie danymi w przestrzeni trójwymiarowej.
Chmury punktów, będące trójwymiarowym zapisem danych przestrzennych, mogą być zapisywane w różnych formatach. Poniżej przedstawiam kilka powszechnie używanych formatów zapisu chmur punktów:
- PLY (Polygon File Format):
- Charakteryzuje się prostotą i elastycznością.
- Obsługuje przechowywanie informacji o kolorze, normalnych i innych atrybutach punktów.
- Doskonale nadaje się do wymiany danych między różnymi programami.
- LAS (LIDAR Data Exchange Standard):
- Optymalizowany specjalnie dla danych ze skanerów LIDAR.
- Skoncentrowany na przechowywaniu informacji o odległości i intensywności odbicia.
- Powszechnie używany w branżach geodezyjnych i środowiskowych.
- XYZ (ASCII Coordinates):
- Bardzo prosty format, przechowujący jedynie współrzędne punktów w formie tekstu.
- Brak standardów co do dodatkowych informacji, takich jak kolor czy normalne.
- XYZRGB (Colorized XYZ):
- Rozszerzenie formatu XYZ o informacje o kolorze (RGB).
- Umożliwia reprezentację chmur punktów w pełnym kolorze.
- PTS (Leica Cyclone Point Cloud):
- Wykorzystywany głównie w oprogramowaniu Leica Cyclone.
- Przechowuje informacje o współrzędnych, kolorze i intensywności punktów.
- e57:
- Otwarty format opracowany do przechowywania danych punktów chmur wraz z dodatkowymi informacjami o kalibracji i jakości skanowania.
- Stosowany w profesjonalnych zastosowaniach, takich jak inżynieria odwrotna czy dokumentacja pomiarowa
- LGS/LGSx - formaty dedykowane dla skanerów firmy LEICA
Wykorzystanie chmur punktów - skaning.
Chmura punktów (skan 3D) to najczęściej baza do dalszych prac. Takie wyniki skaningu laserowego znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach i branżach, dzięki swojej zdolności do precyzyjnego reprezentowania trójwymiarowej struktury otoczenia. Oto kilka przykładów, jak są wykorzystywane chmury punktów:
- Inżynieria odwrotna:
- Chmury punktów są używane do modelowania fizycznych obiektów i struktur. Działa to zwłaszcza w przypadku odwrotnej inżynierii, gdzie chmury punktów pomagają w dokładnym odtworzeniu kształtu obiektów rzeczywistych.
- Architektura i Budownictwo:
- W branży architektonicznej chmury punktów są wykorzystywane do skanowania i modelowania budynków oraz terenów, co umożliwia dokładne planowanie i analizę projektów.
- Geodezja i LIDAR:
- Chmury punktów są szeroko stosowane w geodezji i technologii LIDAR do pomiaru terenu, mapowania powierzchni ziemi, a także w monitorowaniu zmian topograficznych.
- Przemysł filmowy i gry komputerowe:
- W produkcji filmów i gier komputerowych chmury punktów służą do tworzenia realistycznych scen trójwymiarowych, zarówno wirtualnych, jak i rzeczywistych, poprzez skanowanie realnych obiektów.
- Badania naukowe:
- Chmury punktów są używane w naukach ścisłych i przyrodniczych, na przykład w analizie morfologii geograficznej czy rekonstrukcji zabytków archeologicznych.
- Planowanie miast i analiza urbanistyczna:
- W planowaniu urbanistycznym chmury punktów pomagają w modelowaniu istniejących struktur miejskich, analizie przestrzeni publicznej oraz w ocenie wpływu planowanych zmian.
- Medycyna i chirurgia:
- W medycynie chmury punktów są wykorzystywane do modelowania struktury anatomicznej organizmu, co może być przydatne w planowaniu operacji chirurgicznych.
- Transport i autonomia:
- W dziedzinie transportu, zwłaszcza w rozwoju pojazdów autonomicznych, chmury punktów pomagają w precyzyjnym rozpoznawaniu otoczenia, umożliwiając pojazdom dokładne lokalizowanie się w przestrzeni.
Te przykłady ilustrują, że chmury punktów są wszechstronnym narzędziem, które znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, umożliwiając zaawansowaną analizę i modelowanie trójwymiarowego środowiska.
Zastosowanie chmur punktów w praktyce
Praktycznymi przykładami zastosowania chmur punktów są:
- wirtualne spacery – na podstawie wykonanych stanowisk pomiarowych, szczególnie tych, które zawierały kolorowe skany (ale wirtualny spacer na monochromatycznej chmurze punktów też jest możliwy) można utworzyć wirtualny spacer od stanowiska do stanowiska lub swobodny przelot po całym skanie 3D.
- pomiary na chmurze punktów. Wykorzystując darmowe narzędzia, można na samych już wynikach 3D dokonać prosty pomiarów np. liniowych, powierzchniowych czy pomiar średnic.
- baza do wizualizacji 3D. Dodając do pomiarów zdjęcia wykonane zewnętrznym aparatem czy też dronem, możemy stworzyć modele 3D , które posiadają fotorealistyczne tekstury. Takie modele idealnie sprawdzają się do rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości, digitalizacji budowli czy animacji.
- baza do stworzenia modeli CAD. Jeśli potrzebujemy wykonać model BIM istniejącego obiektu, podstawą do osiągnięcia odpowiedniego rezultatu jest pomiar 3D, czyli chmura punktów.
Usługi pozyskiwania chmur punktów
Zapraszamy serdecznie do skorzystania z naszych usług w zakresie pozyskiwania chmur punktów. Nasza specjalizacja obejmuje kompleksowe rozwiązania związane z gromadzeniem precyzyjnych danych trójwymiarowych. Dzięki zaawansowanym technologiom skanowania 3D oraz różnorodnym formatom zapisu oferujemy profesjonalne usługi, dostosowane do indywidualnych potrzeb klientów. Pozyskiwane chmury punktów znajdują zastosowanie w różnych branżach, obejmując inżynierię odwrotną, architekturę, geodezję oraz wiele innych dziedzin, umożliwiając dokładne modelowanie i analizę trójwymiarowej przestrzeni.