Rcs формат облака точек чем открыть
Возможно, вы в курсе, а может быть и нет, но мы плотно занимаемся разработкой технологий Индустрии 4.0. IoT, машинное обучение на реальном производстве, цифровые двойники предприятий – со всеми этими вещами мы знакомы не понаслышке. Другими словами, мы знаем, как подружить «цифру» с брутальным тяжёлым машиностроением или нефтедобычей.
Но сегодня мы хотим рассказать о чуть менее героических разработках для не менее суровой строительной отрасли. Мы решили озаглавить свой рассказ «Облако точек», и совсем скоро вы поймёте, почему именно так.
Давайте представим самую обычную строительную площадку. Не жилого дома, а что-нибудь промышленное. В определённый момент на объекте потребуется провести контроль качества выполненных работ. Подрядчики что-то построили, но вот что? И как? Нужно понять, насколько возведённое сооружение или его часть соответствует проекту.
А что если автоматизировать процесс? Проводить контроль качества быстро, с помощью высокоточного оборудования, а на выходе сразу предоставлять отчёты с перечислением найденных недостатков?
Как это работает
Поскольку разработка изначально была ориентирована на серьёзные промышленные объекты, мы будем считать, что у таких объектов всегда есть проект в формате 3D-модели. Дальше мы берём эту 3D-модель и сканируем объект с помощью технологии лазерного сканирования.
Лазерный сканер позволяет относительно недорого и с высокой точностью обработать возводимое сооружение. Современный высокоточный дальномер может сканировать до нескольких миллионов точек в секунду. Так что буквально за рабочий день можно получить цифровую модель объекта.
Мы точно знаем местоположение сканера, точно знаем направление и расстояние до каждой точки, а значит у нас есть 3D-координаты точек. Мы получаем облако координат, которое соответствует поверхностям построенного объекта. Это облако координат мы и называем «облаком точек».
Естественно, проводится не один замер. У объекта может быть сложная планировка, в проекте могут быть предусмотрены колонны и другие интересные конструктивные элементы. Сканер перемещают, процедура сканирования повторяется несколько раз. Дальше полученные «облака точек» нужно «сшить» в одно.
Мы разработали решение, которое позволяет в автоматическом режиме проводить сравнение «облака точек» с проектом сооружения в 3D. Сейчас эту задачу решают люди, накладывая «облако» на 3D-модель и отыскивая отклонения на глаз. Автоматизированных решений подобного рода очень мало и их функциональные возможности ограничены. Мы полностью автоматизировали процесс и назвали свой прототип Jet Construction Monitor.
Почему мы считаем, что живой человек – это плохо? Формально всё хорошо: задача решается. Однако, работая с большим объектом, человек может элементарно не заметить сравнительно небольшое отклонение, которое, тем не менее, будет выходить за допуск. Второй момент – время. Третий момент – человеческий фактор: отклонения есть всегда, сотрудник будет самостоятельно определять, соответствуют они нормам или нет, что с ними делать. Всегда есть вероятность ошибки. Четвёртый момент – такой анализ невозможно провести на площадке, потребуется достаточно производительное оборудование, которое там держать никто не будет.
Jet Construction Monitor выявляет отклонения от проектной 3D-модели в отсканированных «облаках». При этом учитываются допуски на каждый класс конструктивных элементов. Когда элемент выходит за границу допуска, фиксируется отклонение.
На словах всё кажется предельно простым. На практике при обкатке системы мы столкнулись с определёнными сложностями. Когда есть уже готовое «облако точек», трудно понять, где находятся реальные границы объекта. Поэтому мы задаём некую область значений и внутри этой области ищем точки, относящиеся к определенному элементу модели. Если точки найдены, считается, что они ложатся на этот элемент.
Если такие точки не обнаружены или они не попадают в заданную область, считается, что элемент не был покрыт сканированием. Отклонения рассчитываются только для элементов модели, у которых процент покрытия выше порогового значения. Обычно порог устанавливается на отметке в 75%. Jet Construction Monitor учитывает отклонения следующих типов: сдвиг в сторону, масштабирование, поворот.
Облако точек, наложенное на модель
Итак, мы скармливаем системе: «облако точек», проектную 3D-модель и нормативно-справочную информацию об отклонениях для различных классов конструктивных элементов. Система выдаёт результат в двух вариантах. Первый – это интерактивная 3D-визуализация, которую можно рассмотреть со всех сторон. Второй – отчет в виде таблицы зафиксированных отклонений.
Интерактивная 3D-визуализация с показанными отклонениями
На интерактивной визуализации вы видите, что разные конструктивные элементы окрашены в разные цвета. Зелёным цветом на визуализации отмечаются элементы, для которых отклонения не превышают допустимых значений. Фиолетовым отмечены отклонения в одну сторону, красным – в другую сторону.
На визуализации серым цветом могут быть показаны участки, не покрытые «облаком точек». Обычно это элементы проектной 3D-модели, которые не подлежат сканированию, например, части фундамента. Также это могут быть элементы, у которых покрытие меньше 75%.
Элементы модели, как уже говорилось, выводятся в виде табличного списка с информацией об отклонениях. Если отклонения выше установленных пороговых значений, ячейка в таблице подсвечивается красным цветом. Таблицу можно экспортировать в Excel, отсортировать по показателю отклонений и в виде реестра отклонений предъявить исполнителю.
Таблица элементов модели с указанием отклонений
Jet Construction Monitor построен на платформе CloudCompare. Серьёзное преимущество нашего решения – в возможности вывода данных по отдельным конструктивным элементам. Именно с ними работают проектировщики и строители. Похожее решение есть у Autodesk: там тоже «облако» можно наложить на проектную модель. Однако отклонения не привязываются к перечню конструктивных элементов.
Где это применять
Jet Construction Monitor в первую очередь ориентирован на заказчиков строительства – тех, кто контролирует строительных подрядчиков. При этом совсем не обязательно иметь собственный лазерный сканер и соответствующего специалиста. Есть компании, которые предоставляют такую услугу за разумные деньги.
Даже для достаточно крупного промышленного объекта сканирование и создание готового «облака точек» можно провести за один день. На практике это означает, что вполне реально получать еженедельный отчёт о состоянии возводимого сооружения и таким образом контролировать подрядчиков. Заодно можно избежать срыва сроков строительства, следить за соблюдением требований проекта и технологических требований, предотвратить потенциальные аварии. А главное – если вовремя обнаружить недочёты, их намного проще и дешевле исправлять.
Сейчас в той или иной мере Jet Construction Monitor поддерживает следующие функции:
- Поиск и интерактивная 3D-визуализация отклонений;
- Формирование отчёта-таблицы с перечислением элементов, выходящих за границы допусков;
- Интеграция с отраслевыми справочниками;
- Импорт моделей в системы проектирования;
- Импорт «облака точек»;
- Распознавание конструктивных элементов.
Планы на будущее
Конечно, мы бы хотели добавить в Jet Construction Monitor некоторые возможности, которые сделают решение еще более эффективным и удобным.
Мы работаем над функцией распознавания образов с использованием алгоритмов машинного обучения. Сейчас решение умеет отыскивать и распознавать в «облаке точек» только несколько таких образов типа «балка», «колонна», «труба изогнутая». Автоматическое распознавание позволит улучшить качество построения «облаков» и выявления отклонений, даже для тех объектов, которых по каким-то причинам не было в проектной 3D-модели. Заодно, усовершенствовав функцию распознавания, мы планируем её оптимизировать и сократить время обработки «облака точек».
Второй момент, который хотелось бы улучшить, связан с проблемой экспорта конструктивных элементов. Jet Construction Monitor делался под один из наиболее популярных программных комплексов автоматизированного проектирования Autodesk Revit. Это инструмент BIM-проектирования, в нём реализована практичная и удобная иерархия конструктивных узлов и элементов. Однако при экспорте иерархия не сохраняется и на выходе получается «плоский» список элементов. Для масштабных проектов такой список получается громоздким, с ним тяжело работать. Это еще одно направление доработок.
Наконец, мы думаем добавить функцию создания 2D-сечений – чертежей, на которых будут выделяться элементы, требующие внимания. Поэтажный план здания, где выделены элементы с отклонениями за пределами допусков, это своеобразный промежуточный вариант представления – между 3D-визуализацией и таблицей.
В итоге у нас появляется полноценный продукт для автоматизированного контроля этапов и качества строительства сложных объектов. И он сможет стать важной частью BIM-конвейера в управлении строительством для крупных строительных заказчиков.
Автор:
Вставка индексированного файла облака точек в проект Revit или преобразование файла облака точек исходного формата в индексированные форматы .rcp и .rcs.
Формат файла .rcp является файлом проекта, в котором группируется одновременно несколько файлов сканирования .rcs. Результатом индексации файла исходного формата является файл .rcp и один или несколько файлов .rcs.
Прим.: Для преобразования данных файла сканирования в формат облака точек, который можно открыть и редактировать в других продуктах, можно использовать программу Autodesk® ReCap. Revit автоматически использует эту технологию для индексации при вставке в проект файла облака точек в исходном формате. Для получения дополнительных сведений о программе Autodesk ReCap посетите веб-сайт Справка по Autodesk ReCap.
- Откройте проект Revit .
- Выберите вкладку "Вставка" панель "Связь" ("Облако точек").
- Задайте файл или файлы для установки связи с помощью следующих операций:
- В поле "Область поиска" перейдите в папку, содержащую файл(ы).
- Для параметра "Тип файлов" выберите один из следующих параметров:
- Проекты облаков точек (*.rcp). Укажите индексированный файл проекта облака точек с расширением .rcp. Файл .rcp включает в себя несколько файлов облака точек формата .rcs.
- Облака точек (*.rcs). Укажите индексированный файл облака точек с расширением .rcs.
- Исходные форматы. Выберите файл с расширением в списке для автоматического запуска приложения индексирования и преобразования файла исходного формата в индексированный файл.
Прим.: После создания индексированного файла необходимо повторно использовать инструмент "Облако точек" для вставки файла.
Совет: Нажмите клавишу CTRL или SHIFT для выбора нескольких файлов. Для файлов в исходных форматах выбор нескольких файлов является эффективным способом индексации нескольких файлов в пакетном режиме.
Прим.: По умолчанию начало проекта и общее (геологическое) начало находятся в одном местоположении. При связывании файла облака точек конечный результат выбора параметров "Авто - Совмещение начал координат" и "Авто - По общим координатам" будет одинаковым.
Для файлов формата .rcp и .rcs Revit извлекает текущую версию файла облака точек и привязывает ее к проекту.
Появится диалоговое окно "Индексация файла облака точек".
Прим.: При наличии твердотельного накопителя убедитесь, что временная папка находится на жестком диске.
Автор:
Вставка индексированного файла облака точек в проект Revit .
Формат файла .rcp является файлом проекта, в котором группируется одновременно несколько файлов сканирования .rcs. Результатом индексации файла исходного формата является файл .rcp и один или несколько файлов .rcs.
Прим.: Для преобразования данных файла сканирования (исходные форматы) в формат облака точек можно использовать программу Autodesk ® ReCap ™ . Данный формат можно открыть и редактировать в других продуктах (например, Revit ). Дополнительные сведения о программе Autodesk ReCap доступны на странице Справка по Autodesk Recap.
- Создайте пользовательскую папку PointClouds на локальном компьютере, как в следующем примере: C:\Users\имя_пользователя\Documents\PointClouds.
- Это относительная ссылка. Если все пользователи хранят копию облака точек в этой папке на своем компьютере, программа Revit ссылается на нее при загрузке ссылок на главную модель для совместной работы, даже если имя пользователя на разных компьютерах отличается.
- Откройте проект Revit .
- Выберите вкладку "Вставка" панель "Связь" ("Облако точек").
- Задайте файл или файлы для установки связи с помощью следующих операций:
- В поле "Область поиска" перейдите в папку, содержащую файл(ы).
- Для параметра "Тип файлов" выберите один из следующих параметров:
- Проекты облаков точек (*.rcp). Укажите индексированный файл проекта облака точек с расширением .rcp. Файл .rcp включает в себя несколько файлов облака точек формата .rcs.
- Облака точек (*.rcs). Укажите индексированный файл облака точек с расширением .rcs.
- В поле "Имя файла" выберите файлы или укажите имена файлов.
Прим.: По умолчанию начало проекта и общее (геологическое) начало находятся в одном местоположении. При связывании файла облака точек конечный результат выбора параметров "Авто - Совмещение начал координат" и "Авто - По общим координатам" будет одинаковым.
Revit извлекает текущую версию файла облака точек и привязывает ее к проекту.
Автор:
Вставка индексированного файла облака точек в проект Revit .
Формат файла .rcp является файлом проекта, в котором группируется одновременно несколько файлов сканирования .rcs. Результатом индексации файла исходного формата является файл .rcp и один или несколько файлов .rcs.
Прим.: Для преобразования данных файла сканирования (исходные форматы) в формат облака точек можно использовать программу Autodesk ® ReCap ™ . Данный формат можно открыть и редактировать в других продуктах (например, Revit ). Дополнительные сведения о программе Autodesk ReCap доступны на странице Справка по Autodesk Recap.
- Создайте пользовательскую папку PointClouds на локальном компьютере, как в следующем примере: C:\Users\имя_пользователя\Documents\PointClouds.
- Это относительная ссылка. Если все пользователи хранят копию облака точек в этой папке на своем компьютере, программа Revit ссылается на нее при загрузке ссылок на главную модель для совместной работы, даже если имя пользователя на разных компьютерах отличается.
- Откройте проект Revit .
- Выберите вкладку "Вставка" панель "Связь" ("Облако точек").
- Задайте файл или файлы для установки связи с помощью следующих операций:
- В поле "Область поиска" перейдите в папку, содержащую файл(ы).
- Для параметра "Тип файлов" выберите один из следующих параметров:
- Проекты облаков точек (*.rcp). Укажите индексированный файл проекта облака точек с расширением .rcp. Файл .rcp включает в себя несколько файлов облака точек формата .rcs.
- Облака точек (*.rcs). Укажите индексированный файл облака точек с расширением .rcs.
- В поле "Имя файла" выберите файлы или укажите имена файлов.
Прим.: По умолчанию начало проекта и общее (геологическое) начало находятся в одном местоположении. При связывании файла облака точек конечный результат выбора параметров "Авто - Совмещение начал координат" и "Авто - По общим координатам" будет одинаковым.
Revit извлекает текущую версию файла облака точек и привязывает ее к проекту.
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. Эта 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 (рис. 1). 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 (псевдонормаль, топологические показатели) и т.п.
Рис. 1. Облака точек получаются в результате 3D-сканирования объектов
Изображение взято из статьи Н. Пелевина «Какие типы 3D-сканеров существуют?»
Качество облака напрямую зависит от качества 3D-сканера, его разрешающей способности, точности и скорости сканирования. Понятно, что серьезные задачи требуют серьезных устройств, но на сегодня источником облака может служить даже популярный сенсор Kinect игровой приставки Microsoft XBOX, который у многих обитает под домашним телевизором и посредством пары незамысловатых датчиков формирует трехмерное изображение. Технологии становятся доступнее с каждым днем – именно этим и объясняется интерес к облакам точек.
Зачем ни нужны? В первую очередь облака точек обеспечивают быструю визуализацию интересующего вас объекта реального мира. Но, конечно, только этой областью они не ограничиваются – облака точек успешно используют для изменений и контроля, 3D-печати, виртуализации труднодоступных мест или больших протяженных объектов, создания трехмерных и математических моделей, распознавания образов, а также при автоматизированном анализе, реконструкциях и эксплуатации. Без сомнения, облака точек привносят много полезного и в системы автоматизированного проектирования: о некоторых направлениях мы поговорим 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 появилась и в отечественной САПР-платформе nanoCAD Plus. В частности, программный продукт получил дополнительный раздел меню, который объединяет функции импорта и отображения облаков точек (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 предоставляет возможность 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 не просто делает работу более удобной – 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 (рис. 3).
Рис. 3. Прямая поддержка популярных форматов, с которыми работают 3D-сканеры, позволяет контролировать параметры импорта облака точек в САПР
Информация о привязке и настройке отображения облака точек сохраняется в *.dwg-файле.
В перспективе пользователи смогут сохранять облако внутри *.dwg-файла, как это было сделано в предыдущей версии nanoCAD Plus 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 зависит от разрешающей способности 3D-сканера. Вполне обычными считаются облака на 3-4 миллиона точек. Сверхбольшие облака содержат миллиард точек и больше – для обработки такого объема данных необходимы достаточно мощные компьютеры и специализированные алгоритмы.
В nanoCAD Plus 7.0 не предусмотрено никаких технических ограничений на объем облаков точек, а сами алгоритмы оптимизированы для обработки сверхбольших массивов – см. рис. 4, на котором приведены примеры работы с крупными облаками точек (файл-пример цеха (129 миллионов точек) получен с помощью сканеров компании Leica и предоставлен представителями этой компании).
Рис. 4. nanoCAD Plus 7.0 позволяет работать со сверхбольшими облаками 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 (рис. 5). Фактически получаются трехмерные фотографии отсканированных объектов, по которым можно прогуляться, встроить их в существующую 3D-модель и даже использовать привязки к точкам облака при любых построениях. Стоит отметить, что этот функционал открыт для вертикальных приложений, загружаемых в nanoCAD Plus. А разработчики таких приложений могут использовать обширный программный интерфейс для доступа к информации о точках облака и их параметрах.
Рис. 5. Облака можно раскрасить в соответствии с метаданными точек: 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 – папка примеров содержит в формате *.dwg несложную модель с фильтрационным оборудованием. Попробуйте поменять у нее цвет, толщину точек, походить по модели в режиме перспективной навигации. В этой же папке вы найдете и другие примеры трехмерных точечных проектов.
Операции над облаками точек
Что можно делать с облаками точек, кроме визуализации? Если теоретизировать, то число полезных функций окажется просто огромным: можно сравнивать модели, определяя коллизии, вычленять объекты по определенным признакам (например, по метаданным), классифицировать группы точек по различным признакам, сшивать-разрезать облака точек по этим или дополнительным признакам, распознавать поверхности и объекты…
- обрезку облаков точек по прямоугольникам либо по полигону. Это позволяет сократить размер облака, с которым пользователь работает в данный момент, и вычленить из облака точек нужную для работы модель;
- построение вертикального или горизонтального сечения по облаку точек. Например, с помощью этой функции можно получить сечение здания либо поверхность земли (рис. 6);
- привязку к ближайшим точкам сечения и геометрические построения по сечению облака точек.
Какое же практическое применение имеют эти инструменты? Одним из приемов 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. В дополнение к этому функционал привязок к облаку точек позволяет эффективно опираться на точки для проведения измерений, трассировки трехмерных объектов и даже трехмерного моделирования. Привязываясь к точкам облака, можно использовать возможности всех штатных команд nanoCAD для измерения расстояний и длин, периметров и площадей.
Для трассировки проекций трехмерных объектов в сечениях облаков точек применим широкий набор имеющихся чертежных средств nanoCAD, ну а для трехмерных 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 оцифровки фасадов зданий в Венеции (с помощью мобильной лазерной системы сканирования RIEGL VMX-250) и дальнейшего анализа фасадов на результаты деформаций и последствия действий вандалов:
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:
Практическое сканирование на примере создания трехмерной модели Большого каньона
Трехмерное сканирование позволяет описывать модели труднодоступных объектов – например, заброшенных шахт:
Пример создания трехмерной модели заброшенной шахты
Кроме того, в Интернете вы найдете массу других примеров оригинального применения технологии облака точек. Решение всех этих задач стало возможным 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. Отчасти 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 уже сейчас можно загружать облака точек, строить сечения, проводить измерения, выполнять трассировку трехмерных объектов. Этот функционал доступен в nanoCAD Plus, причем опробовать его вы сможете и в демо-режиме. Таким образом, стартовый набор инструментов у вас есть. Хороших проектов!
Читайте также: