Как работать с облаком точек в автокад
Обновлено: 07.07.2024
Введение : в данной статье рассмотрим серию процедур по работе с облаками точек (как с готовыми объектами), для их дальнейшего использования в задачах генплана и инфраструктуры. Данную часть посвятим вопросу преобразования облака точек в ортофотоплан для его использования в обработке в дальнейшем.
Тематическая картинка (собственные данные), городская дорога - облако точек в среде CloudCompare Тематическая картинка (собственные данные), городская дорога - облако точек в среде CloudCompare1. Инициализация и первичная обработка облаков точек
Здесь мы должны переварить тот материал, который будет у нас в распоряжении. То есть сконвертировать (если это возможно), облако точек в общедоступный формат данных.
Предполагается, что предоставленное облако точек сидит в "плоских координатах". Существует 2 основных пути получения облака точек - это лазерное сканирование (наземное/воздушное), где съемка ведется сразу в прямоугольных координатах, которые при обработке пересчитываются из условных в прямоугольные другой системы координат и фотограмметрия (где идет сшивка ряда фотографий), где используются географические координаты WGS-84 и последующее преобразование результата (ортофотоплана и облака точек) в нужную СК.
1.1 Если облако точек в СК WGS-84
Встречаются ситуации, когда пользователь так и выгружает облако точек в СК WGS-84. Насколько я знаю, бесплатное ПО не умеет конвертировать подобное представление данных. Это можно сделать программно, и я, пожалуй, это как-то рассмотрю, но пока не будем трогать этот момент.
Примечание : технически, данный процесс реализован утилитой gdalwarp в составе пакета GDAL, но мы посвятим этому отдельную статью позже.
Из коммерческих программ, в базовом функционале которых есть опция преобразования координат точек при загрузке в какую-либо СК, я знаю Autodesk ReCap (преобразование только в плоские международные СК, имеющие код EPSG) и Credo 3D Scan.
2 CloudCompare - загрузка и классификация облаков точек
Имея на руках облако точек в плоских координатах, перейдем к следующей позиции - загрузку его в среду CloudCompare для обработки
CloudCompare - это большой open source проект, само приложение написано на C++ и доступно на github. Когда-нибудь позже я постараюсь написать и про него с программной точки зрения, как получу больше практики в C++.
Скачиваем последнюю версию (можно alpha-версию) отсюда и устанавливаем программу.
Довольно часто бывает необходимо выделить определенный фрагмент чертежа, чтобы визуально отделить его от всего чертежа и пометить заголовком. В данном уроке расскажем Вам об инструменте облако AutoCAD, которое предназначено для выше упомянутых целей.
Инструмент Облако (или Пометочное облако) служит для создания пометок. С его помощью можно выделять объекты на чертеже, чтобы пометить их как единый логический элемент. Особенно инструмент будет полезен для пометки изменений на чертеже.
На примере видно, что изменения выделены облаком красного цвета, что хорошо бросается в глаза и сразу стоит пометка (подпись) номера изменений (ревизия).
Вызвать инструмент Облако можно следующими способами:
Как пользоваться инструментом Облако (Пометочное облако):
Доступны также следующие команды контекстного меню для работы с инструментом Облако:
С помощью команды Длина дуги задается минимальная и максимальная длина дуги облака. Пример:
С помощью команды Объект можно выбранный замкнутый объект (линию, полилинию, прямоугольник, окружность) преобразовать в облако. Пример:
С помощью команды Стиль задается стиль начертания облака: Обычный или Каллиграфия. Пример:
Изменить свойства уже нарисованного облака можно с помощью окна AutoCAD Свойства. Для этого необходимо:
Прочитав урок, Вы узнали об инструменте Облако (или Пометочное облако), который служит для создания пометок на чертеже. Также, Вы узнали, как работать с данным инструментом, как редактировать, и какие есть дополнительные настройки и возможности.
В основном коррекционные облака используются для привлечения внимания к отдельным фрагментам чертежа на стадии его проверки и рецензирования.
Команда AutoCAD Облако
За его создание отвечает команда Облако, вызвать которую можно одним из следующих способов (начать создание облака):
- построить коррекционное облако можно из строки меню пункт Рисование - строка Облако;
- нарисовать его можно из вкладки "Главная" ленты инструментов - в группе инструментов Рисование - вложенные кнопки способов построения облака в Автокад: "прямоугольное, многоугольное, от руки";
- создать коррекционное облако вы можете также из классической панели инструментов Рисование - кнопка Пометочное облако (по умолчанию);
- начать его построение можно непосредственно с командной строки, прописав наименование команды в командной строке "Облако".
Как нарисовать пометочное облако в Автокад от руки
Вызовем команду "Облако". В командной строке появится запрос:
Укажите начальную точку или [ Д лина дуги/ О бъект/пр Я моугольник/ М ногоугольник/о Т руки/ С тиль/и З менить]:Прежде чем приступить к созданию коррекционного облака, выберем опцию "Длина дуги", которая позволит указать минимальную и максимальную длину дуги. Программа отобразит запрос:
Нажмем "Enter", тем самым согласимся со значением по умолчанию 10 мм. Система выдаст следующий запрос:
Нажмем "Enter", тем самым согласимся со значением по умолчанию 30 мм.
Максимальное значение длины дуги для коррекционного облака в Автокад не может превышать минимальное значение более чем в три раза.Программа отобразит исходный запрос:
Укажите начальную точку или [ Д лина дуги/ О бъект/пр Я моугольник/ М ногоугольник/о Т руки/ С тиль/и З менить]:В ответ на который, щелчком мыши зададим начальную точку облака. Далее не нужно щелкать мышкой по чертежу, а просто провести курсором по нужному контуру. Как только вы подведете курсор-перекрестие к начальной (первой) точке облака, система замкнет границу, облако будет построено, а команда завершит свое выполнение.
Если вам необходимо построить разомкнутое коррекционное облако в AutoCAD, то в нужном месте разрыва нажмите на клавишу "Enter" или на правую кнопку мыши, в командной строке появится запрос:
Изменить направление на противоположное [ Д а/ Н ет] <Нет>:т.е. другими словами мы можем изменить направление выпуклости дуговых сегментов облака. Нажмем "Enter", тем самым согласимся со значением по умолчанию "Нет".
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: