Czy skaner SLAM może być wykorzystywany do inwentaryzacji budynku po zmroku?
To jedno z pytań, które regularnie pojawia się w rozmowach o mobilnym skanowaniu 3D. Wątpliwość jest zrozumiała: jeżeli otoczenie jest słabo oświetlone, kamery urządzenia nie mogą zarejestrować rzeczywistych kolorów wszystkich powierzchni.
Nie oznacza to jednak, że sama geometria budynku znika albo przestaje być użyteczna.
W kolejnym materiale z serii pokazującej zastosowania SOUTH SLAM ME RTK sprawdzamy, jak wygląda zewnętrzna inwentaryzacja budynku mieszkalnego wykonana w późnych godzinach wieczornych.
Pokazujemy również, jak zmiana sposobu wizualizacji chmury, przygotowanie przekroju i przejście do rzutu 2D pozwalają wykorzystać dane mimo braku światła dziennego.
Co dzieje się z chmurą punktów po zmroku?
Podczas skanowania w dobrych warunkach oświetleniowych chmura punktów może zostać podkolorowana na podstawie obrazów rejestrowanych przez kamery urządzenia.
Poszczególne punkty otrzymują wtedy kolory zbliżone do rzeczywistego wyglądu powierzchni. Ułatwia to orientację w danych i sprawia, że chmura przypomina trójwymiarową fotografię obiektu.
Po zmroku sytuacja wygląda inaczej.
Jeżeli dany fragment budynku nie jest oświetlony, kamera nie ma wystarczającej ilości informacji, aby przypisać mu rzeczywisty kolor. Podkolorowane zostaną przede wszystkim miejsca, do których dociera światło, na przykład:
- okolice wejścia do budynku,
- fragmenty elewacji oświetlone lampami,
- widoczne przez okna oświetlone wnętrza,
- elementy znajdujące się w zasięgu zewnętrznego źródła światła.
Pozostałe powierzchnie mogą wyglądać na ciemne lub pozbawione naturalnej kolorystyki.
Jest to ograniczenie wizualizacji, a nie samego pomiaru geometrii.
Brak koloru nie oznacza braku danych
W skanowaniu laserowym należy rozdzielić dwie informacje:
- geometrię obiektu,
- kolor przypisany do punktów.
Geometria wynika z pomiaru przestrzennego. Kolor jest dodatkową informacją pozyskiwaną przez kamerę.
Jeżeli scena jest niedoświetlona, realistyczne podkolorowanie będzie niepełne. Nadal jednak mogą pozostać dostępne informacje o:
- położeniu ścian,
- przebiegu krawędzi,
- narożnikach budynku,
- schodach,
- murkach oporowych,
- otworach i załamaniach elewacji,
- wysokościach i współrzędnych wybranych punktów.
W praktyce oznacza to, że chmura może nadal służyć do inwentaryzacji, nawet jeżeli nie wygląda tak efektownie jak materiał zarejestrowany w pełnym świetle.
Kluczowe staje się dobranie właściwego sposobu jej wyświetlania.
Wizualizacja chmury według intensywności odbicia
Jednym ze sposobów poprawienia czytelności danych jest odejście od rzeczywistych kolorów i wyświetlenie chmury według intensywności odbicia sygnału.
Intensywność opisuje siłę sygnału powracającego do urządzenia po odbiciu od powierzchni.
Na jej wartość wpływają między innymi:
- rodzaj materiału,
- właściwości powierzchni,
- kąt padania sygnału,
- odległość od urządzenia.
Po zastosowaniu wizualizacji według intensywności poszczególne elementy budynku mogą stać się znacznie bardziej czytelne niż w niedoświetlonej chmurze RGB.
Nie analizujemy wtedy rzeczywistych kolorów elewacji. Otrzymujemy natomiast kontrast pomagający rozpoznać geometrię obiektu.
W przedstawionym projekcie po zmianie sposobu wyświetlania widoczne były między innymi murki oporowe, schody oraz główne krawędzie budynku.
Wyostrzenie krawędzi ścian
Czytelność chmury można dodatkowo poprawić, wykorzystując funkcję wyostrzenia krawędzi.
Jej zadaniem jest zwiększenie widoczności miejsc, w których zmienia się geometria powierzchni. Dotyczy to przede wszystkim:
- narożników budynku,
- krawędzi ścian,
- stopni schodów,
- zakończeń murków,
- załamań elewacji,
- przejść pomiędzy różnymi płaszczyznami.
Połączenie wizualizacji według intensywności z wyostrzeniem krawędzi pozwala ograniczyć wpływ niedostatecznego oświetlenia na interpretację danych.
Chmura nie odzyskuje w ten sposób rzeczywistych kolorów. Staje się jednak znacznie bardziej użyteczna pomiarowo.
Po co przygotowywać cięcie sekcji?
Oglądanie całego budynku w widoku 3D jest przydatne do ogólnej kontroli pomiaru. Podczas przygotowywania dokumentacji często lepszym rozwiązaniem jest jednak wykonanie przekroju chmury na określonej wysokości.
Cięcie sekcji pozwala odizolować wybrany fragment danych i usunąć z widoku punkty, które nie są potrzebne w danym momencie.
W przypadku inwentaryzacji budynku można przygotować poziome cięcie przechodzące przez ściany zewnętrzne.
Po przełączeniu na widok z góry otrzymujemy czytelny obraz przyziemia, pokazujący między innymi:
- przebieg ścian,
- narożniki,
- załamania bryły,
- wejścia,
- schody,
- elementy znajdujące się w pobliżu elewacji.
Taki widok jest znacznie łatwiejszy do opracowania niż pełna chmura 3D zawierająca dach, otoczenie i wszystkie punkty znajdujące się na różnych wysokościach.
Rzut 2D budynku z chmury punktów
Po przygotowaniu przekroju można przejść do widoku 2D.
Na tym etapie chmura staje się podstawą do opracowania rzutu budynku. Operator może wskazywać punkty na poszczególnych płaszczyznach ścian i zapisywać ich współrzędne.
Jedną z metod jest wykorzystanie funkcji multipoint.
Pozwala ona wyklikać punkty znajdujące się na kolejnych płaszczyznach, a następnie wykorzystać je do określenia przebiegu ścian i przecięć pomiędzy nimi.
Takie podejście jest szczególnie użyteczne, gdy powierzchnia ściany została zarejestrowana jako rozległy fragment chmury, a operator chce wyznaczyć jej reprezentatywną linię.
Zamiast opierać się na jednym przypadkowym punkcie, można wskazać większą liczbę obserwacji opisujących daną płaszczyznę.
Pobieranie współrzędnych i kodowanie punktów
Oprócz samej wizualizacji chmury można pobierać z niej konkretne dane pomiarowe.
Dla wskazanego punktu możliwe jest zapisanie:
- współrzędnych poziomych,
- wysokości,
- odpowiedniego kodu opisującego element.
Kodowanie ułatwia późniejsze rozpoznanie, czy dany punkt reprezentuje narożnik, ścianę, schody, murek lub inny element zagospodarowania.
Przygotowane dane mogą zostać wyeksportowane do zwykłego pliku tekstowego i wykorzystane w dalszym workflow.
To istotna funkcja, ponieważ pozwala przejść od wizualnej inspekcji chmury do uporządkowanego zbioru punktów pomiarowych.
Eksport sekcji do X-PAD Fusion
Drugą metodą opracowania jest eksport całej przygotowanej sekcji do X-PAD Fusion.
X-PAD Fusion umożliwia pracę z danymi pochodzącymi z GNSS, tachimetrów, skanerów naziemnych i innych źródeł w jednym środowisku.
Po zaimportowaniu przekroju można rozpocząć właściwą wektoryzację budynku.
Operator może:
- rysować linie na podstawie chmury,
- dopasowywać je do płaszczyzn ścian,
- przedłużać odcinki,
- łączyć kolejne elementy,
- wyznaczać narożniki,
- porządkować geometrię rzutu.
Pozwala to przygotować rysunek, który zachowuje odniesienie do danych pomiarowych, a jednocześnie ma formę odpowiednią do dalszej pracy projektowej.
Wektoryzacja z wykorzystaniem funkcji fazowania
Powierzchnie budynku zarejestrowane w chmurze punktów nie zawsze tworzą idealnie ostre narożniki.
Wpływają na to między innymi:
- faktura elewacji,
- lokalne nierówności,
- wystające elementy,
- roślinność,
- sposób przejścia operatora wokół obiektu,
- gęstość danych w danym miejscu.
Podczas przygotowywania finalnego rzutu nie należy więc bezrefleksyjnie łączyć przypadkowo wybranych punktów.
Lepszym rozwiązaniem jest odtworzenie przebiegu poszczególnych płaszczyzn, a następnie wyznaczenie ich przecięć.
W X-PAD Fusion można do tego wykorzystać funkcję fazowania, pokazywaną również w poprzednich materiałach Geoline.
W uproszczeniu workflow wygląda następująco:
- wyznaczenie linii odpowiadającej pierwszej ścianie,
- wyznaczenie linii odpowiadającej drugiej ścianie,
- przedłużenie lub dopasowanie linii,
- utworzenie ich prawidłowego połączenia,
- uporządkowanie narożnika.
Dzięki temu finalny rzut nie odwzorowuje przypadkowych nierówności powierzchni, lecz przedstawia logiczną geometrię budynku.
Czy inwentaryzacja po zmroku jest równie dobra jak w dzień?
Może dostarczyć geometrii użytecznej do opracowania, ale nie jest identyczna z pomiarem wykonanym w dobrych warunkach oświetleniowych.
Najważniejsza różnica dotyczy realistycznego podkolorowania chmury.
W dzień kolor może pomagać w:
- rozpoznawaniu materiałów,
- identyfikacji oznaczeń,
- odróżnianiu elementów o podobnej geometrii,
- dokumentowaniu wizualnego stanu obiektu.
Po zmroku te informacje mogą być ograniczone albo dostępne jedynie w oświetlonych miejscach.
Jeżeli celem projektu jest przede wszystkim geometria, współrzędne, wysokości i przygotowanie rzutu, brak naturalnych kolorów nie musi jednak przekreślać pomiaru.
Jeżeli natomiast kolor jest ważnym elementem dokumentacji, warto zadbać o dodatkowe oświetlenie albo wykonać rejestrację w innych warunkach.
Kiedy możliwość pracy po zmroku ma znaczenie?
Możliwość wykonania inwentaryzacji przy słabym świetle może być istotna między innymi wtedy, gdy:
- dostęp do obiektu jest możliwy tylko poza godzinami pracy,
- pomiar odbywa się późną jesienią lub zimą,
- harmonogram inwestycji nie pozwala czekać na światło dzienne,
- obiekt znajduje się w zacienionej przestrzeni,
- pomiar wykonywany jest we wnętrzu bez pełnego oświetlenia,
- najważniejsza jest geometria, a nie dokumentacja fotograficzna.
Technologia nie usuwa wszystkich ograniczeń. Daje jednak większą elastyczność organizacji pracy terenowej.
Co można uzyskać z pomiaru wykonanego po zmroku?
W pokazanym przykładzie chmura pozwalała rozpoznać i opracować:
- główną bryłę budynku,
- płaszczyzny ścian,
- narożniki,
- schody,
- murki oporowe,
- przyziemie budynku,
- współrzędne i wysokości wybranych punktów.
Po przygotowaniu przekroju dane można było wykorzystać do stworzenia rzutu 2D i dalszej wektoryzacji.
Oznacza to, że rezultat pomiaru nie ogranicza się do trójwymiarowego podglądu. Chmura może zostać przekształcona w konkretne dane potrzebne podczas inwentaryzacji.
Jeden pomiar, dwa możliwe workflow
Materiał pokazuje dwie ścieżki opracowania.
Workflow 1: pobieranie punktów bezpośrednio z chmury
- zmiana wizualizacji na intensywność,
- wyostrzenie krawędzi,
- przygotowanie sekcji,
- przejście do widoku 2D,
- wskazanie punktów na ścianach,
- zapis współrzędnych, wysokości i kodów,
- eksport do pliku tekstowego.
Workflow 2: eksport sekcji i wektoryzacja
- przygotowanie poziomego przekroju,
- eksport sekcji,
- import danych do X-PAD Fusion,
- rysowanie linii ścian,
- dopasowanie płaszczyzn,
- fazowanie narożników,
- przygotowanie finalnego rzutu.
Wybór metody zależy od oczekiwanego rezultatu.
Jeżeli potrzebne są pojedyncze punkty i ich współrzędne, wystarczające może być opracowanie bezpośrednio w chmurze. Jeżeli celem jest kompletny rzut budynku, wygodniejsza będzie dalsza wektoryzacja.
Zobacz cały proces na wideo
W materiale wideo Tomasz Kuźnar pokazuje:
- jak wygląda chmura budynku pozyskana po zmroku,
- które fragmenty zostają podkolorowane,
- jak zmienić wizualizację na intensywność,
- jak wyostrzyć krawędzie ścian,
- jak przygotować cięcie sekcji,
- jak przejść do rzutu 2D,
- jak pobierać współrzędne punktów,
- jak kodować i eksportować dane,
- jak przygotować sekcję do wektoryzacji w X-PAD Fusion.
Zobacz także wcześniejszy materiał pokazujący pomiar przejścia podziemnego bez dostępu do GNSS.
Więcej informacji o oprogramowaniu znajdziesz na stronie X-PAD Fusion. Geoline prezentuje je jako środowisko integrujące różne rodzaje danych geoprzestrzennych.
Pozostałe rozwiązania pomiarowe znajdziesz w sekcji produkty Geoline.
Aby omówić pomiar konkretnego obiektu i oczekiwany format opracowania, skontaktuj się z zespołem Geoline.
Najważniejszy wniosek
Brak światła nie oznacza automatycznie braku możliwości wykonania inwentaryzacji skanerem SLAM.
Ograniczeniu ulega przede wszystkim realistyczne podkolorowanie chmury. Geometria obiektu może nadal pozostać czytelna i użyteczna.
Kluczowe jest zastosowanie właściwego workflow:
- wizualizacji według intensywności,
- wyostrzenia krawędzi,
- wykonania przekroju,
- przejścia do widoku 2D,
- pobierania współrzędnych lub wektoryzacji.
Dzięki temu dane zarejestrowane w późnych godzinach wieczornych mogą zostać wykorzystane do przygotowania rzeczywistej dokumentacji pomiarowej, a nie wyłącznie do oglądania modelu 3D.
