Punktipilv on suurest hulgast X-, Y- ja Z-koordinaatidega punktidest koosnev 3D-andmestik. See võib olla plaanide, BIM-i, analüüsi või pöördprojekteerimise väärtuslik lähtealus, kuid sõna „punktipilv” ei ütle veel midagi andmete täpsuse, tiheduse, registreerimise ega kasutuskõlblikkuse kohta.
Mis on 3D-punktipilv?
Igal punktipilve punktil on asukoht kolmemõõtmelises ruumis. Piisavalt suur ja sobiva jaotusega punktide kogum kirjeldab objekti, ruumi, hoone või konstruktsiooni nähtavat pinda. Punkt võib sisaldada ka intensiivsus- või RGB-infot, kuid selle põhiolemus on ruumiline koordinaat.
Punktipilv ei ole veel sile pind, trianguleeritud mesh, CAD/SOLID-mudel ega BIM. See on mõõte- või rekonstrueerimisandmestik, mille põhjal saab mõõta, koostada plaane ja lõikeid, modelleerida, luua pinnamudeli või valmistada muu projekti jaoks vajaliku väljundi.
Erinevad seadmed, erinev kasutus
Punktipilvi loovad erinevad süsteemid. Statiivil töötav maapealne laserskänner mõõdab keskkonda järjestikest skanniseisudest ja sobib hästi hoonete, ruumide ning suurte konstruktsioonide dokumenteerimiseks. Liikuv SLAM-süsteem võimaldab paljudes ruumilistes capture'i töövoogudes kiiresti ja paindlikult andmeid koguda. Tööstuslik käsiskänner kasutab näiteks optilist triangulatsiooni ning sobib väiksemate detailide, pöördprojekteerimise ja kontrolli töövoogudesse.
Ka fotogrammeetria võib luua punktipõhise ruumiandmestiku. Meetodeid ei valita pelgalt väljundformaadi järgi: objekti mõõtkava, nõutav täpsus ja resolutsioon, pind, mõõtekaugus, keskkond ning soovitud lõpptulemus määravad, milline süsteem ja metoodika on põhjendatud.
- TLS suurte ruumide, hoonete ja keskkondade mõõdistamiseks
- SLAM kiireks liikuvalt tehtavaks ruumiliseks capture'iks
- tööstuslik käsiskaneerimine detailide geomeetria jaoks
- fotogrammeetria geomeetria ja rikkaliku värviinfo loomiseks
Punktipilve kvaliteet ei ole failiformaat
Kaks samas failiformaadis punktipilve võivad olla tehniliselt väga erinevad. Kvaliteeti mõjutavad mõõtepõhimõte, seadme kalibreerimine, mõõtekaugus, punktisamm, pinna omadused, vaatest tulenevad varjed, keskkond, operaatori töövõtted ja kogu järgnev töötlus.
Tihedus ei ole sama mis täpsus. Rohkem punkte võib kirjeldada pinda tihedamalt, kuid ei tõesta, et iga punkt paikneb tegeliku pinna suhtes õigesti. Samuti ei paranda RGB-värv mõõtetäpsust; värv aitab eelkõige andmestikku lugeda ja objekti visuaalselt dokumenteerida.
Registreerimine seob skanniseisud üheks tervikuks
Mitmest asukohast tehtud skannid tuleb ühendada samasse koordinaatsüsteemi. Seda nimetatakse registreerimiseks. Automaatne joondamine on kasulik tööriist, kuid mitte iseseisev tõend, et tulemus vastab projekti tolerantsile.
Vigane registreerimine võib tekitada topeltseinu, nihkeid, häguseid servi või kumulatiivset viga. Kui sellisest andmestikust võetakse mõõte või luuakse BIM, mesh või CAD, kandub viga edasi. Seetõttu tuleb hinnata kattuvust, kontrollpunkte või target'eid, jääkvigu, registreerimisraportit ja visuaalset kokkulangevust vastavalt töö nõuetele.
Toores andmestik vajab puhastamist
Skaneerimisel võivad punktipilve jääda liikuvad inimesed ja sõidukid, tolm, vihmapiisad, märgade või peegeldavate pindade valepeegeldused ning mõõtealast väljapoole jääv taust. Need punktid ei kirjelda soovitud objekti ja võivad takistada mõõtmist või modelleerimist.
Puhastamine on erialane ja sageli ajamahukas tööetapp. Eesmärk ei ole muuta andmestikku visuaalselt ilusaks iga hinna eest, vaid eemaldada ebaoluline või eksitav info nii, et vajalik mõõtegeomeetria ning selle päritolu säiliksid.
Tihedus, andmemaht ja tööjaotus
Suurem punktitihedus kasvatab skaneerimisaega, failimahtu, mäluvajadust ja töötlemiskoormust. Maksimaalne võimalik tihedus ei ole automaatselt iga projekti jaoks optimaalne; vajalik tase tuleb siduda väikseima olulise detaili, mõõtekauguse ja lõppväljundiga.
Suur objekt võib olla otstarbekas jagada koordinaatsüsteemi säilitavateks tööosadeks. Decimation võib luua kergema töökoopia, kuid vähendamise ulatus peab säilitama projekti jaoks vajaliku detaili. Kõrgeima kvaliteediga lähteandmestik ja kergem derivaat tuleks hoida eraldi.
- säilita kontrollitud master-andmestik
- jaga suur pilv loogilisteks ja koordinaatides püsivateks osadeks
- loo vajadusel väiksema tihedusega töö- või jagamisversioon
- dokumenteeri, millist vähendamist väljundile rakendati
Punktipilvest mesh'iks, CAD-iks või BIM-iks
Punktide ühendamisel kolmnurkadeks tekib trianguleeritud mesh ehk pinnamudel. Meshing-algoritm peab otsustama, kuidas täita punktevahelisi alasid, millist müra siluda ja milliseid avasid säilitada. Liiga agressiivne silumine või põhjendamatu aukude täitmine võib luua visuaalselt puhta, kuid mõõteandmetest erineva pinna.
CAD- ja BIM-mudelid on omakorda tõlgendatud väljundid. BIM võib esitada seinad ja konstruktsioonid eesmärgipäraselt lihtsustatud või sirgena. Pöördprojekteerimiseks või tootmiseks vajalik mudel peab aga kirjeldama neid tegelikke kõrvalekaldeid, mis mõjutavad detaili sobivust. Seetõttu ei ole mudelitüübid automaatselt omavahel asendatavad.
Punktipilv on tööriist, mitte lõppeesmärk
Hoonete dokumenteerimisel võib puhastatud ja kontrollitud punktipilv olla piisav plaanide, vaadete, lõigete või BIM-i lähteandmestik. Olemasolevale kõverale trepile uue piirde projekteerimisel võib vaja minna tihedamat mõõtegeomeetriat, läbilõikeid, trianguleeritud mesh'i ja tolerantsis CAD/SOLID-mudelit.
Enne mõõdistamist tuleb kokku leppida, kas eesmärk on arhiveerimine, ülevaatlik dokumentatsioon, ruumiplaneerimine, BIM, tootmine, tolerantsikontroll või pöördprojekteerimine. Õige väljund, koordinaatsüsteem, detailitase ja kontrollitavus tulenevad sellest otsusest.
Korduma kippuvad küsimused
Kas punktipilv ja 3D mesh on sama asi?
Ei. Punktipilv koosneb eraldiseisvatest ruumipunktidest. Mesh ühendab vertex'id servade ja tahkudega pinnaks. Mesh'i loomine on eraldi rekonstrueerimisetapp, mis võib geomeetriat mõjutada.
Kas värviline punktipilv on täpsem?
Värv parandab eelkõige loetavust ja dokumenteerimist. Mõõtetäpsuse määravad mõõtesüsteem, metoodika, registreerimine ja punktide geomeetriline kvaliteet, mitte RGB-väärtus.
Miks tuleb skanniseise registreerida?
Üks skanniseis näeb objekti ainult oma asukohast. Registreerimine seob eri vaated samasse koordinaatsüsteemi. Kontrollimata viga selles etapis kandub edasi mõõtudesse ja mudelitesse.
Kas suurem punktide arv tähendab alati paremat tulemust?
Mitte alati. Punktitihedus peab olema piisav vajaliku detaili jaoks, kuid rohkem andmeid kasvatab aega ja koormust. Tihedus ei kõrvalda mõõte-, registreerimis- ega pinnast tulenevaid vigu.
Kas punktipilvest tehtud BIM sobib tootmiseks?
See sõltub BIM-i eesmärgist ja detailsusest. Arhitektuurne mudel võib olla teadlikult lihtsustatud, samas kui tootmiseks vajalik lähteandmestik peab kirjeldama tegelikke kõverusi, nihkeid ja liitekohti nõutud tolerantsis.