4 - 2014

Работа с данными лазерного сканирования в ПО Bentley

Алексей Сметанюк

В последнее время в области изыс­каний, проектирования, строительства и эксплуатации зданий и различных сооружений всё более широкое применение находит технология лазерного сканирования. Эта технология основана на высокоточном измерении углов и расстояний от лазерного дальномера до сканируемого объекта. Сканирующее устройство обладает высокой скоростью проведения съемки и обеспечивает большую плотность съемочных точек, что позволяет получать трехмерные данные по объекту в кратчайшие сроки и с высоким уровнем детализации.

Оборудование, используемое при проведении лазерного сканирования, можно разделить на две основные группы — наземное и воздушное. Наземные лазерные сканеры применяются в архитектуре, градостроительстве, в области транспортного проектирования и других областях и позволяют дистанционно обследовать и моделировать окружающие объекты. Наземные сканеры относительно компактны, дальность их действия ограничена несколькими сотнями метров, а точность съемочных данных исчисляется миллиметрами.

Воздушное лазерное сканирование применяется преимущественно при съемке больших площадей местности, а также рельефа поверхности вдоль прохождения линейных объектов. Воздушные лазерные сканеры устанавливаются на транспортные средства легкой авиации, такие как самолеты Ан­2 и вертолеты типа Ми­8. Дальность действия такого типа сканирующих устройств гораздо больше, нежели у сканеров наземного типа, и достигает нескольких тысяч метров, а точность съемочных данных укладывается в пределы 10­15 см в плане и по высоте.

Из­за высокой плотности съемочных точек и довольно крупных размеров снимаемых объектов такого рода файлы хранят в себе огромное количество информации, порой — до нескольких миллионов точек. В связи с этим и размер формируемого файла получается довольно большим. Для работы с таким объемом информации требуются специализированные программные продукты, которые не только смогут загрузить эти данные, но и позволят обеспечить стабильную работу и редактирование данных.

Для компании Bentley работа с облаками лазерных точек является важным вопросом. В арсенале компании имеется несколько программных решений, которые позволяют импортировать данные и работать с ними с помощью простых и интуитивно понятных инструментов. Все решения базируются на графической платформе ­MicroStation, одним из преимуществ которой является возможность стабильной и быстрой работы с большими объемами информации.

Много усилий было вложено специалистами компании для развития этого направления — в ноябре 2011 года была приобретена и добавлена в цепочку продуктов программа Pointools, технологии которой впоследствии были внедрены ­
в MicroStation v8i. В программные продукты Bentley Descartes и Bentley ProjectWise также был добавлен функционал по работе с лазерными облаками.

Pointools представляет собой программный продукт, ориентированный исключительно на работу с облаками точек. Мощный программный двигатель Vortex позволяет не только произвести импорт данных, но и обработать их, совершая при этом сложные математические вычисления в короткие сроки. Программой поддерживается ряд различных форматов подобных облаков точек, в числе которых — форматы наиболее популярных производителей устройств лазерного сканирования, таких как Leica, Riegl, Faro и др. Загруженные данные можно предварительно обработать — произвести чистку и цветовое кодирование. Для выбора точек предусмотрен ряд интеллектуальных инструментов.

Пользователь может работать не только с облаками точек, но и с текстурированными 3D­моделями различных форматов, а также с 2D CAD­чертежами, которые могут быть импортированы из dxf­, dwg­ и shp­файлов.

Возможности программ позволяют производить сегментацию данных, чтобы упростить работу с большими объемами облаков точек. Это непринципиально при работе с программой, поскольку ее возможности вполне позволяют работать с очень большими объемами информации, предоставляя комфортное удобство отображения. Сегментация может быть сделана в виде сетки либо в виде логических секций. При этом каждому сегменту присваивается свой слой. Bentley Pointools поддерживает работу со слоями общим количеством до 128, что обеспечивает пользователям широкие возможности при работе с облаками.

Еще одной полезной функцией является возможность трансформирования объектов и более свободного управления ими.

В процессе проектирования классификация облаков лазерного сканирования играет довольно важную роль. С ее помощью пользователи могут изолировать определенную часть модели и работать с нею, например с землей, зданиями, растительностью и т.п. Для проведения классификации необходимо использовать специализированные программные продукты, такие как Terrasolid. Иногда в процессе классификации возникают ошибки (например, когда элемент растительности или искусственного сооружения классифицируется как элемент поверхности), которые требуют исправления. В Bentley имеются простые инструменты редактирования, которые помогут быстро устранить неправильно классифицированные элементы. Эти инструменты довольно удобны для пользователей и позволяют, например, без хлопот отсеять лишние точки из наземных данных при построении цифровой модели рельефа.

Для уточнения характерных мест в модели предусмотрен превосходный инструмент, позволяющий трассировать линию по облаку точек, тем самым получая трехмерную геометрию из точек. Эту возможность удобно использовать для извлечения геометрии линейно­протяженных объектов, таких как автомобильные и железные дороги. Например, для создания сечения дороги обычно необходимо вручную найти нужное место в облаке точек. Используя разработки компании Bentley, пользователь может создать массив линий в MicroStation, спроецировать их на поверхность облака точек и получить сечение автоматически. Полученные сечения могут быть использованы в таких программах для гражданского проектирования, как, например, InRoads или PowerCivil.

Большой проблемой при работе с данными лазерного сканирования является восприятие изображения в трехмерном пространстве. Если изображение уменьшить, то распознать мелкие детали модели будет затруднительно, а если увеличить, то глобальное восприятие модели значительно усложнится. Для решения этой проблемы компанией была разработана система визуализации Explorer, которая динамически окрашивает точки облака в пределах 3D­курсора, основываясь на их 3D­положении и направлении. Это обеспечивает более точное представление о трехмерной модели облака точек без необходимости менять вид или масштаб отображения. Это полезно, когда необходимо подробнее рассмотреть детали в здании или структурные линии в моделях гражданского строительства.

С использованием принципа, подобного 3D­курсору, в системе визуализации Explorer функция Smart Snap, разработанная Bentley, позволяет изолировать характерные точки в облаке лазерного сканирования (таковыми могут быть самые низкие или самые высокие отметки, а также усредненные значения).

Одной же из самых интересных возможностей, реализованных компанией Bentley, является обнаружение коллизий. Эта уникальная технология заключается в том, что программа выполняет проверку на пересечения между несколькими облаками точек и между облаками точек и 3D­моделью CAD. Данная возможность позволяет избежать необходимости перепроектирования путем обнаружения проблемных участков на стадии создания проекта.

В настоящее время компания продолжает развитие технологий лазерного сканирования. Однако уже сегодня можно с уверенностью заявить, что программные решения Bentley для работы с лазерными облаками являются одними из самых удобных и производительных на рынке программного обеспечения.

САПР и графика 4`2014