Vše, co jste kdy chtěli vědět o 3D laserovém skenování
V předchozím článku jsme se věnovali metodě zachycení reality pomocí 3D laserového skenování a následné virtualizaci nasbíraných dat do podoby digitálního podkladu pro efektivní zaměřování a pasportizaci staveb. Pojďme se na technologii 3D laserového skenování podívat podrobněji a odpovězme si na ty nejzásadnější otázky točící se okolo 3D skenování.
SCAN4BIM , 25. 4. 2024 / Advertorial
Jaké jsou hlavní výhody 3D laserového skenování?
I když výhody 3D laserového skenování jsme podrobněji zmínili v předchozím článku, pravdou zůstává, že jednou z nejzásadnějších výhod zaměřování pomocí 3D laserového skenování je rychlost a jednoduchost sběru dat v terénu a minimalizace chyb během sběru dat. Díky této technologii je zachycení veškeré skutečnosti otázkou minut či hodin. Již během sběru a zpracování dat vzniká komplexní dokumentace objektu. S mračny bodů a panoramatickými snímky lze pracovat, odměřovat z nich a provádět virtuální prohlídky takto zpracovaného projektu. V terénu se tak nezdržíte dlouho a díky možnosti ovládání přístroje jednou osobou je činnost během zaměřování efektivnější. A i když je laserové skenování čím dál populárnější, stále jej lze považovat za tržní výhodu a odlišení od konkurence.
Na jakém principu 3D laserové skenování funguje?
Jak již název napovídá, 3D laserové skenování funguje na principu vysílání laserového paprsku. Ten je vysílán z rotující hlavy skeneru, kdy na základě vyhodnocení vzdálenosti a úhlu dopadu paprsku přístroj zaznamená prostorovou informaci konkrétního zachyceného bodu. Rychlost zaznamenávání těchto bodů má zásadní vliv na rychlost sběru dat. Nejrychlejší modely 3D skenerů jsou schopny zaznamenat až 2 000 000 bodů za vteřinu.
Je složité se s touto technologií naučit pracovat?
Samotné ovládání přístroje v terénu není v zásadě složité. Po ani ne hodinovém školení je operátor skeneru schopen samostatné práce, přičemž si je jen potřeba uvědomit, že skener pracuje na principu laserového paprsku (nikoliv rentgenu) a že zaznamená „jen“ to, co vidí z daného stanoviska operátor, respektive skener. Tomu je pochopitelně potřeba přizpůsobit strategii rozmístění dalších navazujících stanovisek se zajištěním dostatečných přesahů mezi nimi. To platí především pro terestrické skenery. U ručních a mobilních skenerů je výhodou právě jejich mobilita, která nám umožní přístroj zacílit i tam, kde by práce s terestrickým skenerem byla velmi obtížná až nereálná.
Jaké druhy skenerů existují a kde najdou uplatnění?
Dle způsobu sběru dat rozeznáváme několik typů skenerů. Skenery pro skenování z místa (tzv.: terestrické statické skenery), pro skenování za chůze nebo jízdy (mobilní a ruční skenery) a pro skenování ze vzduchu (UAV s LiDARem).
Terestrické skenery, jak bylo již naznačeno výše, sbírají data z jednotlivých stanovisek, která se následně spojují (registrují) do celkového výstupu v podobě mračen bodů. Tzv. předregistrace může probíhat již v terénu, kdy operátor pomocí polní aplikace a tabletu dokáže kontrolovat kvalitu nasbíraných dat. Terestrické skenery se v zásadě liší svojí rychlostí a dosahem. Rychlosti sběru dat se mohou pohybovat od 680 000 bodů za vteřinu až po 2 000 000 bodů za vteřinu, konkrétně u skenerů značky Leica BLK360, respektive RTC360. Dalším významným parametrem pro výběr skeneru je kromě dosahu také jeho přesnost (úhlová i délková) a také 3D přesnost bodů. U skeneru Leica RTC360 je uváděna 3D přesnost bodu 1,9 mm, což jej řadí k nejpřesnějším skenerům.
Ruční či mobilní skenery kromě laserové technologie využívají ještě technologii pro zaznamenávání trajektorie pohybu skeneru v prostoru. Takto funguje ruční imaging laserový skener BLK2GO, kdy skener během pohybu pořizuje snímky a rozměrově přesné mračno bodů v reálném čase. K zachycení prostorových dat používá firemní patentovanou technologii "GrandSlam", která kombinuje vizuální pozicování skeneru s pozicováním pomocí LiDARu. Díky mobilní technologii je schopnost operátora skeneru zmapovat prostorově komplikované interiéry i velká území za velmi krátkou dobu, a to včetně panoramatických snímků a reálně obarveného mračna. Co se týká produktivity práce, vzhledem k charakteru sběru dat bychom hledali produktivnější skener jen stěží.
Pro zaznamenání reality ze vzduchu lze použít dron, nicméně dron bez technologie LiDAR využívá pro zachycení reality primárně metodu fotogrammetrie, která má své výhody i nevýhody. Obecně výhodou sběru dat ze vzduchu je skutečnost, že dokážeme zachytit i objekty či konstrukce, které jsou ze země velmi těžko změřitelné kvůli vzdálenosti, nebo jsou stíněny jinými konstrukcemi.
V čem je model BLK2FLY mezi drony výjimečný?
Pod označením dron si většina z nás představí spíš „hračku“ na natáčení videí či fotografování z ptačí perspektivy než bezpilotní letadlo (UAV). Mezi bezpilotní letadlo – UAV s LiDARem patří rozhodně model Leica BLK2FLY, který se může pyšnit tím, že je prvním autonomním bezpilotním prostředkem s LiDARem. Jako autonomní létající laserový skener v sobě propojuje data z LiDARu, radaru, kamer a GNSS pro kompletní pokrytí skenem a optimalizování letové dráhy. Takto optimalizovaný balíček technologií v jednom těle zajišťuje bezproblémový a uživatelský velmi přívětivý chod celého systému. Pokud přístroji BLK2FLY nastavíte objekt k naskenování, on vypočte trasu a vzlétne naprosto autonomně. Díky aktivnímu anti-koliznímu systému se dokáže vyhnout překážkám a dodat vám požadovaná data téměř bez námahy operátora. Během letu autonomně snímá okolní prostředí i těžko přístupné oblasti, jako střechy a fasády. Výstupem je přesné, barevné georeferencované mračno vysoké kvality.
Jaké výstupy dostanu ze 3D laserového skenování?
Hlavní výstupy ze 3D laserového skenování tvoří mračno bodů a panoramatické snímky. V současnosti ideální podklady pro zpracování zaměření stávajícího stavu objektu nebo zjednodušeného pasportu stavby. Pro procházení mračen bodů a panoramatických snímků lze využít bezplatný software Leica TruView, kde lze procházet nasbíranými mračny bodů, odměřovat v nich a virtuální průlet kombinovat s pořízenými panoramatickými snímky. Konkrétními výstupy mračen bodů mohou být souborové formáty E57, LAS, LAZ, XYZ, RCP, LGS a případně další. S těmito formáty lze pracovat jako s podkladem pro navazující, například projektové činnosti v 3D/BIM softwarech k tomu určených (Allplan, Archicad, Revit). Nicméně výstupy z mračen bodů lze transformovat i do podoby 2D řezů a získat podklad pro práci ve 2D softwarech.
Jak velká data během skenování vznikají a jaká je HW náročnost na práci s nimi?
Jednotlivé stanovisko mračna bodů může obsahovat okolo 50 milionů bodů. Každý bod s sebou nese informaci XYZ a také informaci o intenzitě, případně barvě ve formátu RGB. Velikost souboru o desítkách stanovisek pak může mít velikost v jednotkách až desítkách GB v závislosti na hustotě mračen bodů. S tím souvisí i hardwarové nároky na výkon počítačového vybavení, které architekti či projektanti, pokud již využívají 3D/BIM softwarové nástroje, mají většinou dostatečně výkonné. Počítač v cenové relaci do 40 000,- Kč bez DPH si poradí nejen s modelováním na podkladu mračen bodů, ale také s případnou registrací mračen bodů. Příklad desktopové konfigurace PC s procesorem Intel Core i7 13700, grafickou kartou NVIDIA® GeForce RTX™ 3060 12 GB a disk SSD 1000 GB NVMe a pamětí 64GB RAM by si s většinou zakázek měl poradit.
Kde všude najde mračno bodů uplatnění?
Připravujete projekt? Nemáte zaměření pozemku včetně přilehlého okolí? Budete stavět? Chcete konfrontovat 3D/BIM model projektu s reálným postupem výstavby? Potřebujete projekt skutečného provedení stavby? Budete rekonstruovat? Nemáte k dispozici aktuální projektovou dokumentaci k vašemu objektu? Potřebujete digitální podklady pro projektové práce? Nemáte relevantní informace o stavbě, kterou vlastníte? Výše položené otázky celkem jasně naznačují, že pořízení mračna bodů může nalézt uplatnění ve všech fázích životního cyklu stavby. Od projektu přes výstavbu až po správu budovy.
Více k tématu
Lze z mračen bodů vygenerovat 3D/BIM model automaticky?
Automatizace, případně nasazení umělé inteligence není v oboru zaměřování stávajících stavů budov zatím standardem ani blízkou budoucností. Nicméně některé programy již dokáží analyzovat mračna bodů a nabízet uživateli vhodné prvky pro umístění v modelu. Takto to funguje na úrovni viditelných technických rozvodů v budovách, kde na úrovni poloautomatizace lze zefektivnit modelování rozvodů TZB.
Mohu někde získat ukázková data?
Jako ukázková data si můžete stáhnout mračna bodů v různých rozlišeních pořízených na hřbitově v Praze – Přední Kopanině, jemuž dominuje objekt románské rotundy svaté Maří Magdalény. Ukázková data si můžete stáhnout pod tímto odkazem.
Druhou možností je objednání demonstračního skenování objektu dle vašeho požadavku. Pokud byste si chtěli práci s mračny bodů vyzkoušet na vlastním zadání, můžete si objednat demonstrační skenování na emailu demo@scan4bim.cz.
