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Sean Higgins 2021年2月23日 1 min read

你需要知道的关于点云的一切 | NavVis

什么是点云?如何捕获它们?如何处理它们?独立技术作家 Sean Higgins 将代表 NavVis 为您解释这些问题。

什么是点云?

点云是物理对象或空间的数字 3D 表示。它由数百万个单个测量点组成,每个测量点都有 x、y 和 z 坐标。

取决于捕获点云的方法(以及所涉及的传感器),每个点还可以包含 RGB 颜色数据,甚至强度信息,这些信息反映了生成该点的激光脉冲的返回强度。

如何生成点云

市面上主要使用两种工具来捕获点云:激光扫描仪和摄影测量仪。

1. 激光扫描仪

激光扫描仪是一个测绘级系统,包括许多不同的传感器和技术。最重要的是激光雷达传感器,它使用快速激光脉冲以每秒收集数十万次极其精确的测量结果。大多数激光扫描仪还包括一个 RGB 相机,用于为点云添加颜色,以及一个惯性测量单元 (IMU),这是智能手机中加速规的专业级表亲。

有多种类型的激光扫描仪,每个扫描仪都专为特定的应用范围而设计。如果您需要生成具有绝对最高精度的点云,例如测量光束偏移、分析地板平整度或以极高精度捕获汽车或机器等单个物体,您将使用架站仪(TLS)。

与此同时,您也可以使用移动激光扫描仪,它可以提供高达4毫米的精度,并允许您在行走时捕获点云。这种速度使其成为大多数建筑文档项目的理想选择,因为它们降低了每平方米的总成本。这样的速度也使它们非常适合扫描工厂等活动站点,为您执行捕获工作流程提供了一小段时间。

但这些并不是您唯一的选择:市场为各种专业应用提供激光扫描仪,如捕获物体、道路或铁路,甚至生成大面积地形图。您可以同时使用不同设备,并将点云合并到最后一个点云中,以满足任何项目的需求。

一般来说,激光扫描仪产生的精度数据高于摄影测量仪。

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2. 摄影测量仪

摄影测量仪更多的是一种方法,而非特定类型的工具。要使用摄影测量仪生成点云,您将使用摄像机从各个角度捕获空间,然后使用专用软件处理这些图像,以重建 3D 空间。

如果您计划使用无人机捕捉建筑物的点云,您很有可能会使用摄影测量。(激光扫描仪对于无人机来说过重)。

如何在现实世界中使用点云?

这些数据集提供了真实世界的空间、表面及物体的数字图像。这些数字图像精准且全面。这意味着它们为广泛的应用提供了巨大的价值。

以下是已建世界中点云的一些最常见的应用:

1. 平面图

点云为您提供了一种快速生成结构平面图的方法。此方法比使用全站仪等测绘工具或激光套件等手动工具更快、更准确。

如何操作呢?有两种方法。您可以以俯瞰视角查看点云,并使用 CAD 或平面规划软件人工绘制平面图。或者,您可以使用 AI 驱动的软件自动生成平面图。

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2. 建筑信息模型(BIM)

您可以使用点云构建建筑资产的建筑信息模型(BIM)。BIM 是“工厂设施物理和功能特征的数字呈现”。BIM 是共享的知识资源,用于获取有关设施的信息,为其生命周期内的决策提供可靠的基础。从定义上讲,应该从最早的概念到最后的拆除都存在。

由于点云精准、全面地反映了建筑物的“现有”条件,这意味着它提供了创建新的建筑信息模型或更新现有模型所需的所有现有空间数据。这使您能够将建筑物的“现状”与“设计”进行比较以发现错误、矛盾和不同之处。

如何操作呢?要从点云生成 BIM,您将使用专门的 BIM 建模软件在点云数据之上生成模型。

有些软件允许您通过绘制元素和编码材料等信息来手动绘制。其他软件可以通过识别表面、对象甚至 MEP 以及使用 AI 生成模型来部分自动化此过程。这些半自动过程可以非常准确,但它们并不完美——软件的确比人类工作得快得多,但可能会错过元素或返回误报。因此,您始终需要检查工作并进行一些手动校正。

想要了解更多有关点云建模(scan-to-BIM) 过程的知识?请点击这里查看我们的科普文章。

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3. 建筑进度跟踪

如果您需要在建筑进行时定期捕获点云,则可以使用这些数据追踪哪些工作已完成、何时完成以及在哪里完成。

如何操作呢?可以借助点云人工追踪施工进度,也可以使用先进的自动化方法。您可以与利益相关者共享原始点云数据,以便他们能够快速、从宏观角度查看自建筑开始以来的施工进度。或者,您可以使用自动工具提供更详细的更新,例如自动分析点云以识别特定对象的软件,甚至还可以针对性地追踪特定交易、时间表和预算。

4数字孪生

您可以使用点云创建建筑资产的可操作 3D 模型。这个模型被称为数字孪生,它与各种物联网(IoT)传感器启用的资产有共生关系。在理想的数字孪生体中,物理资产的任何更改都会自动反映在数字孪生体上,反之亦然。

这种共生关系意味着数字孪生可以像 BIM 模型一样使用,查看有关资产的信息,或执行高级任务,如监控、仿真、分析和控制。

如何操作呢?创建数字孪生是一个复杂的,多层次的过程——这就是为什么许多公司提供服务来为您生成数字孪生。他们捕获资产,将其数字化,并开发一个符合您要求的数字孪生体,以及您在模型中需要“实时”的数据(几何数据、温度数据等)。

要了解有关此过程的更多内容 ,请查看与西门子的案例研究。该文章详细说明了他们与 NavVis 合作创建数字工厂孪生的项目,帮助多个利益相关者了解其物理实体工厂的现状。

总结

这篇文章为大家介绍了什么是点云,它们是如何生成的,以及它们典型的使用案例。下一步是什么?如果您已经感觉跃跃欲试了,那就下载一个点云数据样本,亲自探索吧!

以下是使用 NavVis VLX 可穿戴扫描系统生成的点云数据样本的链接。这种高质量的样本可以以行业标准 .e57 文件格式下载,并且与许多第三方 CAD(计算机辅助设计)应用程序兼容。

下载样本数据

Sean Higgins 是一位自由的技术写作专家,曾是贸易出版物编辑,也是户外运动爱好者。他认为清晰的、无流行语的3D技术写作是一项公共服务。