Co rozumieć pod pojęciem ,,chmury punktów” w kontekście skanowania 3D?

Kategoria: Blog

Upowszechnienie się cyfrowych systemów przetwarzania danych oraz nadzorowania produkcji sprawiły, że wzrosła rola tzw. inżynierii odwrotnej, w ramach której odwróceniu uległ tradycyjny system projektowania, a bazą do tworzenia kolejnych urządzeń są już istniejące rozwiązania. Wiąże się to z koniecznością zapisywania istniejących fizycznie, „analogowych” modeli w postaci cyfrowej. Dopiero na tej podstawie jest tworzona reprezentacja cyfrowa. Istnieją różne metody wykorzystywane w inżynierii odwrotnej na tzw. dyskretyzację obiektów fizycznych, czyli stworzenie ich dokładnego geometrycznego odzwierciedlania, jednak najdoskonalszą i najczęściej wykorzystywaną jest skanowanie 3D. Przyjrzymy się bliżej temu, z czym wiąże się digitalizacja modeli fizycznych, jak jest przeprowadzana oraz sprawdźmy, w jakiej postaci są zapisywane jej wyniki.

Jakie są możliwości tworzenia reprezentacji cyfrowych obiektów przestrzennych?

Wykorzystywane dziś systemy komputerowe stosowane do wspomagania projektowania (CAD), przeprowadzania testów i symulacji (CAE) oraz wspomagające procesy produkcyjne (CAI) pozwalają na znaczne skrócenie czasu potrzebnego na wykonanie konkretnych detali czy całych urządzeń lub konstrukcji. Stworzony cyfrowy model wszystkich elementów usprawnia pracę na wszystkich etapach realizacji, wpływając również na znaczne zmniejszenie kosztów. Jednocześnie powoduje szereg problemów w przypadku, gdy w grę wchodzi wykorzystanie istniejącego fizycznie wzorca, który ma zostać odtworzony przy pomocy reprezentacji cyfrowej lub poddany obróbce na urządzeniach wykorzystujących sterowanie numeryczne. Rozwiązaniem mogłoby tu być dokonanie tradycyjnych pomiarów i stworzenie modelu na tej podstawie. Niestety, proces ten byłby bardzo pracochłonny, a ryzyko popełnienia błędu dość duże.

Podobne trudności wiążą się z wykonaniem części zamiennych do elementu, którego dokumentacja nie zachowała się lub jest niekompletna. Często tego rodzaju problemy zdarzają się przy obróbce metalu i dorabianiu części w ramach remontu czy modernizacji. Dość często z sytuacjami tego rodzaju mamy też do czynienia w branży budowlanej, gdzie zachodzi potrzeba odtworzenia dokumentacji technicznej budynku niezbędnej do prac konserwacyjnych czy przebudowy. W przypadku większych i bardziej złożonych obiektów wykonanie wszystkich koniecznych pomiarów byłoby długotrwałe i drogie. Ze zbliżonymi problemami mają do czynienia kartografowie czy archeolodzy, którzy chcieliby dokładnie odwzorować teren. Rozwiązaniem jest w takim przypadku użycie urządzenia zwanego skanerem 3D.

Jak można wykorzystać chmurę punktów?

Działanie skanerów 3D wykorzystujących technikę laserową jest bardzo szybkie, a przy tym, w zależności od rodzaju urządzenia, są one w stanie poradzić siebie nie tylko z różnymi powierzchniami, ale także odwzorowywać przedmioty o różnych rozmiarach – od pojedynczych detali, aż po całe budynki czy fragmenty terenu. Wynikiem działania skanera 3D jest zapis tzw. chmury punktów, czyli reprezentacji przestrzennej rzeczywistego obiektu w środowisku cyfrowym z określeniem położenia każdego z nich, a często także jego cech charakterystycznych, np. barwy. Uzyskana przez skaner chmura punktów to dane surowe, które są bazą wyjściową do stworzenia modelu cyfrowego.

Zbiór danych, jakim jest chmura punktów, musi być przetworzony na formy geometryczne z odpowiednią dokładnością, a następnie przekształcony w model cyfrowy znany z programów komputerowego wspomagania projektowania. Wiele etapów procesu przetwarzania chmury punktów jest realizowanych automatycznie, najczęściej jednak istnieje konieczność wprowadzenia rozmaitych korekt i modyfikacji.

Przy pomocy skanera 3D i odpowiedniego oprogramowania można zdigitalizować dowolny obiekt lub przedmiot, na ogół z wyłączeniem powierzchni przezroczystych, które często muszą być wcześniej pokryte cienką warstwą talku. Skany, w wyniku których powstaje chmura punktów, mogą być wykonywane z różną dokładnością. A dokładność skanowania zależy przede wszystkim od wykorzystywanego urządzenia.