Zpracování dat a dostupné softwary. Úvod do rekonstrukce povrchů – 1.

1. Zpracování dat a dostupné softwary. Úvod do rekonstrukce povrchů – 1. Osnova : 0. Zpracování dat a dostupné softwary 1. Typy softwarů pro laserové skenování (Sběr dat, Zpracování dat, Management projektu). 2. Závěr 3. Úvod do rekonstrukce povrchů – 1 (Minimalizovaná funkce, Požadavky na výpočet, Problémy výpočtů, Dostupné softwary a jejich možnosti). 4. Závěr [1] Koska, B.: Softwary k vyhodnocení mračen bodů. 2005. Nepublikovaná přednáška. [2]Ahn, Sung Joon: Least Squares Orthogonal Distance Fitting of Curves and Surfaces in Space. Dissertation.

2. 0. Zpracování dat a dostupné softwary Základní vlastnosti jako přesnost, rychlost, rozlišení apod. jsou dány hardwarem, tedy skenerem jako takovým. Všechno ostatní ovšem doménou softwarů, za všechny lze především jmenovat jednoduchost a přehlednost ovládání, dostupnost potřebných nastavení, flexibilita ovládání, možnosti využití různých zdrojů dat (např. fotografie), dále možnosti filtrace, teoretická správnost a robustnost výpočetních operací, uživatelská přívětivost a další. Je známo, že poměr času sběru dat ku času zpracování je obvykle v rozmezí 1/10 až 1/100, nezřídka ale i více. Proto by při výběru skeneru měla být věnována velká pozornost také softwaru.

3. 1. Typy softwarů pro laserové skenování • Softwary pro laserovém skenování dělíme podle prováděného procesu na softwary pro: • - sběr dat, • - zpracování dat • management projektů. • V mnoha systémech jsou jednotlivé programy sdruženy do balíků, kde se řazení do kategorií smazává a lze jednoduše využívat všechny funkce „najednou“, z jednoho rozhraní.

4. 1.1 Sběr dat V zásadě slouží pro: - řízení procesu skenování (nastavení oblasti a parametrů), - záznam dat, - základní vizualizace. Obvykle umožňují nasnímání scény a podrobnější výběr skenované /skenovaných oblastí, v poslední době také s využitím fotografických dat, kdy software po nafotografování celého měřitelného okolí nebo jen zájmové oblasti pořízené snímky nalícuje na povrch koule, v jejímž středu je stanovisko skeneru. Nedílnou součástí bývá také volba kroku skenování DZ, Dj (případně rozlišení pro jeden konkrétní bod). U některých systémů lze volit také přesnost měření délek.

5. 1.1 Sběr dat Důležitou součástí je možnost vyhledání vlícovacích bodů, pokud jsou signalizovány speciálními terči. Některé skenery umožňují použít zvláštní, „superpodrobný“ režim pro zaměření vlícovacích bodů. Správně automaticky určené vlícovací body lze zařadit do databáze spolu se souřadnicemi, dále pak slouží pro transformace a spojování skenů.

6. 1.2 Zpracování dat Softwary pro zpracování dat zahrnují: - základní nástroje k práci s mračnem bodů, - nástroje pro prokládání geometrických útvarů, - nástroje pro vytváření a práci s trojúhelníkovými sítěmi a NURBS, - nástroje pro práci s obrázky a texturami. Obvykle je třeba manuální výběr bodů, v plenkách jsou ale i poloautomatické metody.

7. 1.2 Zpracování dat • Nástroje k práci s mračnem bodů • Vizualizace dat (zobrazení bodů, případně s použitím intenzit nebo ve skutečných barvách), • čištění dat, filtrace (odstranění hrubých chyb typu lidé, prach, déšť, projíždějící auto apod., jinak také mazání odlehlých dat), • transformace dat (na základě vlícovacích bodů, vybraných bodů z mračna (rohy, průsečíky hran apod.) nebo na základě nalezení minimální vzdálenosti povrchů v překrytových oblastech do jednoho mračna nebo do globálního souřadného systému), • - filtrace dat a redukce dat po transformaci (vlivem spojení více mračen bodů vznikne další šum, který je vhodné před samotným zpracováním oddělit, také v některých oblastech bude hustota bodů zbytečně velká apod.).

8. 1.2 Zpracování dat • Nástroje pro prokládání geometrických útvarů • Slouží k určení parametrů geometrických útvarů, jejich kreslení a omezování. • jednoduché CAD funkce (např. kreslení linií mezi body), • prokládání jednoduchých promitiv (koule, rovina, válec, kužel, eliptické varianty), • prokládání komplexních objektů (z knihovny objektů, např. v petrochemickém průmyslu roury, kohouty, kolena apod.), • - editace vytvořených objektů.

9. 1.2 Zpracování dat Nástroje pro vytváření a práci s trojúhelníkovými sítěmi a NURBS - Meshing, - „ředění bodů“, - detekce hran, - NURBS, - editace vytvořených objektů. Nástroje pro práci s obrázky a texturami - Mapování textur, - mapování obrazových dat ze skeneru, - mapování obrazových dat z externích zdrojů, - mosaikování.

10. 1.3 Management projektu - Import dat, - export dat. - organizace dat, - sledování dat a kontrola kvality.

11. 2 Závěr Softwary tvoří značnou část hodnoty a omezují nebo tvoří využitelnost dat. Každý výrobce se s úkoly popsanými v předchozím výkladu vypořádá po svém, výsledkem toho je, že pro různé typy pracování dat je vhodné využít různý software. Překážkou je ovšem opět cena.

12. 3. Úvod do rekonstrukce povrchů – 1 Fitting primitives - prokládání jednoduchými geometrickými útvary - tento postup modelování skutečnosti z měřených mračen bodů je možné a vhodné využít tehdy, pokud modelovaný objekt byl vytvořen či má být blízky nějakému geometrickému útvaru. Příkladem může být stěna = rovina, mostní oblouk = část válce či eliptického válce, sloup = válec a podobně. Výsledkem takto provedeného zpracování je CAD model složený z geometricky definovaných těles nebo ploch. (Přímka, rovina, koule, válec, eliptický válec, kužel, eliptický kužel, anuloid,…).

13. 3.1 Minimalizovaná funkce Algoritmy se využívají v zásadě dva, rozdíl je v tom, jaká funkce se minimalizuje pro nalezení nejlepšího řešení. Výpočty se obvykle provádí za využití MNČ, pro kouli nebo rovinu není celkem problém sestavit výpočet. Složitější případ nastává, když se do výpočtu přidají nejen tvarové, ale také transformační parametry. Algebraické prokládání Minimalizuje „objem“ tělesa procházejího daným bodem, pro kouli: Ortogonální prokládání Minimalizuje vzdálenost bodu od tělesa, pro kouli:

14. 3.2 Požadavky na výpočet Vzhledem k množství bodů, se kterými se počítá v mračnu bodů je nutné, aby matematické metody výpočtu byly: - robustní, - rychle konvergující, - měly nízkou výpočetní a paměťovou náročnost. 3.3 Problémy výpočtů Pro výpočet je k dispozici ne vždy ideální vzorek dat, které by popisovaly povrch geometrického útvaru. Proto se obvykle výpočet nedostane k správnému výsledku, avšak ve většině případů stačí k tomu, aby výsledek dostatečně věrně popsal tu část objektu, která je body pokryta. Výpočet „jen“ splní matematické podmínky.

15. 3.3 Problémy výpočtů Koule, celkově 11 tis. bodů, proložení červenými body (4 tis. bodů)

16. 3.3 Problémy výpočtů Válec, celkově 130 tis. bodů, proložení červenými body ( 50 tis. bodů)

17. 3.4 Dostupné softwary a jejich možnosti

18. ( 4 Závěr Prokládání geometrických útvarů představuje jednu z možných cest, jak zpracovat mračna bodů. V případě, že objekt (jeho povrch) není takto vyjádřitelný s dostatečnou přesností, je nutné zvolit zpracování pomocí trojúhelníkových sítí a navazujících metod., což bude náplní další přednášky.

19. …KONEC …