7_TLS Mess -und Auswerteprozesse

Transcrição

Terrestrisches Laserscanning
Darstellung von Messund Auswerteprozessen
H.-J. Przybilla
Mess- und Auswerteprozesse
1
Software
Produkte unterstützen den kompletten
Mess- und Auswerteprozess:




Datenerfassung (Scan)
Orientierung (Registrierung) der Punktwolken
Objektbildung
Datenaustausch mit 3rd party Produkten, z. B.
 Scan-Import über PTS/PTX-Formate
 Export von Punktwolken
(zur Modellbildung im CAD)
 Export von Objekten (zur CAD Aufbereitung)
H.-J. Przybilla
2
Software
3rd Party
Producer
Type
Link to Producer
Inn.Tec s.r.l.
Reconstructor,
Surveyor
www.topotek.it
InnovMetric Software
Polyworks Modeler
www.innovmetric.com
INUS Technology
RapidForm
www.rapidform.com
Instituto Universitario di
Architettura di Venezia
OrthoLaser
www.iuav.it
kubit GmbH
PointCloud
www.kubit.de
metrologic group
Metrolog II
www.metrologic.fr
Leica Geosystems
Cyclone / Cloud
Works
www.leica-geosystems.com
Paraform
Paraform
www.paraform.com
Raindrop Geomagic
Geomagic Studio
www.geomagic.com
SDRC
Imageware Surfacer
www.sdrc.com
Z+F UK Ltd.
Light Form Modeller
www.zf-uk.com
Quelle: http://scanning.fh-mainz.de
H.-J. Przybilla
Hersteller
3
Hersteller-Software Z+F
Scannersteuerung
LR Control + LR Viewer  ZF
LaserControl
Registrierung
(Targetmessung)
ZF LaserControl(D)
LFM (UK)
Georeferenzierung
ZF LaserControl / Neptan (D)
LFM (UK)
Objektbildung
LFM und LFM Server (UK)
H.-J. Przybilla
4
Hersteller-Software Z+F
H.-J. Przybilla
5
Z+F LaserControl





Bedienung über Notebook/PC
Visualisierung und Kontrolle der Scandaten
Direkte Messfunktionen
Verknüpfung von digitalem Bildmaterial
Umfangreiche Exportfunktion
H.-J. Przybilla
6
Z+F Light Form Modeller Familie
LFM Modeller
 Erstellen von 3D Modellen
 Leistungsstarker Modellieralgorithmus
 Diverse Exportschnittstellen
LFM Server
 Generieren von Datenbanken
 Kollisionsprüfung zwischen Punktwolke und 3D
Modell
 Erstellen von Rohrleitungen
Optional:
 Autodesk AutoCAD / Bentley Microstation
LFM NetView
 Datenaustausch via Internet
 Kommunikationstool
H.-J. Przybilla
7
VSF & JRC 3D Reconstructor
Visual Sensor Fusion®:
 Verknüpfung von 3D-Punktwolken mit 2D-Fotos
 Bestimmung der Tätergröße
JRC 3D Reconstructor®:
 Messfunktionen
 Punktwolkencolorierung / Textuierung
 Soll-Ist-Vergleich
H.-J. Przybilla
8
Z+F Software: Datenformate











AutoCAD 3D
Microstation SE & J & V8
Autoplant (Intelligent)
PDS via Microstation
AVEVA PDMS (11.6) & AVEVA Review (6.3)
Smart Plant Review
Bentley Plantspace über Microstation
Factory CAD
Envision/IGRIP
Cyclone, Leica
Alle anderen Systeme die einen Import von
ASCII Daten unterstützen
H.-J. Przybilla
9
Hersteller-Software: Leica-Geosytems
Scannersteuerung
Cyclone Scan
Registrierung
(Targetmessung)
Cyclone Register
Georeferenzierung
Cyclone Register
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
H.-J. Przybilla
10
Leica Cyclone 7.0 Modulübersicht
SCAN
REGISTER
VIEWER
SURVEY
MODEL
SERVER
H.-J. Przybilla
11
Leica Cyclone 7.0 - SCAN
Erfassen von Laserscans
 SmartScan Technology
 Georeferenzierung im Feld
 Autom. Zielmarkenerkennung, -extrahierung und
-prüfung
 Prüfung der Scans durch externe Messungen
 Polygonierung, Freie Stationierung, Absteckung,
 Aufstellung über bekanntem Punkt
(ScanStation C10)
 Automatische Punktwolkeneinfärbung
H.-J. Przybilla
12
Leica Cyclone 7.0 - SCAN
Erfassen von Laserscans
 Steuerung der Scanauflösung über
Laptop
 automatische Zielmarkenerfassung,
 Polygonierung & Freie Stationierung
 Kalibrierungstest, Kontrolle durch
Zwei-Achs-Kompensator,
 Steuerung von Leica Scannern
H.-J. Przybilla
13
Leica Cyclone 7.0 - REGISTER
Verknüpfung und Georeferenzierung
 Unterstützt Daten von Leica Geosystems
HDS-Scannern und anderer Hersteller
 Automatische Verknüpfung von Zielmarken oder
3D-Objekten
 Einfache Georeferenzierung zu Vermessungsoder Kontrolldaten
 Genaueste Punktwolken-Registrierung
H.-J. Przybilla
14
 Kombination aller möglichen Registrierungsarten
− Zielmarken,
− Punktwolken
− Objekte
 Funktionsgestützte systematische Bedienung
 Detaillierte Statistiken und Histogramme
H.-J. Przybilla
15
 Objektdatenbank-Technologie für
effiziente Datenverwaltung
 Registrierung durch Methoden der
Bündelblockausgleichung
H.-J. Przybilla
16
Leica Cyclone 7.0 - MODEL
Bearbeitung von Punktwolken
 Mehrere Visualisierungsmodi
 Texture Mapping und Orthophotos
 Objektbearbeitung Architektur und Anlagenbau:
− “Best-Fit”-Modellierung,
− Objektkataloge,
− Kollisionserkennung
− Automatisierte Modellierung von Rohrverläufen
H.-J. Przybilla
17
 Hoch-/Tiefbau und andere Branchen:
− “As-Built”-Dokumentation,
− Höhenlinien und Querprofile
− Vermaschung, Volumina, Flächen,
Durchfahrtshöhen
 Zahlreiche Import-/Exportmöglichkeiten
H.-J. Przybilla
18
 Messen
 Bearbeiten großer Punktwolken
 Visualisierung
 3D-Modellierung
 Bearbeitung von Rohrsystemen
H.-J. Przybilla
19
Leica Cyclone 7.0 - SERVER
Paralleles Bearbeiten von Laserscandaten
 Shared/Unshared Modus
 Single/multi-processor computers
 Bis zu 10 gleichzeitig arbeitende Benutzer
 Server verhindert Datenredundanzen
 Unterstützt alle Cyclone u.
CloudWorx Anwendungen
Simultaner „multi-user access“
H.-J. Przybilla
20
Leica Cyclone 7.0 - Datenaustausch
Import
Export
 Daten von CAD über COE
(Cyclone Object Exchange)
 Kontrolldaten aus ASCIIFormaten
 X-Function DBX
 Punktdaten in Standardformaten:
XYZ, PTS, PTX, DXF
X-Function DBX, Land XML
 Punktdaten in speziellen Formaten:
PTG, PTZ, ZFS, TOPO pci & cwf
 Bild- und Modelldaten:
COE, BMP, JPEG, TIFF
H.-J. Przybilla
21
Leica Cyclone 7.0 - VIEWER
 Kostenfreie Software zur Navigation in 3D
Punktwolken und 3D Modellen
 Zahlreiche Funktionen, wie
− das Messen von Distanzen,
− Markieren und
−Beschriften
 Cyclone Objektdatenbank ermöglicht gleichzeitiges Bearbeiten von Laserscandaten
H.-J. Przybilla
22
Leica True View
 Leica TruView ist eine Software zur Betrachtung
und Durchführung von Messungen innerhalb
grosser Punktwolken, auch ohne Erfahrung im
Laserscanning, in CAD oder 3D-Technologie.
 Erlaubt einfaches Messen, Markieren und
Bemassen
 TrueViews werden aus Cyclone heraus erstellt
http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-TruView-Cyclone-PUBLISHER_64524.htm
H.-J. Przybilla
23
Leica True View
http://www.leica-geosystems.com/de/Leica-TruView-Cyclone-PUBLISHER_64524.htm
H.-J. Przybilla
24
Projektablauf
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Scannen
Verknüpfen der Scans
Tachymetrie
H.-J. Przybilla
25
Örtliche Aufnahme
Scannersteuerung
LaserControl / LR Viewer
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung
LR Viewer / Neptan (D)
ZF
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
LG
Modellbildung
MicroStation / Sketchup
H.-J. Przybilla
B/
GE
26
Projektablauf: Örtliche Aufnahme
H.-J. Przybilla
27
Targetmesung
Scannersteuerung
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung
ZF
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
LG
Modellbildung
H.-J. Przybilla
B/
GE
28
Targetmessung
H.-J. Przybilla
29
Georeferenzierung
Scannersteuerung
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung
ZF
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
LG
Modellbildung
H.-J. Przybilla
B/
GE
30
Georeferenzierung
Z

Jede Laserscanner-Aufnahme
befindet sich zunächst in
einem lokalen
Koordinatensystem.

Ziel: Georeferenzierung
aller Scans in einem
übergeordneten
Koordinatensystem.
Y
Z
Y
X
X
H.-J. Przybilla

Für die Transformation der
einzelnen lokalen Systeme
müssen pro Scan mindestens
4 Targets gemessen werden
31
Georeferenzierung
 Bestimmt werden in Bezug auf das übergeordnete XYZ-System
für jeden Scan:
 3 Standpunktskoordinaten → Translationen
(Ursprung des jeweiligen Scanner-Systems)
 3 Drehwinkel → Rotationen
 3-D Helmert-Transformation (6 Parameter, Maßstab = 1)
 Mit dem in Z+F LaserControl integrierten System NEPTAN ist
eine simultane Bestimmung der Transformationsparameter aller
Scans möglich.
H.-J. Przybilla
32
Georeferenzierung
37 verknüpfte Punktwolken in der 3D Ansicht nach
räumlicher Blockausgleichung mit dem System NEPTAN
Scannerpositionen
H.-J. Przybilla
33
Georeferenzierung
 Lokale Systeme (L1-L4) in
benachbarte lokale Systeme oder
 Globales System (G)
 Einzel-Scan: Verknüpfung über
räumliche Helmert-Transformation
(6 Parameter, Massstab=1) oder
 Gesamtheit der Scans:
Räumliche Block-Ausgleichung, d.h.
simultane Bestimmung der
Transformationsparameter
H.-J. Przybilla
34
Georeferenzierte Punktwolke
H.-J. Przybilla
35
Georeferenzierte Punktwolke
Eigenschaften:
 Einheitliches Datum
 Basis für ausgewählte Messungen
(elektronischerZollstock)
 Basis für lokale oder ganzheitliche
Objektbildung
 i.d.R. kein Endergebnis!
Cyclone Viewer kostenlos!
H.-J. Przybilla
36
Auswertung (Objektbildung)
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Gefilterte Scan-Daten
Ableiten
geometrische Elemente
Werkzeug:
Cyclone, Cloudworx…
H.-J. Przybilla
37
Objektbildung
Scannersteuerung
ZF
Registrierung
(Targetmessung)
LR Viewer (D)
ZF
Georeferenzierung
ZF
Objektbildung
Cyclone Model /
Cloudworx
LG
Modellbildung
H.-J. Przybilla
B/
GE
38
Objektbildung
Cyclone CloudWorx for AutoCAD
AutoCAD users can work efficiently with large point clouds
directly using AutoCAD tools and commands! The Cyclone
CloudWorx application adds simple tools for viewing and working
with slices of point cloud data to speed up 2D drawing creation.
Powerful new modeling tools enable as-built piping models to be
created from point cloud data in the AutoCAD environment.
Vergleichbare Produkte z. B. auch für Z&F „Light Form Modeler“
H.-J. Przybilla
39
Objektbildung
Bentley CloudWorx (MDL-Applikation)
Bentley CloudWorx features powerful new tools to improve the
workflow and reduce the time to work with point clouds and
generate deliverables. Server and database configuration, point
cloud management, and modeling of cylinders from point clouds
all contribute to the process of working with point clouds in the
CAD environment.
Vergleichbare Produkte z. B. auch für Z&F „Light Form Modeler“
H.-J. Przybilla
40
Prinzip der Objektbildung
 Jedes Objekt kann durch Regel-Geometrien
beschrieben werden, z. B. Zylinder, Kugeln,
Ebenen,…
 Das Objekt wird durch best angepasste
Geometrie aus der Punktwolke modelliert:
 die Regel-Geometrie wird vom Anwender in der
Auswertesoftware vorgegeben,
 deren Lage, Größe und Orientierung wird durch
einen Kleinste-Quadrate Schätzung berechnet.
H.-J. Przybilla
41
Objektbildung: Beispiel
Schritt 1
Schritt 2
Schritt 3
EBENE
Punktwolke
H.-J. Przybilla
Auswahl der
Regelgeometrie
Objektbildung“Ebene“
in der Punktwolke
42
Georeferenzierte Z+F Punktwolken in Cyclone (Leica Geosystems)
H.-J. Przybilla
43
Punktwolke und modellierte Objekte in Cyclone
H.-J. Przybilla
44
Datentransfer
 Bidirektionaler Transfer der ausgewerteten
Objekte (COE-Schnittstelle)
 Von Cyclone ⇒ CAD
 Vom CAD ⇒ Cyclone
H.-J. Przybilla
45
Software
 Cyclone COE Data Transfer for AutoCAD or for
MicroStation
Efficient Software Utility for Robust Two-Way Data
Transfer
 Cyclone™ Object Exchange (COE) Data Transfer is a
free software utility for exchanging data between
Cyclone software modules and
 AutoCAD (2000 or higher) and
 MicroStation (SE, /J and V8) software.
 This robust data transfer software minimizes data
compatibility issues and reduces time-consuming
office work that might otherwise be required to
process models generated from point clouds within
AutoCAD or MicroStation.
 The two-way data transfer provides convenient
workflow options.
H.-J. Przybilla
46
Modellierung
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Scan-Daten filtern
Ableiten
geometrische Elemente
Geometrische Elemente
im CAD verarbeiten
H.-J. Przybilla
47
Modellierung: Beispiel
Optimiertes Flächenmodell in MicroStation V8 (Bentley Systems)
H.-J. Przybilla
48
Modellierung: Beispiel
Schritt 1
Punktwolke
H.-J. Przybilla
Schritt 2
Objektbildung „Ebene“
in der Punktwolke
Schritt 3
Texturiertes 3D-Modell
im CAD-System
49
Modellierung mittels Dreiecksvermaschung
 Kleine Modelle (max. 5 Mio. Punkte)
können über eine Dreiecksvermaschung
digitalisiert werden
 RapidForm 2004PP2 (INUS Technologie)
ist ein Softwarepaket zur Erstellung
geometrischer Volumenmodelle auf der
Basis von Dreiecksvermaschungen
H.-J. Przybilla
50
Modellierung mittels Dreiecksvermaschung
 Eine automatisierte Bearbeitung der Daten ist
nur teilweise möglich und bedarf einer
aufwändigen manuellen Nachbearbeitung
 Hole-Filling (Löcher schließen)
 Smoothing (Glättung der Oberfläche)
 Tweaking Polygon (Iterative Annäherung des Modells an
Punktwolke)
 Simplification (Reduktion der Oberflächeninformationen)
H.-J. Przybilla
51
Dreiecksvermaschung: Beispiel
Bei dem Volumenmodell handelt es sich um ein
archäologisches Objekt





5 Scans mit Überlappungsbereich
10 Targets zur Verknüpfung der
Punktwolken
keine Tachymetrie
Datenvolumen: ca. 5,2 Mio Punkte
Dateigröße: ca. 180 MByte
Animierte Punktwolke
farblich codiert
H.-J. Przybilla
52
Dreiecksvermaschung: Beispiel
Bearbeitung der Punktwolke in RapidForm
Schritt 1
Schritt 2
Schritt 3
Hole-Filling -
Smoothing -
Tweaking Polygon
rot markierte Löcher
werden gefüllt
Glättung der
Oberfläche
Iterative Annäherung
H.-J. Przybilla
53
Texturemapping
Über Verknüpfungspunkte
im Bild und im Modell kann
das Objekt texturiert
werden
Struktur und Form des
Objektes haben
Auswirkung auf die
Qualität der Texturierung
H.-J. Przybilla
54
Projektablauf
Erfassung
Objektbildung
Modellbildung
Geometrische Elemente
3D-Modell
Punktwolke vs. Modell
Orthophoto
Höhenlinienplan
H.-J. Przybilla
55

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