Возможности сканирующей системы

     4.3 Программное обеспечение Cyclone 6.0 

     Программное обеспечение играет чрезвычайно  важную роль в быстрой и эффективной  обработке «облаков точек», полученных в результате съемок высокого разрешения. Cyclone включает полный набор программных модулей для наиболее удобной обработки облаков точек.

     Cyclone – это набор программных модулей  Leica HDS (рис.2), который считается многими  специалистами, работающими в  области лазерного сканирования, настоящим стандартом для решения  задач сканирования, визуализации, измерения, построения трехмерных  моделей и чертежей, анализа данных  и представления результата в  традиционной форме или для  решения других задач. С применением  модуля Cyclone CloudWorx процесс обучения  сводится к изучению использования  трехмерных облаков точек в  программных комплексах САПР. 

     Рис. 2 Общий порядок обработки облаков точек в Cyclone. 

     Cyclone — программный комплекс, который  предоставляет весьма широкий  набор средств для различных  вариантов обработки трехмерных  данных лазерного сканирования  в инженерии, геодезии, строительстве  и других областях применения.

     Всеобъемлющая полнота трехмерных облаков точек  является основным достоинством по сравнению  с другими источниками геометрической информации. Уникальная архитектура программы Cyclone основана на объектно-ориентированной базе данных, работающей по технологии Клиент/Сервер. Это технология предоставляет самую высокую скорость отображения данных при обработке проектов лазерного сканирования. Программа Cyclone дает возможность эффективно управлять данными лазерного сканирования, при этом сохраняется прозрачность обслуживания базы данных, то есть не требуются какие-либо специальные знания по управлению баз данных. Все данные - облака точек, изображения, топопривязка, результаты уравнивания, измерения, модели объектов и многое другое хранятся в одном файле. Тем самым нет необходимости перезаписывать или пересылать информацию из одного модуля в другой и т.д.

     Технология  Клиент/Сервер позволяет одновременно работать до 10 специалистов над одним  проектом.

     Для ускорения работы можно перейти  в однопользовательский режим. Тем  самым увеличение скорости отображения  и обработки массивов точек составляет до 2-4 раз.

     Cyclone состоит из отдельных модулей, встраиваемых в единую программную оболочку. Различные модули предназначены для решения отдельных задач общего процесса обработки данных трехмерного лазерного сканирования. 

     4.3.1 Cyclone-SCAN - управление сканером

     Cyclone-SCAN - это модуль для управления  работой сканера Leica ScanStation 2. Пользователь может настраивать плотность сканирования, фильтрацию данных, создавать собственные макрокоманды, сканировать и автоматически распознавать плоские и сферические визирные цели Leica Geosystems HDS. При всем функциональном богатстве работать с Cyclone-SCAN очень легко из-за простого и понятного интерфейса.

     Функциональные  возможности Cyclone-Scan:

• Пространственное перемещение, масштабирование, разворот в режиме реального времени, изменение цвета точек по материалам цифровой фотографии или по другим условиям для точек, поверхностей и смоделированных тел.
• Трехмерная визуализация во время сканирования
• Регулирование уровня детализации облаков точек и трехмерных моделей для ускорения визуализации.
• Настройки для быстрой переотрисовки облаков точек в сетях треугольников (TIN)
• Прореживание облаков точек (каждая n-ная точка)
• Визуализация облаков точек по значению интенсивности или по цвету
• Ограничение объема визуализируемых точек по выбранному региону или срезу для быстрого черчения
• Предварительная установка среднего расстояния до объекта по единичному направленному измерению
• Автоматическое создание цифровой мозаики для панорамного снимка
• Панорамный просмотр для цифрового изображения
• Геодезическая привязка по пунктам известного геодезического обоснования
• Установка высоты инструмента перед сканированием
• Установка высоты визирной цели
• Функция Установи-и-сканируй (Point-and-scan) QuickScan™ для интерактивной установки горизонтального окна съемки
• Фильтрация для возможного исключения «лишних» данных:

1. Ограничение области сканирования по прямоугольнику или произвольному многоугольнику

2. Ограничение диапазона по дальности
3. Ограничение по интенсивности отраженного сигнала
4. Все предварительные установки настройки сканирования могут быть записаны и вызваны в любой момент. Есть готовый список стандартных установок сканирования
5. Настройка качества проверки совмещения

• Измерения расстояний, площадей и объемов по отдельным точкам и по готовым моделям:

1. Наклонные расстояния
2. Расстояния DX, DY, DZ
3. Создание и редактирование подписей
4. Создание и управление слоями
5. Назначение цветов и материалов объектам
6. Просмотр с позиции сканера и указание его местоположения
7. Искусственная настройка подсветки точек и моделей
8. Сохранение/вызов текущих сцен
9. Сохранение сцены в качестве файла с изображением (screen-shot)
10. Автоматизация при сканировании визирных марок HDS

• Входные форматы:

1. ASCII (XYZ, SVY, PTS, PTX, TXT)
2. Cyclone Object Exchange (COE) (COE Data Transfer Products)
3. BMP, JPEG, TIFF

• Выходные форматы:

1. ASCII (XYZ, SVY, PTS, PTX, TXT)
2. BMP, JPEG, TIFF
3. Cyclone Object Exchange (COE) format (COE Data Transfer Products)

     4.3.2 Cyclone-REGISTER - уравнивание облаков точек

     В Cyclone-REGISTER есть все функции для  быстрого и точного уравнивания  облаков точек, сделанных с различных  точек съемки. Cyclone-REGISTER автоматически  распознает стандартные визирные марки Leica Geosystems HDS, а также связывает  сканы по характерным связующим  точкам без визирных марок. Это дает возможность оптимального распределения  количества точек стояния и визирных марок и экономит время работы в поле и в офисе.

     В Cyclone-Register есть две технологии уранивания облаков точек: 

     Рис. 3 Список точек привязки между сканами 

     Первая - уравнивание с помощью сканирования и распознавания специальных  визирных марок HDS (рис.3). Марки могут  быть как квадратными, так и круглыми, приклеивающимися, с магнитным основанием, устанавливаемыми на штатив, сдвоенные  на одной вехе - для удобного определения  системы координат, с устанавливаемой  призмой - для наилучшего взаимодействия с тахеометрическими измерениями. Все они сделаны таким образом, чтобы их можно было просто найти при полевых съемках и однозначно дешифрировать на сканах. Облака точек можно уравнивать в локальную или государственную систему координат с использованием результатов измерений тахеометром на те же визирные марки. Удобный интерфейс уравнивания позволяет отключать или подключать отдельные точки, устанавливать веса, анализировать ошибки - все это служит оптимальному уравниванию. 

     Рис. 4 Пример «сшивки» сканов по общим точкам 

     Вторая  технология - поиск связующих точек  по общим характерным контурам, отображенным в местах перекрытия отдельных сканов (рис.4). Эта технология называется построение связующих по облаку точек (Cloud Constraints). Она позволяет уравнивать облака точек без использования визирных марок. На двух сканах выбираются минимум  три общих контурных точки. Программа  выделяет некоторую область вокруг этих точек и уравнивает общее  геометрическое построение как совокупность всех точек. Оценить результат такого уравнивания можно дважды - по цифровому отчету и по визуальному сравнению наложения двух облаков. В результате появляется новая связь, которая уравнивается также как результаты измерения визирных марок. Подобная технология уменьшает время выполнения съемки в поле и позволяет использовать процесс лазерного сканирования более гибко. 

     Рис. 5 Отчет с диагностикой результата уравнивания 

     После каждого уравнивания можно получить детализированный отчет с диагностикой результата уравнивания (рис.5). В статистический отчет включено все полученные ошибки по каждому отдельному элементу уравнивания, по каждому отдельному облаку точек  можно узнать общую среднеквадратическую ошибку преобразования координат и  углы разворота.

     Модульная концепция Cyclone способствует более  гибкому подходу для создания оптимального рабочего процесса для  любых индивидуальных требований клиента. Cyclone-REGISTER позволяет быстро и надежно  уравнять сканы, сделанные с различных  позиций, в единую систему координат. Cyclone-MODEL - следующий модуль, предназначенный  для обработки облака точек - создание чертежей, трехмерных моделей, измерения, анализа данных, записи отдельных  изображений и целых видеофильмов и многое другое.

     4.3.3 Cyclone-MODEL - измерения, моделирование и чертежи

     Этот  модуль дает возможность обрабатывать облака точек, превращая их в объекты  для экспорта и импорта в программы  САПР, такие как AutoCAD, Microstation, 3ds max. Cyclone-MODEL - это самая мощная в области обработки трехмерных лазерных измерений, наиболее полная и автоматизированная программа, состоящая из средств измерения, моделирования геометрических объектов для инженерных изысканий, геодезии, архитектуры, строительства и многого другого.

     Cyclone™  - это мощная программа с большим  набором функций для обработки  данных лазерного сканирования, полученных с помощью сканеров  серии HDS™. Cyclone предназначен для  геодезистов и инженеров для  быстрой и точной визуализации, управления, измерения и моделирования  трехмерных объектов и сцен. Построенный  на базе уникальной объектно-ориентированной  архитектуры базы данных типа  клиент-сервер, Cyclone является высокопроизводительной  платформой для обработки данных  лазерного сканирования с максимальной  скоростью и точностью.

     Управление  Уровнем Детализации графического отображения объектов и распределенным обращением к оперативной памяти компьютера – в Cyclone заложена система  управления Уровнем Детализации (Level of Detail - LOD) отображаемой графической  информации, с помощью которой  можно добиться компромисса между  быстродействием компьютера и объемом  отображаемой информации. Настройки  детализации отображения могут  быть применены к любым типам  объектов (облако точек, цилиндры, поверхности  и т.д.). Это очень важная функция  особенно при обработке очень  больших и сложно структурированных  проектов. При отображении удаленных  объектов Cyclone генерирует меньше деталей, только для создания визуально-точной картинки. Это дает большой выигрыш  в скорости отображения и лучшем использовании оперативной памяти компьютера. Уровень Детализации  может быть применен при отображении  отдельных сканов, интеллектуального  уменьшения количества точек в местах наложения сканов.

     Пространственная  навигация с использованием трехмерного  ограничителя (Limit Box) – данные проекта  могут быть поделены на отдельные  квадратные или кубические ограничители. Менеджер Limit Box дает возможность быстрой  навигации по отдельным частям большой  базы данных.

     Быстрое Автоматизированное моделирование  трехмерных объектов – уникальные и мощные средства Cyclone – определение  рядом стоящих точек (region growing) (рис.6) дают возможность быстро и точно  создавать трехмерные модели из облаков  точек. Функция работает следующим  образом: выбирается одна или несколько  точек, затем с помощью алгоритма  наилучшего размещения Cyclone автоматически  находит соседние точки, удовлетворяющие  условию построения соответствующей  фигуры. И алгоритм работает до тех  пор, пока вновь найденные точки  не будут удовлетворять условию  построения фигуры. Таким образом, можно  построить цилиндры (трубы), плоскости, сглаженные поверхности. Алгоритм основан  на методе наименьших квадратов и  все статистические данные (среднеквадратическое отклонение, среднее и максимальное отклонение от среднего и т.д.) показывают надежность построения модели.