Από τα δεδομένα του Point Cloud (νέφος σημείων) στο Building Information Modeling-BIM (Μοντέλο Δομικών Πληροφοριών-ΜΔΠ) : Έρευνα των υπαρχουσών προσεγγίσεων
Από RemoteSensing Wiki
Πρότυπος Τίτλος Από τα δεδομένα του Point Cloud (νέφος σημείων) στο Building Information Modeling-BIM (Μοντέλο Δομικών Πληροφοριών-ΜΔΠ) : Έρευνα των υπαρχουσών προσεγγίσεων
Τίτλος From Point Cloud to BIM: A survey of existing approaches
Ημερομηνία δημοσίευσης 09/2013
Συγγραφείς N. Hichri. Chiara Stefani, Livio De Luca, Philippe Veron, Gael Hamon
Λέξεις κλειδιά νέφη σημείων (point clouds), ΜΔΠ (scan-to-BIM), BIM όπως κατασκευάστηκε (as-built BIM), αναγνώριση αντικειμένων, αναπαράσταση σχημάτων, γεωμετρική μοντελοποίηση
Πίνακας περιεχομένων |
Σύνοψη
Για την αποτελεσματική διαχείριση έργων αποκατάστασης, τεκμηρίωσης και συντήρησης ιστορικών κτιρίων είναι σημαντική και αποτελεσματική η χρήση τρισδιάστατων μοντέλων και ειδικότερα BIM. Δεδομένου ότι τα ιστορικά κτίρια υπάρχουν ήδη, απαιτείται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση, ξεκινώντας από την έρευνα του κτιρίου για την ανάπτυξη ενός σημασιολογικά εμπλουτισμένου ψηφιακού μοντέλου. Το άρθρο προτείνει μια διαδικασία που ξεκινά από τα δεδομένα Point Cloud και οδηγεί σε ένα καλά δομημένο BIM, ενώ αναλύει και υπάρχουσες προσεγγίσεις στη δημιουργία BIM. Επιπλέον, παρέχει μια κριτική εξέταση της εφαρμογής αυτής της διαδικασίας στο πλαίσιο της διατήρησης της πολιτιστικής κληρονομιάς.
Εισαγωγή
Η ανάγκη για σημασιολογικά εμπλουτισμένα τρισδιάστατα ψηφιακά μοντέλα ιστορικών κτιρίων, προκειμένου να βοηθήσουν σε έργα όπως συντήρηση, αποκατάσταση, προστασία ή επεξεργασία αυξάνεται συνεχώς. Τεχνικές όπως η σάρωση με λέηζερ χρησιμοποιούνται για να συλλέξουν Point Clouds κτιρίων, τα οποία στη συνέχεια χρειάζεται να μετατραπούν σε μοντέλα κτιρίων. Το ΒΙΜ παίζει ένα κρίσιμο ρόλο σε αυτήν τη διαδικασία, λειτουργώντας τόσο ως τεχνολογία όσο και ως μεθοδολογία. Ως τεχνολογία, το BIM αναπαριστά ψηφιακά τα φυσικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός κτιρίου, ενώ ως μεθοδολογία διευκολύνει τη συνεργασία μεταξύ ενδιαφερομένων κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του κτιρίου. Το BIM βασίζεται σε δομημένες αρχιτεκτονικές πληροφορίες για να ενισχύσει τη γεωμετρική περιγραφή των ψηφιακών μοντέλων με σημασιολογικά χαρακτηριστικά.
Θεμελιώδες πρόβλημα
Η αποτελεσματική μετατροπή των Point Clouds σε εμπλουτισμένα μοντέλα αποτελεί πρόκληση, ειδικότερα στην περίπτωση των ιστορικών κτιρίων. Παρά τις προσπάθειες εταιριών όπως η Autodesk υπάρχει έλλειψη λογισμικού για το συγκεκριμένο θέμα. Είναι σημαντική η κατανόηση ολόκληρης της διαδικασίας από τη συλλογή των δεδομένων έως τη δημιουργία των τρισδιάστατων μοντέλων σε περιβάλλον BIM. Ενώ το BIM είναι διαδεδομένο στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, δεν χρησιμοποιείται ευρέως σε ιστορικά κτίρια. Η έρευνα επικεντρώνεται στην εφαρμογή του BIM σε υφιστάμενα κτίρια και στη συλλογή δεδομένων για την αυτοματοποίηση της μοντελοποίησης.
Σκοπός και δομή
Το άρθρο προτείνει μια εκτενή ανασκόπηση των υπαρχόντων προσεγγίσεων σε τρεις κύριους τομείς: δημιουργία, κατηγοριοποίηση και "ως κατασκευάστηκε" BIM. Στην ενότητα δύο, γίνεται μια σύντομη ανασκόπηση των τεχνικών δημιουργίας τρισδιάστατων δεδομένων. Στη συνέχεια, στην ενότητα τρία, προτείνεται μια σύντομη παρουσίαση ορισμένων προσεγγίσεων κατηγοριοποίησης σημείων του Point Cloud. Η ενότητα τέσσερα περιγράφει μια επισκόπηση των προσεγγίσεων "ως κατασκευάστηκε", διακρίνοντας τις μεθόδους αναπαράστασης βάσει σχημάτων, σχέσεων και χαρακτηριστικών. Έπειτα, πραγματοποιείται μια κριτική ανάλυση αυτών των προσεγγίσεων και τέλος τα συμπεράσματα.
Προσεγγίσεις για τη συλλογή δεδομένων
Οι τεχνικές απόκτησης δεδομένων περιλαμβάνουν την τοπομετρία, τη φωτογραμμετρία και τη λέιζερ-γραμμετρία. Η τοπομετρία περιλαμβάνει παραδοσιακές μεθόδους διερεύνησης, όπως η χρήση τηλεσκοπικής συσκευών και συστήματος μέτρησης για τη γωνιακή κατεύθυνση. Αυτές οι τεχνικές οδηγούν σε αποτελέσματα υψηλής ακρίβειας, αλλά απαιτούν σημαντική εργασία, ιδίως για πολύπλοκα αντικείμενα. Η φωτογραμμετρία είναι η τεχνική που χρησιμοποιεί εικόνες από διαφορετικές σκοπιές θέασης για να δημιουργήσει τρισδιάστατες αναπαραστάσεις, εμπλουτίζοντας τα Point Clouds με πληροφορίες χρώματος. Η λέιζερ-γραμμετρία, η πιο γρήγορη τεχνική, περιλαμβάνει την προβολή ενός λέιζερ στις επιφάνειες για μέτρηση.
Προσεγγίσεις για την κατηγοριοποίηση στο Point Cloud
Το άρθρο αναφέρεται στη σημασία της εφαρμογής μεθόδων κατηγοριοποίησης για τη δημιουργία δομημένου Point Cloud, που μπορεί να γίνει με χειροκίνητο, αυτόματο ή ημι-αυτόματο τρόπο. Παρουσιάζει μεθόδους που εφαρμόζονται στην αρχιτεκτονική για την αναγνώριση σχημάτων, με κύριο στόχο τη δημιουργία "ως κατασκευάστηκε" BIM.
Μια μέθοδος στην αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί την ομοιότητα χρώματος και τις χωρικές πλησιέστερες αποστάσεις, χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο ανάπτυξης περιοχών για την εύρεση του πλησιέστερου γείτονα κάθε αρχικού σημείου δημιουργώντας περιοχές που θα συγχωνευτούν και θα εκτελεστούν σε χρωματικές και χωρικές σχέσεις.
Μια άλλη μέθοδος περιλαμβάνει την ανίχνευση σχήματος, χρησιμοποιώντας αλγόριθμο ανάπτυξης περιοχών και κανονικές κατευθύνσεις για να διακριθούν τα επίπεδα και στη συνέχεια να εξαχθούν αρχιτεκτονικά στοιχεία.
Προσεγγίσεις για τo "ως κατασκευάστηκε" BIM
Το BIM παρέχει μια ψηφιακή αναπαράσταση τόσο των φυσικών όσο και των λειτουργικών χαρακτηριστικών των κτιρίων, προσφέροντας ένα σημασιολογικά εμπλουτισμένο μοντέλο. Το "As-built" BIM αναφέρεται στην αναπαράσταση της τρέχουσας κατάστασης ενός κτιρίου, ιδιαίτερα χρήσιμη για την αξιολόγηση της κατάστασης και συντήρησης ιστορικών κτιρίων. Αυτή η διαδικασία συνήθως περιλαμβάνει χειροκίνητες εργασίες, όπως μοντελοποίηση, κατηγοριοποίηση, αντιστοίχιση υλικών και καθορισμός σχέσεων μεταξύ στοιχείων.
Χαρακτηρισμός του "As-built" (ως κατασκευάστηκε) BIM
Το "as-built" BIM περιλαμβάνει τον χαρακτηρισμό των σχημάτων των αντικειμένων, των σχέσεων και των γνωρισμάτων τους.
Αναπαράσταση σχημάτων των αντικειμένων
Το σχήμα ενός αντικειμένου μπορεί να ταξινομηθεί με βάση τρία κριτήρια : παραμετρικό ή μη παραμετρικό, καθολικό ή τοπικό, αναφορικό ή σιωπηλό.
Παραμετρική έναντι μη παραμετρικής αναπαράστασης
Η παραμετρική αναπαράσταση περιγράφει το μοντέλο χρησιμοποιώντας ένα σύνολο παραμέτρων όπως το ύψος, το μήκος, η ακτίνα. Ενώ η μη παραμετρική αναπαράσταση χρησιμοποιεί τριγωνικά πλέγματα.
Καθολική έναντι τοπικής αναπαράστασης
Στο πλαίσιο μιας καθολικής αναπαράστασης, περιγράφεται ολόκληρο το αντικείμενο ενώ σε μια τοπική περιγραφή χαρακτηρίζεται μόνο ένα μέρος του αντικειμένου. Για παράδειγμα, οι παραμετρικές αναπαραστάσεις θεωρούνται κυρίως ως τοπικές. Επίσης, τα πολύπλοκα σχήματα θεωρούνται συχνά τοπικά όταν διασπαστούν σε μέρη.
Αναφορική έναντι σιωπηλής αναπαράστασης
Η αναφορική αναπαράσταση επιτρέπει μια άμεση κωδικοποίηση για το σχήμα του αντικειμένου (δηλαδή τριγωνικά πλέγματα), ενώ η σιωπηλή αναπαράσταση επιτρέπει μια έμμεση κωδικοποίηση για το σχήμα χρησιμοποιώντας μια ενδιάμεση αναπαράσταση (δηλαδή ένα ιστόγραμμα κανονικών επιφανειών).
