Από τα δεδομένα του Point Cloud (νέφος σημείων) στο Building Information Modeling-BIM (Μοντέλο Δομικών Πληροφοριών-ΜΔΠ) : Μια αυτόματη παραμετρική ροή εργασιών
Από RemoteSensing Wiki
Πρότυπος Τίτλος Από τα δεδομένα του Point Cloud (νέφος σημείων) στο Building Information Modeling-BIM (Μοντέλο Δομικών Πληροφοριών-ΜΔΠ) : Μια αυτόματη παραμετρική ροή εργασιών για την πολιτιστική κληρονομιά
Τίτλος From Point Cloud Data to Building Information Modeling : An Automatic Parametric Workflow for Heritage
Ημερομηνία δημοσίευσης 29/03/2020
Πηγή https://www.mdpi.com/2072-4292/12/7/1094
Συγγραφείς Mesrop Andriasyan, Juan José Campos, Juan Enrique Nieto, Daniel Antón
Πίνακας περιεχομένων |
Σύνοψη
Το Building Information Modeling (BIM) αποτελεί την πλέον σύγχρονη μεθοδολογία για την ενσωμάτωση στοιχείων οργάνωσης, σχεδιασμού, ανάπτυξης και ψηφιακής μοντελοποίησης ενός τεχνικού έργου σε ένα αρχείο. Στην περίπτωση των μνημείων ειδικότερα χρησιμοποιείται το Historic Building Information Modeling (HBIM), με το οποίο μπορούν να προσδιοριστούν ιστορικές περίοδοι και φάσεις αποκατάστασης.
Προς το παρόν, γίνονται εκτεταμένες προσπάθειες προκειμένου να επιτευχθεί η αυτόματη ανακατασκευή της γεωμετρίας των μνημείων με τεχνικές όπως το Terrestrial Laser Scanning (TLS) ή το Structure From Motion (SfM) μέσω της διαδικασίας Scan-to-BIM. Με την παραμετρική μοντελοποίηση, επιτρέπεται η μετατροπή των δεδομένων του Point Cloud σε τρισδιάστατα πλέγματα με υφές και αντικείμενα BIM.
Εισαγωγή
Γενικό πλαίσιο
Το BIM παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα, ωστόσο η εφαρμογή του σε ιστορικά κτίρια (HBIM), αντιμετωπίζει περιορισμούς λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών τους. Το HBIM, ενσωματώνει γεωμετρικές και αλφαριθμητικές μεταβλητές, επιτρέποντας την ψηφιακή μοντελοποίηση των ιστορικών κτιρίων, λαμβάνοντας υπόψη πραγματικές γεωμετρικές διαφοροποιήσεις. Η καθοδήγηση και η δημιουργία πρότυπων στο BIM κρίνονται αναγκαίοι παράγοντες για το HBIM, κάτι το οποίο οδηγεί στη δημιουργία εξειδικευμένων ΒΙΜ manuals.
Με σκοπό την καταγραφή των γεωμετρικών μετασχηματισμών των δομικών στοιχείων των ιστορικών κτιρίων στην πάροδο του χρόνου, είναι σημαντική η ψηφιακή αναπαράσταση της γεωμετρίας τους διαχρονικά. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται τεχνικές τηλεπισκόπησης όπως η επίγεια σάρωση με λέιζερ (Terrestrial Laser Scanning -TLS) και η αποτύπωση μέσω κίνησης (Structure From Motion -SFM) ώστε να αναπαρασταθούν οι γεωμετρίες των δομικών στοιχείων σε περιβάλλον BIM. Πολυάριθμες επιστημονικές εργασίες αναπτύσσουν έργα HBIM από δεδομένα Point Cloud, υστερώντας όμως ακόμη στην πλήρη αναπαράσταση των γεωμετρικών διαφοροποιήσεων.
Αναγνωρίζοντας τις υπάρχουσες ασυμβατότητες μεταξύ διαφορετικών λογισμικών, είναι απαραίτητη η αυτοματοποίηση της κατάλληλης μετατροπής των δεδομένων Point Cloud σε BIM. Σε αυτό το πλαίσιο, διερευνώνται οι δυνατότητες του συνδυασμού Rhino+Grasshopper-ArchiCAD, για μια νέα ροή εργασίας σε σχέση με την αυτόματη παραγωγή και μεταφορά τρισδιάστατων γεωμετριών και των χαρακτηριστικών τους από Point Clouds που προέρχονται από τις τεχνικές TLS ή SFM σε οντότητες BIM. Αυτή η προτεινόμενη ροή εργασίας στοχεύει να ενδυναμώσει τους επαγγελματίες διατήρησης της πολιτιστικής κληρονομιάς και τους χρήστες που δεν είναι εξοικειωμένοι με τα δεδομένα τηλεπισκόπησης και τη μοντελοποίηση 3D/BIM.
Η δομή της εργασίας περιλαμβάνει περίληψη του ερευνητικού προβλήματος, σχετικές εργασίες, μεθοδολογία, υλοποίηση ροής εργασιών και ολοκληρώνεται με συζήτηση των αποτελεσμάτων, των συμπερασμάτων και των προοπτικών για μελλοντική έρευνα.
Σχετική εργασία
Παραμετρικά εργαλεία όπως το Dynamo για το Autodesk Revit, που αποτελεί ενσωματωμένο εργαλείο οπτικού προγραμματισμού στο συγκεκριμένο λογισμικό, για αυτόματο πληθυσμό σε μοντέλα BIM καθιστούν δυνατή τη βελτιστοποίηση απόδοσης στο BIM.
Η παρούσα εργασία εισάγει μια νέα ροή εργασίας για τη μεταφορά δεδομένων Point Cloud στο περιβάλλον BIM, χρησιμοποιώντας Rhino, Grasshopper και ArchiCAD. Αυτή η ροή περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας ψευδο-δομής Point Cloud, τη μετατροπή δεδομένων TLS και SFM σε τρισδιάστατα πλέγματα με υφή και δοκιμή διαφόρων αλγορίθμων για τη δημιουργία του πλέγματος και την αυτόματη αντιστοίχιση υφής σε παραμετρικά αντικείμενα. Τα τρισδιάστατα αντικείμενα που προκύπτουν μετατρέπονται αυτόματα σε παραμετρικά αντικείμενα BIM και αξιολογείται η ακρίβειά τους.
Περίπτωση μελέτης:το κεντρικό αίθριο της Casa de los Pilatos
Η έρευνα αφορά την Casa de Pilatos στη Σεβίλλη. Το κτίριο, πρώην παλάτι των Adelantados της Ανδαλουσίας, χαρακτηρίζεται από σύνθετη μορφολογία και παραμορφώσεις σε τοίχους και κολώνες. Τα δύο επίπεδα του κτιρίου (στοά) και η κύρια αυλή αποτελούν κατάλληλο αντικείμενο μελέτης, καθώς έχουν υποστεί παραμορφώσεις με την πάροδο του χρόνου. Οι φθορές και παραμορφώσεις στους τοίχους και τα υποστυλώματα οφείλονται σε φυσική καθίζηση. Η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάλυση και αντιμετώπιση αυτών των παθολογιών.
Μεθοδολογία
Το ζήτημα της προσέγγισης Scan-to-HBIM
Η εισαγωγή σε λογισμικό BIM πραγματοποιείται με το εργαλείο διαλειτουργικότητας για αρχεία με τοπογραφικές συντεταγμένες. Στη συνέχεια τα Point Clouds μετατρέπονται σε πλέγματα και ο χρήστης πρέπει να δημιουργήσει και να ευθυγραμμίσει τα δομικά στοιχεία του κτιρίου, ώστε να αναγνωρίσει τις υπάρχουσες παραμορφώσεις. Επιπλέον, τα αναφερόμενα παραμετρικά αντικείμενα εντάσσονται στις βιβλιοθήκες BIM ως τυπικά αντικείμενα. Με σκοπό την αυτοματοποίηση αυτής της διαδικασίας, η παρούσα εργασία πραγματεύεται την αυτόματη δημιουργία παραμετρικών αντικειμένων (πλέγμα, μορφοποίηση και ένταξη σε βιβλιοθήκη) από δεδομένα Point Cloud. Το αποτέλεσμα είναι επεξεργάσιμα παραμετρικά αντικείμενα ικανά να περιέχουν μεταδεδομένα και ετικέτα αναγνώρισης (ID).
Συλλογή δεδομένων
Η εμφάνιση νέων ψηφιακών τεχνολογιών έχει φέρει επανάσταση στην τεκμηρίωση της αρχιτεκτονικής και πολιτιστικής κληρονομιάς. Εξαρχής, η ψηφιακή τεχνολογία συνεπαγόταν υψηλό οικονομικό κόστος, αλλά η εμφάνιση λογισμικού χαμηλού κόστους έκανε τις ακριβείς τεχνικές τόσο προσιτές όσο και κατάλληλες για τη δημιουργία σχετικών γεωμετρικών μοντέλων.
Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκαν διάφορες μέθοδοι γεωμετρικών μετρήσεων, συμπεριλαμβανομένων των κλασικών τεχνικών τοπογραφίας και της τεχνολογίας TLS. Η τρισδιάστατη απεικόνιση περιλαμβάνει το αίθριο και τις στοές. Η τεχνολογία TLS χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία Point Clouds με υψηλή ακρίβεια. Ο σαρωτής λέιζερ κατέγραψε εικόνες RGB εφαρμόστηκε με ακρίβεια ευθυγράμμισης σφάλματος 3 mm στο αίθριο και 5 mm στις στοές.
Ροή εργασίας Point Cloud Meshing
Ο αλγόριθμος συνδυάζει την παραδοσιακή μέθοδο Scan-to-BIM, που απαιτεί χειρωνακτική εργασία, με πλήρως αυτοματοποιημένες μεθόδους επικεντρωμένες στον τομέα της τεχνητ επιλογή ής νοημοσύνης. Η ροή εργασίας χρησιμοποιεί το Grasshopper και το Volvox για την επεξεργασία του Point Cloud και τη δημιουργία επιφανειών. Ο χρήστης εισάγει αντικείμενα κοπής για να αφαιρεθούν σημεία του Point Cloud, στη συνέχεια γίνεται περεταίρω διαλογή με βάση την εγγύτητα ώστε να μειωθεί η πολυπλοκότητα του μοντέλου και να διευκολυνθεί η κατασκευή των γεωμετριών. Τα αποτελέσματα εξάγονται στο ArchiCAD. μέσω ζωντανής σύνδεσης ArchiCAD+Grasshopper.
Μελέτη μοντέλου με τεχνητό Point Cloud
Αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος που χρησιμοποιεί ένα τεχνητό Point Cloud με ρυθμιζόμενες παραμέτρους. Δημιουργήθηκαν Point Clouds που σχηματίζουν ένα δάπεδο, δύο τοίχους και ένα υποστύλωμα (εικ. 1). Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε ένα σύστημα διαχωρισμού ή αποκοπής, όπου ο χρήστης δημιουργεί αντικείμενα κοπής (όπως επίπεδα, κουτιά ή σφαίρες) στον χώρο.
εικ. 1 Point Cloud δομικών στοιχείων
Ο αλγόριθμος επιτρέπει τη συνδυαστική περικοπή αντικειμένων, λαμβάνοντας υπόψη τα σημεία τομής. Στη συνέχεια, εφαρμόζεται διαλογή με βάση την εγγύτητα στο RTree για μείωση του πλήθους των σημείων. Ο αλγόριθμος αναλύει το σχήμα και την απόκλιση του υποσυνόλου των Point Clouds, προσαρμόζοντας το επίπεδο προσαρμογής και χρησιμοποιώντας μια μέθοδο ανακατασκευής επιφάνειας Delaunay. Η κατακόρυφη γωνία κλίσης των επιπέδων προσαρμογής χρησιμοποιείται για να προσδιοριστεί εάν πρόκειται για κατακόρυφη ή οριζόντια κατασκευή (εικ. 2), ενώ σε περίπτωση ογκομετρικών συλλογών σημείων, εφαρμόζονται αλγόριθμοι σφαιρικής περιστροφής και καθαρισμού πλέγματος για τη δημιουργία τρισδιάστατων σχημάτων. Η μετα-επεξεργασία περιλαμβάνει την αφαίρεση, διόρθωση και αναδόμηση για τη βελτιστοποίηση του τελικού πλέγματος.
εικ. 2 Προσδιορισμός οριζόντιου επιπέδου
Επεξεργασία Πλέγματος Delaunay
Καθώς το πλέγμα Delaunay παρέχει πάντα κυρτή γεωμετρία, η μετα-επεξεργασία εκτελείται για την αφαίρεση περιττών γεωμετριών. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να επιλέξει ένα κατώφλι εισαγωγής για έλεγχο της αφαίρεσης. Το μοντέλο στις στοές περιλαμβάνει σημεία στο ίδιο επίπεδο, σχηματίζοντας τις επιμέρους οροφές. Μετά τη διαλογή, οι ενδιάμεσες ακμές Delaunay μπορούν να διαγραφούν από τα πλέγματα, επιτρέποντας στον χρήστη να δημιουργήσει άμεσα διακριτά δομικά στοιχεία (εικ. 3).
εικ. 3 Διαγραφή ακμών Delaunay για τη δημιουργία διακριτών δομικών στοιχείων
Διαδικασία δημιουργίας ακμών
Κατά την εισαγωγή και σχηματοποίηση ενός Point Cloud παρουσιάζεται δυσκολία εντοπισμού σημείων στις τομές επιφανειών όπως τοίχους ή οροφές, ειδικότερα σε ιστορικά κτίρια που είναι συνήθεις οι δομικές παραμορφώσεις. Για την επίλυση του προβλήματος προτείνεται η χρήση αλληλεπικαλυπτόμενών επιλογών. Με τη χρήση ενός αλγόριθμου που επεξεργάζεται τις περιοχές πτυχώσεων μεταξύ δύο γειτονικών τεμνόμενων επιφανειών, εξαλείφονται τα κοινά τρίγωνα των πλεγμάτων. Τέλος, παρουσιάζεται ο τρόπος δημιουργίας ακμών με βάση το Point Cloud (εικ. 4). Για την καθοδήγηση της διαδικασίας επισημαίνονται όλα τα πιθανά ζεύγη τεμνόμενων επιφανειών και σχεδιάζεται ένα γράφημα συνδεσιμότητας στο μοντέλο, ώστε να μπορούν να ελεγχθούν από το χρήστη τα ζεύγη (εικ. 5).
εικ. 4 Δημιουργία ακμών
εικ. 5 Γράφημα συνδεσιμότητας
Αυτόματη Δημιουργία Υφών
Τα δεδομένα του Point Cloud περιλαμβάνουν πληροφορίες χρώματος αντικειμένων που σαρώνονται και μεταφέρονται μέσω αλγορίθμου. Ωστόσο, η σύνδεση ArchiCAD-Grasshopper δεν υποστηρίζει μεταφορά πληροφοριών χρώματος ή υφής. H δημιουργία υφής στο ArchiCAD γίνεται χειροκίνητα με αντιστοίχιση ενός είδους υφής στο αντικείμενο.
Για τη δημιουργία υφής για δομικά στοιχεία με επίπεδες επιφάνειες, χρησιμοποιούνται δεδομένα σάρωσης του Casa de Pilatos. Γίνεται επίσης χρήση της μεθόδου διαίρεσης Voronoi για τη δημιουργία περιοχών χρώματος στις διαφορετικές επιφάνειες.
Αποτελέσματα
Μεταφορά σε BIM
Η σύνδεση μεταξύ του Grasshopper και του ArchiCAD επιτρέπει τη διμερή μεταφορά γεωμετρικών δεδομένων. Το ArchiCAD, λειτουργώντας σε περιβάλλον BIM, παρουσιάζει περιορισμούς στην αναπαράσταση μη ευθύγραμμων σχημάτων. Οι τρεις κύριοι τύποι εργαλείων στο ArchiCAD που αντιμετωπίζουν πολύπλοκες φόρμες είναι το εργαλείο Mesh, το εργαλείο Morph που προσφέρει ευελιξία αλλά είναι πιο αργό, και το εργαλείο αντικειμένου της Βιβλιοθήκης. Παρόλα αυτά, κάθε εργαλείο έχει τα πλεονεκτήματά του και τα μειονεκτήματά του. Ο αλγόριθμος πλέγματος Delaunay χρησιμοποιείται από το εργαλείο Mesh, αλλά περιορίζεται σε επίπεδο XY. Το εργαλείο Morph προσφέρει ευελιξία, αλλά είναι πιο αργό από το εργαλείο Mesh. Το εργαλείο αντικειμένου της Βιβλιοθήκης είναι ευέλικτο, αλλά το χρώμα των κορυφών δεν διατηρείται μετά τη μεταφορά στο ArchiCAD. Για την επίλυση αυτού του ζητήματος προτείνεται η αντιμετώπιση κάθε όψης πλέγματος ως ξεχωριστής οντότητας (εικ. 6).
εικ. 6
Καταχώρηση σημασιολογικών δεδομένων σε αντικείμενα
Το BIM ξεχωρίζει από τις τρισδιάστατες μοντελοποιήσεις λόγω της δυνατότητάς του να παρέχει πλούσια σημασιολογικά δεδομένα για κάθε αντικείμενο. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στις πρακτικές του κλάδου AEC (Architecture Engineering Construction). Σε περιβάλλοντα όπως το Rhinoceros, κάθε αντικείμενο μπορεί να περιλαμβάνει χαρακτηριστικά Key+Value, ενώ στο ArchiCAD, τα σημασιολογικά δεδομένα είναι ποικίλα και πολύπλοκα. Για τη μετάφραση δεδομένων από το Rhinoceros στο ArchiCAD, δημιουργήθηκε ένα σενάριο που χρησιμοποιεί το προσαρμοσμένο πεδίο ID του αντικειμένου Rhinoceros με σκοπό τη μεταφορά των χαρακτηριστικών του αντικειμένου κατά τη δημιουργία του στο ArchiCAD. Αυτή η προσέγγιση μεταφέρει αποτελεσματικά τα σημασιολογικά δεδομένα, επιτρέποντας και την ρύθμιση των υπόλοιπων παραμέτρων με αντίστοιχο τρόπο.
Δημιουργία υφών
Η παραπάνω αυτόματη μέθοδος επιτρέπει τη δημιουργία υφής ανεξάρτητα από τη σύνθεση του Point Cloud. Στο παράδειγμα παρουσιάζεται η αφαίρεση μέρους του Point Cloud λόγω εμποδίου μπροστά από τον τοίχο (παγκάκι) που παρότι δημιούργησε μια ασυνέχεια η τελική εικόνα που δημιουργήθηκε ήταν πλήρης. Η μέθοδος επιτρέπει προσαρμογή του μεγέθους του δείγματος για δημιουργία εικόνων χαμηλής έως υψηλής ανάλυσης (εικ. 7, 8).
εικ. 7 Αντιμετώπιση εμποδίου
εικ. 8 Αντιμετώπιση εμποδίου
Αξιολόγηση Ακρίβειας
Η ακρίβεια της γεωμετρίας που παράχθηκε με τον αλγορίθμο πλέγματος αξιολογήθηκε σε σύγκριση με εκείνη του αρχικού Point Cloud. H αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε σε δύο τομείς: πρώτον, στο πλέγμα ενός τοίχου, και δεύτερον, σε ένα υποστύλωμα του αίθριου. Η σύγκριση γεωμετρίας πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό CloudCompare.
Τα ιστογράμματα (εικ. 9,10) παρουσιάζουν τις αποστάσεις μεταξύ των δύο τρισδιάστατων αντικειμένων, με τον οριζόντιο άξονα να αντιπροσωπεύει τα διαστήματα απόστασης και τον κατακόρυφο άξονα τον αριθμό των σημείων. Η τιμή απόκλισης "μηδέν" αντιπροσωπεύει το διάστημα όπου η απόσταση μεταξύ πλέγματος και Point Cloud είναι μηδενική. Συνολικά, δημιουργήθηκαν 2000 διαστήματα απόστασης για τον υπολογισμό, ενώ η τυπική απόκλιση χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της ακρίβειας, με τιμές 68,28 σημεία για τον τοίχο και 28,13 κορυφές για τη στήλη δείγματος.
εικ. 9
εικ. 10
Συζήτηση αποτελεσμάτων
Η παρούσα έρευνα επικεντρώνεται στη σύνδεση των προγραμμάτων Rhinoceros και ArchiCAD μέσω του Grasshopper για τη δημιουργία οντοτήτων BIM σε ένα σύνθετο έργο.. Προτείνει έναν αλγόριθμο που λειτουργεί βήμα προς βήμα για την διαλογή και επεξεργασία του Point Cloud, με στόχο τη μείωση του χρόνου επεξεργασίας.
Η παρούσα έρευνα επικεντρώνεται στη σύνδεση των προγραμμάτων Rhinoceros και ArchiCAD μέσω του Grasshopper για τη δημιουργία οντοτήτων BIM σε ένα σύνθετο έργο.. Προτείνει έναν αλγόριθμο που λειτουργεί βήμα προς βήμα για την διαλογή και επεξεργασία του Point Cloud, με στόχο τη μείωση του χρόνου επεξεργασίας.
Τέλος, συζητούνται η απόδοση της ροής εργασίας και η αλληλεπίδραση με τον χρήστη. Η απόδοση εξαρτάται από τη μέθοδο πλέγματος, με τον αλγόριθμο Delaunay να είναι πιο σταθερός και αποδοτικός από τη μέθοδο ball-pivot. Η απόδοση επηρεάζεται επίσης από την ανάλυση του χρήστη, με υψηλότερες αναλύσεις να απαιτούν λιγότερες περιοχές στο πλέγμα. Συνολικά, η έρευνα προτείνει μια αποτελεσματική ροή εργασίας που επιτυγχάνει ισορροπία μεταξύ ταχύτητας και απόδοσης.
Συστάσεις χρηστών
Σε αυτήν την έρευνα παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος που έχει δοκιμαστεί και προτείνονται συστάσεις για τη βελτίωση της ροής εργασίας. Ο αλγόριθμος επιτρέπει τη δημιουργία γεωμετρικών σχημάτων χωρίς την ανάγκη άμεσης μεταφοράς στο ArchiCAD, καθώς τα πλέγματα έχουν ήδη αποθηκευτεί στο Rhinoceros. Συνιστάται η εισαγωγή του Point Cloud με τρόπο που να απαιτεί λιγότερη υποδειγματοληψία, ενώ η προσανατολισμένη στο καρτεσιανό σύστημα σύνθεση στο Rhinoceros βοηθά στον έλεγχο των αντικειμένων. Επίσης, προτείνεται η τοποθέτηση αντικειμένων περικοπής σε επίπεδη όψη για ευκολότερο έλεγχο. Σε περιπτώσεις όπως αυτή της συγκεκριμένης μελέτης, όπου υπάρχουν μεγάλες συνεχείς επιφάνειες, προτείνεται η ανακατασκευή των αντικειμένων από πολλά κομμάτια για καλύτερη και ταχύτερη ροή εργασιών.
Διαφορετικές Μέθοδοι Ανακατασκευής
Αξίζει να συζητηθεί η αποτελεσματικότητα των παραπάνω μεθόδων ανακατασκευής επιφανειών. Πρόσφατα ανεπτυγμένοι αλγόριθμοι μπορούν να ανακατασκευάζουν επιφάνειες με υψηλή ποιότητα πλέγματος, ωστόσο οι τεχνικές αυτές δεν έχουν εφαρμοστεί στο οπτικό περιβάλλον Grasshopper λόγω της έλλειψης κατάλληλων εργαλείων. Η έρευνα περιορίστηκε στη χρήση διαθέσιμων μεθόδων, με την ανάπτυξη λειτουργιών μετά την επεξεργασία πλέγματος. Τέλος, παρουσιάζεται η επιλογή ενός υποσυνόλου Point Cloud για τη δοκιμή διαφορετικών μεθόδων ανακατασκευής πλέγματος, εστιάζοντας σε ένα συγκεκριμένο πείραμα στο οποίο ο αλγόριθμος λειτουργεί με θέσεις σημείων.
Delaunay Meshing
Η μέθοδος πλέγματος Delaunay είναι διαθέσιμη στο Grasshopper και είναι ίσως η πιο γρήγορη. Είναι σε θέση να επεξεργαστεί μεγάλες ποσότητες σημείων μέσα σε λογικά χρονικά πλαίσια. Τα επίπεδα τμήματα των Point Clouds ανακατασκευάζονται μέσω του τριγωνισμού Delaunay με κάποια μετα-επεξεργασία.
Ball-Pivot
Ο αλγόριθμος ball-pivot αποτελεί μια τεχνική που χρησιμοποιείται σε αυτό το άρθρο, παρουσιάζοντας πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η σταθερή ακτίνα περιστροφής της σφαίρας επηρεάζει την ακρίβεια του μοντέλου, εξαρτώμενη από την ομοιομορφία του νέφους σημείων. Σε περιοχές με ποικίλες πυκνότητες, ο αλγόριθμος αντιμετωπίζει δυσκολίες, υπερκερνώντας τα κοντινά σημεία και αποτυγχάνοντας να συνδέσει απομακρυσμένα. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, προηγείται εξάλειψη εγγύτητας πριν τον αλγόριθμο, μειώνοντας την υπερδειγματοληψία σε περιοχές, προσεγγίζοντας τις συνολικές πυκνότητες στη μέση τιμή. Η ακτίνα περιστροφής καθορίζεται τυχαία υποδειγματοληψία, ελέγχοντας τη μέση απόσταση από τα πλησιέστερα 3 γειτονικά σημεία. Ένας αριθμητικός έλεγχος δίνεται στον χρήστη για πολλαπλασιασμό της τιμής, βελτιώνοντας την ακτίνα στο τέλος.
Κύβοι πορείας (Marching Cubes)
Το Marching Cubes είναι ένας άλλος αλγόριθμος ανακατασκευής επιφάνειας που διατίθεται στο Grasshopper μέσω του Cocoon που αναπτύχθηκε από τον David Stasiuk. Οι ανακατασκευασμένες επιφάνειες που προέκυψαν δεν ήταν απλώς πλέγματα αλλά ογκομετρικές θήκες των αντικειμένων. Επιπλέον, ο αλγόριθμος Marching Cubes απαιτούσε περισσότερες εισαγωγές παραμέτρων από τον χρήστη, κάτι που απέχει πολύ από το να είναι αυτόματο.
Voxelization
Το Volvox περιλαμβάνει τον αλγόριθμο voxelisation meshing. Αυτή η μέθοδος δοκιμάστηκε επίσης κατά τη διάρκεια αυτής της έρευνας. Αν και το πλέγμα που προέκυψε έμοιαζε πολύ με το αρχικό αντικείμενο από το οποίο σαρώθηκαν τα σημεία, αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να εφαρμοστεί στην ανακατασκευή ιστορικών κτιρίων, καθώς το τελικό πλέγμα δεν αντιπροσωπεύει με ακρίβεια τα σαρωμένα σημεία και μπορεί να μην έχει κρίσιμα δεδομένα.
Τέλος, επιλέχθηκε πλέγμα Delaunay για την ανακατασκευή των επιφανειών σε επίπεδες περιοχές και χρησιμοποιήθηκε ball-pivot για τις ογκομετρικές.
Ακρίβεια Πλέγματος
Η παρούσα αναφορά εξετάζει τα αποτελέσματα μιας αξιολόγησης ακρίβειας πλέγματος σε σχέση με τα τρισδιάστατα μοντέλα του Casa de Pilatos στο πλαίσιο του HBIM. Σύμφωνα με την ανάλυση, οι υψηλές τιμές της τυπικής απόκλισης υποδηλώνουν υψηλή ακρίβεια στη διαδικασία 3D meshing. Παρόλα αυτά, οι τιμές που προέκυψαν στην έρευνα είναι χαμηλότερες από την θεωρούμενη βέλτιστη τιμή. Επιπλέον, παρατηρείται συμμετρία στα δεδομένα του τοίχου, ενώ η στήλη κολώνας παρουσιάζει ακανόνιστη κατανομή, πιθανώς υποδεικνύοντας χαμηλότερη ακρίβεια στον τομέα των ογκομετρικών στοιχείων. Οι ευκαιρίες βελτίωσης του αλγορίθμου προκύπτουν από τους παρατηρηθέντες περιορισμούς, με την τυπική απόκλιση να θεωρείται αποδεκτή για τη μοντελοποίηση του αίθριου του κτιρίου στο πλαίσιο του HBIM.
Συμπεράσματα
Η εργασία επικεντρώνεται στην επιστημονική πρόοδο σε σχέση με την αυτοματοποίηση της χρήσης του BIM σε ιστορικά κτίρια. Παρουσιάζεται μια νέα ροή εργασίας για τη μεταφορά δεδομένων Cloud Points στο HBIM χρησιμοποιώντας συνδυασμό των λογισμικών Rhinoceros+Grasshopper-ArchiCAD. Η εργασία πειραματίζεται με διάφορους αλγορίθμους για τη μοντελοποίηση αντικειμένων με γεωμετρικές αλλοιώσεις, ενώ υπογραμμίζει τη δυνατότητα παραμετρικής μοντελοποίησης στις πλατφόρμες HBIM. Επιπλέον, προτείνεται ο συνδυασμός Rhino+Grasshopper-ArchiCAD ως εναλλακτική λύση στο Autodesk Revit. Επισημαίνεται η έλλειψη αλγορίθμων ανακατασκευής επιφανειών και προτείνονται περαιτέρω βελτιώσεις, όπως η άμεση μεταφορά υφών στα αντικείμενα και η δυναμική αποθήκευση στο ArchiCAD. Η ροή εργασίας αναμένεται να χρησιμοποιηθεί σε μελλοντικές περιπτώσεις μελέτης με περαιτέρω βελτιώσεις.
