WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В данной схеме для обработки используются дополнительные модули Cyclone: Cyclone Model, предназначенный для операций с точками лазерной локации и моделирования, и CloudWorx, предназначенный для передачи данных и отображения точек лазерной локации (ТЛЛ) в среде AutoCAD. При этом CloudWorx не предоставляет пользователю возможностей расширения методов обработки точек сверх реализованных в программе, так как облако точек импортируется и обрабатывается в закрытом формате. При попытке загрузить в AutoCAD точки по отдельности, скорость работы с ними резко падает, и пропадают все преимущества использования CloudWorx.

Текстурирование получаемых моделей в рассматриваемом случае является простым процессом с минимумом опций и подходит только для работы с примитивными параметрическими моделями. Экспорт моделей в ГИС возможен всего через несколько форматов: *.DXF, *.STL, *.SAT, *.DGN и несколько других. То есть, упор сделан на САПР-форматы. В данном случае, это оказывается минусом, так как в список доступных для сохранения типов файлов не входят такие распространённые файлы как, например, *.3DS и *.OBJ.

Рис. 2 Предлагаемая схема обработки данных ЛЛ на основе ПО от Leica Geosystems и Autodesk

В разработанной автором схеме обработки данных ЛЛ и построения 3D-моделей для ГИС на их основе (рис. 2) из программ для работы с данными ЛЛ используются только модули, отвечающие непосредственно за сканирование и передачу данных. В случае использования ПО от Leica Geosystems – это Cyclone Scan. Применение из всего пакета Cyclone только программного модуля управления сканированием позволяет уменьшить финансовые затраты за счёт отказа от приобретения коммерческих лицензий на модули. Экономическая выгода технологии, предлагаемой автором, становится более очевидной, если сравнить стоимость полных лицензий на ПО Leica Cyclone и Autodesk 3ds Max. Их стоимость составляет около 20000$ и 4000$ соответственно (осень 2008г.).

Предлагаемая схема обработки данных ЛЛ помимо упомянутого снижения стоимости работ позволяет ускорить моделирование за счёт более совершенного и настраиваемого инструментария, а также добиться более точного соответствия построенных моделей реальным объектам за счёт меньшей генерализации и более подробной проработки.

Предлагаемая схема, по сравнению со стандартной, предоставляет большее количество вариантов экспорта данных, адаптируя их непосредственно для применения в ГИС.

В качестве основы для разработки был выбран продукт Autodesk 3ds Max – универсальный программный пакет с широкими возможностями построения 3D моделей. От программ аналогичного класса данный пакет отличает большое количество русскоязычных учебных материалов, созданных сформировавшимся сообществом специалистов. Критически важной для поставленной задачи возможностью данной программы, не являющейся при этом уникальной только для неё, является встроенный язык написания программных сценариев (скриптов) – MaxScript.

Именно за счёт возможностей MaxScript автором и предлагается, на основе расширяемого пакета для 3D-моделирования, создать универсальный инструмент, позволяющий решать сложные задачи в области создания 3D-моделей по данным НЛЛ.

Во второй главе рассматривается первый этап работы с данными ЛЛ – выбор формата представления данных ЛЛ в программной среде и загрузка массива точек в память. Для этого необходимо наличие в ПО алгоритма чтения используемого формата данных, и реализация метода представления их в памяти в требуемом виде. Существует всего несколько возможных способов представления в 3ds Max данных лазерной локации, в то время как количество возможных форматов записи трёхмерных пространственных данных превышает сотню. В работе рассмотрены достоинства и недостатки различных способов работы с данными НЛЛ в среде 3ds Max.

По результатам обзора, автором созданы несколько программ, реализующих загрузку в среду 3ds Max данных ЛЛ из ряда стандартных ASCII-файлов. Автором преодолены ограничения, связанные с импортом яркостной составляющей точек. Возможно даже задание одной вершине несколько цветов, разделение их по цветовым каналам. Использование в работе информации о яркости отражённого сигнала (или цветовой информации, полученной по данным цифровой съёмки объекта) позволяет повысить скорость моделирования, причём для отдельных проектов экономия времени достигает 20-30%. Также автором преодолены ограничения, связанные с отсутствием простой возможности импорта только точек без триангуляционной сети, и проведён анализ методов хранения точек в памяти программы и отображения на экране.

Упомянутые сценарии интегрированы автором в интерфейс 3ds Max и являются частью комплексного программного решения для работы с данными НЛЛ в среде 3ds Max. Представленное решение расширяет область применения этого программного пакета для точностного моделирования по данным НЛЛ, что уже нашло своё применение при выполнении целого ряда проектов.

Рис. 3 Процесс построения модели здания по триангуляционной сети, полученной по облаку точек

В третьей главе рассматриваются возможности разрабатываемой программной среды непосредственно создавать модели по облаку точек (рис. 3) – осуществлять векторизацию данных НЛЛ. Несмотря на то, что 3ds Max обладает большими возможностями для моделирования, необходимо дать описание возможностей добавления программного инструментария для работы со специфичными данными, которые представляют собой массивы точек лазерной локации. Для этого на MaxScript автором реализованы наиболее типичные алгоритмы разного уровня сложности для работы с массивом точек.

1) Выбор точек по различным алгоритмам и создания на их основе отдельных массивов точек.

В работе в качестве примера приводится базовый алгоритм фильтрации точек. Его дальнейшие несложные модификации позволяют реализовывать в среде 3ds Max такие классические алгоритмы для программ обработки данных НЛЛ как следующие:

- выбор точек с интенсивностью отраженного сигнала темнее/светлее, чем заданное пороговое значение;

- прореживание облака точек с заданной пространственной плотностью;

- сплошное прореживание облака точек с заданным коэффициентом прореживания;

- другие операции.


2) Триангуляция массива точек. Технология создания горизонталей рельефа местности по триангуляционным моделям.

Следующей обязательной для реализации операцией над облаком точек является построение триангуляционной сети. Это важная ступень проверки встроенного языка написания сценариев на соответствие поставленным задачам. Как один из методов построения триангуляционной сети рассмотрим построение триангуляции Делоне.

Автором был написан средствами MaxScript тестовый алгоритм двумерной триангуляции Делоне – триангуляции, удовлетворяющей условию, что описанная вокруг каждого треугольника окружность будет свободна от заданных точек триангуляции (рис. 4). При этом получаемые треугольники будут стремиться к равноугольности.

Рис. 4 Прореживание тестового облака точек с последующим построением триангуляционной сети

На основе построенной триангуляционной сети уже могут быть созданы горизонтали рельефа местности. Для этого автором был создан ещё один скрипт, результаты работы которого на тестовом участке представлены ниже, на рис. 5 и 6. Помимо основных операторов для работы вершинами сплайнов, MaxScript содержит операторы, облегчающие решение поставленных задач, например функцию, автоматически расставляющую вершины сплайна на заданном интервале. Эта функция также была использована в программе.

Рис. 5 Интерфейс программы построения горизонталей

Рис. 6 Результат работы программы построения горизонталей

Несмотря на то, что предлагаемое решение задачи построения горизонталей по данным ЛЛ является, строго говоря, далеко не первым, достоинство решения, предлагаемого автором, состоит в создании единой программной среды оперирующей как с данными ЛЛ, так и с 3D-моделями и сплайнами. Подробно экспорт трёхмерных моделей в ГИС рассматривается далее, здесь же следует упомянуть о реализации возможности экспорта получаемых сплайнов в ГИС “MapInfo”. Интерфейс соответствующей программы и результаты её работы показаны на рисунках 7 и 8.

Рис. 7 Интерфейс программы построения горизонталей

Рис. 8 Результаты экспорта горизонталей в ГИС “Map Info”

Также в работе приводится алгоритм расчёта площади участка местности.

3) Технология автоматизированной корректировки топологической структуры триангуляционных моделей с проверкой их пространственного положения.

При выполнении обработки данных НЛЛ встречаются случаи, когда возможностей одной программы оказывается недостаточно для успешного выполнения работ. Поэтому нередко применяют технологическую цепочку программ, дополняющих друг друга на различных этапах работ. Однако, в связи с тем, что лазерное сканирование является достаточно молодой технологией, и методы обработки получаемых данных продолжают совершенствоваться, в ряде случаев может возникнуть необходимость автоматизированной обработки моделей, которую не позволяет провести ПО, выбранное для моделирования изначально. Таким образом, появляются задачи, для решения которых требуется последовательное применение к создаваемым триангуляционным моделям некоего фиксированного набора специфических операций:

- топологических модификаций;

- автоматизированное наложение текстуры на объект по заданному типу проецирования;

- проверки модели на соответствие неким условиям;

- проверка взаимного пространственного положения;

- расчёт геометрических характеристик объектов с записью результатов в базу данных;

- другие операции.

Автором предлагается технология обработки моделей технологических объектов, созданных в программной среде Trimble RealWorks Survey (RWS), включающая в себя автоматизированную корректировку топологической структуры триангуляционных моделей, проверку моделей на дубликаты по пространственному положению, а также осуществление конвертирования указанных моделей в твердотельный формат, пригодный для импорта в AutoCAD и Microstation.

Приведенный алгоритм позволяет автоматически исправлять топологию объектов класса Cylinder в ПО Trimble RealWorks Station. При возникновении на этапе экспорта моделей других похожих ошибок, возможна простая модификация алгоритма и под исправление других ошибок. Полученные модели уже могут быть экспортированы в ГИС-системы. Также автором реализована проверка на ещё один тип часто встречающихся ошибок – дубликаты моделей.

В заключительной, четвёртой, главе приведено описание экспорта полученных моделей в различные ГИС, поддерживающие работу с трёхмерными триангуляционными моделями. В ней рассматривается обмен 3D-моделями с геоинформационными системами. Причём, важной деталью является именно двусторонний обмен моделями, а не просто односторонний экспорт, так как одним из фундаментальных свойств пространственной информации, описывающей реальные объекты местности, является её постоянное устаревание с необходимостью периодического обновления.

Глава содержит подробные описания процесса экспорта 3D-моделей в ГИС Google Earth через формат *.3DS, используя для дальнейшей передачи программу Google SketchUp и в ГИС ESRI ArcInfo как точечный объект, визуализируемый в виде объекта 3D Marker Symbol.

Также в данной главе приведены ограничения формата *.3DS на технологии описания полигональных сетей, применимые и в более общих случаях работы с переносом данных между ПО по созданию и обработке 3D-моделей.

Ввиду необходимости периодического обновления геоинформационных систем требуется иметь возможность обратной загрузки 3D-моделей для последующего редактирования. Это часто требуется для обновления, так как в этом случае часто нужно не создавать модели «с нуля», а только исправить или дополнить существующие модели рельефа, зданий, сооружений и тому подобные.

Автором приведена реализация обратного импорта моделей из рассмотренных ГИС (Google Earth и ESRI ArcInfo) в системы 3D-моделирования с целью обновления и использования в качестве вспомогательных материалов для дальнейшего развития ГИС. Также приведены выводы по решению задачи обратного импорта моделей для других ГИС.

Заключение

По результатам выполненных исследований в диссертации решены следующие основные задачи:

1. Организована программная среда, позволяющая работать как с данными лазерной локации, так и со сложными триангуляционными моделями объектов.

Задача была решена на базе расширяемой программной среды для 3D-моделирования и визуализации Autodesk 3ds Max.

2. Разработана технология импорта данных ЛЛ в предложенную программную среду Autodesk 3ds Max, позволяющая осуществлять передачу и яркостей отраженных сигналов ЛЛ. Это дало возможность повысить скорость при моделировании объектов съёмки до 20-30%.

3. Написаны программные модули, обеспечивающие возможность обработки полученной информации с учётом её специфики, в частности: программы прореживания данных ЛЛ по различным алгоритмам, программа построения триангуляционных сетей, программа построения горизонталей объектов местности и экспорта результатов в ГИС MapInfo и другие.

4. Программные модули, созданные автором в процессе разработки, нашли своё практическое применение в ряде проектов по моделированию объектов:

  • архитектурная композиция «Золотые комнаты МИИГАиК»;
  • станция метро «Проспект Мира» (-радиальная и переход);
  • скульптурная композиция «Рабочий и Колхозница»;
  • модель УКПГ (Установки Комплексной Подготовки Газа), г. Новый Уренгой.

Результаты исследования нашли свое применение, в учебном процессе на кафедре ВТиАОАИ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»