Сочинение на тему Использование наземного лазерного сканера для трехмерного лазерного сканирования сложной формы
- Опубликовано: 03.07.2020
- Предмет: Информационная наука
- Темы: 3D печать, Программное обеспечение
В настоящее время оценка существующих структур для структурной устойчивости становится важной задачей для безопасности людей. Различные методы и инструменты были использованы для оценки конструкций для различных целей. В этом исследовании обсуждается использование наземного лазерного сканера для трехмерного лазерного сканирования сложной структуры, такой как статуя стоящего Будды на вершине холма. Вычислительная гидродинамика (CFD), обычно используемая исследователями ветроэнергетики для различных целей ветроэнергетики, требует формат файла стереолитографии (STL) для анализа данных, чтобы стимулировать поток ветра или для расчета ветровой нагрузки на конструкции. Таким образом, создание файла STL из данных 3D-сканирования также проводится во время этого исследования. Наконец, включены шаги, советы и рекомендации для успешного плана проекта 3D-сканирования для большой сложной структуры наружного типа. Ключевые слова: наземный лазерный сканер; Сложноподобная структура; стереолитографии; Ветровые нагрузки; Статуя Будды
Введение
Людям нравится строить новые и четкие структуры, даже если они не очень заинтересованы в правильном обслуживании этих структур. Однако в реальной жизни даже самая маленькая конструкция требует надлежащего периодического и ежегодного технического обслуживания для обеспечения безопасности с течением времени. Фактор расчета безопасности и численный анализ, такие как анализ методом конечных элементов, являются одними из популярных методов, используемых при структурной оценке. Среди них структурная конфигурация, как полагают, включена в одну из наиболее важных тем в процессе расчета для безопасности конструкции, такую как структурная деформация или дефекты конструкции. Различные методы и оборудование могут быть использованы для определения конфигурации структур.
В этом исследовании наземный лазерный сканер средней дальности Faro Focus 3D X330 используется для записи внешнего облика статуи стоящего Будды Лайкьюна Секкья. Статуя Будды Лайкюн Секкья расположена на горе По Каунг, деревне Хатакан Таунг, городе Монива, Сагайн, Мьянма. Местоположение статуи Будды показано на рисунке 1. Эта полая статуя Будды имеет в общей сложности 31 этаж с площадью 131 фут (39,93 м) и 44 футов (13,41 м) с высотой этажа 12 футов (3,66 м). Статуя была построена с использованием железобетона, стали и волокна в 1996 году и полностью завершена в 2008 году. Согласно Википедии, Статуя Будды Лайкьюна Секкья считается второй самой высокой статуей в мире.
Трехмерное лазерное сканирование
В процессе трехмерного лазерного сканирования лазерный сканер сначала направляет инфракрасный лазерный луч в центр вращающегося зеркала. Затем этот луч отклоняется зеркалом при вертикальном вращении. Этот луч рассеивается вокруг предполагаемого сканируемого объекта. Рассеянный свет от окружения сканируемого объекта отражается обратно в сканер после того, как они вступили в контакт с предлагаемым объектом. Наконец, отсканированное изображение получается. Технология фазового сдвига используется для определения расстояния между предлагаемым сканируемым объектом и сканером. Сдвиг фразы означает изменение фразы формы сигнала от обычного положения. Из поворота зеркала и горизонтального поворота лазерного сканера получают полярные координаты δ, α и β, которые представляют расстояние, вертикальный угол и горизонтальный угол. После этого эти полярные координаты преобразуются в декартову для дальнейших расчетов.
Данные трехмерных декартовых координат определяют местоположение каждой точки. Этот набор точек представляет внешнюю форму сканируемого объекта. Эти точки известны как облако точек, которое является конечным результатом работы трехмерного лазерного сканера. Расположение сканера Трехмерный лазерный сканер расположен на расстоянии 303,742 м от края основания статуи Будды. Местоположения сканеров в этом диапазоне далее делятся на три различные группы, которые классифицируются как верхняя точка обзора, средняя точка обзора и базовая точка обзора. Верхняя точка зрения направлена на то, чтобы захватить головную и плечевую части статуи Будды.
Средняя точка зрения планирует захватить части тела статуи Будды. Базовая точка зрения предназначена для захвата базовых частей статуи Будды, таких как нога, ступня и сцена. Таким образом, в общей сложности 36 точек обзора, которые состоят из 11 верхних точек обзора, 14 средних точек обзора и 11 базовых точек обзора, были использованы для сканирования внешней фигуры статуи стоящего Будды. Расположение этих точек зрения показано примерно на рисунке 3. Две точки обзора удалены из-за больших препятствий.
Настройка параметров сканирования играет важную роль в получении хорошего сканирования. Хорошее сканирование обеспечивает точное облако точек, которое может генерировать точный STL сканируемого объекта. Данные облака точек могут получить некоторую ошибку, если трехмерный лазерный сканер расположен далеко от сканируемого объекта. Во время измерений на месте для этого исследования были использованы разрешение ½, качество 3х, дальность 303,742 м и цветное сканирование. Также использовались четыре типа датчиков, такие как система глобального позиционирования, компас, инклинометр и высотомер. Бесцельное сканирование проводится. В результате, внешний вид: измененный профиль на дальние расстояния используется для захвата трехмерного внешнего облика статуи Будды Лейкюна Сетккара.
Скорость ParameterScanner 976 000 точек / сек
Диапазон измерений 330 м
Возможная ошибка 2 мм на расстоянии 25 м от сканера
Горизонтальное поле зрения 360˚
Вертикальное поле зрения 330˚
Погодные условия
Дождь и грязь создают шум при сканировании. Кроме того, высокая температура отрицательно влияет на процесс лазерного сканирования. Рекомендуемая температура зарядки лазерного сканера составляет от 10 ° C (50 ° F) до 30 ° C (86 ° F). Рекомендуемая рабочая температура лазерного сканера составляет от 5 ° C (41 ° F) до 40 ° C (104 ° F). В результате график сканирования полностью зависит от погодных условий в выбранной области сканирования. Монива славится очень высокой температурой, поскольку имеет жаркий полузасушливый климат. Согласно Myanmar Times, который был выпущен 17 мая 2010 года, Monywa имеет температурный рекорд 45,8 ° C (114,4 ° F) 13 мая 2010 года. Поэтому август выбран для проведения лазерного сканирования на месте, поскольку в первые месяцы муссона, с апреля по Июль очень жаркий. В период с 6 по 8 августа в Мониве переменная облачность, отсутствие грязи и небольшой дождь с температурой от 27,8 ° C (82 ° F) до 37,8 ° C (100 ° F).
Стимуляция данных сканирования
Облако точек, которое содержит набор точек с координатами местоположения, передается в SCENE. Затем выполняется обработка сканирования, регистрация, генерация высококачественных данных и экспорт их в формат STL. Faro SCENE – это коммерческое программное обеспечение, разработанное для сканера Faro Focus, и оно может оценивать захваченные данные сканирования в среде виртуальной реальности (VR).
Импорт
Во-первых, импортируются черновые сканы, содержащие координаты местоположения статуи Будды. Черновое сканирование изображения с точки зрения № 0 ОбработкаПроцесс каждого сканирования выполняется в общей сложности 34 сканирования. Данные трехмерных координат панорамы 360-градусного сканирования делятся и сортируются для каждого сканирования. Как правило, из чернового сканированного изображения генерируются полноцветные высококачественные данные изображения и облака точек сканирования. Кроме того, применяются такие фильтры, как фильтр темных точек сканирования и фильтр расстояний. Фильтр темных точек сканирования удаляет точки сканирования, регулируя порог отражения. Этот фильтр необходим, потому что темные поверхности отражают только небольшое количество света, и эти отражения снижают точность точек сканирования. Фильтр расстояний удаляет ненужные точки, которые находятся за пределами указанного диапазона расстояний, чтобы избежать наложения точек сканирования при сканировании вне помещения.
Регистрация
Регистрация выравнивает систему координат всех 34 сканирований в одну глобальную систему координат, используя общие опорные плоскости между каждым сканированием. Во время этого исследования производится комбинация автоматической регистрации и ручной регистрации. Это достигается путем объединения изображений из трехмерного лазерного сканирования без цели. Данные от датчиков также используются во время регистрации, чтобы улучшить точность каждой точки. Сначала сканы делятся на четыре кластера, такие как передний, задний, правый и левый кластеры. После этого выполняется автоматическая регистрация в режиме сверху базы и в облачном режиме регистрации. После этого регистрация вручную выполняется путем выбора общих точек и плоскостей между каждым сканированием. Во время этого лазерного измерения присутствует погрешность 23,4 мм.
Экспорт в формат STL
Облако точек проекта для всей статуи Будды создается после успешной регистрации. Некоторые дубликаты точек удаляются при создании облака точек проекта. Затем облако точек проекта объединяется в максимум 40 000 000 треугольников. После успешного завершения меша он готов к преобразованию в формат STL. Наконец, файл STL создается из данных облака точек проекта.
Доработка
Финализация выполняется с помощью программного обеспечения FreeCAD. Поскольку с помощью трехмерного лазерного сканера трудно захватить черную поверхность, программное обеспечение FreeCAD используется для рисования части волос статуи Будды вручную, так как она имеет черный цвет. Во-первых, выходной STL-файл SCENE импортируется во FreeCAD. Затем его нормали гармонизируются в одном направлении как можно больше. После уточнения это готово к добавлению новых волос. Уточнение формы также очистит остаточные точки или края исходного файла STL. Наконец, полностью детально прорисованная внешняя фигура Статуи Будды Лейкюна Секкья успешно получена.
Выводы
Faro Focus 3D X330 не может сканировать объект и работает только на линии прямой видимости. Местоположение выбранного сканера не должно иметь больших или больших препятствий. Поэтому, когда мы определяем местоположение сканера, нам нужно проверить, может ли препятствие на выбранной позиции влиять на конфигурацию целевой структуры в процессе регистрации. В противном случае это может стать помехой при регистрации сканирования глобальной координаты. В этом исследовании два скана отбрасываются из-за человеческих и древесных препятствий. Это приносит трудности в процессе распознавания позже. Таким образом, можно сделать вывод, что важно тщательно следить за степенью обструкции.
Во время этого исследования трехмерная внешняя фигура сложной фасонной структуры способна запечатлеть. Кроме того, файл STL файла этой структуры успешно генерируется с использованием трехмерного лазерного сканера наземного типа. В настоящее время наземный лазерный сканер широко используется для захвата трехмерных наружных фигур конструкций. Тем не менее, его использование на сложной форме все еще ограничено. Из этого исследования выяснилось, что выходной файл STL содержит некоторые недостающие данные по некоторым частям. В результате уточнение данных в другом стороннем программном обеспечении требуется для создания водонепроницаемой 3D-печати. Чтобы преодолеть это, рекомендуется выполнять необходимую обработку данных при сканировании сложных форм.
Квитирование
Автор хотела бы выразить глубокую благодарность ее покойному руководителю д-ру Хиромичи Сирато, профессору и руководителю Лаборатории мостостроения, кафедра инженерии гражданских и земельных ресурсов, Киотский университет, за его руководство и советы. Автор также хотела бы выразить свою глубокую благодарность доктору Хин Тхан Ю, проректору Янгонского технологического университета, и доктору Кимиро Мегуро, профессору Международного центра инженерии городской безопасности, Института промышленных наук Токийского университета, за их разрешение использовать 3D лазерный сканер проекта SATREPS-JICA. Автор благодарен директору д-ру Sao Hone Pha и заместителю директора д-ру Kyaw Zaya Htun, Центру дистанционного зондирования и ГИС, Янгонского технологического университета, за их полезные предложения по проекту лазерного сканирования. Автор благодарен президенту англ. Aung Kyaw Myint и Engr. Тан Зин Вин, Инженерное общество Мьянмы, Монива за их интерес и помощь во время поездки по лазерному сканированию.
Литература:
<Ол>
За последние десятилетия почти во всех компонентах мобильных и вычислительных устройств было много значительных инноваций. Механических разъемов нет. По мере того как устройства уменьшаются в
Hadoop может быть страстно привлекательным, потому что он отлично масштабируется, может быть настроен на переключение широкого ассортимента и очень дорогой по сравнению со старыми. Hadoop
DirectX определяется как интерфейс прикладной программы или API для создания графических изображений и мультимедийных эффектов и управления ими в таких приложениях, как игры или активные