¿Qué es un escaneo 3D?
Orgullosos descendientes de los telémetros láser tradicionales, con los que comparten principios de medición comunes, los escáneres láser 3D son la próxima generación de dispositivos de telemetría.
Permiten generar varios tipos de datos: nubes de puntos 3D, fotos panorámicas o, más específicamente, datos térmicos para ciertos modelos.
En este artículo, le ofrecemos una descripción general de los principales temas en torno al levantamiento 3D de los existentes:
- El funcionamiento de los escáneres 3D y, en particular, la tecnología LiDAR;
- Las diversas soluciones de escaneo 3D terrestres (escáneres estáticos y dinámicos) y aéreas (drones);
- Los principales usos del edificio;
- Los pasos clave para un proyecto exitoso para inspeccionar los activos existentes;
- Cómo evaluar el costo de un proyecto de encuesta.
Una solución basada en el sistema LiDAR
El sistema de medición para los escáneres láser 3D se basa en la tecnología LiDAR (detección y rango de luz). Cada escáner estará equipado con uno o más sensores LiDAR, lo que permitirá capturar el entorno en 3D.
Técnicamente, cada sensor emite un haz de luz que escanea el entorno horizontal y verticalmente.
Cada vez que este haz encuentra un obstáculo, se mide la distancia hasta él para colocar un punto en el punto de encuentro, en las coordenadas x, y y z.
La repetición de este proceso permite entonces constituir un nube de puntos : una verdadera capa 3D del entorno, cuya densidad depende de la configuración y las capacidades del escáner elegido.
¿Cuáles son las diferentes soluciones de escaneo 3D?
En el sector de la construcción, los escáneres 3D más comunes son los escáneres estáticos (dispositivos de medición con trípode), producidos por fabricantes como Leica, Faro o Trimble.
En los últimos años, han surgido escáneres móviles que están demostrando ser una muy buena opción para grandes proyectos, ya que ofrecen una mayor velocidad de adquisición.
Por último, los drones también se utilizan para producir modelos 3D mediante captura aérea.
Aquí lo invitamos a hacer una descripción general de estas 3 soluciones de escaneo 3D diferentes para descubrir cómo funciona cada una de ellas y las ventajas de cada una de ellas.
Escáneres estáticos
Les escáneres estáticos son las soluciones de escaneo 3D más comunes en la industria de la construcción. Constan de dos partes:
- Una "cabezal (unidad principal) que integra, en particular, el exclusivo sensor de escáner LiDAR y una cámara;
- Un trípode ajustable que permite estabilizar la cámara durante la fase de captura y ajustar su altura.
El proceso de captura del escáner estático se secuencia en varias estaciones. El escáner se colocará y activará en varias posiciones de una escena para capturarla por completo. Cada posición corresponde a una «estación», desde la que se capturan una nube de puntos y una fotografía panorámica.
Una vez capturados los datos 3D, también se toma una foto panorámica de la escena. Esta fotografía permitirá colorear la nube de puntos capturada y generar una vista panorámica de la escena.
Para alcanzar puntos altos durante la captura, el cabezal del escáner se puede separar del trípode original para montarlo en un trípode más alto para identificar áreas como áticos o falsos techos.
Escáneres 3D móviles
Les escáneres móviles, o dinámicos, son sistemas de medición más recientes. Estos escáneres dinámicos adoptan la forma de equipos inspirados en carritos o mochilas, que se empujan o transportan de un lado a otro durante una escena.
A diferencia de los escáneres estáticos, permiten la adquisición continua mientras se mueven por el entorno: la lógica de la estación desaparece.
Para permitir esta adquisición en movimiento y una correcta reconstrucción del entorno, los escáneres dinámicos cuentan con un sistema de localización compuesto por un sistema de posicionamiento y una unidad de medición inercial (Unidad de medición inercial o IMU).
Por un lado, el sistema de posicionamiento se basará en la tecnología GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite, o GNSS) o mediante mapeo simultáneo (Localización y mapeo simultáneos, o SLAM). El objetivo aquí es crear una lista de las posiciones de los escáneres a lo largo del tiempo.
Al mismo tiempo, la unidad inercial integrará los movimientos y movimientos del escáner, para deducir su orientación y velocidad.
Algunos de estos escáneres, incluidos los escáneres NavVis M6 y VLX que utilizamos, fotografían el entorno durante el proceso de captura, todos los» X metros» según la configuración elegida.
Escaneo 3D con drones
En el campo del escaneo aéreo 3D de edificios, coexisten dos métodos de adquisición de drones:
- Adquisición 3D mediante LiDAR, basada en la misma tecnología que la adquisición terrestre por escaneo 3D;
- captura fotogramétrica y reconstitución.
Dado que la fotogrametría se basa en la adquisición de fotografías, dista mucho del principio del escaneo 3D, por lo que nos centraremos en la adquisición de LiDAR en este artículo.
Para implementar este método, será necesario utilizar un dron cuyas cámaras tradicionales se sustituyan por sensores LiDAR, lo que permitirá realizar una adquisición 3D del entorno.
Dado que los drones también son móviles en el aire, también deben contener una unidad inercial y un sistema de posicionamiento GPS para analizar la información de posición y orientación de los sensores 3D.
Ensamblaje de datos a partir de escaneos 3D terrestres y grabaciones aéreas
Para ensamblar la nube de puntos o el modelo fotogramétrico creado con la nube de puntos dentro del edificio, será necesario definir los puntos de coordenadas GNSS comunes a las dos entidades.
Estos puntos de coordenadas GNSS generalmente se colocan en el suelo, fuera del edificio, y se crean con bastones GNSS, y luego son captados por escáneres terrestres y drones durante la adquisición.
Protocolo de escaneo 3D multitecnológico
Para cada estudio de la situación existente, se tratará de elegir las soluciones de escaneo 3D más adecuadas al proyecto en cuestión.
Deben tenerse en cuenta las especificaciones del proyecto (modelo digital, planos y niveles de detalle asociados) y factores como el área, la densidad de puntos requeridos o la accesibilidad de las áreas a inspeccionar.
En este sentido, en My Digital Buildings, hemos desarrollado herramientas y conocimientos que nos permiten optar por un protocolo de inspección multitecnológico (que combina escáneres estáticos y dinámicos y drones).
Este protocolo nos permite utilizar las soluciones más adecuadas para cada área del edificio y recopilar los datos generados por cada equipo.
El enfoque del protocolo de escaneo 3D multitecnológico tiene varias ventajas:
- La primera gran ventaja se refiere a la velocidad de adquisición. La integración de soluciones de escaneo móviles permite realizar la captura mucho más rápido, minimizando así la perturbación de las áreas activas o peligrosas;
- A continuación, las áreas inaccesibles para el escáner móvil o que requieren una adquisición más densa se pueden identificar con el escáner estático. La encuesta se mantiene completa y en línea con las especificaciones de un proyecto, independientemente de las especificidades del edificio.
Por lo tanto, se definirá una estructura de precisión óptima que garantice la calidad de los entregables del proyecto.
Los principales usos del escaneo 3D de edificios
Los datos adquiridos durante un escaneo 3D reflejan las condiciones exactas y reales de la estructura digitalizada.
Se pueden usar para crear (o actualizar) recursos (planos 2D y modelos digitales) rápidamente y comenzar un proyecto de forma fiable.
Para producir estos materiales de proyecto, se tratará de explotar la nube de puntos capturada en el software CAD.
Escaneo 3D para dibujar los planos y modelos 3D de su proyecto
A la hora de dibujar planos 2D, será cuestión de trabajar en la nube de puntos en un software como Autocad.
Esto permitirá aislar secciones horizontales y verticales en la nube para obtener secciones y perfiles 2D, que luego se utilizarán como capas para dibujar planos. Este flujo de trabajo se conoce comúnmente como "scan to plan".
Para el modelado 3D de un edificio, la nube de puntos se utilizará como una envolvente en la que basarse durante la fase de modelado. Estamos hablando entonces de un método de "scan to Bim ".
La producción de estos dos formatos de datos espaciales basados en un estudio 3D de la situación existente permite obtener soportes de proyecto confiables, basados en una huella completa y precisa del edificio.
Los pasos clave para un escaneo 3D exitoso de un edificio
Para garantizar el éxito de un proyecto de escaneo 3D y producir productos que se ajusten a las especificaciones del proyecto, será necesario seguir una metodología determinada antes, durante y después de la intervención de campo.
En MDB, hemos identificado 5 pasos clave:
- el estudio de las necesidades y la definición de los entregables
- La elección de soluciones de escaneo 3D
- el estudio de los planes y la definición de una cinemática de digitalización
- preparación y digitalización de áreas
- posprocesamiento de los datos capturados
Estos pasos son cronológicos, las decisiones tomadas en cada uno de ellos determinan el resto del proyecto y la toma de decisiones asociada. Si quieres saber más, detallamos todos estos pasos en este ítem.
Evalúe el costo de una operación de escaneo 3D en el edificio
Algunos criterios de precio esenciales
El costo de una encuesta 3D se mide de acuerdo con varios criterios objetivos.
Obviamente, esto depende en primer lugar de lo que se digitalizará, desde el punto de vista de la superficie y del tiempo de adquisición asociado. Por lo tanto, se tratará de evaluar:
- El tipo de edificios en cuestión (industriales, terciarios, logísticos, habitacionales, etc.)
- Su área y número de pisos
- La congestión y la tasa de ocupación de las principales áreas, lo que permite estimar el tiempo que se pasa en ellas. Por ejemplo, un almacén vacío de 5000 m² podría ser más rápido de escanear que un piso de oficinas ocupadas de 3000 m²
Luego, también será necesario tener en cuenta los criterios asociados al proyecto en sí, los entregables esperados y el uso final de estos. Por lo tanto, surgen las siguientes preguntas:
- ¿Es necesario inspeccionar el interior y el exterior del edificio?
- ¿Se producirá un modelo digital? En caso afirmativo, ¿con qué nivel de detalle?
- ¿Es necesario generar planos 2D?
- ¿Cómo se utilizará la nube de puntos?
Todos estos criterios permiten definir especificaciones precisas, enmarcar el alcance de un proyecto de encuesta y la estimación asociada.
El impacto de los escaneos 3D utilizados en el costo de un proyecto
La evolución de las soluciones topográficas y, en particular, la aparición de escáneres móviles como el NavVis M6 o el NavVis VLX más reciente, nos permiten digitalizar grandes áreas en un tiempo récord y, por lo tanto, reducir el costo de una operación de topografía.
No se equivoque, usar solo este tipo de escáner no permite abordar todos los proyectos, por lo que es importante saber utilizar los escáneres estáticos. Estos últimos son particularmente complementarios, especialmente cuando se trata de cubrir áreas más congestionadas o capturar una nube de puntos de mayor densidad.
Por lo tanto, como es el caso de My Digital Buildings, opte por un protocolo de escaneo 3D multitecnológico y saber cómo aprovechar las diversas soluciones de escaneo 3D reducirá los costos asociados con las operaciones y, al mismo tiempo, satisfará las necesidades expresadas por el cliente.
¿Cuál es el futuro del escaneo 3D?
La captura de datos en torno a los edificios es todavía un campo muy reciente; los protocolos, el software y los equipos seguirán evolucionando, en varios aspectos.
Inicialmente, la adquisición de datos debería ser cada vez más rápida. Esto implicará, en particular, la mejora de las soluciones de escaneo 3D existentes y su uso conjunto en las mismas operaciones (protocolos de topografía multitecnológicos).
Al mismo tiempo, es probable que el procesamiento de los datos capturados in situ sea más fluido o incluso automatizado. Por ejemplo, deberían acelerarse las fases de ensamblaje y limpieza de las nubes de puntos.
Y, por último, la aparición de soluciones de escáner ligeras o autónomas debería simplificar la actualización de los datos del edificio. Por ejemplo, los actores in situ podrían escanear una parte de un edificio con un smartphone para actualizar un modelo existente, o dejar que un robot o dron autónomo se encargue de capturar el entorno.
En última instancia, estos desarrollos deberían hacer que la creación y actualización de duplicados digitales de edificios sea aún más rápida y accesible.
Para ir más allá:
- https://escadrone.com/publication/guide-gnss-rtk-ppk/
- https://www.geoweeknews.com/news/faro-and-boston-dynamics-announce-trek-integration-for-automated-3d-scanning
