Atualmente, as nuvens de pontos se tornaram uma ferramenta tão importante em áreas como mapeamento geográfico, modelagem CAD e BIM, entre outras, que vale a pena escrever alguns posts dedicados sobre o tema. Esta série de posts do blog abordará tópicos como o que são nuvens de pontos, os princípios dos scanners usados para criá-los, e sua aplicação em diferentes domínios.

Uma nuvem de pontos nada mais é do que uma coleção de milhões (às vezes bilhões) de pontos provenientes de um scanner. É importante perceber que esses pontos estão sempre localizados na superfície dos objetos. Cada ponto tem três coordenadas para posicioná-lo no espaço e muitas vezes também informações de cor e/ou intensidade.

Você pode assistir a nuvens de pontos em ação na Conferência Internacional Bricsys 2018 aqui.

Em poucas palavras

Uma fonte de nuvens de pontos são os scanners a laser. Esse tipo de scanner cria uma nuvem de pontos ao emitir um feixe de laser em uma determinada direção (descrita pelos ângulos φ e θ). O feixe de luz reflete em algum lugar em uma superfície e a distância R a esta reflexão é medida. O resultado é um ponto na nuvem de pontos (Figura 1 a). Varrer esse feixe e medir as distâncias de todas essas reflexões nas superfícies resulta em uma nuvem de pontos (Figura 1 b e c).  Figura 1 d é então o modelo CAD ideal que gostaríamos de reconstruir a partir da nuvem de pontos.

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Figura 1: Uma nuvem de pontos gerada a partir de um scanner a laser. Veja no corpo do texto para mais explicações.

Por um lado, uma nuvem de pontos é o conjunto mais completo de medidas brutas de objetos do mundo real possíveis. Por outro lado, é apenas uma coleção de pontos “inertes” sem interpretação nem significado físico do que é representado. Os humanos podem facilmente reconhecer objetos em nuvens de pontos, mas eles realmente precisariam de muito tempo para fazer isso para todos os objetos significativos na nuvem de pontos. É aí que softwares inteligentes usando Inteligência Artificial/Aprendizado de Máquina podem ajudar a fazer a parte mais volumosa deste trabalho monótono, para as pessoas.

Nuvens de pontos contêm apenas informações do lado de fora dos objetos. Isto está em contraste com os dados dos scanners de ultrassom, tomografia computadorizada ou ressonância magnética, que contêm dados do interior completo dos objetos também. Figura 2 fornece uma visualização de uma nuvem de pontos da sala técnica de um elevador. A mesma cena é mostrada na Figura 3 exceto que aqui os painéis frontais dos gabinetes estão cortados, mostrando que a nuvem de pontos não tem informações de dentro dos gabinetes.

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Figura 2

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Figura 3: A mesma cena mostrada na Figura 2, mas agora com recorte da frente dos gabinetes técnicos.

Exemplos de aplicação

Alguns domínios de conhecimento que usam nuvens de pontos:

  1. Criação ou atualização de mapas geográficos, com informações de altura, em grandes áreas escaneadas a partir de aeronaves ou satélites
  2. Fornecimento de referência para criar modelos CAD 3D de objetos no mundo real.
  3. Inspeção automática de qualidade, pela comparação entre um modelo de computador e o objeto real:
    • Seguir diferentes passos durante a produção.
    • Inspecionar um produto acabado, em busca de erros.
    • Verificar deformações ou desgastes ao longo do tempo.

Caso de uso à moda antiga

Imagine que você é um arquiteto com um projeto para renovar ou remodelar um edifício existente. Obviamente, você quer começar com um modelo em 3D da situação atual. Se tal modelo não estiver disponível (como para a maioria dos edifícios construídos antes de 1980), você precisa criar este. Então você precisa fazer muitas medições para ter este edifício em condições de fazer seu trabalho.

Primeiro você deve medir pontos de referência como cantos de espaços. A partir desses cantos, você pode criar paredes e pisos. em consequência dessas informações você pode criar seu modelo 3D da construção. No passado, as pessoas precisavam medir manualmente esses pontos de referência. Com as informações poderia ser construído o modelo CAD. Como pode imaginar, isso é extremamente demorado, e custoso. Além disso, se durante a modelagem algumas medições tenham sido esquecidas, terão que ser feitas novamente.

Nuvens de pontos fazem o resgate

Hoje em dia, scanners a laser como Leica BLK360 podem medir automaticamente meio milhão de pontos por segundo, com precisão melhor que meio centímetro. O resultado é um conjunto de milhões (em alguns casos até bilhões) de pontos medidos com informações de cores de uma cena, em apenas uma fração do tempo que os humanos poderiam fazer. Isso fornece uma referência bem mais sólida para iniciar a modelagem. Como bônus, você também terá uma impressão visual de boa qualidade da cena.

Algumas pessoas confundem uma nuvem de pontos com um modelo 3D. Lembre-se que a nuvem de pontos contém pontos de medição exatos, mas NENHUM conhecimento do que esses pontos representam. Isso está em contraste com um modelo 3D como no BIM. Esse último modelo contém desde as formas geométricas em sólido, com as informações; materiais, qual a função no edifício que essas formas têm (parede, coluna de suporte, etc), e ainda a relação que essas têm com outras partes do edifício (a outras paredes/pisos/teto estão conectados),…

Próximas postagens

Um post futuro desta série discutirá como esse modelo 3D é criado a partir de uma nuvem de pontos. Por enquanto, apenas se lembre de que criar um modelo 3D a partir de uma nuvem de pontos exige de um especialista humano uma boa quantidade de tempo e esforço.

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Leia Mais...

Como usar nuvens de pontos no BricsCAD

  1. Qual é o ponto?
  2. Inútil sem scanners
  3. Evite expectativas nebulosas durante um projeto de digitalização
  4. Uma nuvem de software
  5. No desempenho do ponto
  6. Scan-para-BIM

Esta série de posts menciona exemplos de empresas/dispositivos/pacotes de software. Os exemplos citados não devem ser entendidos como avaliação ou recomendação por parte da Bricsys, mas sim como ilustrações do que atualmente está disponível neste fascinante campo da tecnologia, em aplicações tanto na pesquisa acadêmica como em aplicações comerciais!