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El concepto de "Reality Capture" engloba una serie de tecnologías que capturan la realidad de una obra mediante el uso de LiDAR y/o imágenes. Al combinar en una misma plataforma estos datos con otras capas de información de diseño del proyecto, se establece una sólida base de información geoespacial que facilita la comprensión y análisis en proyecto de construcción.
Reality Capture no se enfoca solo en la captura de datos, sino también en su procesamiento y en como toda esta información geoespacial es compartida en ambientes colaborativos, con el objetivo de crear modelos “As built”, controlar la calidad geométrica de los elementos materializados en obra, optimizar las tareas de planificación y control de avance de la obra, entre otros.
Figura 1. Modelo 3D “As built” y nube de puntos.
Referencia: Geocom y Bim Consulting
En esta experiencia nos sumergimos en el flujo de trabajo de Trimble Reality Capture para generar un modelo 3D "As built" de un edificio de 5 pisos y 2 niveles subterráneos.
Desde la captura inicial hasta la creación del modelo 3D final, se explora como estas herramientas digitales permiten una representación precisa y detallada de las condiciones existentes, ofreciendo una solución robusta para la documentación y gestión de proyectos de construcción.
La experiencia se divide en 7 capítulos donde revisaremos el flujo de trabajo de Trimble Reality Capture:
En proyectos que implican mantenimiento, renovación o ampliación de infraestructura, es frecuente encontrarse con la falta de información geométrica. La ausencia de planos “As built” e incluso de planos de diseño es común, especialmente en instalaciones que han estado en funcionamiento durante varios años. En los casos en que esta información exista, suele ser incompleta, estar desactualizada y no refleja con la precisión necesaria la realidad. Por lo tanto, resulta fundamental capturar datos confiables y precisos de la condición actual para generar la documentación necesaria que sirva como base para los nuevos proyectos.
En este capítulo se abordan los primeros dos pasos del flujo de Trimble Reality Capture, captura y registro.
Figura 2. Flujo de trabajo Trimble Reality Capture.
Referencia: Geocom
• Planificación de captura
La edificación abarca un área de 100 x 30 metros y consta de 7 niveles. Se realiza una estimación del tiempo necesario en terreno, considerando niveles de piso relativamente despejados y posiciones de escáner cada 10 metros. Por lo que se proyecta que se requerirán alrededor de 300 posiciones de escáner. Los tiempos de cada posición de escaneo se definen en base a la resolución que necesita el proyecto. Para esta experiencia lo que interesa es principalmente la condición de la obra gruesa (losas, muros, columnas y vigas), por lo que no se requiere un alto detalle de representación.
Figura 3. Edificación a levantar por medio escáner láser.
Referencia: Google Earth Pro
Trimble X9, el escáner a utilizar en esta experiencia, es un sistema de escaneo láser avanzado de alta velocidad que incorpora calibración automática, auto nivelación y un sensor inercial (IMU). X9 brinda la capacidad de realizar el registro y la referenciación de la nube de puntos en el mismo terreno. Esto, incrementa la productividad en la captura y reduce los tiempos de procesamiento.
Figura 4. Trimble X9 sobre trípode Dolly para desplazamiento sobre superficies planas.
Referencia: Geocom y Bim Consulting
Para la experiencia se utilizan dos modos de medición, según las condiciones del edificio:
En la siguiente tabla se muestran los tiempos de captura, resolución, peso aproximado de archivos y la cantidad máxima de puntos que se pueden esperar de cada escaneo. En rojo los dos modos de medicion que se utilizaron para este proyecto.
Figura 5. Especificaciones de tiempos y resoluciones de Trimble X9.
Referencia: Manual Trimble X9
La resolución es la distancia entre los puntos sobre un componente, tiene que ver con el detalle que se puede capturar. La resolución depende del tiempo de medición y de la distancia al componente. Mientras más alejado el escáner del componente se obtiene una menor resolución, por lo que es necesario un tiempo mayor de medición. También hay que considerar que una vez registrada la nube de puntos, la resolución sobre un componente aumenta con las posiciones de escáner cercanas.
Figura 6. A la izquierda escaneo de 87 segundos con 27 millones de puntos y a la derecha escaneo de 50 seg con 7 millones de puntos.
Referencia: Trimble Realworks
Los distintos modos de resoluciones no afectan la precisión de la nube de puntos, la cual para X9 es menos de 1.5 mm a los 30 m.
El proyecto considera también la referenciación de la nube de puntos en el mismo terreno para su ubicación en un sistema de coordenadas definido y para el “control” de la misma nube. Trimble X9 incorpora un puntero láser el cual permite el levantamiento de los puntos de control para referenciar la nube de puntos a un sistema de coordenadas definido. Para esto se considera dejar tarjetas “blanco y negro” en los muros y pisos, para posteriormente definir coordenadas a través de una estación total referenciada. Las tarjetas deben posicionarse de tal forma que abarquen planimétricamente y altimétricamente el área escaneada. Las posiciones de escáner que levantan las tarjetas deben hacerlo de frente y a una distancia idealmente entre 10 -15 metros.
Algo muy útil es en la planificación del proyecto es definir “Label”. Esto es una etiqueta que se le puede definir a cada estación para luego poder filtrar en base a esta. En el proyecto se definen las etiquetas: fachada, piso -2, piso -1, piso 1, piso 2, piso 3, piso 4, piso 5.
Figura 7. Escaneos agrupados por etiquetas.
Referencia: Trimble Perspective
• Captura y registro
El software de campo Trimble Perspective instalado en la Tablet T10X, realiza el registro de forma automática en terreno. Esto permite visualizar en terreno la nube de puntos, panorámicas 360 y realizar mediciones y anotaciones. Contar con la visualización de la nube de puntos en terreno permite ver claramente las zonas que no poseen datos o una baja densidad, de manera de poder realizar posiciones de escáner complementarias. Además, permite ser más eficiente, ya que mejora la planificación de cada posición, evitando realizar posiciones redundantes que solo hacen más pesado y lento el procesamiento de datos.
Figura 8. Registro de nube en terreno.
Referencia: Trimble Perspective
El registro es el proceso de unión de nubes de puntos por medio de objetos artificiales (esferas y tarjetas) o naturales (características del mismo entorno) para generar una nube de puntos unificada.
El proceso de registro se puede realizar en gabinete, a través del procesamiento en software como Trimble Realworks, Trimble Business Center o en el mismo terreno, gracias al software de campo Trimble Perspective de X7/X9. Estos, incorporan un sensor inercial (IMU), un sensor de nivelación automática y utilizan las mismas características del entorno levantadas, para registrar las diversas posiciones de escáner. Para lograr un registro automático efectivo, es importante que los cambios de posición se efectúen cada 15 metros aproximadamente. Esta distancia depende de las características del entorno de medición. Mientras más características presentes la distancia entre posiciones puede ser mayor, pero en lugares abierto y homogéneos la distancia entre posiciones debe ser menor. En estas condiciones se recomienda realizar más posiciones de escaneos pero con un menor tiempo de medición.
Como no se están utilizando esferas ni tarjetas para el registro, es esencial contar con suficientes características en el entorno para cumplir con el traslape necesario (aproximadamente de 30%) y no inclinar el equipo más allá de 45° al moverse entre una posición y otra, para aumentar el éxito del registro automático. En el caso que el registro automático no sea exitoso es posible utilizar la herramienta de registro manual. La cual requiere que el usuario mueva y/o gire la nube a la posición correcta de forma aproximada, para que luego se realice el ajuste final.
En las imágenes se muestra el proceso de registro manual donde la posición 41 es la referencia y la posición 42 es la nube móvil. Herramientas de visualización que permite solo ver los bordes es una gran ayuda para la alineación entre nubes.
Figura 9. Registro manual de nube en terreno. A la izquierda vista en planta normal y a la derecha vista en planta aplicando filtro de bordes.
Referencia: Trimble Perspective
Una vez alineada se selecciona el botón “Registrar” y se intenta ajustar las nubes. En caso positivo aparece un mensaje de color verde indicando el porcentaje de traslape y la precisión del ajuste. Si el mensaje es naranjo quiere decir que si ajusta la nube pero no cuenta con el suficiente traslape para asegurar la confiabilidad el ajuste. Acá existen dos opciones, validar manualmente en base a la verificación de que no existan dobles capas o una nueva captura para mejorar el traslape. Si el mensaje es de color rojo la nube de puntos no se ajusta, sigue desalineada. Por lo que se debe considerar capturar otra estación entre ambas posiciones, para mejorar el traslape.
Figura 10. Registro manual de nube en terreno exitoso.
Referencia: Trimble Perspective
Con respecto a la captura, se planifica de manera de generar una “columna vertebral” a lo largo del proyecto y varias transversales, de manera de evitar que se propague entre posiciones una desviación que pueda provocar dobles capas.
Las imágenes muestran el software de terreno Trimble Perspective, donde cada posición de escáner es representado con un triángulo y los vectores en verde representan los registros entre estaciones.
Figura 11. Registro de nube en terreno.
Referencia: Trimble Perspective
Cuando se completa el primer escaneo, Perspective lo orienta automáticamente a lo largo de un muro que detecte en la nube, definiendo el eje X e Y. Si no está de acuerdo puede editarlo manualmente con la ayuda de una cuadricula. En cuanto al eje Z, es definido por el sensor de auto-nivelación de menos de 3´´ de precisión (0.3 mm a 20m).
• Herramientas de visualización
Trimble Perspective instalado en la Tablet T10 muestra una nube de puntos optimizada para una visualización rápida y fluida en terreno, por lo que en este modo estándar muestra una menor densidad de puntos que la capturada. No obstante, existe una herramienta para focalizar la potencia del procesamiento en áreas más pequeñas, de manera de ver la densidad lo mas real posible.
Figura 12. Herramienta de visualización para visualizar densidad de puntos real.
Referencia: Trimble Perspective
• Caja de visualización
Con esta herramienta es posible visualizar zonas de interés, las cuales pueden ser volúmenes o también secciones longitudinales y transversales. Es útil también para inspeccionar visualmente que no existan dobles capas en el registro.
Figura 13. Herramienta de caja de visualización.
Referencia: Trimble Perspective
• Mediciones en terreno
Contar con la nube de puntos registrada permite realizar mediciones globales del proyecto. Es posible realizar mediciones de distancias verticales, horizontales e inclinadas. Además de coordenadas, pendientes y perímetros. Estas mediciones se pueden realizar sobre la misma nube de puntos o sobre las panorámicas 360.
Figura 14. Herramienta de caja de visualización.
Referencia: Trimble Perspective
• Medición de alta sensibilidad
Tanto X7 como X9 tienen la capacidad de medir sobre superficies altamente reflectantes como también superficies oscuras. Esto es ideal para instalaciones con estructuras de acero inoxidable.
Figura 15. Medición sobre componentes reflectantes y oscuros
Referencia: Trimble Perspective
• Refinamiento de registro
Al finalizar el levantamiento se debe refinar las posiciones de escáner. Anteriormente, el registro se realiza solo con las estaciones vinculadas directamente. En este último proceso de refinamiento se ajustan todas posiciones de escáner entre sí. Esto genera un informe donde es posible analizar las precisiones y traslapes entre posiciones, para decidir si es necesario realizar alguna posición complementaria que robustezca el proceso.
En la imagen se muestra el informe de registro que brinda Trimble Perspective. Se genera un resumen del proyecto, donde indica que hay solo 1 conjunto de registro, lo que significa que no hay ninguna estación o grupos de estaciones no registradas. También muestra que se realizaron 382 posiciones de escáner, donde el registro es de 0.9 mm, un traslape promedio de 43 % y una consistencia de 97%.
Figura 16. Informe de registro.
Referencia: Trimble Perspective
El informe entrega también detalles por posición. Como ejemplo se analiza la posición 16, la cual tiene 9 vínculos o traslapes. En el informe se muestra que con la posición 332 posee una precisión de 5.6 mm lo que debe ser consecuencia del bajo traslape entre nubes, el cual es de 21%, provocando también una baja consistencia 9%. Acá se debe considerar realizar una nueva posición entre la 16 y 332 que permiten un mejor traslape entre ambas.
Figura 17. Informe de registro detallado.
Referencia: Trimble Perspective
Contar con una visualización de la nube de puntos del proyecto en terreno permite asegurar al usuario que levanta todos los elementos de interés requeridos y el informe permite asegurarse de la calidad de este levantamiento.
En el próximo capítulo de la experiencia “Reality Capture en edificación - Modelamiento 3D “As Built” exploraremos el procedimiento de como vincular un proyecto de nube de puntos a un sistema de coordenadas global.
Figura 18. Capítulo 2, Topografía convencional para referenciación de nubes - Parte 1: Vinculación GNSS SIRGAS, Proyección UTM
Referencia: Trimble Perspective
