Miksi sovittaisin eri menetelmillä kerätyt pistepilviaineistot yhdeksi pistepilveksi?

Suunnitteletko rakennuksen korjausrakentamista? Oletko törmännyt tilanteeseen, jossa pistepilviaineiston kerääminen eri menetelmiä yhdistämällä olisi ajallisesti kannattanut? Usein työltä vaaditaan tehokkuutta ja luotettavuutta, jotta hanke olisi kannattava. Tämä pätee myös ja erityisesti rakennuksen korjausrakentamisessa. Kustannukset nousevat kellon raksuttaessa, aikaa on rajallisesti ja mahdollisen myöhästymisen uhkasakot ahdistavat.

Jotta kerätyn pistepilviaineiston laatu ei kärsisi, on tärkeää tunnistaa, mikä menetelmä sopii parhaiten mihinkin tilanteeseen. Esimerkiksi Matterportin kamera on tehokas ja vaivaton tapa kerätä rakennuksen sisätiloista pistepilviaineistoa, mutta sen toimintaperiaate rajoittaa laitteen käyttöä ulkona. Rajoittavana tekijänä on auringonvalo, joka on samalla aaltopituudella kuin Matterport. Tästä syystä ulkotilat kannattaa täydentää pistepilveen laserkeilaimen avulla.

Miten laserkeilauksella ja Matterportin kameralla kerätyt pistepilvet voidaan yhdistää?

Laserkeilaimella ja Matterportin kameralla kerätyt pistepilvet voidaan yhdistää toisiinsa joko tähysten avulla tai pistepilvipohjaisesti. Tähyksinä voidaan käyttää Matterportin omia tähyksiä, jolloin tähykset auttavat suurien tilojen mallinnusta Matterportilla sekä pistepilvien yhdistämistä (Lisätietoa asiasta englanniksi Matterportin sivuilta). Tähykset tulee sijoitella mallinnusalueelle ennen kuin aloittaa aineiston keräämisen. Yhdistämisen varmistamiseksi täytyy molemmissa aineistoissa näkyä vähintään kolme (3) yhteistä tähystä.

Käytännössä yhdistäminen tapahtuu vasta toimistolla, kun molemmat aineistot ovat esikäsitelty. Matterport-pistepilvi ladataan MyMatterport-palvelimelta MatterPak-tiedostona, joka sisältää pistepilven lisäksi kolmioverkkomallin kohteesta. Laserkeilauksen pistepilvi täytyy myös esikäsitellä eli rekisteröidä erilliset laserkeilausasemat yhdeksi pistepilveksi. Tähyksillä yhdistäessä valittu pistepilviohjelmisto vaikuttaa aineistojen yhdistämiseen. Toisissa ohjelmistoissa joudut manuaalisesti näyttämään vastaavat tähykset aineistojen välillä, kun taas toisissa se voi onnistua automaattisesti. Tähysten osoituksen jälkeen saat tiedon kuinka tarkasti pistepilvet osuivat yhteen.

Toinen menetelmä pistepilvien yhdistämiselle on pistepilvipohjainen yhteensovitus. Tällöin on parasta, että molemmilla laitteilla kerätään aineistoa samalta alueelta. Tämän yhteisen alueen tulee olla vähintään 10 % koko pistepilviaineistosta. Lisäksi tarkempi tulos saadaan, jos päällekkäisyysalue ei ole vain yhdellä puolella rakennusta. Tämä vähentää pistepilvien välisiä kiertymiä (kuva 1).

Kuva 1) Jos ei ole tarkkana, voi vähäisellä päällekkäisyydellä pistepilvet kiertyä. Kaukaa rekisteröinti voi näyttää hyvältä, mutta läheltä katsottuna löytyy virheitä. Kuten kuvan vasemmalla olevasta ikkunasta voi havaita. Matterport 3D-kameran pistepilvi (ruskean sävyinen) on kiertynyt TX8-laserkeilaimen pistepilveen nähden (punasävyinen), kun yritetään yhteensovitusta näiden pistepilvien välillä.

Pistepilvipohjaisella menetelmällä aineistot esikäsitellään samalla tavalla kuin aikaisemmin. Käyttämäsi pistepilviohjelmisto vaikuttaa yhdistämisen toteutukseen. Yhdistäminen voi onnistua joko näyttämällä pistepilvelle muutamia yhteisiä piirteitä tai manuaalisesti sovittamalla pistepilvet yhteen. Manuaalisen sovituksen jälkeen ohjelmistoissa on työkalu, joka toteuttaa automaattisesti tarkemman yhteensovituksen. Tämä antaa lopulta sovitukselle tarkkuuden.

Pistepilvipohjaisella menetelmällä aineistot esikäsitellään samalla tavalla kuin aikaisemmin. Käyttämäsi pistepilviohjelmisto vaikuttaa yhdistämisen toteutukseen. Yhdistäminen voi onnistua joko näyttämällä pistepilvelle muutamia yhteisiä piirteitä tai manuaalisesti sovittamalla pistepilvet yhteen. Manuaalisen sovituksen jälkeen ohjelmistoissa on työkalu, joka toteuttaa automaattisesti tarkemman yhteensovituksen. Tämä antaa lopulta sovitukselle tarkkuuden.

Luontokeskus Haltian pistepilviaineiston kerääminen Matterportin Pro2 3D-kameran, TrimbleTX8-laserkeilaimen sekä GeoSLAM ZEB-REVO RT-käsiskannerin avulla

Kohteenamme oli Suomen Luontokeskus Haltia Nuuksiossa. Sisätilat mallinsimme Matterportilla sekä kädessä kannettavalla GeoSLAM ZEB-REVO RT -laserkeilaimella. Sisätilan lisäksi laserkeilasimme ZEB-REVO RT:llä terassialueita. Noin puoli vuotta myöhemmin kävimme laserkeilaamassa Haltian ulkopuolen Trimble TX8 -laserkeilaimella. Tästä syystä emme voineet käyttää tähyksiä, joten yhdistäminen täytyi tehdä pistepilvipohjaisesti. Yhteensä pistepilvien tuottamiseen kului noin 14 h ja lopulliseen yhdistämiseen noin 1h.

Kuva 2) Aineisto kerättiin seuraavilla laitteilla; Matterport (vasemmalla), TX8 (keskellä) ja ZEB-REVO RT (oikealla).

Puolen vuoden tauon ja ihmispaljouden vuoksi keräsimme Matterportilla aineiston vain sisätiloista ja TX8:lla vain ulkona. Tästä syystä aineistojen välillä oli vain 3 % päällekkäisyys, joka muodostui ikkunoiden kautta tehdyistä TX8-laserkeilaimen havainnoista. Tämä ei kuitenkaan estänyt yhteensovitusta, koska olimme laserkeilanneet myös ZEB-REVO RT:llä. Sillä on päällekkäisiä havaintoja Matterportin kanssa 25 % ja 8 % TX8:n kanssa. Päätimme sovittaa ensimmäisenä Matterportin ZEB-REVO RT:n pistepilveen. Sen jälkeen sovitimme TX8:n pistepilven ZEB-REVO RT:n pistepilveen. Lopuksi yhdistimme Matterportin ja TX8 pienellä hienosäädöllä yhteen.

Pistepilviaineistojen sovittaminen yhdeksi pistepilveksi

Tällä kertaa käytimme Trimble RealWorks -ohjelmistoa ja sen pilvipohjaista yhdistämistyökalua. Ennen eri menetelmien pistepilvien yhdistämistä rekisteröimme TX8-aineistot yhdeksi pistepilveksi ja värjäsimme pistepilvet. Pistepilvet värjättiin laserkeilauksen kanssa samanaikaisesti otetuilla valokuvilla. Nämä kuvat yhdistettiin ensin panoraamakuviksi, jotka yhdistettiin keilausasemiin Trimblen RealWorks-ohjelmistossa. Värjäämisessä käytettiin RealColor-työkalua, jossa jokaiselle keilausasemalle valitaan vastaava panoraamakuva sen värjäämiseksi. Kun kaikki keilausasemat oli värjätty, rekisteröitiin ne yhdeksi pistepilveksi automaattisesti tasopintojen avulla. Rekisteröity pistepilvi tallennettiin omaksi tiedostoksi.

Laserkeilauksen rekisteröinnin jälkeen ladattiin muut aineistot RealWorks-ohjelmistoon. Kun kaikki aineistot oli ladattu samaan projektiin, aloitettiin aineistojen yhdistäminen. Trimble RealWorks:llä pistepilvipohjaisesti pistepilvien yhdistäminen on helppoa. Käyttäjän tulee valita projekti ja sen sisältä yhdistettävät pistepilvet, jonka jälkeen aktivoidaan pistepilvipohjainen rekisteröinti. Tämän jälkeen tarkistetaan, kumpi aineistoista on referenssinä eli kumpi aineistoista pysyy paikallaan. Sen jälkeen osoitetaan muutama yhteinen piste molemmista aineistoista (kuva 3). Näiden pisteiden avulla ohjelmisto yhdistää pistepilvet toisiinsa.

Kuva 3) Pistepilvipohjainen pistepilvien yhteensovitus vaatii käyttäjää osoittamaan yhteisiä pisteitä aineistoista.

Osoitettujen pisteiden jälkeen käytimme refine-työkalua, jolloin ohjelmisto automaattisesti parantaa yhteensovitusta. Kannattaa kuitenkin tarkastaa yhteensovituksen onnistuminen työkalun käytön jälkeen, koska vähäinen päällekkäisyys voi aiheuttaa virheellisiä tuloksia. Tästä syystä vaiheen voi jättää pois, jos automaatio ei osaa yhdistää pistepilviä oikein. Kun rekisteröinti on valmis, valitaan yhdistetäänkö pistepilvet yhdeksi pistepilveksi vai ei. Tässä tapauksessa, kun käytimme ZEB-REVO RT -laserkeilainta yhdistämisen apuna, emme halunneet yhdistää sen pistepilveä lopulliseen pistepilveen. Valitsimme ettei aineistoja yhdistetä ja aktivoimme pistepilvien uudet sijainnit. Tarkemmat sovituksen vaiheet voit tarkastella tästä videosta:

Matterportin ja ZEB-REVO RT:n välinen yhteensovitus onnistui 3,5 cm tarkkuudella. Tämän jälkeen yhteensovitettu TX8 ja ZEB-REVO RT onnistui 3,3 cm tarkkuudella. Näiden yhteensovitusten jälkeen avasimme vielä kerran pilvipohjaisen yhteensovituksen Matterportin ja TX8:n välille. Tällä kertaa tarkastelimme yhdistystä visuaalisesti ja aktivoimme pistepilvien yhdistämisen toisiinsa. Tarkkuudeksi pistepilvien välille saimme 3,3 cm. Tarkkuuden kohdalla tulee huomioida, kuinka pieni päällekkäisyys aineistoilla oli. Mitä pienempi pistepilvien päällekkäisyysalue on sitä vaikeampaa ja epätarkempaa niiden yhdistäminen on. Tässä tapauksessa, kun päällekkäisyys aineistojen välillä oli vain 3 %, tarkkuus on todella hyvä. 

Kuva 4) Lopullinen pistepilvi Haltiasta, jossa ulkotilat on mallinnettu TX8-laserkeilaimella ja sisätilat Matterport Pro 2 -kameralla.

Menetelmien yhdistämisen jälkeen Luontokeskus Haltian pistepilvi koostuu 47 miljoonasta pisteestä (kuva 4). Nyt aineisto kattaa suurimman osan sisä- ja ulkotiloista. Tätä voitaisiin täydentää vielä lisää sisätiloissa sekä katon osalta. Katosta voitaisiin kerätä aineisto dronen avulla ja se voitaisiin yhdistää samalla menetelmällä jo yhdistettyihin pistepilviin. 

Miksi eri menetelmillä kerätty pistepilviaineisto kannatti?

Menetelmien yhdistämisellä voidaan säästää aikaa ja rahaa sekä kattaa suurempia alueita. Säästöjen syynä on Matterportin nopeus verrattuna maalaserkeilaimeen sisätilojen mallintamisessa. Jos tila olisi mallinnettu pelkällä maalaserkeilaimella, olisi siihen kulunut huomattavasti enemmän aikaa. Tästä syystä aineistojen yhdistäminen GeoSLAM ZEB-REVO RT -laserkeilaimen avulla nopeutti tuotantoa. ZEB-REVOn kannettavuuden ansiosta mitattiin muutamassa minuutissa tarvittava päällekkäisaineisto, jolla Matterportin sisätilojen ja TX8:n ulkotilojen pistepilvet yhdistettiin.

Toisaalta laserkeilain mahdollistaa Matterport-pistepilvien sitomisen muuhun ympäristöön. Lisäksi eri menetelmillä ei välttämättä saa kerätyksi aineistoa kaikista kohdista, kuten katolta. Tästä syystä on kannattavaa yhdistää menetelmiä, joten pistepilvet ovat kattavampia ja täten hyödyllisempiä.  

Lopulta epäoptimaalisista lähtökohdista (ei tähyksiä ja vähäinen päällekkäisyys pistepilvien välillä) huolimatta on mahdollista yhdistää eri menetelmien pistepilviä. Yhdistäminen on mahdollista jopa 3 % päällekkäisyydellä, jos apuna voidaan käyttää kattavampaa aineistoa.

Mikäli innostuit kokeilemaan aineistojen yhdistämistä, suosittelemme keräämään aineiston joko yli 10 % päällekkäisyydellä tai vähintään kolmea tähystä käyttäen. Kerää aineistolle mahdollisimman paljon yhteisiä piirteitä esimerkiksi avaamalla ikkunoita tai ovia eri puolilta rakennusta ja muista pitää yhteys muuttumattomana eri menetelmien käytön aikana.