Зберігання та розповсюдження 3D-даних - 3D-оцифровка; Будівництво

Зберігання та розповсюдження 3D-даних

3D-сканування за допомогою лазерграмметрії та фотограмметрії може значно збільшитись швидкість огляд існуючих. Поліпшення точність показання дають змогу підвищити надійність досліджень, пов’язаних з розробкою існуючих ділянок або споруд, таких як ремонт будинків.

Але аналог цілком реальний: хмара точок або сітка - це дуже великі комп'ютерні дані.

Вага даних 3D сканування

Поширено, що модель, отримана в результаті тривимірної оцифровки існуючої сцени, перевищує терабайт (або 1000 гігабайт).

Ми бачили, що певні методи дозволяють зменшити вибірку даних, щоб полегшити вагу. Хоча цей крок оптимізації даних представляє реальний інтерес, дані 3D залишаються незалежно від того, що. масивний і складний для спільного використання.

Корисно сплутати це поняття у світі будівництва.

3D-цифрова модель структури стала центральною частиною дискусій між зацікавленими сторонами, оскільки BIM став більш демократичним. Цей процес має безліч переваг:

Тривимірні дані знаходяться в центрі зацікавлених сторін, а не навпаки: менше часу витрачається на збір та збір даних у відриві від кожного учасника будівельної галузі.
робота стає більш спільною: обмін однією і тією ж моделлю дає змогу використати еволюцію проекту, забезпечуючи тривимірну базу для обговорень.

Процес BIM ставить у центр дискусій 3D-цифрову модель - Джерело: bimbtp.com

Зараз будівельні фахівці звикли до цього методу спільної роботи навколо 3D-даних.

Однак захоплення реальності дає настільки масивні масиви даних, що сучасні технологічні обмеження роблять співпрацю навколо них дуже складною.

Де зберігати ці великі дані? Як дозволити всім учасникам будівельного проекту скористатися ним, незалежно від їх географічного розташування? Як використовувати ці дані як вектор спілкування при адаптації до сучасних технологічних меж ?

Матеріальні ресурси, необхідні для використання хмар точок

Простий акт використання хмари точок для модель цифрова BIM-модель наприклад, у Revit вимагає, щоб дані 3D-сканування зберігалися на ПК моделювача BIM, який повинен мати достатньо апаратних ресурсів, щоб мати можливість зберігати та відображати кілька мільйонів точок у будь-який час.

Сканувати в BIM: змоделюйте цифрову BIM-модель на основі хмари точок.

Це дуже конкретно вимагає оснащення робочої станції:

жорсткі диски SSD (не традиційні жорсткі диски, оскільки швидкість читання та запису буде занадто низькою) достатній обсяг пам’яті для розміщення 3D-даних,
достатньо ОЗП (оперативна пам'ять), щоб дозволити програмному забезпеченню використовувати хмари точок при їх обробці без необхідності доступу до жорсткого диска на кожному етапі розрахунків,
з Графічна картка досить потужний для відображення 3D-даних на екрані, а іноді і для сприяння обробці,
з процесор що мають щонайменше 8 ядер з номінальною частотою порядку 4 ГГц.

Ці компоненти дорогі.

Це реальність: 3D-сканування дороге, і використання отриманих даних є не менш важливою інвестицією.

І тим не менше, на даний момент ми говорили лише про «живі» дані, щодо яких слід вживати заходів. Очікується ще одна ІТ-вартість: архівування даних.

Локальне 3D-зберігання даних

Хмара точок 3D сцени дозволяє зберегти цифровий дублікат структури. Ми переконалися, що вигоди та очікування в цій галузі дуже реальні. Ці 3D-дані є чудовим інструментом для документування того, що вже існує, та збереження "цифровий близнюк”Роботи, які одночасно полегшують управління та обслуговування. Зберігання 3D-даних у наполегливий тому потрібно. Однак за кількістю сотень гігабайт на бізнес перевести цю потребу в сховищі у реальне та відповідне ІТ-обладнання непросто.

Таким чином, першим рівнем інвестицій, який слід передбачити, буде придбання сервер зберігання мережі (NAS). Перевага цього типу обладнання полягає в тому, що доступ до нього є кількома співавторами в рамках мережі компаній, пропонуючи при цьому певні основні гарантії в рамках архівування комп'ютерних даних, таких як технологія RAID, що дозволяє вийти з ладу одного з жорстких дисків NAS, без втрати даних. Очевидно, що як і в будь-якій ІТ-інфраструктурі, використовувані засоби різняться залежно від конфігурації компанії та використовуваних процесів.

Окрім цих технічних міркувань, важливо відрізняти те, що можна кваліфікувати як "локальне сховище", від рішень "віддаленого зберігання". Поняття "місцеві”Мається на увазі, що дані є зберігається лише у місці виробництва та експлуатації, на відміну від сховища далекий який зазвичай позначає сервер розміщений у центрі обробки даних (Amazon S3, Google Drive, традиційний хост ...).

Всередині центру обробки даних Google.

Віддалене зберігання 3D-даних

Питання не в тому, чи слід віддалено зберігати місцеве рішення, чи навпаки. Зрозумійте це стійкість даних - головне питання.

"Цифровий двійник" будівлі повинен зберігатися до тих пір, поки будівля живе, тобто в середньому від 5 до 10 десятиліть.

Ризик, представлений втрата даних має бути повністю враховано. Реплікація даних у різних місцях зменшує цю небезпеку. Зберігання хмари точок локально, але також на сервері чи “хмарній службі”, насправді є необхідністю.

Але давайте продовжимо і повернемось до спільної сторони, яку очікують користувачі 3D-даних. Локальне зберігання даних означає відтворення шаблону, описаного промоутерами BIM: дані, що зберігаються в декількох місцях, зменшуючи взаємодію між зацікавленими сторонами в будівництві та призводячи до втрати ефективності. Однак 3D-захоплення реальності, очевидно, виявляє повну взаємодоповнюваність із процесом BIM. Збережіть це синергія По всьому ланцюжку роботи це звучить як ні до чого.

Етапи еволюції до процесу BIM рівня 3 (джерело)

Співпраця “BIM Level 2” або “BIM Level 3” нав'язує 3D-сховище даних на розміщеному робочому сервері і доступна кожному зацікавленому стороні в режимі реального часу.

Так само хмари точок та 3D-сітки, отримані в результаті тривимірного сканування, не можуть претендувати на можливості спільної роботи без збереження та надання доступу до веб-сервера.

Видавці програмного забезпечення повністю зрозуміли масштаб ставок та економічний потенціал потокових додатків хмарних точок та 3D-сіток.

На шляху до потокової передачі даних 3D

Ми не можемо сказати цього досить: дані 3D-сканування надзвичайно важкі. Іноді їх можна буде надіслати через веб-службу для надсилання великих файлів (Google Drive, FTP-сервер тощо). Але одержувач повинен буде завантажити всі дані, перш ніж їх можна буде прочитати, що може зайняти кілька довгих годин.

Як бачите, ми далеко від ефективної та миттєвої співпраці. Не можна заперечувати, що труднощі з передачею широкомасштабних цифрових моделей є справжньою проблемою.

Давайте шукатимемо у дзеркалі заднього огляду натхнення для знайдених раніше рішень щодо подібних питань. Для цього давайте розглянемо оцифровка ринку музики та відео.

Хронологічно дані зберігаються різними способами:

локальні та аналогові (VHS/аудіокасети),
локальний, але цифровий (CD, DVD),
дематеріалізовані, цифрові, стиснуті та завантажувані для локального використання (однорангові, iTunes, MP3, DivX)
дематеріалізовані, цифрові, стиснуті та придатні для використання в режимі реального часу без попереднього завантаження (потокове передавання, Deezer, Netflix, Youtube тощо)

Аналогія з еволюцією Росії комунікаційні методи в будівництві цілком зрозуміло:

Касети та VHS = паперові плани, намальовані без комп’ютера,
CD і DVD = Комп’ютерний дизайн: цифровий дизайн зберігається локально,
Peer-to-peer = рівень BIM 0 до 1: цифрові дані передаються асинхронно,
Netflix та Youtube = Рівень від 2 до 3 BIM: цифрові дані, що передаються в режимі реального часу.

Еволюція методів цифрового спілкування

"Потокове передавання" - це техніка для потокової передачі та відтворення мультимедійних даних в Інтернеті, без завантаження даних, а також дозволяє прогресивне відображення в режимі реального часу.

Саме цей метод дає можливість обмінюватися музикою (Deezer, Spotify) та відео (Youtube, Netflix) миттєвий та спільний. Тривимірні хмари точок та дані сітки - це ні що інше, як комп'ютерні файли, які, таким чином, можуть йти тим самим шляхом. Усі служби "3D Web" покладаються на метод потокового передавання.

Протоколи та алгоритми відрізняються від однієї служби до іншої, але також залежно від типу 3D-даних.

Переключіться з лінійного навантаження на прогресивне

3D-хмару точок можна визначити як «список пікселів, розташованих у тривимірній системі координат». Кожен піксель визначається як мінімум трьома відомостями:

Координата X,
Y координата,
Z координата.

Інша інформація, як правило, доповнює ці дані (відбивна здатність, місце сканування, категоризація точки тощо).

Складене зображення хмари точок у кольорах RGB та відбивальній здатності.

Для зберігання хмар точок можна використовувати декілька форматів даних (.xyz, .las,…). Концептуально переважно візуалізувати таблицю Excel з одним рядком на піксель і одним стовпцем для кожного типу інформації, що характеризує точки.

Вміст файлу XYZ хмари точок (стовпці: X, Y, Z, червоний, зелений, синій)

Прогресивне відображення даних у реальному часі може складатися з прогресивного відображення, рядок до рядка, 3D-пікселі, перелічені у файлі. Але рядки, що впорядковуються без можливого врахування сегменту сцени, який користувач бажає візуалізувати, останній не може бути впевненим, що бачить лише максимальний рівень точності данихпісля повного завантаження набору даних. Що, очевидно, не є метою.

Цього разу рішення має бути натхнене сучасними практиками у світі картографії та Геоінформаційні системи (Інтернет ГІС) розповсюдження великих даних.

Ви вже знаєте цей тип послуг: Google Maps, Geoportail, Here Maps ... Усі ці послуги базуються на поступовому відображенні даних на основі точки зору користувача. Якщо ви хочете побачити цілу країну, ви побачите зшиті супутникові знімки, тоді, збільшуючи масштаб, точніші дані завантажуватимуться в область, видиму на екрані, але в іншому випадку.

Цей принцип “плитка піраміди”Полягає у створенні багатомасштабних наборів даних.

Піраміди даних

Піраміди покращують продуктивність. Це зразки вихідного набору даних. Піраміди можуть містити багато проб прошарків. Для 2D-даних кожен послідовний шар піраміди зменшується вдвічі.

Принцип розміщення даних у ГІС (джерело: ESRI)

Щодо 3D-даних, принцип такий самий, але з додатковим виміром. Це дає куби, вкладені всередину кубів, з поділом на два довжини кожної грані для кожного рівня масштабу.

Отже, це призводить до поділу кожного куба даних на вісім кубів з вибіркою, які будуть видні на вищому рівні масштабу. Цю операцію вкладання 8 кубів в інший куб можна повторити на декількох рівнях: батьківський куб містить вісім кубів «дочірнього рівня 1», кожен із цих дочірніх кубів містить вісім інших кубів «дочірнього рівня 2», і тому прямо зараз.

Ця концепція вкладеності називається "структура октреїв”; це тривимірна варіація принципу бінарних дерев.

Структура хмари точок в жовтні (джерело: MathWorks)

Покращена продуктивність дисплея

Пірамідальні плитки дозволяють прискорити відображення даних, отримуючи лише дані з визначеною роздільною здатністю, необхідною для відображення. Коротше кажучи: якщо користувач спостерігає за даними з великої відстані, відображається лише перший рівень масштабу. Точніші дані завантажуватимуться лише в тому випадку, якщо він вирішить збільшити область.

У пірамідах копіювання даних із нижчою роздільною здатністю швидко відображається при малюванні всього набору даних. Під час збільшення масштабу відображаються рівні з вищою роздільною здатністю.

Дотримуючись цього принципу, продуктивність дисплея залишається незмінною, оскільки програмне забезпечення автоматично вибирає найбільш відповідний рівень піраміди залежно від масштабу відображення користувача. Без пірамід весь набір даних слід читати з диска повністю.

Служби потокової передачі даних 3D

Незважаючи на значні технологічні розробки, співпраця в режимі реального часу (BIM Level 3) все ще часто є найважливішою мрією.

На даний момент лише продавці, які мало піддаються реальному повсякденному життю будівельних компаній, можуть претендувати на чудодійне рішення в цій галузі.

Технологічні ставки високі, але амбіції споживачів реальні та спільні, чого достатньо для мотивації інвестицій у дослідження та розробки. Тому рішення з’являються вже кілька років.