SCANNER 3D PARA ARQUITETURA E ENGENHARIA
Cada vez mais os scanners 3D ganham espaço em diversas aplicações nas áreas de arquitetura e engenharia.
Os usos são diversos e a sua aplicação extremamente ampla. O objetivo principal da utilização é a aquisição de dados, geometrias, formas, topografia, levantamento de infraestrutura, objetos e equipamentos.
Neste post vamos analisar alguns dos aspectos principais com relação ao uso destes hardwares.
TIPOS DE SCANNER, PRINCIPAIS APLICAÇÕES E PRINCIPAIS MARCAS
Inicialmente é necessário saber que existem algumas tecnologias diferentes e cada uma será mais adequada para o seu uso ou necessidade específica. Ainda, dentro de cada família de tecnologia há várias opções de equipamentos com grande variação de precisão, alcance (range), tempo de aquisição de dados, tamanho, portabilidade, e, principalmente, custo.
1 – Scanners 3D de Luz estruturada (Structured-light 3D scanner): São equipamentos que emitem luz em forma de uma malha geométrica. Esta malha geométrica pode ser visível aos nossos olhos, ou não (infra-vermelho). O próprio equipamento possui um sensor ou câmera que escaneia a luz emitida por ele e a partir da deformação da malha geométrica obtida como retorno, o software gera o modelo 3D da superfície escaneada.
As principais aplicações são levantamento 3D de objetos para reprodução em impressoras 3D, levantamento de partes biológicas para reprodução e desenvolvimento de próteses, levantamento de ambientes, aplicação em ambientes de realidade virtual, realidade aumentada, entre outros.
Algumas das principais marcas são: Shining 3D , David 3D e Occipital .
Scanners Lidar (Light Detection And Ranging): Estes equipamentos costumam ser mais eficientes para levantamentos de grandes estruturas e áreas. Funcionam por pulso de laser. A distância do objeto ou superfície medida (target) é medida de forma similar a um radar, ou seja, o equipamento calcula qual o tempo que a luz demorou para ir até o objeto e voltar para o sensor. Lembrando, velocidade x tempo = distância.
Por contar com a precisão milimétrica dos raios laser (o laser é composto por um feixe de ondas luminosas praticamente paralelas, por este motivo, sua difusão é muito menor que a luz convencional) estes equipamentos alcançam grandes distâncias e trabalham com alta precisão. São utilizados para levantamentos topográficos, arquitetônicos, civis, de infraestrutura (pontes, vias, estradas, barragens, etc.) e também tem grande aplicabilidade na área de mineração e siderurgia.
Algumas das principais marcas são: Trimble , Faro e Riegl .
Scanners Lidar aéreos: Estes equipamentos funcionam de forma análoga aos Lidar convencionais. A particularidade destes equipamentos é que são montados em aeronaves para a realização de levantamentos aéreos e para funcionarem neste ambiente contam com vários outros sensores como GPS, altímetro, inclinômetro, acelerômetros, entre outros.
Historicamente, vamos que são equipamentos sofisticados e caros. Por conta do seu tamanho são montados em aviões e helicópteros.
Com a miniaturização das coisas, estão cada vez menores e mais eficientes. Já é realidade a instalação e operação de lidares aéreos (aerial lidars) em drones (vant – veículo aéreo não tripulado).
Por conta de sua grande mobilidade, são muito utilizados para levantar grandes áreas topográficas, de minerações, linhas de transmissão, estradas, áreas urbanas, etc. Uma curiosidade, é que, em função de os raios laser penetrarem entre as folhas da vegetação, no pós-processamento é possível “eliminar” a interferência da vegetação e ter uma leitura da terra “nua”. Os sistemas montados à bordo são chamados de “airborne systems”.
Algumas das principais marcas são: Leica, Phoenix , Riegl , Trimble e Teledyne Optech .
Modelagem baseada em fotos: Embora muito sofisticada em termos de software, não demanda uma grande complexidade e investimento em hardware como as outras formas de escaneamento 3D. Uma (ou mais câmeras) fazem várias fotos, ou mesmo um vídeo de um determinado objeto. Com estas informações, um software cruza dados como ângulos, textura, luz, proporções, entre outros, para, assim, criar um modelo 3D de uma superfície escaneada. O produto final é um mesh (ou malha).
Esta tecnologia também pode ser aplicada a diversos campos de atuação como: restauração de bens tombados e patrimônio histórico, museologia, digitalização 3D de peças sacras e peças de museu, escaneamento de pessoas, superfícies, ambientes e objetos.
Algumas das principais marcas são: Autodesk , 3DSOM , Agisoft .
POR QUE SÃO EFICIENTES?
Até o momento os levantamentos “as built”, por exemplo, eram realizados com a tradicional trena. Seja esta tradicional ou à laser, elas somente nos fornecem medidas do ponto A ao ponto B.
Ok, são equipamentos básicos e funcionam muito bem para dúvidas rápidas e levantamentos aproximados. Porém, a coisa se complica muito quando o grau de complexidade sobe um degrau.
Em nosso dia a dia, já encontramos em inúmeras ocasiões a necessidade de levantamento 3D para que tivéssemos, ao final de um levantamento, uma nuvem de pontos exata e não somente um croqui com medidas de um ambiente.
Abaixo listamos e ilustramos 3 situações em que o levantamento 3D se faz extremamente necessário e importante.
1.Levantamento de ambientes com muitas interferências físicas (pilares e produtos), como por exemplo nesta loja de calçados.
2. Levantamento de ambiente que, aparentemente são regulares e ortogonais, porém que, ao passar a limpo para o software CAD o levantamento não “fecha” por conta de a edificação não ter sido construída “no esquadro”. Muitas vezes é inviável levantar as diversas diagonais necessárias para “triangular” e assim garantir as medidas corretas dos ângulos.
3. Levantamento de objetos ou estruturas com formas orgânicas, de difícil medição e alta complexidade geométrica, para posterior redesenho em software 2D ou 3D, por exemplo, como a massa escultórica desta portada de uma igreja tombada pelo patrimônio histórico (fruto de um projeto de restauro por nossa equipe).
4. Dificuldade de acesso (muitas vezes por conta da altura ou periculosidade) para se alcançar o local a ser medido. Muitas vezes o levantamento a laser, a partir do solo, dispensa a necessidade de escadas (risco), montagem de andaimes e/ou plataformas elevatórias, como por exemplo a estrutura metálica de cobertura deste galpão industrial.
PÓS-PROCESSAMENTO DE NUVEM DE PONTOS E DIFERENTES EXTENSÕES DE ARQUIVOS
O produto final de um processo de escaneamento 3D nos atende? Não. Ele deverá ser pós processado! O que significa isso? Significa que o hardware nos fornecerá uma nuvem de pontos (referenciados em XYZ) ou uma superfície (mesh).
Para que se possa utilizar estes elementos para elaboração de projetos CAD ou BIM, eles deverão ser tecnicamente trabalhados e geometrizados conforme a necessidade final de cada projeto e aplicação.
O pós processamento passar por softwares de edição e geometrização. Através deles é possível preencher trechos que não foram escaneados, recompor trechos com falhas de medição (por exemplo, objetos brilhantes e janelas/vidros geram “falhas” de leitura), e também extrair plantas e cortes vetoriais a partir da infinidade de informações que contém uma point cloud.
ESTUDO DE CASO – STRUCTURE SENSOR
Para exemplificar uma utilização prática da técnica de scanner 3D deixamos abaixo um case study de um hardware chamado Structure Sensor, do fabricante Occipital.
É um equipamento que se acopla a um iPad (pode ser o iPad convencional, Mini ou o Pro). Ele possui um emissor e um captador de iluminação IR (infra-red). Assim, junto com a câmera convencional do iPad – utilizada para colorir e mapear as texturas – ele cria um modelo ou maquete 3D do ambiente escaneado.
Ao filmar o ambiente, ele captura luz estrutura, processa os dados e cria um mesh (malha poligonal), em 3D do ambiente real.
É essa malha ou a nuvem de pontos geradas por ela que nos permitirão trabalhar em software 3D para desenvolver o projeto.
No vídeo abaixo possível ver o equipamento em ação e a partir daí, imaginar quais as diversas aplicações para esta técnica de aquisição de dados.
LEVANTAMENTO 3D (3D SCANNING) NO BRASIL
Nossa equipe está pronta para atende-lo em suas necessidades de levantamento 3D.
Atualmente, os equipamentos de escaneamento 3D são extremamente caros, principalmente os mais eficientes que utilizam a tecnologia Lidar. Desta forma a aquisição de equipamentos se mostra inviável, visto que haverá alto índice de ociosidade de um ativo valioso, o que não viabilizará o seu pay-back.
Embora os valores sejam razoáveis no exterior, o fato de serem todos os equipamentos importados esbarra nas altas taxas de câmbio e principalmente nos elevados impostos a que nos submete nosso governo, chegando facilmente a 100% do valor original do equipamento.
Como alternativa, há no mercado empresas parceiras, especializadas em aluguel de hardware técnico e equipamentos de acordo com cada necessidade.
Para operá-los, pós-processar os dados, e garantir a entrega final de um produto de qualidade, conte conosco!
Saiba mais em www.renatomelo.com
Cordialmente,
Renato Melo.
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Renato Melo | Sócio-Diretor – Departamento de Projetos
Renato Melo | Arquitetura
T +55 31 2511 8920 | F +55 31 2511 8920 | C +55 31 98696 8877
site: www.renatomelo.com | e-mail: info@renatomelo.com
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