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ATTRAVERSO CLOUDCOMPARE
Introduzione al software e spiegazione dei comandi base
Mattia Ferrari - mattia.ferrari5@studio.unibo.it
1. INTRODUZIONE
Attraverso un rilevo fotogrammetrico o tramite una scansione laser scanner è possibile ottenere una nuvola di punti dell'oggetto di studio; ognuno dei punti elaborati avrà un'informazione riguardante la sua posizione nello spazio rispetto ad un sistema di riferimento locale e verrà salvato all'interno di un file. Oltre a tale informazione è possibile conoscere per ogni punto la data di scansione e, a seconda della strumentazione utilizzata, anche il contenuto radiometrico, l'informazione del colore e qualsiasi altra informazione richiesta dal committente del lavoro.
Il file sarà composto da una nuvola di punti con annessi metadati. I metadati sono dati che descrivono altri dati, in particolare in riferimento ai documenti digitali; a seconda della quantità di punti registrati e dei metadati
la nuvola apparirà più o meno densa e di conseguenza anche il peso del file sarà più o meno importante.
Per processare questi prodotti è necessario utilizzare un software che lavora con le nuvole di punti; in commercio ne esistono molti sia a pagamento che gratuiti; uno dei più famosi è CloudCompare (CC): un software gratuito per piattaforma Windows, IOS e Linux che processa nuvole di punti e mesh triangolari.
In origine CC serviva per confrontare nuvole di punti da rilievi laser scanner ma successivamente è stato implementato in un software di elaborazione di nuvole di punti. Negli anni sono stati implementati e sviluppati nuovi tools e di conseguenza le versioni successive del software permettono all'utente di avere degli strumenti in grado di elaborare dati tridimensionali. CC permette di fare molteplici elaborazioni sulle nuvole di punti, ad esempio: visualizzare la restituzione plano-altimetrica dell'elaborato, ispezionare
la nuvola di punti tridimensionale ruotandola nei tre assi dello spazio, disegnare linee e polilinee sul modello tridimensionale per evidenziare aspetti o parti importanti, misurare distanze e superfici per stimare volumi e interventi, eliminare o estrarre una parte della nuvola di punti di maggiore interesse, interrogare le coordinate dei punti, creare delle mesh. Il software è anche in grado di lavorare con più di una nuvola di punti per volta in maniera da poterle sovrapporre, confrontare e unire. CC è sviluppato in C++ ed è disponibile per architetture a 32 e a 64 bits. La maggior parte degli algoritmi processati dal software si basano sulla struttura octree: essa è una struttura di dati ad albero in cui ogni nodo interno ha esattamente otto figli. Gli octrees sono spesso usati per partizionare uno spazio tridimensionale suddividendolo ricorsivamente in otto ottanti. In un octree point region (PR), il nodo memorizza un punto tridimensionale esplicito, cheè il "centro" della suddivisione per quel nodo; il punto definisce uno degli angoli per ciascuno degli otto figli. In un octree basato su matrice (MX), il punto di suddivisione è implicitamente il centro dello spazio rappresentato dal nodo. Il nodo radice di un octree PR può rappresentare uno spazio infinito; il nodo radice di un octree MX deve rappresentare uno spazio limitato finito in modo che i centri impliciti siano ben definiti. Utilizzando una ricerca in profondità, i nodi devono essere attraversati e devono essere visualizzate solo le superfici richieste. L'algoritmo di quantizzazione del colore octree, inventato da Gervautz e Purgathofer nel 1988, codifica i dati del colore dell'immagine come un octree fino a nove livelli di profondità. Gli octrees sono usati perché 2^3 = 8 e ci sono tre componenti di colore nel sistema RGB. L'indice del nodo da cui diramarsi al livello superiore è determinato da una formula cheutilizza i bit più significativi dei componenti di colore rosso, verde e blu. Il livello inferiore successivo utilizza il significato del bit successivo e così via. A volte i bit meno significativi vengono ignorati per ridurre la dimensione dell'albero. L'algoritmo è altamente efficiente in termini di memoria perché la dimensione dell'albero può essere limitata. Il livello inferiore dell'octree è costituito da nodi foglia che accumulano dati di colore non rappresentati nell'albero; questi nodi inizialmente contengono singoli bit. Se nell'octree viene immesso un numero di colori della tavolozza molto superiore a quello desiderato, la sua dimensione può essere ridotta continuamente cercando un nodo di livello inferiore e calcolando la media dei suoi dati bit in un nodo foglia, potando parte dell'albero. Una volta completato il campionamento, l'esplorazione di tutti i percorsi nell'albero fino ai nodi.| Type | Extension(s) | Description | Read | Write | Binary/ASCII | Features |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Normals, colors (RGB), scalar fields | .bin | CloudCompare own format | X | X | binary (>1) | labels, viewports, display options, etc. |
| Normals, colors (RGB), scalar fields | .sbf | Simple binary format | X | X | binary | Scalar fields (>1) |
| Normals, colors (RGB), scalar fields | .asc, .txt, .xyz, .neu, .pts | ASCII point cloud file (X, Y, Z, etc.) | X | X | ASCII (all) | Colors (RGB) and various scalar fields |
| Normals, colors (RGB or I), scalar field | .las | ASPRS lidar point clouds | X | X | binary (see LAS 1.4 specifications) | Normals, colors (RGB or I), scalar field |
| Robust normals can be computed at | .e57 | ASTM E57 file format | X | X | mixed (intensity) | Robust normals can be computed at |
| LEICA point cloud export format | .ptx | LEICA point cloud export format | ascii | loading time | ||
| FARO formats | .fls, *.fws | FARO formats | binary | Scalar |
- field (reflection value)
- Colors (RGB), robust normals can be
- DP .dp
- DotProduct (DPI-7) format X binary computed at loading time
- PCD .pcd
- Point Cloud Library format X X binary (>1)
- Stanford 3D geometry format (cloud or mesh)
- Normals, colors (RGB or I), one ore
- PLY .ply
- bothmesh) several scalar fields, a single texture
- OBJ .obj
- Wavefront mesh X X ASCII Normals, materials and textures
- VTK .vtk
- file format (triangular mesh or cloud only) (>1)
- STL .stl
- STereoLithography file format (mesh) X X ASCII Normals
- OFF .off
- Object File Format (mesh) X X ASCIIASCII or Normals, colors (RGB), materials and
- FBX .fbx
- Autodesk (Filmbox) File Format X X BINARY textures
- DXF .dxf
- Autocad DXF format X X ASCII Normals, colors (RGB)
- SHP .shp
- ESRI Shape file format X X binary Scalar fields (1 per entity)
- pdms, .pdmsmac,PDMS
- PDMS macros X ASCII.mac
- RASTER .geotiff, etc.
- Common raster formats (GDAL) X X binary Layers (as scalar
fields)
Bundler SfM output file (moreOUT (Bundler) .out X ASCIIinformation here)
2D images .jpg, *.png, *.bmp, etc. Standard images binary
PV .pv Point cloud + scalar field X X binary Scalar field (1)
PN .pn Point cloud + normals X X binary Normals
SOI .soi Mensi/Trimble Soisic laser scanner X ASCII Colors (I)
POV .pov Multiple stations (meta file) X ASCII + both All + sensor poses
ICM .icm Cloud + calibrated pictures X ASCII + both All + camera poses
Geo-Mascaret .georef Mascaret profiles X ASCII
Sinusx .sx Sinusx curves X X ASCII
CSV matrix .csv Cloud as 2D1/2 matrix X ASCII
Questa elevata compatibilità agevola maggiormente il lavoro dell’operatore che non deve preoccuparsi di avere un determinato tipo di file prima di poterlo processare. Il formato proprietario di CC è quello BIN ed è quello che presenta il maggior numero di caratteristiche.
Nelle successive pagine vengono riportati e spiegati sinteticamente i comandi base del software per iniziare a processare le
nuvole di punti.
2. VISUALIZZAZIONE DEGLI ELEMENTI IN CLOUDCOMPARE
Dopo aver avviato il programma, apparirà la schermata di lavoro come la seguente:
Nella parte superiore sono presenti due barre orizzontali: una dove sono collocati tutti i comandi del software (file, edit, tools, display, plugins, 3D views, help) e una dove si trovano tutti gli strumenti principali per processare le nuvole di punti; sulla parte sinistra è presente una barra verticale dove sono disponibili le opzioni di visualizzazione; di fianco a questa barra si trovano le finestre che indicano sia la lista dei file aperti sia le proprietà di essi; infine a destra appare un ambiente 3D dove sarà visibile il file una volta aperto.
Per aprire il file relativo alla nuvola di punti bisogna andare su file open e selezionare i file d'interesse. Dopodiché il programma importerà i file selezionati e saranno visibili sulla finestra di lavoro.
Per questo esempio sono state caricate
colore dei punti nella nuvola. Selezionando la riga intensity è possibile modificare l'intensità radiometrica dei punti. Selezionando la riga position è possibile visualizzare la posizione dei punti nello spazio.il valore minimo e massimo del campo scalare. Inoltre, è possibile impostare la trasparenza del campo scalare, la visualizzazione dei contorni e la visualizzazione delle etichette dei valori.la scala di fianco. Tramite i cerchi bianchi situati a destra e a sinistra, puoi regolare il livello di ingrandimento della pagina.
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