Point Cloud Data กับการออกแบบสถาปัตยกรรม

ต่อจากบทความที่แล้วเรื่อง “งานสำรวจด้วย Laser Scanner” และ “Point Cloud Data กับ AutoCAD Civil 3D”

คราวนี้จะเป็นการนำข้อมูลจาก Laser Scanner มาใช้กับงานทางด้านสถาปัตยกรรม ด้วยโปรแกรม Revit Architecture

การใช้การสำรวจด้วย Laser Scanner สำหรับอาคาร ในตอนนี้มักจะใช้กับการอนุรักษ์ ร่วมกับการ Renovation อาคารสถานที่เก่า ที่ไม่สามารถหาพิมพ์เขียว หรืออาคารที่มีการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงไปมาก และไม่ได้แก้ไขแบบพิมพ์เขียว เช่นอาคารเก่า ที่มีอายุ 30 – มากกว่า 100 ปี หรืออาคารโรงพยาบาลเก่า  ที่มีการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงห้องต่างๆ การเดินสายไฟ สายอุปกรณ์ สาย oxygen ปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ทางการแพทย์ ฯลฯ หลายต่อหลายครั้ง เมื่อต้องการอนุรักษ์อาคารเดิม และต้องการปรับปรุงอาคารไปด้วย การสำรวจโดยใช้อุปกรณ์ Laser Scanner จึงเป็นทางเลือกใหม่ในปัจจุบันที่สามารถเก็บรายละเอียดได้ครบ ทำการนำเสนอในรูปแบบ 3 มิติ สามารถทำการตรวจแบบที่แสกนแบบ real time walk thru ได้ และสามารถนำข้อมูลการสำรวจใช้งานร่วมกับโปรแกรมออกแบบรุ่นใหม่ เช่นใช้กับโปรแกรม Revit Architecture ออกแบบใน BIM concept แบบ 3 มิติ ซึ่งจะกล่าวถึงขั้นตอนต่อไป

บทความนี้จะขอกล่าวเป็น Conversion Series เพราะจริงๆแล้ว Work flow การทำงานก็คือการนำข้อมูลเดิมที่มี มาทำการ Convert จากข้อมูลเดิมให้เป็นข้อมูล CAD ที่นำไปใช้งานต่อ (ออกแบบ และเขียนแบบ) ได้นั่นเอง และบทความมีความยาวเล็กน้อย

การเก็บข้อมูล
เป็นขั้นตอนหนึ่งของการทำงาน เป็นการเตรียมข้อมูลเพื่อนำไปใช้ในการออกแบบ

การออกแบบอาคารใหม่ การเตรียมข้อมูลก็เป็นแบบหนึ่ง เช่น การเตรียมข้อมูล Location บรรยากาศและภูมิอากาศ พื้นที่บริเวณที่จะก่อสร้าง เงื่อไขการออกแบบ ความต้องการของลูกค้า ฯลฯ จากนั้นก็จะเข้าสู่ขั้นตอนการนำข้อมูลเหล่านั้นมาประมวลผลและออกแบบ

การปรับปรุงอาคารเก่า การเตรียมข้อมูลจะเป็นการหาข้อมูลแบบที่ออกแบบไว้แล้ว จะยากง่ายขึ้นกับข้อมูลที่สามารถหาได้  ปกติก็คือพิมพ์เขียวแบบของอาคารนั่นเอง แต่ถ้ามีแบบพิมพ์เขียวก็ต้องดูว่าเป็นกระดาษหรือ CAD file ถ้าเป็น CAD file เป็น format อะไร AutoCAD หรือ Micro station เป็นต้น มีความทันสมัย (Updated) มากน้อยแค่ไหน ซึ่งส่วนมากแบบมักไม่ทันสมัย แต่ถึงแม้ไม่ทันสมัยก็ยังดีกว่าไม่มี หรือแย่กว่านั้นคือไม่สามารถหาได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับอาคารที่อายุ 50 ปีขึ้นไป) ดังนั้นจึงเป็นที่มาของการเข้าสำรวจในพื้นที่เพื่อเตรียมข้อมูลเพื่อการออกแบบ ถ้าไม่มีก็ต้องเริ่มวัดกันใหม่ ด้วนเทคโนโลยีที่ปรับเปลี่ยนไปที่กล่าวไปแล้วในบทความก่อน จากแถบวัด เรื่อยมาจนพัฒนามาเป็น Laser Scanner ที่มาช่วยงานให้เร็วขึ้น ถูกต้องแม่นยำ และนำไปออกแบบต่อได้มีประสิทธิภาพขึ้น

การแปลงข้อมูล (Conversion)

แต่ข้อมูลที่ได้จากการแสกนแบบ 2D CAD กับ 3D Laser Scanner Data มี Workflow ต่างกันตรงที่การแปลงข้อมูล (Conversion) เพราะเป็นข้อมูลคนละแบบกัน

-         แปลงข้อมูลภาพ (Raster to Vector Conversion)

เป็นการทำงานกับภาพอิมเมจ หรือที่เรียกว่า Raster File ที่แสกนเข้าในคอมพิวเตอร์ จากนั้นใช้โปรแกรมแปลงจากภาพ (Image / Raster) ให้เป็น Vector เพื่อเอาไปเขียนแบบหรือออกแบบต่อไป โดยการทำงานจะสามารถทำได้ 3 แบบคือ Manual, Semi-Automatic และ Automatic ขึ้นอยู่กับโปรแกรมที่นำมาใช้งาน Conversion

ในที่นี้มาเรียนรู้เรื่อง Image และ Conversion กันสักหน่อย

Raster  ภาพอิมเมจ หรือที่เรียกว่า Raster File คือชุดของจุดหรือพิกเซล (Dot / Pixel) ที่ประกอบกันขึ้นมาเป็นรูปภาพ ข้อมูลเหล่านี้จะเกิดขึ้นเมื่อเราสแกนแบบวาดที่เป็นกระดาษ, blueprint หรือรูปภาพ
ภาพ Raster (Raster Image) มี 3 ชนิดหลักๆคือ
 
Bitonal  คือภาพลายเส้นสองสี โดยส่วนใหญ่จะเป็นสีขาวดำ เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Binary

Garyscale คือภาพที่มีเชด (shade) ของสีเทา เช่นภาพที่สแกนเป็นภาพขาวดำ

Color คือภาพที่มีหลายสี เช่นภาพถ่ายทางอากาศสี ภาพถ่ายดาวเทียมสี เป็นต้น

ข้อมูลเวคเตอร์ (Vector Data) สร้างจากการคำนวณทางคณิตศาสตร์ (Mathematical equations) ในการสร้างเส้น, ส่วนโค้ง และวัตถุอื่นๆ  ข้อมูลเวคเตอร์ โดยปกติประกอบด้วย จุดที่แสดงคุณสมบัติทางเรขาคณิตอย่างชัเดจน ข้อมูลเหล่านี้จะถูกสร้างเมื่อเราวาดรูปวัตถุเหลานั้นด้วยโปรแกรม CAD เช่นโปรแกรม AutoCAD

โปรแกรม Conversion มีหลายชนิด หลายความสามารถ และหลายระดับราคาตั้งแต่ฟรีจนถึงหลักแสนซึ่งขึ้นอยู่กับความสามารถ และ functions ที่ต้องการนำมาใช้งาน และมีทั้งที่ทำงานแบบ Stand alone ด้วยตัวเอง และที่ทำงานบนโปรแกรม CAD
แต่ก่อนจะนิยมใช้โปรแกรมแบบ stand alone เช่น Photoshop เพราะไม่มีโปรแกรมทางด้านภาพให้ใช้มากนัก ซึ่งโปรแกรมไม่ได้ถูกออกแบบมาทำงานด้านออกแบบ CAD จึงไม่ค่อยสะดวกในด้าน functions ที่ CAD ต้องการ แต่ถ้า function ทางด้านภาพโปรแกรมมีให้ใช้ได้ตามมาตราฐานอยู่แล้ว ดังนั้นจึงทำงานกันคนละครั้ง เช่น ใช้โปรแกรมภาพแก้ไขปรับปลี่ยนภาพ แล้ว import เข้าโปรแกรม CAD เพื่อวาดเส้น ถ้าต้องการแก้ไขภาพใหม่ก็กลับไปที่โปรแกรมภาพทำการแก้ไขใหม่ จากนั้นกลับเข้าโปรแกรม CAD ทำการ Import ภาพใหม่เข้ามาเพื่อวาดเส้นต่อ การทำงานกันคนละครั้งกับ CAD ทำกลับไปกลับมาระหว่างโปรแกรม ทำให้ Work Flow ไม่สัมพันธ์กันและไม่ค่อยสำดวกนัก ต่อมาเมื่อมีโปรแกรมที่ทำงานบน CAD ทำให้สามารถทำงาน CAD และงานภาพไปพร้อมกันทำให้ทำงานสะดวกขึ้น มี Functions ทั้งงานภาพและงาน CAD ที่สามารถใช้พร้อมกัน ทำให้ทำงานสะดวกมากขึ้น เช่นระหว่างที่ใช้ CAD กำลังวาดเส้นต้องการประบแก้ภาพ จาก Colour เป็น ขาวดำ เพื่อนำไป Trace ลายเส้น ก็สามารถใช้คำสั่งปรับแก้ได้ทันที และใช้ function ของ CAD วาดเส้นต่อ โดยไม่ต้องออกจากโปรแกรม CAD เป็นต้น

(To be continue)

Point Cloud กับ AutoCAD Civil 3D

ต่อจากบทความที่แล้วเรื่อง "งานสำรวจด้วย Laser Scanner" บทความนี้เรามาทำงานต่อเนื่อง เมื่อทำงานสำรวจด้วยเครื่อง Laser Scanner แล้วได้ข้อมูลสำรวจมา เราจะนำข้อมูลนั้นมาใช้งานต่อในโปรแกรม AutoCAD Civil 3D เพื่อสร้างภาพพื้นที่ที่สำรวจ และจากข้อมูลนั้นจะนำมาสร้างเป็น Surface และ Contours เพื่อนำไปเป็นข้อมูลเพื่อการออกแบบ ในขั้นตอนต่อไป 

จากนี้ไปจะเป็นขั้นตอนการนำเข้าข้อมูลสำรวจด้วย Laser Scanner มาทำงานต่อ
เริ่มต้นนำเข้า Point Cloud data  ที่ Point Cloud คลิกขวาเม้าส์ เลือกคำสั่ง Create Point Cloud

ที่  Create Point Cloud ไดอล็อกบ็อกซ์

Information:

ตั้งชื่อ Point Cloud ที่นำเข้าชุดนี้
Point Cloud Style : Single Color
แล้วคลิก  Next

Source Data:

ใต้ Source Data
สามารถเลือกสร้าง Point Cloud ใหม่ได้ใน format ต่างเช่น LAS, TXT. Geo Tiff, PTS เป็นต้น


ในที่นี้จะนำเข้า Point Cloud ที่ได้มา
คลิกเลือก
(x) Use an existing point cloud database

ที่ Existing point cloud database คลิกที่ปุ่มรูปแฟ้มด้านหลัง
Browse ไปที่แฟ้มที่เก็บไฟล์

เพื่อไปเลือกไฟล์
คลิก open

Summary:

คลิก Finish

โปรแกรมจะนำเข้าข้อมูล Point  Cloud มาสร้างใน AutoCAD Civil 3D จะใช้เวลามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของข้อมูล Point Cloud ที่นำเข้า

โปรแกรมจะทำงานแบบ Background โดยมีคำเตือนแจ้งให้ทราบที่ด้านล่างขวามือ สามารถทำงานอื่นได้ในขณะที่โปรแกรมกำลังนำเข้าข้อมูล
และแจ้งให้ทราบเมื่อนำข้อมูลเข้าเรียบร้อยแล้ว

สามารถเปลี่ยน Point Cloud Properties เพื่อให้แสดงผลตามที่ต้องการ ในที่นี้เปลี่ยนการแสดงผลเป็นแบบ Elevation Range

ในตัวอย่าง จะเปลี่ยนค่าElevation Range ให้มีค่าระดับแสดงเพียง 2 ค่าเพื่อดูระดับ Clearance ของสะพาน

จากนั้นสามารถสร้าง surface พื้นผิวจากข้อมูล Point Cloud ได้ด้วยคำสั่ง PointCloud > Add Points to Surface

ที่ Add Points to Surface ไดอล็อกบ็อกซ์

Surface Options:

   Surface Options (x) add points to a new surface

   Name: ตั้งชื่อ surface ที่กำลังจะสร้าง

Region Options: กำหนดบริเวณที่ต้องการสร้าง surface

ในที่นี้คลิกเลือก (x) Window polygon ต้องการกำหนดบริเวญที่ต้องการสร้าง surface

ที่ 2.Define the region คลิกปุ่ม Define Region in drawing

คลิกลากเส้น ล้อมรอบบริเวณที่ต้องการ ทำให้เป็นเส้นปิดด้วยคำสั่ง C (close) <Enter>

คลิก Finish

โปรแกรมจะสร้าง Surface และแสดงผลในบริเวณที่กำหนด

เมื่อปิดการแสดงผล Point Cloud ก็จะสามารถนำ Surface ที่ได้ไปทำงานทางด้านการออกแบบต่อไป

 

งานสำรวจด้วย Laser Scanner

จากที่ได้ on-line เรียนรู้เรื่อง การสำรวจด้วยเครื่อง Laser Scanner – Faro ทำให้สนใจค้นคว้าหาข้อมูลมาเพิ่มเติมเพื่อเขียนเป็นบทความเกี่ยวกับวิวัฒนาการงานสำรวจ และการนำข้อมูลสำรวจนั้นมาทำงานออกแบบ ในบทความนี้จะกล่าวถึง

·        วิวัฒนาการของงานสำรวจโดยดูจากวิวัฒนาการของเครื่องมือสำรวจ

·        Laser Scanner ทำงานอย่างไร

·        Workflow

วิวัฒนาการของงานสำรวจ

ดูที่รูปภาพที่แสดงถึงวิวัฒนาการของเครื่องมือสำรวจที่พยายามหารูปมาสื่อให้เข้าใจได้ง่าย
การสำรวจถ้าเรามองย้อนไปในอตีตจะเห็นวิวัฒนาการของเครื่องมือการสำรวจ จากการวัดด้วยเครื่องมือพื้นฐานเช่น โซ่วัดระยะจากระบบ Manual ได้พัฒนามาเป็นระบบเครื่องมือกลไก กึ่ง Manual เป็นครื่อง Transit, Theodolite วัดมุมในแนวระนาบและแนวดิ่ง เครื่องวัดระดับ (Level) แล้ววิวัฒนาการมาเป็นระบบ Digital เป็นเครื่องมือสำรวจระบบ Total Station, ระบบ GPS (Global Positioning Systems) และเป็นระบบ Laser Scanner ที่จะกล่าวถึงต่อไป

ในต่างประเทศและบ้านเรามีการนำข้อมูล Digital ที่ได้จากเครื่องมือสำรวจ นำไปใช้งานด้านการออกแบบในคอมพิวเตอร์ มานานหลายปีแล้ว ตัวอย่างคือการที่เรานำข้อมูลสำรวจไม่ว่าจะเป็นข้อมูลดิบ (ที่มีค่าการสำรวจเป็นมุม,ระยะ) หรือข้อมูลสำรวจที่มีการคำนวณแล้วเป็นค่าพิกัด N,E,Z เป็นต้น download มาใช้งานต่อในคอมพิวเตอร์กับโปรแกรม AutoCAD หรือ AutoCAD Lad Desktop หรือ Civil 3D เพื่อนำมาสร้าง Contours และออกแบบด้านสาธารณูปโภคเช่น ทำ Site Design หรือ Road/Channel Design ต่อไป ในการใช้ข้อมูลสำรวจก็จะเริ่มจากข้อมูลในระดับหลักร้อยจุดไปจนถึงระดับแสนจุด ขึ้นอยู่กับระบบ เครื่องมือที่ใช้ และขนาดของโครงการ

ในช่วง 3-4 ปีที่ผ่านมาได้พบว่า เทคโนโลยีทางด้านการสำรวจในปัจจุบันได้พัฒนาไปมาก ได้มีการพัฒนาเครื่องมือสำรวจเป็นระบบ Laser Scan ซึ่งเป็นอีกพัฒนาการหนึ่งที่เริ่มเข้ามามีบทบาทในการทำงานแบบใหม่ และเป็นอีกหนึ่งทางเลือกเพิ่มมาให้เรามาเรียนรู้กัน เหมือนเมื่อประมาณสิบกว่าปีที่ผ่านมาเรามีระบบ Total Station มาให้ใช้งานและเรียนรู้  ระบบ Laser Scan ยังคงการ link ข้อมูลสำรวจเพื่อนำมาใช้งานด้านการออกแบบกับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพียงแต่เริ่มเข้ามามีบทบาทมากขึ้นทั้งงานออกแบบด้านอาคาร ซ่อมแซมอาคาร และงานออกแบบสาธารณูปโภคเช่น ถนนหรือทางระบายน้ำ รวมทั้งปริมาณข้อมูลสำรวจที่มีมากขึ้นกว่าเดิมมหาศาล โดยข้อมูลสำรวจสามารถมีได้ในระดับหลักล้านจุดจนถึงระดับพันล้านจุดสำรวจ

 Laser Scanner ทำงานอย่างไร

การใช้เครื่องมือ Laser Scanner จากภาพประกอบจะเป็นตัวอย่างการทำงานด้วยเครื่อง Laser Scanner ที่เชื่อมต่อการทำงานกับคอมพิวเตอร์ผ่านระบบ WLAN เพื่อให้เห็นภาพการทำงานในการใช้งานแสกนพื้นที่ภายในอาคาร ข้อดีของการทำงานแบบนี้คือ ทำงานได้รวดเร็วกว่าระบบเดิมๆมาก ข้อมูลที่ได้ค่อนข้างละเอียดเพราะเราพูดถึงข้อมูลระดับ พันล้านจุดขึ้นไป

ดังตัวอย่างงานสแกนอาคาร ที่แสกนระดับ 1.2 พันล้านจุด ทำงานด้วยโปรแกรม AutoCAD แบบอาคารที่ยังไม่มี texture และตัวอย่างข้อมูลรุ่นใหม่ที่สแกนภายในโบสถ์ โดยมี texture ประกอบด้วย

Workflow

ข้อมูลเลเซอร์สแกนที่ได้มาสามารถนำมาใช้งานกับโปรแกรมของ Autodesk ได้ตั้งแต่โปรแกม Revit Arhcitecture / Structure / MEP หรือแม้กระทั่ง AutoCAD, AutoCAD Based Program เช่น AutoCAD Civil 3D และ Construction Utility Program เช่น Naviswork โดยมี workflow ตัวอย่างคร่าวๆดังนี้

ตัวอย่างการนำข้อมูลสำรวจมาใช้ในการออกแบบ โดยใช้โปรแกรม Autodesk ทั้งทางด้านงานออกแบบอาคาร ซ่อมแซมอาคาร กับโปรแกรม Revit Arhcitecture / Structure / MEP หรืองานออกแบบสาธารณูปโภค เช่น งานออกแบบถนน กับโปรแกรม AutoCAD Civil 3D จะหาตัวอย่างมาให้ดู ขอเป็นคราวหน้า โดยจะนำตัวอย่างที่ทำบรรยายหัวข้อบรรยายเรื่อง New Survey Data – Cloud Data (Laser Scan Data) and the way to use this survey information in Architecture and Civil/Survey  นำมาลงให้ดู กำลังอยู่ในระหว่างการถ่ายทำครับเพราะยังไม่มีใครเชิญไปบรรยายหัวข้อนี้เลยทำไม่เสร็จสักที

หวังว่าคงได้ข้อมูลการสำรวจในระบบ Laser Scanner ไปบ้างไม่มากก็น้อย เพื่อนำไปเป็นจุดเริ่มต้นเพื่อการค้นคว้าของท่านต่อไป