Nuage de points alignés et enregistrés ensemble

Vous devez aligner ou superposer deux nuages de points pour mener des analyses et des études ou simplement fédérer plusieurs relevés dans un seul fichier ? 

La solution est simple et l’opération à effectuer est celle connue sous le nom d’alignement de nuage de points. Voyons de quoi il s’agit et comment procéder en suivant deux alternatives possibles, en fonction de l’objectif de l’opération et des outils disponibles.

Aspects clés de l’alignement de nuage de points

Définition

L’alignement du nuage de points (point cloud alignment), ou enregistrement de l’ensemble de points, est le processus de superposition précise de deux ou plusieurs ensembles de points tridimensionnels dans un espace de coordonnées commun. Ce processus implique la détermination d’une transformation géométrique optimale, qui peut inclure la translation, la rotation et la mise à l’échelle, pour minimiser la différence entre les points correspondants dans les différents ensembles. L’objectif principal de l’alignement du nuage de points est d’intégrer des données provenant de différentes sources ou perspectives, en créant un modèle cohérent et uniforme, utilisé dans des applications telles que la modélisation de bâtiments, la robotique, l’imagerie médicale, la réalité augmentée et la reconstruction 3D. Dans le secteur de la construction, l’alignement de nuages de points est nécessaire surtout lorsqu’il est nécessaire de fédérer plusieurs nuages de points obtenus à partir de différentes campagnes de relevé, pour produire un modèle virtuel complet, utile à diverses fins et pour comparer le même scénario à différents moments (phases d’avancement d’un chantier, relevé des dommages en cas de catastrophes, etc.).

Une fois l’alignement des nuages de points obtenu, il est possible de procéder à la transformation du relevé numérique en modèle BIM.

L’alignement du nuage de points implique en premier lieu la recherche d’une transformation spatiale (par exemple, redimensionnement, rotation et translation dans les différents plans) pour aligner deux nuages de points. L’objectif est de minimiser la différence entre les deux, ou plusieurs, ensembles de points composant le nuage. La transformation peut être rigide (impliquant uniquement rotation et translation) ou non rigide (impliquant des transformations plus complexes telles que le redimensionnement).

Visualisation du nuage de points issu du logiciel Edificius

Applications

L’alignement de nuage de points trouve des applications dans différents secteurs, grâce à sa capacité à combiner des données provenant de plusieurs sources dans un modèle cohérent et précis. Voici quelques-unes des principales applications approfondies ci-dessous.

• Conduite autonome
  • Alignement des scans LIDAR : les véhicules autonomes utilisent des scanners LIDAR pour collecter des données sur l’environnement environnant. L’alignement des nuages de points permet de créer des cartes 3D précises qui aident le véhicule à naviguer en toute sécurité, en identifiant les routes, les obstacles et les panneaux de signalisation.
  • Fusion de capteurs : en combinant les données de différents types de capteurs (LIDAR, radar, caméras), il est possible d’améliorer la compréhension de l’environnement et la précision des décisions du système de conduite autonome.

• Imagerie médicale
  • Union des scans : en radiologie et dans d’autres disciplines médicales, différents scans (comme les scanners TAC, IRM) peuvent être alignés pour créer un modèle 3D complet du corps ou d’un organe spécifique, facilitant le diagnostic et la planification chirurgicale.
  • Suivi des changements dans le temps : en alignant des scans effectués à différents moments, il est possible de surveiller l’évolution d’une maladie ou d’évaluer l’efficacité d’un traitement.
• Robotique
  • Reconnaissance et localisation d’objets : les robots utilisent l’alignement des nuages de points pour reconnaître et localiser des objets dans des environnements dynamiques. Cela est essentiel pour des activités telles que la manipulation d’objets, la navigation autonome et l’interaction avec l’environnement.
  • Cartographie et SLAM : l’alignement est un élément clé de la localisation simultanée et de la cartographie (SLAM), un processus qui permet aux robots de construire des cartes de l’environnement tout en déterminant leur position à l’intérieur de celui-ci.
• Réalité augmentée
  • Alignement d’objets virtuels : pour créer des expériences immersives, les objets virtuels doivent être alignés avec précision sur les objets réels dans l’environnement de l’utilisateur. Cela permet de superposer des informations virtuelles sur des surfaces réelles, améliorant l’interactivité et l’utilité des applications de RA.
  • Interaction homme-machine : améliorer la précision des objets virtuels par rapport au monde réel permet une interaction plus naturelle et intuitive, essentielle pour les applications de formation, de maintenance et d’assistance à distance.
• Reconstruction 3D
  • Création de modèles précis : l’alignement des nuages de points provenant de différents points de vue ou de scans successifs permet de construire des modèles 3D détaillés et précis. Ces modèles trouvent des applications en architecture, en ingénierie, en production et en analyse forensique.
  • Restauration et conservation : dans la conservation du patrimoine culturel, les scans 3D des artefacts et des structures peuvent être alignés pour créer des copies numériques précises, utilisées pour des études, la restauration virtuelle et les reproductions.
• Industrie manufacturière
  • Contrôle qualité : l’alignement des nuages de points peut être utilisé pour comparer les scans 3D des produits finis avec les modèles 3D originaux, identifiant les défauts et garantissant que les produits respectent les spécifications.
  • Prototypage rapide : combiner des données de différentes phases du processus de production permet de vérifier l’exactitude des prototypes et d’apporter rapidement les modifications nécessaires.
• Architecture et construction
  • Suivi de chantier : les scans de chantier de construction peuvent être alignés dans le temps pour surveiller l’avancement des travaux et s’assurer qu’ils sont conformes aux plans et aux projets approuvés.
  • Documentation as-built : créer des modèles 3D précis des bâtiments existants et en cours de construction (grâce au relevé as-built) pour la documentation, la gestion du patrimoine et la planification des travaux.

L’alignement de nuage de points est une technologie polyvalente qui, en intégrant des données provenant de sources multiples, améliore la précision et l’efficacité dans une large gamme d’applications, révolutionnant des secteurs tels que la conduite autonome, l’imagerie médicale, la robotique et bien d’autres.

Comment aligner deux nuages de points ou plus

Si votre objectif est de partir du relevé réalisé avec un ou plusieurs nuages de points pour construire le modèle 3D BIM (processus de scan to BIM), vous pouvez utiliser un logiciel de conception architecturale BIM qui vous permet de visualiser les nuages de points et de les aligner les uns aux autres pour ensuite procéder, dans le même environnement, à la création du modèle virtuel complet.

Dans ce cas, il est nécessaire de charger les nuages de points dans le cloud et de les importer dans Edificius. L’alignement se fera manuellement en déplaçant la poignée d’accrochage du modèle sur un point connu, commun aux deux nuages. La poignée permet également de translater et de faire pivoter le modèle selon les plans X, Y, Z.

Si, en revanche, vous avez simplement besoin de visualiser les nuages de points alignés, afin d’analyser des variations dans le temps ou de comparer des ensembles de données, vous pouvez utiliser une application cloud pour la fédération des nuages de points.

Fédération de modèles BIM issu du logiciel usBIM.federation

Même dans ce dernier cas, les nuages de points doivent être téléchargés dans le nuage et un nouveau fichier doit être créé pour la fédération. À ce stade, l’alignement entre les nuages de points (ou entre les modèles BIM 3D de différents formats) est effectué de manière simple, à l’aide des commandes suivantes : 

• la traduction (X,Y,Z) ;
• rotation (X,Y,Z) ;
• facteur d’échelle.

En faisant varier ces paramètres, l’alignement des nuages de points peut être géré de manière flexible.