Se hai ricevuto una nuvola di punti da un rilievo aerofotogrammetrico o laser scanner e la vuoi semplificare, in questo articolo ti spiego come si fa usando il software open source Cloud Compare

NUVOLE DI PUNTI

Una nuvola di punti è un insieme di punti nello spazio che riproduce tridimensionalmente un oggetto o un paesaggio.
Una nuvola di punti, o cloudpoints, è il risultato di un rilievo fotogrammetrico e dell’elaborazione con software Structure from Motion.
Anche un rilievo laser scanner restituisce in output una nuvola di punti.

UN PENSIERO SULLE NUVOLE DI PUNTI

Prima di trattare l’argomento di questo post, condivido una riflessione sulle nuvole di punti che avevo pubblicato qualche settimana fa su LinkedIN.

La nuvola di punti è il vero risultato di un rilievo aerofotogrammetrico o laser scanner!

La restituzione plano-altimetrica inserita nella cartografia regionale è importante.
Il modello tridimensionale texturizzato da ruotare è bello.
Il modello tridimensionale online da indagare con strumenti di misura è comodo.
Le foto aree sono utili per una visuale non comune.

Ma il vero valore sta nella nuvola di punti!

Sono tanti punti (spesso colorati) georeferenziati (o almeno lo dovrebbero essere!) nello spazio 3D.
Da qui vengono tutti gli output di prima (quasi tutti, le foto aeree no…) e qui ci sono tutte le informazioni topografiche sul sito rilevato.

Credo che la nuvola di punti dovrebbe essere consegnata al committente di un rilievo.
Io lo faccio.
La puoi importare in un CAD, ora in alcuni GIS, o la puoi lavorare con vari software per ricavare DSM, DTM, curve di livello, sezioni e profili.

Consegnare una nuvola di punti è un affare “win-win” tra topografo e committente.
Il tecnico non deve più assistere il cliente nell’estrazione dei dati (“fammi questa sezione“, “tirami un profilo“, …).
Il cliente accede a tutti i dati e li elabora con la sua sensibilità unica, estraendo le informazioni necessarie ai suoi scopi specifici.

CLOUD COMPARE

Cloud Compare è un software open source che nasce per confrontare nuvole di punti da rilievi laser scanner.
È stato poi implementato nel tempo con strumenti e plugin avanzati ed interessanti.

È un ottimo software che personalmente uso tantissimo per trattare i risultati dei rilievi aerofotogrammetrici da drone

Avevo scritto due articoli su come usarlo per ricavare delle sezioni da nuvole di punti.
Li trovi a questi link: una sezione da una nuvola di punti, sezioni con Cloud Compare.
Ed un articolo su come estrarre curve di livello da una nuvola di punti

SEMPLIFICARE UNA NUVOLA DI PUNTI

Non è raro ricevere una nuvola di punti da un rilievo fotogrammetrico che conti cinque, dieci o venti milioni di punti!
I punti sono vicinissimi uno all’altro, sono colorati e il modello tridimensionale ricostruito è davvero bello!
Il tuo computer però non la pensa allo stesso modo.
Se non hai tonnellate di RAM, processori da gara e schede video con pacchi di memoria dedicata potresti fare fatica a gestire file con così tante informazioni.
Se non fai fotogrammetria e rilievi laser scanner, ma sei un utilizzatore di questi rileivi, è probabile che il tuo computer abbia caratteristiche egrege per lavorare in CAD, GIS o Office ma fatichi un po’ di fronte ad un 3D, anche se non è renderizzato.

Ecco perchè potresti voler semplificare una nuvola di punti, alleggerendola togliendo un di punti dal totale.

Cloud Compare ti permette di farlo e di scegliere come.

IMPORTA E SELEZIONA LA NUVOLA DI PUNTI

Per prima cosa devi importare la nuvola di punti in Cloud Compare.

Poi la devi selezionare per attivare le funzioni di elaborazione.
Lo fai cliccando sull’oggetto “Cloud” che trovi nel pannello “DB Tree“, a sinistra nell’area di lavoro.

Una volta che l’hai selezionata, nella finestra “Properties” puoi leggere tutte le caratteristiche della nuvola, tra cui il numero totale di punti.

LA FUNZIONE SUBSAMPLE

Per semplificare una nuvola di punti devi scegleire la funzione Subsample (che si potrebbe tradurre con “sottocampiona“).
La trovi nel menù “Edit-Subsample” o cliccando sul pulsante della barra dei menù che vedi nell’immagine qui sotto.

Ti si aprirà una finestra da cui puoi scegliere come semplificare la nuvola di punti scegliendo tra tre opzioni: random, space e octree.

RANDOM SUBSAMPLING MODE

In modalità Random puoi selezionare il numero di punti finali della nuvola di punti alleggerita tramite slider (da muovere a destra o sinistra) o inserendo manualmente il numero di punti nel campo dedicato.
Cloud Compare semplificherà la nuvola in maniera casuale per arrivare al numero dii punti indicati.
In reltà l’algoritmo non lavora in modo del tutto casuale ma tiene un po’ conto della distribuzione spaziale dei punti per fornire un risultato sensato.
Se la procedura fosse del tutto aleatoria si rischierebbe teoricamente di avere porzioni non semplificate e buchi più evidenti dove l’algoritmo si è accanito…

Quello che succede però è che non vengono tenute in considerazione porzioni della nuvola dove la concentrazione di punti è maggiore per le caratteristiche dell’oggetto del rilievo: uno sperone roccioso ha una concentrazione di punti maggiore rispetto ad una platea in cemento armato così come il tetto di un fabbricato ha più punti di un campo da calcio…

SPACE SUBSAMPLING MODE

Un algoritmo piuttosto interessante da usare per semplificare una nuvola di punti è la modalità space.
Selezionando “Space” nel menù a tendina puoi selezionare la minima distanza che vuoi mantenere tra i punti della nuvola semplificata.

L’algoritmo di semplificazione elimina i punti dalla nuvola in modo che nessun punto rimasto sia più vicino a quelli adiacenti della distanza minima scelta.
Maggiore il valore spaziale selezionato e minore è il numero di punti che sarà mantenuto.

Devi sapere che Cloud Compare utilizza unità di misura implicite!
L’unità di misura dipende dall’esecuzione del rilievo.
Se hai rilevato in millimetri, 1 corrisponde ad un millimetro.
Se hai rilevato in metri, 10 sono dieci metri.

È importante saperlo perchè in questo modo puoi decidere con consapevolezza la minima distanza che deve essere mantenuta tra i punti della nuvola semplificata.
0.01 in un rilievo fatto in metri corrisponde ad 1 cm.

OCTREE SUBSAMPLING MODE

La modalità Octree permette di scegliere un livello di suddivisione dell’Octree al quale la nuvola verrà semplificata.

L’octree è una struttura particolarmente importante usata n Cloud Compare e rappresenta la partizione del volume occupato dall’oggetto tridimensionale in elementi cubici di dimensioni via via sempre più piccole.
Inizialmente si parte da otto macro-cubi per poi continuare dividendo ciascun cubo in altri quattro.
E così via fino al dettaglio…

Non è semplice né intuitivo capire il concetto di Octree.
Io mi confondo spesso.
Preferisco non andare oltre perchè non sarebbe di grande utilità per te.

Ti basti sapere che maggiore è il livello, minori sono le celle e maggiore è il numero di punti che sarà lasciato nel processo di alleggerimento della nuvola.

Personalmente, non uso mai questa opzione di subsampling.

LA NUVOLA DI PUNTI SEMPLIFICATA

Al termine della procedura di semplificazione Cloud Compare aggiunge una nuvola di punti semplificata nel pannello “DB Tree“.

Accendendo e spegnendo la nuvola originale e quella semplificata puoi vedere come ha lavorato l’algoritmo e, eventualmente, ripetere la procedura per togliere altri punti.

ESPORTARE LA NUVOLA DI PUNTI

Una volta soddisfatto del processo di semplificazione puoi esportare la nuvola di punti nel formato che preferisci.

Seleziona dal pannello DB Tree la nuvola e poi tramite il comando Salva con nome scegli tra i formati disponibili:  dxf, las, laz, ply, shp, e57, asci, …

Spero che questo articolo ti sia utile per semplificare una nuvola di punti in modo da poterla gestire nel miglior modo all’interno dei software che usi abitualmente nel tuo lavoro e per i tuoi progetti.

Se hai dubbi o hai bisogno di chiarimenti specifici scrivili nei commenti qui sotto.
O non esitare a contattarmi nei modi in cui preferisci.

A presto!

Paolo Corradeghini

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Ho pubblicato un video sul canale You Tube che parla proprio di questa procedura:

E qui invece puoi ascoltare una puntata del podcast che parla poprio del software Cloud Compare
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