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点群処理とは?精度の高い点群処理を行うために知っておきたいこと

プラント設計はもちろん、機械や設備、配管の入れ替えの際にも、まずは現地調査が必要です。近年では現地調査に3Dレーザースキャナーを利用する機会が増えており、「点群」や「点群処理」という単語がよく聞かれるようになりました。

この記事では、点群とは何か、解説します。点群の用途、精度の高い点群処理に最適な3Dレーザースキャナーの特徴、点群処理ソフトを選ぶ際のポイントについて、点群処理にまだ詳しくない方にもわかりやすく解説します。

点群、点群処理とは

点群(てんぐん)とは点の集まりのことを指します。ポイントクラウドと呼ばれることもあります。点群処理とは、無数の点によって構成される点群データを処理し、モデリングを行うことを指します。

点群データの持つ情報と点群データの取得情報

点群データは、3次元座標値(X、Y、Z)と色の情報(R、G、B)を持ちます。ファイル形式は「.txt」「.las」「.xyz」など様々です。点群データの取得には、3Dレーザースキャナーを利用します。

点群データの4つのメリット

3Dレーザースキャナーによって取得した点群データには、さまざまな活用方法があります。その中から特に重要な4つのメリットについて説明します。

1.形状データを非接触で計測し記録できる

建物の天井部や高所にある梁など高所も、地上で作業すれば点群化できます。3Dレーザースキャナーは、非接触で計測します。従来のように人の手による実測が不要なため、これまで計測が難しいとされていた高所などの点群化が容易です。

また、ドローンを飛ばせば、地上からの作業では計測が難しい場所の点群データの取得もできます。

2.立ち入りが困難な場所のデータが取得できる

災害現場や車通りの多い交差点、トンネル、断崖絶壁のような危険な場所でも、3Dレーザースキャナーを利用すれば、安全な場所から計測できます。

従来は危険な場所でも人が立ち入らないと計測できませんでしたが、3Dレーザースキャナーを利用すれば、離れた場所から計測できます。安全対策のための時間やコストを削減できることもメリットだと言えます。

3.デジタルデータとして保存できる

点群データはデジタルデータであるため、計測当時の状況を精密に保存できます。デジタルデータのメリットとして用途に応じた加工がしやすい点が挙げられます。

4.取得した点群を自動で正確に合成できる

かつては、取得した点群を合成する作業が非常に大変でした。ところが現在は、共通点同士を自動で結びつける機能があるため、ほぼ自動で正確に合成できます。点群合成の工数が大幅に減り、作業者による個人差が出ることもほぼありません。

点群データの用途

この項目では、点群データの主な用途を4つ挙げて説明します。

1.様々な構造物や空間の現況記録

3Dレーザースキャナーで取得する点群データは、正確な現況データの取得と記録に役立ちます。

工場の改修工事や設備の入れ替えなどの際、プラントの設備配置変更や設備機器の入れ替え時の搬出・搬入時に既存の機器との干渉がないか、事前にチェックできます。また、プラントの配管の入れ替えや増設などを行う際は、点群データの取得によって得た正確な現況データが役立ちます。

2.プリセールス時の説明資料

プリセールスの段階での採寸と図面化への工数はできる限り減らしたいものです。

3Dレーザースキャナーは足場を組まなくてはいけないような場所でも点群データの取得ができるため、足場を組むなどの工数を減らすことが可能です。そのため、採寸の工数を減らしながら、お客様にとって有効かつ効果的なプレゼンを実行できます。

また、点群データをコンテンツとして利用できます。現況を立体として見ることができるため、新しい機器と置き換えたり、空いているスペースに機器を置くなど物を移動したり、現況に施工後の状態を重ね合わせたり、シミュレーションして見ることができます。また、点群データ取得後は、現場で採寸しなくても、指定した場所の採寸が可能です。

3.容易に共有できる

点群データは紙ベースの設計図と異なり、お客様とオンライン上で共有できます。

無料のビューアーを添付できるため、お客様が専用ソフトを持っていなくても確認できます。 そのため、図面の共有はもちろん、角度を変えたときの見え方、BIMやCADでの共有、強度解析、空調解析などが可能です。また、平面ではなく立体で確認できるため、お客様は施工後の状態をイメージしやすいです。

このように、点群データの取得によって工数を大幅に減らすことができるうえ、効果的なプリセールスを行うことも可能です。

4.2Dの図面にもできる

3Dのモデル化はもちろん、今も2次元CADを使用しているお客様に対しても、点群データから平面図、立面図、断面図などを作成できるため、2次元データに変換して渡せます。計測データを用いて検討した結果を高品質な2D画像として出力することもでき、お客様との円滑なコミュニケーションに役立ちます。

点群データ取得に最適な3Dレーザースキャナーの特徴

点群データ取得に最適な3Dレーザースキャナー(ライカジオシステムズ社 RTC360)の4つの特徴について説明します。

1.スピーディー

スピーディーなデータ取得により現場の作業効率が上がります。1秒間に最大200万点というスキャンスピードで高品質なカラー3次元点群データとHDR画像の生成を、約2分で完了できます。

また、現場からオフィスへのデータの転送が自動化されているうえシームレスなため、現場での作業時間が短縮でき、生産性の向上につながります。

2.機動性

3Dレーザースキャナーはサイズがコンパクトで持ち運びしやすく、現場ではボタン1つで起動できるため、作業開始までの手間がそう多くありません。自動的にスキャンステーションの移動位置を記録し、予め器械点のレジストレーションを行うため、現場での手動操作はさほど必要ありません。

3.高精度

取得したデータにあるノイズデータを低減するため、より明瞭で高品質なデータを生成できます。高密度なディテールデータにより、さまざまなアプリケーションで使用できます。

4.現場で点群データと画像データを自動的に合成・確認

自動合成処理を行うソフトウェアとスキャナーを組み合わせて使用すると、点群データと画像データを自動的に合成した高精度なデータをその場で確認できます。現場で品質チェックを迅速にできるため、生産性を向上させ、その場で適切な判断を下すことが可能になります。

点群処理ソフトを選ぶ際のチェックポイント

点群処理を行うソフトは複数提供されています。ここでは、点群処理ソフトを選ぶ際の3つのチェックポイントを紹介します。

1.大規模データをスムーズに処理できる

プラントのように対象となる建物が大きければ大きいほど、点群データも大量になります。数十億・数十ギガバイトになることもあります。このようなサイズのデータをスムーズに処理できるかどうか、判断材料にするといいでしょう。

2.ワンストップで点群処理ができる

点群データの読み込み、前処理、シミュレーション、モデリング、成果物作成などの各工程を別々のソフトで実行する場合、処理に時間や手間がかかることがあります。点群データの読み込みから成果物作成まで全行程をワンストップで実行できるソフトを選べば、時間や手間を減らすことができます。

3.CAD/BIMとの連携ができる

点群から作成した3Dモデル(点群処理)をCADフォーマットに変換するなど、様々な建築ソフトとの連携ができるかどうかも、点群ソフトを選ぶ際には重視すべきです。

まとめ:点群処理を行うための3Dレーザースキャナーとソフトの選択が重要

点群処理は、プラントの設計や改修工事、設備の入れ替えや配管工事などに非常に重要です。だからこそ、上記を参考に精度の高い3Dレーザースキャナーと点群処理ソフトを選びましょう。

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