歐特克公司就是非常重視研發團隊建設的公司之一,他們從2003年開始,就在中國上海建設了自己的歐特克中國研究院(簡稱ACRD)。目前,這個研發團隊有1300多個研發人員,是歐特克全球最大的研發中心,同時也是歐特克在全球研發團隊最完整的一個地方。在這裡,歐特克的每一個產品基本上都已經覆蓋到,包括最核心的產品AutoCAD、還有面向行業的Revit、Inventor、3ds Max產品。

而在企業研發體系內部,同樣存在著產品開發人員與研究性人員兩種不同的群體。一直以來,在很多有實力的大型企業中,都少不了研究性人員的身影。區別于專注於產品,如版本升級,版本調試的產品開發人員,研究人員將目光轉向了更具前瞻性意義的技術,力求在不同領域之間搭建一個核心技術的公共平台,研究成果供其他部門所共用。他們把目標定在兩三年或者是更長時間的新技術,隨著用戶需求的增長又或者是技術成熟度高了以後,才會將新技術放到產品裡去,歐特克也不例外。

ACRD中正是有這樣一群專注於前瞻性技術的研究人員,他們關注,探討,研究行業領先的技術,並取得了不錯的成績。在眾多的研究成果中,本文將擷取其中主要的三大技術與大家分享:第一個就是點雲(Point Cloud),第二是視頻建模(Video Modeling),第三是增強現實(Augmented Reality)。

讓我們首先來瞭解一下什麼是點雲?點雲是在同一空間參考系下表達目標空間分佈和目標表面特性的海量點集合。點雲的屬性包括:空間解析度,點位精度,表面法向量等。在獲取物體表面每個採樣點的空間座標後,得到的是一個點的集合,稱之為“點雲”。

點雲首先是機械行業用得比較多,如一個機器的零件,需要模擬生成零件模型,可能需要用3D掃描,把模型建立出來。目前,針對建築行業,還沒有很好的軟體出來。針對工廠的有這樣的軟體,但是做的不是很好。所以歐特克就將自己研發的重心放在工廠和建築方面點雲的應用開發。

為何點雲在不同的行業應用,難度差異就會這麼大呢?ACRD的工程師解釋說,機械產品一般不會太大,表面也不大複雜,所以掃描的點雲之間關係也就相對簡單;但是工廠和建築,都是很大的東西,從局部去看的話,幾何形狀並不複雜,但是從整體來看,會很複雜,例如,一個門或者一個窗戶都需要單獨識別出來。

點雲雖然不是歐特克最早發明的技術應用,但是其應用卻在ACRD這裡發揚光大。歐特克的研發人員在點雲技術的基礎上發明了三種應用包括:平面提取、管道提取、網格重建等,這些應用目前正在申請專利。而在將自己的研究成果,應用到具體產品中的時候,他們把上面提到的這些技術集合成一個工具包裡面,打包之後可以提供給任何產品作為外掛程式使用。

基於點雲技術上的應用開發

第一,平面提取(Plane Extraction)。平面提取就是將物體不同的面,通過3D掃描將點雲採集起來,然而將這些描述的點雲顯示在電腦上成為3D模型。很多人會認為,平面提取也許看著比較容易一點,但是平面的難點在於,有些是很小的平面,有些平面點很難完整,需要把邊界找出來,這是很難的事情。平面提取最難的地方是如何解決兩個平面交界處?從技術角度來說,這裡需要用到很多演算法,歐特克研發部門先是找平面的邊界,如果兩個平面的邊界距離比較近,則認為它們是相交的。目前的研究成果,已經可以自動找平面和平面的交界,把交界和邊界進行匹配。 同時,對於不同的行業,平面提取的難度也不同。例如,機械設備較為簡單一些,但是這對於建築來說非常複雜,建築物的一個門和一個窗都需要分別提取。

第二,管道提取(pipe extraction)。

管道提取能夠幫助用戶快速找到中心線和管道半徑。而以前用戶要找到管道的中心線和管道半徑,需要手動交付,一段一段地找到管道上的中心線,然後通過計算得到半徑,這個過程的工作量非常大。而使用了管道提取功能後,就可以快速、準確地把這段管子的中心線和半徑提取出來。以前使用者只是把管道上所有點掃描進去,表面上的點找到之後需要使用者自己把中心點放出來,這都是手動的去做,現在都是自動的,也更精確。同時還可以把它相鄰管道的資料提取出來,如果初次提取的資料有誤差,相鄰管道資料的提取可能會降低誤差,因為相鄰的管道半徑都是一樣大的,所以可以把整個管線上的半徑都一致起來,這樣比較規範,而且提取更精確。另外,每個國家都在管道存在很多規範,每個規範裡面都有管徑資料,因此,可以利用各個國家對管道的規範,將資料自動匹配到規範裡去。 管道提取最難的是找到管道的半徑,找到管道的邊界,管道的邊界又是另外一種情況,管道不會單獨存在,比如彎頭,到底哪些地方是管道和彎頭的交界點。 管道提取最多的是用在工程建築行業,以前沒有用數位化模型的時候,很多歷史建築都沒有電腦資料,那麼,這些建築在進行翻新/改造的時候,如果通過掃描就可以把以前的模型提取出來,新的管道跟以前管道對接,或者以前的管道有部分需要重新修理,就可以通過點雲的形式把管道資料搜集起來,把它變成一種資料的模式,也算其中一種典型的應用。

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