Uma análise mais profunda do digital:

Por: Oliver Bürkler, Diretor de Escaneamento a Laser

Com a expectativa de que o mercado global de construção civil cresça mais de 10% ao ano, novas tecnologias serão essenciais para escanear e categorizar o progresso no local da obra com precisão e eficiência.

Conforme descrito na Parte I desta série de três partes, a Hybrid Reality Capture patenteada da FARO, com Flash Technology. É uma tecnologia que mescla imagens panorâmicas de 360° com uma digitalização de alta velocidade para criar digitalizações totalmente coloridas em menos de 30 segundos, sem praticamente nenhuma perda na precisão dos dados; uma ferramenta transformadora nesse esforço contínuo. A parte II desta série de três partes discutirá alguns dos softwares que sustentam a Flash Technology e como ela funciona quando usada com os laser scanners FARO Focus Core, Premium e Premium Max.

Tudo isso se resume a algoritmos de escalonamento inteligente proprietário. A saída inclui todas as imagens e pontos coletados capturados por uma câmera Ricoh Theta Z1 360° e um Focus Core, Premium e Premium Max Laser Scanner, resultando em digitalizações coloridas que parecem mais nítidas do que as digitalizações de mesma resolução com métodos tradicionais.

Lançado no mercado em abril de 2023, o Hybrid Reality Capture, desenvolvido pela Flash Technology, funciona como um modo de digitalização para os Focus Scanners acessíveis por meio do aplicativo móvel FARO Stream.

Também é importante observar que o Flash é oferecido por uma assinatura de um ano para usuários do Focus Core e Premium, enquanto o Premium Max vem com uma licença perpétua.

Com o FARO Stream, disponível gratuitamente nas plataformas iOS e Android, os usuários podem se beneficiar:

• Controle todos os dispositivos FARO, laser scanners Focus, Orbis Mobile Scanners e futuros scanners.
• Faça o pré-registro das digitalizações capturadas diretamente no campo para ganhar confiança na integridade dos dados e reduzir as falhas de registro fora do local.
• Colete dados complementares como anotações marcadas na digitalização com anexos de imagens ou arquivos.
• Faça o upload dos dados capturados diretamente no Sphere XG para o compartilhamento imediato do projeto com as partes interessadas.

Com seus dados acessados por meio do FARO Sphere XG, uma plataforma de informações baseada em nuvem SaaS, as digitalizações do Focus Scanner Flash são ideais para empresas e agências que fazem digitalizações de captura de realidade em 3D de grande volume de edifícios, infraestrutura, corredores, minas e florestas como parte de suas condições existentes, monitoramento de progresso e necessidades de planejamento pré-incidente.

Como funciona a Flash Technology? (Escalonamento x Extrapolação)

No centro da Flash Technology para a linha de produtos Focus está um processo chamado escalonamento ou interpolação de imagem. Escalonamento, conforme definido pela Upscale.media, começa com uma imagem de baixa resolução e melhora sua qualidade visual em níveis mais altos.

Ele faz isso por meio de um algoritmo, que interpola entre dois quadros. Como ele não tem acesso ao conjunto de dados completo (ou seja, a todos os pontos de dados possíveis), o melhor que o software pode fazer é uma estimativa com base em uma fórmula matemática. É importante observar que essa falta de dados não é uma falha de qualquer tipo. Em vez disso, é uma variável comum enfrentada na ciência e na engenharia, onde um valor intermediário não é conhecido, mas pode ser determinado probabilisticamente com uma alta probabilidade de precisão com base em outros pontos de dados conhecidos.

Historicamente, os engenheiros de software podem empregar a interpolação ou o escalonamento como forma de criar ferramentas que permitem aos usuários ampliar imagens, o que adiciona pixels. Para criar uma imagem ampliada com valor real, as ferramentas de redimensionamento usam os dados da imagem original para interpolar novos valores, o que lhes permite adicionar pixels entre os pontos de dados originais. Os engenheiros de software também podem usar a interpolação em videogames, codificando os movimentos dos personagens.

A Hybrid Reality Capture também funciona com esses mesmos princípios. A digitalização 3D de baixa resolução é mais rápida de capturar, resultando em menos dados. Mas essas lacunas nos dados são aumentadas com os dados capturados de imagens panorâmicas de 360°. É aqui que o escalonamento de imagem entra em jogo. Com a Flash Technology, se houver um ponto de imagem da câmera que não tenha o ponto 3D e estiver procurando os vizinhos desse ponto, o software determinará se há uma coordenada 3D para ele. Em seguida, ele interpola de forma inteligente entre os pontos vizinhos para criar um novo ponto 3D para um pixel colorido. Se o ângulo de visão for muito plano, a Flash Technology não criará um ponto interpolado no meio.

Na segunda etapa, a tecnologia verifica se o ângulo de incidência e a paralaxe que as duas câmeras têm suportam esse ponto. Se eles suportarem a imagem, o software a manterá e continuará gerando a imagem.

Para conhecimento:

• Ângulo de incidência — Um raio de luz atinge uma superfície em um ponto. A partir desse ponto, a linha reta para cima, a 90° da superfície, é chamada de normal. O ângulo entre o normal e o raio de luz é chamado de ângulo de incidência. Você mede o ângulo entre o normal, que é 0 grau, e o raio de luz.
• Paralaxe — O deslocamento aparente ou a diferença na direção aparente de um objeto visto de dois pontos diferentes que não estão em linha reta com o objeto. A maneira mais fácil de visualizar esse fenômeno é olhar para um objeto e alternadamente fechar os olhos. A imagem que você vê parecerá mudar de posição em relação ao olho pelo qual você está olhando. A posição do objeto não mudou, mas a percepção que você tem da localização dele mudou.

Uma parte fundamental do que torna a Flash Technology para Focus Core, Premium e Premium Max tão intuitiva e fácil de usar é que toda essa aplicação de fórmulas, todas as medições relacionadas ao ângulo de incidência e paralaxe, quais pontos de dados aceitar e rejeitar e um detalhamento do que são dados reais versus o que são dados aprimorados são concluídos nos bastidores. Do ponto de vista do usuário, tudo o que ele verá é a imagem panorâmica híbrida totalmente colorida/composição de digitalização a laser 3D.

Os benefícios adicionais nos bastidores incluem:

• Operação de digitalização otimizada – É uma funcionalidade de digitalização que, quando o usuário pressiona o botão "iniciar", o dispositivo coordena o que o scanner faz e em que sequência para maximizar a eficiência da velocidade; quando o scanner começa a girar, quando as imagens são capturadas etc. Assim, por exemplo, a imagem panorâmica é sempre obtida primeiro, depois a digitalização.
• Streaming otimizado para dispositivos móveis — Transferência e uso otimizados de nuvens de pontos em dispositivos móveis para fazer registros em campo o mais rápido possível e garantir o uso eficiente do tempo limite no campo.
• Leitura aproximada do inclinômetro — É uma forma de medir o nivelamento de um escaneamento. Tradicionalmente, essa etapa leva cerca de 10 segundos. Mas com a Flash Technology, basta 1 segundo para obter os dados necessários. Embora uma leitura de inclinômetro de 1 segundo seja menos precisa do que uma leitura de 10 segundos, os dados são precisos o suficiente para 99% dos casos de uso de clientes existentes e novos previstos.

Também é importante observar que, embora haja necessariamente alguns dados que não são capturados, a perda de dados em uma imagem do Hybrid Reality Capture, mesmo essa pequena falta de captura, não é uniforme em todas as circunstâncias. Em uma linha vertical completa, por exemplo, a Flash Technology tem resolução total. É o espaçamento entre essas linhas que se torna maior. Expresso em graus, o espelho do Focus Core/Premium/Premium Max Laser Scanner gira a 100 rotações por segundo em 360°. Isso significa que 100 vezes por segundo o Focus Scanner cria duas linhas verticais, uma na frente do scanner e outra atrás dele. Em seguida, o scanner gira por 10 segundos para fazer um escaneamento. E, nesses 10 segundos, ele cria 2.000 linhas, ou 2.000 passos por 360° na horizontal.

O que deve ser enfatizado aqui é que o que está sendo ampliado é a nuvem de pontos 3D, não a imagem em si. A Flash Technology pega os dados acima e os amplia para 4.000 passos horizontalmente após serem processados. Isso pode parecer contraintuitivo, mas é onde a Flash Technology lidera o desenvolvimento do mercado. Durante todo o processo de captura, a imagem da PanoCam permanece em 23 milhões de pontos por fotografia, e o que está sendo ampliado é a nuvem de pontos no plano de fundo.

Portanto, para o usuário, não há nenhum impacto visual, pois a imagem que ele vê permanece a mesma. Antes do escalonamento, a digitalização de baixa resolução gerava apenas uma coordenada 3D a cada quatro pixels da fotografia. Após o escalonamento, existe uma coordenada 3D para quase todos os pixels da fotografia.

Por que a Flash Technology é diferente e quais são seus casos de uso ideais?

Para os clientes que estão no ramo de medição 3D e escaneamento a laser há algum tempo, mesmo uma análise superficial dos folhetos do Focus com os aprimoramentos da Flash Technology deve deixar claros as características que distinguem os produtos. Mas para clientes menos experientes ou novos compradores em potencial, pode haver uma ambiguidade persistente, especialmente quando outras empresas de escaneamento a laser também estão aumentando as imagens fotográficas com digitalizações em 3D.

As diferenças aqui são diversas: a principal delas é que a Flash Technology funciona como um modo de digitalização independente para o scanner, que pode ser ligado e desligado conforme a necessidade.

Outro fator distintivo é a cor. Historicamente, as digitalizações coloridas eram caras e demoradas, especialmente para projetos de grande volume que exigiam centenas de digitalizações. Por um tempo, essa barreira à adoção do produto foi tão alta que alguns clientes descartaram completamente a digitalização colorida, ainda oferecendo resultados satisfatórios. Com a Flash Technology, como a digitalização colorida leva apenas um segundo para ser capturada, é provável que a Hybrid Reality Capture reacenda o interesse nessa capacidade e torne a digitalização colorida uma decisão econômica e temporalmente sábia, sem dúvida, pela primeira vez desde que ela foi desenvolvida.

A Flash Technology também se destaca por ajudar a transformar o mercado numa experiência mais visual em geral, à medida que outras empresas introduzem fotografias de alta resolução, vídeos e captura de imagens em 360°.

Resumindo, a Hybrid Reality Capture é uma categoria totalmente diferente de captura de imagem, uma forma inovadora de pensar sobre a relação entre uma imagem panorâmica e uma nuvem de pontos 3D. Em certo sentido, o processo foi revertido. Ninguém mais começa com a imagem fotográfica e depois aumenta a nuvem de pontos 3D para aumentar os dados. Isso foi crucial para desbloquear a velocidade de captura sem precedentes.

Sobre o autor

Oliver Bürkler é diretor da divisão de Escaneamento a Laser na FARO Technologies, Inc. Ele tem mestrado em Engenharia de Precisão, Administração de Negócios e Engenharia pela Universidade de Ciência Aplicada em Munique, Alemanha. Como parte da equipe de gerenciamento de produtos laser scanner 3D da FARO, há mais de 20 anos Bürkler está focado no desenvolvimento de hardware de documentação 3D da FARO e em novas inovações.