Zlecenie 8068670 - Usługi badawcze polegające na zaprojektowaniu, zbudowaniu...

stworzenia narzędzia wspomagającego powstawanie inwentaryzacji architektonicznych budynków.

Celem zamówienia jest zawarcie umowy warunkowej. Po zakończeniu postępowania ofertowego Zamawiający zawrze z wyłonionym Wykonawcą Zamówienia warunkową umowę na realizację przedmiotu zamówienia, tj. usługi badawczej polegającej na "zaprojektowaniu, zbudowaniu i przetestowaniu algorytmu do składania chmur punktów w budynkach w celu stworzenia narzędzia wspomagającego powstawanie inwentaryzacji architektonicznych budynków" o charakterystyce technicznej opisanej poniżej. Warunkiem realizacji umowy będzie podpisanie przez Zamawiającego z Narodowym Centrum Badań i Rozwoju umowy o dofinasowanie projektu pt. Opracowanie i wdrożenie innowacyjnego rozwiązania przygotowującego wektorową dokumentację przekrojów architektoniczno-budowlanych, w ramach Poddziałania 1.1.1 Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój „Szybka ścieżka”. Przedmiotem zamówienia są prace badawcze nad algorytmem autodopasowującym skany 3D oraz 2D budynków w celu stworzenia narzędzia do pomocy architektom w wykonywaniu inwentaryzacji architektoniczno-budowlanych budynków. Przykład takiej inwentaryzacji znajduje się w “PKJS Załącznik nr 06 - inwentaryzacja architektoniczna kamienicy” i obrazuje złożoność zagadnienia przestrzennego jakim jest kształt i rozkład ścian budynku. Projekt jako badania odbywać się będzie na przestrzeni laboratoryjnej nazwanej “budynkiem referencyjnym” której kształt został specjalnie zaprojektowany aby natrafić na wszelkie występujące w budynkach elementy i przedstawia go “PKJS Załącznik nr 08 - budynek referencyjny.pdf”. Wyżej wymieniony “budynek referencyjny zostanie umeblowany oraz zeskanowany przez zleceniodawcę kompletnie w różnych ustawieniach 12 razy skanerem FARO M70. PROBLEM BADAWCZY /TECHNOLOGICZNY: Kluczowy problem wszystkich obecnie używanych na świecie skanerów 3D jest taki, że, każdy skan 3D, świetnie bo z dokładnością do kilku milimetrów opisuje zeskanowaną w ramach jednego skanu przestrzeń pojedynczego pomieszczenia. Aby ustalić prawidłowa relację pomiędzy skanem w pierwszym pomieszczeniu a skanem w drugim pomieszczeniu należy wykonać skan w drzwiach pomiędzy tymi pomieszczeniami. Część tego skanu w drzwiach pasuje do skanu pierwszego pomieszczenia a część skanu w drzwiach pasuje do skanu drugiego i tak konsekwentnie skanuje się kolejne pomieszczenia oraz robi skany w drzwiach w celu dopasowania nowego pomieszczenia do wcześniej zeskanowanych. Błędy powstają poprzez nieprawidłowo ustaloną przez algorytm odległość oraz kąt między skanami pomieszczeń. Główny problem technologiczny tej technologii nazywany jest powszechnie “problemem domknięcia pętli” (PKJS Załącznik nr 07 - problem domknięcia pętli.pdf) i leży w nawarstwianiu się tego błędu kąta (wynikającego z mikroskopijnych błędów pomiarowych urządzenia pomiarowego oraz braku algorytmów które potrafiły by taki błąd wykrywać i kompensować). Rys.1 załacznika nr 7 pokazuje różnicę między rzeczywistym położeniem ścian pokoi (narysowanych czarną kreską) a takich jakie komputer uważa iż są (pomarańczowe wypełnienie). W modelowym przypadku opisanym na Rys1. błąd wystąpił jedynie w dopasowaniu skanów S-1 (pokoju 1) oraz S-3 (pokoje 2) oraz S-2 (skanu w drzwiach między pokojem 1 oraz 2). Ten błąd owocuje pokazanymi strzałką “UWAGA 2” błędem 22,2 cm oraz strzałką “UWAGA 3” błędem 9,1 cm. WNIOSEK: skanery obecne są zbyt mało dokładne i nie potrafią dopasowywać bezbłędnie kolejnych skanów do wcześniej wykonanych pomimo wielkiej ilości zebranych danych błąd pomiarowy jest zbyt duży. GŁÓWNYM ZADANIEM ZAMAWIANEGO PROGRAMU (ALGORYTMU) JEST STWORZENIE ALGORYTMU KTÓRY WYELIMINUJE PROBLEMY WYNIKAJĄCE Z “BŁĘDU DOMKNIĘCIA” ABSOLUTNIE. Jest to możliwe ponieważ algorytm nie będzie brał pod uwagę jedynie chmur punktów do składania skanów lecz również lecz opisane później w tym ogłoszeniu dane pozyskane od użytkownika do ostatecznej wielopoziomowej kompensacji błędu pomiarowego OPIS WYTYCZNYCH DO STWORZENIA ALGORYTMU Głównym innowacyjnym rozwiązaniem naszej aplikacji ma być funkcja dopasowywania skanów „live”, czyli jednocześnie w trakcie wykonywania kolejnych skanów na miejscu pomiarów. Nasz algorytm ma brać jedynie kilka procent punktów z zeskanowanej chmury punktów 3D – czyli poziomy wycinek z wysokości pomiędzy 95cm a 105 cm powyżej podłogi pomieszczenia w którym wykonano skan. Wybrane wartości odpowiadają faktowi iż inwentaryzacja architektoniczna ma pokazać kształt pomieszczenia na wysokości dokładnie jednego metra. Ograniczenie analizowanej przez komputer ilości punktów do kilku procent z każdego skanu powinno dać komputerowi na którym pracuje nasza aplikacja wystarczający zapas mocy do przeprowadzania autodopasowania „live” z wykorzystaniem do 80% mocy obliczeniowej procesora. Czyli takiego autodopasowywania, które trwa (kalkuluje się i poprawia) cały czas w tle i po kolejnych skanach poprawia relację miedzy wszystkimi wcześniej wykonanymi skanami. Nie byłoby to możliwe bez świadomej współpracy użytkownika, który każdy nowo zeskanowany(lub zaimportowany) skan najpierw ręcznie oznacza w odpowiedni sposób aby algorytm mógł skan ułożyć w odpowiednim miejscu i pod odpowiednim kątem do grupy skanów, wykonanych wcześniej. ETAPY PRAC NAD PROGRAMEM DO PÓŁAUTOMATYCZNEGO SKŁADANIA SKANÓW BUDYNKÓW: ETAP 1 - APLIKACJA Z FUNKCJAMI JEDYNIE MANUALNYMI (WRAZ Z INTERFACE) : wykonanie aplikacji do importu skanów i składania ich w pełni jedynie przez użytkownika (bez jakiejkolwiek algorytmów automatyzacji dopasowania skanów) ETAP 2 - AUTODOPASOWANIE LIFE WEWNĄTRZ POMIESZCZEŃ: opracowanie algorytmu autodopasowującego skany wewnątrz tego samego pomieszczenia wzajemnie do siebie z minimalną pomocą użytkownika ETAP 3 - AUTODOPASOWANIE LIFE SKANÓW W DRZWIACH: opracowanie algorytmu autodopasowującego skan w drzwiach do skanów z pomiędzy dwóch sąsiednich pomieszczeń. Dzięki temu elementowi ustalona zostanie relacja między pomieszczeniami pomiędzy którymi znajdują się drzwi. ETAP 4 - AUTODOPASOWANIE LIFE SKANÓW ZA OKNAMI: opracowanie algorytmu autodopasowującego skany z za okna do wszystkich pozostałych skanów. Dzięki danym ze skanów z za okien określony zostanie kształt zewnętrzny budynku, grubość ściany zewnętrznej oraz ostatecznie określony zostanie kształt złożenia wszystkich wcześniejszych typów skanów. DEFINICJE DOTYCZĄCE METODOLOGII BADAWCZEJ: “budynek referencyjny” - budynek powstały idealnie z planem zawartym w “PKJS Załącznik nr 08 - budynek referencyjny.pdf” zbudowane od zera w wynajętej hali przez wnioskodawcę, zaprojektowane w taki sposób, aby zawierały możliwie jak największą ilość problematycznych sytuacji architektonicznych możliwych do spotkania w warunkach rzeczywistych. Będzie służył on, do porównywania wyników badań do wszystkich pomiarów wykonywanych podczas badań (skanera odnośnie jakości pomiarów oraz aplikacji odnośnie składania skanów). Zostanie ona wybudowane zgodnie z dokładnością co do 2mm “Poprawne dopasowanie” - rozumiemy jako takie działanie algorytmu aby złożenie skanów “budynku referencyjnego” pokrywało się z ich rzeczywistą relacją w przestrzeni. Sprawdzamy to nakładając wynik autodopasowania na cyfrową reprezentację rzeczywistego kształtu “budynku referencyjnego”. Aby uznać autodopasowanie za “poprawnie dopasowane” żaden z narożników “pomieszczenia referencyjnego”nie może być dalej niż 2 cm od swojego rzeczywistego położenia. METODOLOGIA BADAWCZA: Wszystkie pomiary będą pobierane za pomocą skanera Faro M70.Po wczytaniu skanów do aplikacji oraz obsłudze ze strony użytkownika procesu półautomatycznego składania skanów aplikacja będzie generować otrzymany kształt zeskanowanego pomieszczenia referencyjnego i ten kształt będzie porównywany z projektem “pomieszczenia referencyjnego przez specjalnie do tego napisaną “aplikację do porównywania rysunków inwentaryzacyjnych”. Aplikacja będzie raportować maksymalną różnicę pomiędzy jedną inwentaryzacją a druga dając wynik w ilości milimetrów największej rozbieżności oraz określać czy można uznać złożenie skanów za “poprawnie dopasowane”