De la realidad al gemelo digital

Una nube de puntos es un sistema de representación tridimensional de un ámbito a través de un conjunto de puntos. Cada uno de estos puntos se registra con sus coordenadas X, Y y Z.

Además, si la herramienta cuenta con cámara fotográfica, también se registrará el color RGB asociado a cada punto, lo que aporta textura al producto resultante.

La calidad de una nube de puntos dependerá del escáner láser 3D empleado para su obtención y, en última instancia, del uso que se vaya a dar a la nube. Atendiendo al objetivo que queramos cumplir, la nube contará con unas u otras características. Los parámetros que tenemos que tener presente y que determinarán la calidad de una nube de puntos son: 

• Precisión de la medición: no siempre es necesaria la misma precisión de una nube de puntos, todo dependerá del uso que tenga, podemos afirmar que a mayor precisión mejor calidad de la nube. En general, trabajar con nubes de puntos que tengan una precisión de ± 1-2 cm, se considera una precisión aceptable para proyectos arquitectónicos (aunque todo depende del objetivo).
• Resolución o densidad de los puntos: la resolución de un escáner láser 3D determina cuantos puntos se proyectan en un escaneo y, por tanto, la posibilidad de ver los detalles pequeños que existen en la superficie. En general, una resolución de 5 mm (1 punto por cada 5mm) es una densidad de puntos aceptable, aunque todo depende del objetivo que tenga la nube de puntos. 
• Alcance: es la distancia máxima a la que un escáner láser 3D puede tomar puntos. El alcance es una variable que depende totalmente del objetivo del proyecto: si se trata de un proyecto de edificación será necesario un alcance mucho menor que para un proyecto de obra civil, por ejemplo.

Las nubes de puntos se generan con un escáner láser 3D, habitualmente, aunque también son el producto resultante de un trabajo de fotogrametría. Dentro del apartado de las herramientas de escáner láser 3D se encuentran dos tipologías en función de su tecnología, se denominan terrestre y móviles.

Los escáneres terrestres fueron los primeros en surgir y aún siguen presentes en un amplio abanico de sectores, recientemente aparecieron los escáneres móviles que han venido a complementar y simplificar los terrestres.

Las prestaciones que nos ofrecen los escáner estáticos o terrestres van encaminadas hacia una mayor resolución y alcance, aunque requieren más tiempo para su ejecución. En cambio, los dispositivos móviles adquieren mayor velocidad escaneo mermando en resolución y alcance.

Al igual que ocurre con los tipos de herramientas, existen multitud de formatos para el archivo de la nube de puntos dependiendo del software donde la vayamos a tratar. En donde se podrá distinguir entre formatos abiertos y propietarios para evitar la dependencia de un único proveedor y fomentar la interoperabilidad. Mientras que los formatos abiertos garantizan flexibilidad, los formatos propietarios pueden limitar la capacidad de transferencia de datos a otros sistemas, creando así estándares de facto que restringen la colaboración. Las más comunes y compatibles con los programas más conocidos son el formato:

• E57 (.e57): abierto
• XYZ: abierto
• RCS/RCP (.rcs/.rcp): propietarios de Autodesk

Estos formatos son los más comunes para trabajar la nube de puntos “en bruto”, con cualquier software de modelado, pero también es posible trabajar la nube de puntos a través de una plataforma online de gestión online alojadas en entornos colaborativos.

El formato E57 es un estándar abierto para el intercambio de datos de escaneo 3D y nubes de puntos. Se emplea en proyectos que requieren capturas de alta precisión en la construcción, y su principal ventaja es la interoperabilidad entre diferentes plataformas y software.

Compatible con herramientas BIM, como Revit, ArchiCAD y Navisworks, facilitando el proceso de Scan to BIM, lo que le permite integrarse fácilmente en un flujo de trabajo BIM para generar modelos tridimensionales precisos y enriquecidos.

Su principal objetivo es garantizar que los datos de escaneo, especialmente aquellos generados por escáneres láser 3D, sean transferibles entre distintas herramientas de software sin pérdida de calidad, permitiendo así una colaboración más abierta y fluida entre los actores involucrados en un proyecto.

Además, al tratarse de un estándar abierto, otorga a los usuarios mayor control sobre los datos, reduciendo el riesgo de bloqueos de software y favoreciendo la reutilización de los datos en el futuro sin depender de un formato propietario que pueda perder soporte.

Algunos de las características del formato E57 son:

• Compatibilidad con una amplia gama de software de modelado y post-procesado para la gestión y procesamiento de nubes de puntos.
• Almacenamiento eficiente de datos de escaneo 3D, incluyendo imágenes, nubes de puntos y metadatos, que pueden almacenar información adicional como datos de intensidad (la fuerza del retorno del láser), RGB (si la nube de puntos incluye color), e incluso imágenes capturadas durante el escaneo. Este formato soporta la compresión de datos sin pérdidas, lo que significa que es capaz de almacenar grandes volúmenes de datos de nubes de puntos de forma optimizada.
• Interoperabilidad que facilita la transferencia de datos entre diferentes actores del proyecto sin pérdida de información. Entre múltiples plataformas y evita la dependencia de un único proveedor o software. Esto promueve un flujo de trabajo más colaborativo y eficiente. 

Desde el comienzo de este artículo hemos hablado de la nube de puntos como un fichero de datos que nos aporta la geometría de una superficie. A partir de este concepto, la nube de puntos sirve como representación completa o parcial de una superficie, y las utilidades son inmensas para los diferentes sectores profesionales involucrados en el ciclo de vida de un activo.

La nube de puntos en si misma aporta una fuente de información y es posible trabajar directamente con ella. Atendiendo a la herramienta de escáner que se utilice para la digitalización, el resultado de la nube de puntos podrá trabajarse en uno u otro software, online o en local.

A través del software o plataforma online, una nube de puntos permite realizar mediciones, extraer ortofotografías de secciones, plantas o alzados, realizar recortes de un área, etc.

Ahora bien, no podemos olvidar que una nube de puntos en un fichero que contiene miles/millones de puntos, pero no contiene información sobre los elementos que componen la superficie digitalizada. Para ello, debemos parametrizar esta nube de puntos elaborando un modelo 3D o empleando la metodología BIM, por ejemplo.

En el proceso de desarrollo de esta documentación parametrizada, la nube de puntos es la base de información geométrica para elaborarla acorde a la realidad. 

Para cada fase del ciclo de vida de un edificio, antes, durante y después de la construcción, la nube de puntos tiene unas funcionalidades diferentes.

Durante la fase de diseño, es muy común no encontrar suficiente información o que no esté accesible, por lo tanto, la digitalización con escáner láser 3D garantiza que se dispone de toda la información geométrica exacta para evaluación de estructuras, superficies y fachadas existentes, conocer las dimensiones, el espacio, el terreno, etc.

Durante la fase de construcción la nube de puntos permite obtener rápidamente un estado del avance del proceso constructivo para control de calidad, evaluación del diseño, simulaciones y comparaciones de los hitos de construcción, entre otras.

Durante la fase de operaciones, el escaneo láser 3D permite digitalizar dimensiones, elementos y objetos que ayuden a mejorar el control en los procesos de mantenimiento y de gestión del edificio en su estado “as built”. Permite tener información del edificio accesible y disponible para análisis del desempeño del edificio, análisis energético, gestión de instalaciones o rutas de accesibilidad.

La tecnología de nubes de puntos puede integrarse de manera fluida con los flujos de trabajo openBIM, dado que ambos enfoques están orientados a promover la interoperabilidad, transparencia y colaboración entre las diferentes disciplinas involucradas en un proyecto de construcción. Los flujos de trabajo se basan en estándares abiertos como IFC (Industry Foundation Classes) y BCF (BIM Collaboration Format).

En particular, el BCF permite la colaboración mediante la inserción de imágenes en formato .png dentro de archivos zip, facilitando la comunicación visual y la toma de decisiones basada en datos geométricos exactos. Este enfoque, combinado con las nubes de puntos, podría expandir su uso más allá de la captura inicial de datos, utilizándose en fases como la planificación, el control de calidad y la gestión del ciclo de vida del edificio.

Paralelamente, el IFC es un estándar abierto desarrollado por buildingSMART International para facilitar el intercambio de información a lo largo del ciclo de vida de un proyecto de construcción en un entorno BIM. En el contexto de las nubes de puntos, el formato IFC permite que los datos geométricos y de metadatos capturados por escáneres 3D se integren de manera estructurada en los modelos BIM. Esto posibilita la coordinación eficiente entre diversas disciplinas y fases del proyecto, garantizando que la geometría capturada en la nube de puntos pueda ser utilizada en procesos posteriores como el diseño, la construcción, y el mantenimiento, sin depender de formatos propietarios. Al ser un estándar abierto, IFC asegura que los modelos generados puedan ser compartidos y utilizados por diferentes softwares sin pérdida de información, lo que se alinea con la filosofía de interoperabilidad de las nubes de puntos y openBIM.

Son numerosas las aplicaciones que tiene una nube de puntos, tanto en 2D como en 3D, aunque para aprovechar al máximo su potencial es recomendable su uso en 3D.

Una de las principales diferencias de una nube de puntos respecto a levantamientos tradicionales es que nos aporta información en tres dimensiones, por lo que desarrollar modelos 3D es el siguiente paso natural, comúnmente conocido como scan to BIM.

Se denomina scan to BIM a la capacidad de capturar digitalmente un espacio físico, desde diversos puntos, utilizando los datos para crear un modelo 3D o BIM.

Este proceso proporciona la precisión en la toma de datos gracias a la nube de puntos, y la capacidad de gestionar, coordinar y compartir toda la información de un proyecto a través del trabajo colaborativo en BIM.

Las primeras fases de este proceso ya las hemos mencionado en este artículo: en primer lugar, obtenemos esta nube de puntos con escaneo láser 3D, posteriormente se procesan los datos obtenidos para combinarlos, depurarlos y trabajarlos de la forma más óptima posible.

A partir de aquí, se integra la nube de puntos en el software de modelado, y da comienzo el proceso de modelado. La nube de puntos sirve como base para la geometría, pero además el modelo puede enriquecerse con información complementaria no gráfica como fichas técnicas de instalaciones, parámetros de tiempo y costes, etc.

Así, el uso combinado de nube de puntos y BIM nos aporta una solución integral para optimizar la gestión de un edificio durante todo el ciclo de vida. Nos permite obtener un gemelo digital del edificio preciso, accesible y vivo que se nutra con el paso del tiempo. 

En un entorno BIM, existen diversas categorías de software que permiten trabajar con nubes de puntos. A continuación, se enumeran algunas herramientas, aunque no es un listado exhaustivo:

• Software dedicado de post-procesado:
• • Propietario: Leica Cyclone, Faro Scene.
  • Open-source: CloudCompare, Meshlab.
• Funcionalidades nativas en software de autoría BIM:
• • Herramientas BIM como Revit o ArchiCAD permiten la importación y visualización de nubes de puntos, pero con capacidades limitadas de procesamiento.
• Plugins para autoría BIM:
• • Plugins específicos, como el Faro para Revit, permiten mejorar la interacción con las nubes de puntos dentro de estos entornos.
• Visores y gestores IFC con funcionalidades para nubes de puntos:
• • Solibri y BIMcollab Zoom permiten visualizar nubes de puntos junto con modelos IFC para una mejor coordinación y revisión de datos.
• CDE (Common Data Environment) y visores/gestores web:
• • BIM 360 y Trimble Connect permiten la colaboración en línea mediante la visualización de nubes de puntos y modelos BIM, haciendo que toda la información esté disponible de forma accesible y remota.