ZAŁĄCZNIK

Convert 3D

Przetwarzanie współrzędnych przestrzennych

Instrukcja obsługi programu

Spis treści:

Wprowadzenie 3

1. Informacje ogólne 4

2. Dane 4

• Wprowadzanie danych 4

• Zapis danych 5

3. Procedury obliczeniowe 5

• Transformacja 5

• Aproksymacja 8

• Rzutowanie prostopadłe 10

4. Procedury dodatkowe 13

• Edytor 13

• Opcje 14

Wprowadzenie

Program Convert 3D powstał w ramach dyplomowej pracy magisterskiej, realizowanej na Wydziale Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej. Ideą napisania tej pracy, było stworzenie oprogramowania dzięki któremu będzie można w łatwy sposób opracować dane uzyskane w wyniku pomiarów obiektów przestrzennych. Program jest przeznaczony dla studentów Wydziału Geodezji i Kartografii. Za jego pomocą można rozwiązywać niektóre zadania z zakresu pomiarów przestrzennych. Niniejsza instrukcja ma na celu zaznajomienie użytkownika ze strukturą programu oraz jego możliwościami.

1. Informacje ogólne

Program „Convert3D” został opracowany w systemie programowania Borland Delphi 6. Głównymi założeniami projektu programu, było napisanie funkcji umożliwiających przetwarzanie danych, uzyskanych w wyniku pomiaru obiektów przestrzennych. W trakcie pracy udało się zrealizować następujące zagadnienia:

• Transformacja przestrzenna przez podobieństwo

• Transformacja przez podobieństwo przy założeniu stałości osi OZ

• Aproksymacja zbioru punktów płaszczyzną

• Rzutowanie prostopadłe zbioru punktów na płaszczyznę aproksymującą

• Rzutowanie prostopadłe zbioru punktów na dowolną płaszczyznę

Wygląd programu został zaprojektowany tak, aby był on czytelny. Obsługa programu sprowadza się do wykonywania kolejnych czynności obliczeniowych krok po kroku. Program posiada system podpowiedzi i zabezpieczeń, który nie pozwala na błędną kolejność realizacji algorytmów.

2. Dane

Prowadzone w programie obliczenia opierają się na danych w postaci współrzędnych przestrzennych X, Y, Z. Dodatkowo w różnych miejscach programu wykorzystywane są też inne wartości np. odległości. Jednakże podstawowe dane jakie należy wprowadzić do programu to współrzędne przestrzenne pomierzonych punków. Identyfikatorem każdego z punktów jest jego numer.

Wprowadzanie danych

Dane w postaci Nr. X, Y, Z , wprowadzane są do programu za pomocą pliku tekstowego. Dla każdego zadania obliczeniowego należy wprowadzić odpowiedni plik z danymi wejściowymi. Mogą one być wygenerowane za pomocą innego programu, uzyskane bezpośrednio z instrumentu pomiarowego lub też stworzone w dowolnym edytorze tekstowym. Prosty edytor jest także wbudowany w program. Plik powinien zawierać w kolejnych wierszach dane o punkcie w postaci:

numer X Y Z

Kolejne wartości powinny być oddzielone przerwą (spacja lub tabulator), natomiast separatorem dziesiętnym może być zarówno przecinek jak i kropka.

Zapis danych

W wyniku obliczeń dokonywanych przez program, uzyskujemy ostateczne dane. Uzyskane wyniki możemy zapisać do plików tekstowych. Dane przeliczonych punktów, np. w wyniku transformacji lub rzutowania, uzyskane przy aproksymacji odległości, które zostały wyświetlone w tabelach można zapisać bezpośrednio do plików. Format zapisywanego pliku zależy od rodzaju danych. Kolejność zapisywania wartości jest taka jak kolejność kolumn w tabeli. Każdy wiersz tabeli zostaje zapisany w nowym wierszu pliku. Pliki zawierające dane - nr, X, Y, Z - są zgodne z plikami wsadowymi do programu. Pozostałe wyniki obliczeń można zachować generując raport obliczeń. Raport ten będzie zapisany do pliku tekstowego w takiej formie jak jest wyświetlony na ekranie.

3. Procedury obliczeniowe

Na aplikację „Convert3D” składa się okno główne programu oraz kilka okien dodatkowych, które ukazują się w wyniku przeprowadzonych operacji. W lewym górnym rogu okna głównego znajdują się trzy opisane zakładki. Za ich pomocą wykonujemy wyboru interesującego nas programu. Dostępne są następujące obliczenia: transformacja, aproksymacja, rzutowanie prostopadłe.

Transformacja

Po wybraniu tej zakładki ukazuje się panel podzielony na cztery części: układ pierwotny, punkty dostosowania, parametry transformacji i układ wtórny. Aby rozpocząć obliczenia należy wprowadzić dane wejściowe: punkty układu pierwotnego i punkty dostosowania w układnie wtórnym. Informacje te wczytujemy z pliku za pomocą przycisku „Wczytaj punkty”. Na ekranie pojawi się okno dialogowe, za pomocą którego możemy wybrać odpowiedni plik z dysków. Jeżeli format pliku jest prawidłowy program wczyta do odpowiednich tabel dane i zasygnalizuje ile punktów zostało wczytanych. W przypadku niezgodności pliku, wystąpi komunikat o błędzie. Ważne jest aby nazwy punktów dostosowania w obu układach były takie same. Program automatycznie wyszukuje w bazie punktów układu pierwotnego nazwy punktów które zostały wprowadzone jako punkty dostosowania. Jeżeli program napotka błąd w tej części operacji, poinformuje o tym stosownym komunikatem. Przed przystąpieniem do obliczeń należy wybrać czy korzystamy z opcji o stałości osi OZ układu wtórnego. Możliwość ta jest domyślnie wyłączona i można ją aktywować zaznaczając pole wyboru tej opcji. W tym momencie możemy już przystąpić do obliczeń parametrów transformacji. Wykonujemy to poprzez naciśnięcie przycisku „Oblicz parametry”. Jeżeli program nie napotkał błędów podczas wykonywania obliczeń, parametry zostaną wyświetlone w odpowiednich polach. Zakończenie wyznaczania parametrów zostanie potwierdzone komunikatem.

Rysunek 1. Okno programu transformacja.

W tym momencie działania programu dostępne są już parametry transformacji. Niektóre z wartości można w tym momencie zmienić. Są to: skala i elementy translacji. Dostęp do edycji tych parametrów jest możliwy po zaznaczeniu pola wyboru. Transformacja punktów układu pierwotnego do wtórnego następuje w wyniku naciśnięcia przycisku „Transformuj punkty”. Jeśli nie wystąpią błędy to współrzędne punktów w nowym układzie zostaną wyświetlone w tabeli, oraz zostanie wyświetlony komunikat o zakończeniu transformacji.

Po wykonaniu wszystkich obliczeń możemy zapisać uzyskane wyniki do pliku tekstowego. Po naciśnięciu przycisku „Zapisz punkty” otworzy się okno dialogowe systemu Windows, za pomocą którego możemy wybrać istniejący plik, lub utworzyć nowy. Podsumowanie wykonywanych operacji jest dostępne po wygenerowaniu raportu. Daje on informacje które pliki zostały wczytane, ile punktów uczestniczyło w obliczeniach, a także pokazuje wartości parametrów. Ponadto w raporcie wykazana jest różnica jaka wystąpiła dla punktów dostosowania po przeprowadzeniu transformacji. Wszystkie te informacje można także zapisać do pliku tekstowego.

Rysunek 2. Okno Raportu.

Wszystkie operacje można także uruchomić korzystając z menu głównego programu. Dodatkowo w menu znajdują się: Edytor, Opcje oraz Pomoc, z których można korzystać w każdym momencie trwania programu.

Aproksymacja

Panel do obliczeń aproksymacji składa się z trzech części. Pierwsza część składa się z tabeli do której będzie wczytany zbiór punktów. W środkowej części znajdują się elementy służące do wyliczania i wyświetlania parametrów płaszczyzny. Ostatnia zakładka składa się z tabeli w której zostaną wyliczone odległości punktów od płaszczyzny. Pierwszym krokiem jest oczywiście wczytanie zbioru punktów który zamierzamy aproksymować. Operację tą wykonuje się tak samo jak w przypadku transformacji. Wczytane punkty pojawią się w pierwszej tabeli. Następnie, należy wybrać z wczytanego zbioru punkty które będą uczestniczyć w aproksymacji. W tym celu naciskamy przycisk „Wybierz punkty”. Na ekranie pojawi się nowe okno (rysunek 4). W oknie tym znajdują się dwie listy oraz klawisze sterujące. Lewa lista zawiera punkty dostępne, czyli wczytane z pliku. Prawa lista będzie zawierać punkty które zostaną wybrane. Do przekazywania punktów pomiędzy listami służą klawisze oznaczone strzałkami. Strzałki oznaczone kolorem zielonym służą do przekazywania zawartości całej listy. Strzałki koloru żółtego przekazują pomiędzy listami punkty, których numery są aktualnie zaznaczone kursorem. Dopuszczalne jest zaznaczenie kilku punktów jednocześnie. Po wybraniu punktów, operację zatwierdzamy przyciskiem „Ok”. Program zamknie okno wyboru i wróci do okna głównego. W pierwszej tabeli w ostatniej kolumnie pojawi się znacznik „×” który będzie wskazywał wybrane punkty. Pojawi się także komunikat informujący o liczbie wybranych punktów. W każdym momencie pracy programu można dokonywać zmian w zbiorze wybranych punktów. Wystarczy ponownie przejść do operacji wyboru.

Rysunek 3. Okno programu aproksymacja.

Gdy ustalone są już punkty które będą brały udział w procesie aproksymacji, można dokonać obliczeń. Następuje to w wyniku naciśnięcia przycisku „Wyznacz”. W większości wypadków proces obliczania może potrwać kilka sekund. Zostanie to zasygnalizowane zmianą kursora. Po wykonaniu obliczeń, w odpowiednich polach zostaną wyświetlone parametry płaszczyzny aproksymującej. Ponadto program wyliczy odległości punktów od wyznaczonej płaszczyzny. Odległości te wyświetlą się w tabeli po prawej stronie. Domyślnie program obliczy odległości dla punktów wybranych. Można także obliczyć te odległości dla wszystkich punktów, nawet dla tych które nie brały udziału w aproksymacji. Wyboru tego dokonuje się poprzez wybranie odpowiedniej opcji w panelu środkowym. Gdy wyniki aproksymacji nie są zadawalające, można powtórzyć obliczenia dokonując modyfikacji w zbiorze punktów.

Rysunek 4. Okno wyboru punktów.

Po zakończeniu obliczeń uzyskane wyniki można zapisać do plików tekstowych. Wyznaczone odległości do płaszczyzny zapisujemy poprzez przycisk „Zapisz”. Parametry płaszczyzny oraz pozostałe dane możemy zachować generując raport. W raporcie dostępne są podstawowe informacje takie jak nazwa pliku wsadowego, ilość wczytanych punktów a także numery punktów wybranych oraz parametry płaszczyzny. Jeżeli użytkownik nie potrzebuje generowania numerów punktów wybranych, może odznaczyć tą możliwość w opcjach głównych programu.

Rzutowanie prostopadłe

Ostatnia zakładka w programie odpowiada za obliczenia rzutów punktów na płaszczyznę. Podobnie jak dwie poprzednie składa się z kilku części. Pierwsza część odpowiada za wczytanie zbioru punktów. Zasada postępowania jest taka sama jak przy poprzednich programach. W drugiej części - środkowej, wybieramy płaszczyznę na którą ma zostać wykonane rzutowanie. Dostępne są następujące opcje:

• płaszczyzna aproksymująca,

Aby skorzystać z tej opcji należy najpierw wykonać aproksymację. Program zapamiętuje parametry ostatnio obliczonej płaszczyzny.

• płaszczyzna zadana przez parametry A,B,C,D,

W tej opcji możemy zdefiniować dowolną płaszczyznę poprzez wpisanie jej parametrów A,B,C,D.

• płaszczyznę zadaną przez trzy punkty,

W odpowiednich polach wpisujemy współrzędne punktów które mają tworzyć płaszczyznę. Punkty te nie mogą być współliniowe.

• płaszczyznę układu współrzędnych,

Do wyboru są płaszczyzny XY, XZ, oraz YZ.

Rysunek 5. Okno programu rzutowanie.

Po wybraniu odpowiedniej opcji oraz ewentualnym wprowadzeniu danych, można rozpocząć obliczenia. Wykonuje się to poprzez naciśnięcie przycisku „Oblicz”. O zakończeniu obliczeń informuje odpowiedni komunikat. W pozostałych tabelach pojawią się uzyskane rezultaty. W tabeli górnej, wyświetlą się współrzędne przestrzenne X,Y,Z punktów leżących na zadanej płaszczyźnie. W tabeli dolnej pojawią się współrzędne płaskie x,y, w układzie płaszczyzny. Otrzymane wyniki można zapisać do plików tekstowych.

Dodatkowo dla współrzędnych płaskich x,y można wygenerować szkic położenia punktów. Następuje to, w wyniku naciśnięcia przycisku „Rysuj”. Pojawi się nowe okno przeznaczone do zarządzania szkicem. Górna część okna przeznaczona jest na widok rysunku. Znajdują się na nim okręgi sygnalizujące położenie punktu oraz opis punktu w postaci jego nazwy. Na dolnym panelu znajdują się klawisze dzięki którym można sterować widokiem ekranu. Za ich pomocą można powiększać lub pomniejszać widok punktów. Ponadto można też przesuwać widok w czterech kierunkach: góra, dół, prawo, lewo.

Rysunek 6. Okno szkicu rozmieszczenia punktów

Obok klawiszy sterowania znajdują się pola w których wyświetlane są minimalne i maksymalne wartości współrzędnych x i y. Wygenerowany obraz można zapisać do pliku graficznego. Za pomocą przycisku „Zapisz obraz” uruchamiamy okno dialogowe za pomocą którego dokonujemy wyboru pliku docelowego. Dodatkową funkcją jest możliwość nie wyświetlania numerów punktów. Następuje to w wyniku zaznaczenia pola wyboru przy tej opcji. W opcjach głównych programu można też zdefiniować możliwość skalowania znacznika punktu i jego nazwy.

4. Procedury dodatkowe

Poza głównymi programami obliczeniowymi, aplikacja posiada elementy dodatkowe. Są to: „Edytor”, oraz „Opcje”. Procedury te, nie są niezbędne do działania programu i wykonywania obliczeń. Jednakże w znacznym stopniu zwiększają jego użyteczność i mogą stanowić pomoc dla odbiorcy programu.

Edytor

W związku z tym, że edycja współrzędnych punktów jest zablokowana, w programie został zbudowany specjalny edytor plików. Edytor ten obsługuje pliki tekstowe w formacie: Numer,X,Y,Z. Jest więc zgodny z formatem plików które są obsługiwane przez program. Za pomocą Edytora można stworzyć nowy plik, wpisując wszystkie wartości po kolei. Można też edytować plik wcześniej stworzony i zapisywać zmiany.

Rysunek 7. Widok okna Edytora plików.

Pole edycji tabeli, zostało tak zaprogramowane, aby wpisywanie danych nie było uciążliwe. Pomiędzy kolejnymi komórkami można przeskakiwać za pomocą klawisza Enter, co jest wygodne w przypadku wpisywania cyfr za pomocą klawiatury numerycznej. Edytor sprawdza poprawność wypełnienia wszystkich komórek. Jeżeli któraś wartość zostanie pominięta zostanie to zasygnalizowane znacznikiem „×”w dodatkowej kolumnie. Edytor jest dostępny w każdym momencie pracy programu. Można go uruchomić za pomocą menu głównego aplikacji.

Opcje

Opcje programu służą dostosowaniu programu do potrzeb użytkownika. Dostępne są następujące opcje:

• ilość miejsc po przecinku,

• dodaj do raportu numery punktów dostosowania,

• skaluj okrąg i nazwę,

Za pomocą pierwszego punktu, możemy zdefiniować precyzję wyświetlania i zapisu współrzędnych. Program daje możliwość wyboru od zera do pięciu miejsc po przecinku.

Rysunek 8. Opcje dostępne w programie

Zaznaczenie drugiej opcji spowoduje, że do raportu generowanego po zakończeniu aproksymacji, będą dodawane numery punktów które uczestniczyły w obliczeniach. Opcja ta jest standardowo zaznaczona, jednakże może wystąpić przypadek gdy użytkownik nie życzy sobie tego. Może być tak w momencie występowania bardzo dużej ilości punktów, wtedy w oknie raportu zostałyby wygenerowane wszystkie numery, co może spowodować jego nieczytelność. Trzeci punkt, odnosi się do operacji rysowania szkicu. Domyślnie, program przy powiększaniu widoku rysunku, skaluje także okrąg i nazwę wyznaczający punkt. Odznaczenie tej opcji spowoduje, że okrąg i napis będą przy każdym powiększeniu miały niezmienny wymiar. Opcja ta może być potrzebna w przypadku rysunku, na którym punkty będą bardzo blisko siebie, a zmiana rozmiaru okręgu i napisu spowoduję nieczytelność rysunku. Wszystkie opcje, są dostępne w trakcie pracy programu. Można je wywołać za pomocą menu głównego programu.

3

---