fbpx

Тривимірні хмари точок: що це таке і навіщо потрібно?

3D-хмара точок, яку іноді називають 3D-візуалізацією – один з етапів створення точної 3D-моделі реального світу. Це відправна точка цифрової реальності, карта точок в просторі, які обробляються, щоб стати тривимірними моделями практично будь-якого об’єкта. У великому масштабі це включає дороги, будівлі, фабрики, виробничі підприємства, місця злочинів / аварій, цивільну інфраструктуру, історичні місця, міські пейзажі і багато іншого.

Тривимірні моделі, що засновані на даних хмари точок, використовуються у все більшій кількості галузей для візуалізації, планування і налаштування. Дані можуть трансформуватися, завдяки чому підвищується точність інформації, доступної всім, від архітекторів до керівників.

Щоб краще зрозуміти цю важливу технологію ми розглянемо такі питання:

    • що містить хмара точок
    • як вони генеруються
    • деякі способи використання даних хмари точок зараз, і
    • як вони, ймовірно, будуть використовуватися в найближчому майбутньому.

Що таке хмара точок?

Хмара точок – це сукупність величезної кількості вимірювань: набір точок даних або координат в трьох вимірах. Вимірювання зазвичай виконуються за допомогою лазерних 3D-сканерів і технології виявлення і визначення дальності (LIDAR). Лазер вимірює, де світло падає на поверхні в межах його прямої видимості. Щоб швидко захопити величезну кількість знятих точок деякі лазерні 3D-сканери мають швидкість вимірювання до 2 мільйонів точок в секунду. Давайте докладніше розглянемо, як він створює хмару точок.

Як створити хмара точок?

Сучасні лазерні сканери – портативний, швидкий і точний, але в той же час високо автоматизований і досить простий спосіб отримання хмари точок. Простіше кажучи, сканер встановлюється на штатив, ви встановлюєте його відповідно до того, що хочете виміряти, і запускаєте процес сканування. Високошвидкісне дзеркало що обертається забезпечує надзвичайно високу швидкість вимірювання, а візуальна інерціальна система з розумними алгоритмами повідомляє сканеру, де він знаходиться – його відносне положення і орієнтацію – при переміщенні між різними установками.

В даний час все частіше з’являються дуже компактні і мобільні лазерні сканери, які вміщуються в рюкзак або сумку.

Що далі робити з даними хмари точок?

Хмару точок необхідно обробити, щоб створити тривимірну модель реальності. Насправді, за термінологією захоплення, вам необхідно зареєструвати і зв’язати остаточні дані.

Реєстрація хмари точок – це коли ви вирівнюєте хмари точок які перекриваються – якщо ви переміщували лазерний сканер в різні позиції на об’єкті, щоб захопити більшу або більш повну сцену – для формування однієї точної моделі області. Створення сітки – це коли програмне забезпечення перетворює дані хмари точок в трикутники або багатокутники, щоб представити поверхню відсканованих об’єктів; сітка зберігає дані вихідних точок, але вона менше і працює швидше.

Деякі з зібраних вами координат не знадобляться, і подальша обробка може відфільтрувати і уточнити ваші дані. Наприклад, якщо ви проскануєте торговий центр, ви помітите багато людей, які ходять навколо. Остаточна обробка реєстрації видалить ці небажані примарні об’єкти, так що ви отримаєте чистіший, менший і більш точний набір даних.

Деяка обробка хмари точок починається, поки ви ще перебуваєте на майданчику. Наприклад, це може бути ноутбук, або додаток для мобільних пристроїв, який підключається до вашого лазерного сканеру для негайної попередньої реєстрації даних. Можливість візуалізувати дані, які ви зібрали, перебуваючи на місці, означає, що ви можете вносити виправлення або виконувати додаткове сканування без повторного відвідування об’єкта. Надалі, для остаточної реєстрації точок в офісі використовуються вже більш потужні програми. Вони потрібні також для побудови сітки, подальшої обробки та створення набору остаточних результатів 3D і звітів. Крім того, існують рішення для хмарного зберігання проектів, що забезпечує візуалізацію тривимірних даних і спільну роботу в Інтернеті всіх зацікавлених сторін.

Що можна робити з хмарою точок?

Коли дані хмари точок стають тривимірною моделлю, їх переваги стають очевидними. Вони різняться в залежності від галузі та сфери застосування, але в основному засновані на підвищеній точності і безпеки. Давайте розглянемо приклади з декількох галузей, де зазвичай використовуються хмари точок.

Інженери і архітектори можуть використовувати програмне забезпечення для ефективного і точного створення інформаційної моделі будівлі (BIM) існуючої конструкції або поновлення вихідних проектних моделей з урахуванням реальних умов після будівництва. Коли вони працюють над проектами модернізації, вони можуть перевірити наявність на віртуальному об’єкті і перевірити наявність конфліктів з існуючими умовами. Це допомагає зупинити критичні помилки ще до того, як вони сповільнять або зупинять проект.

У проектах громадської безпеки дані хмари точок можуть сприяти більш точному моделюванню. Наприклад, в ряді країн в рамках проекту запобігання повеней використовується лазерне сканування для оцінки впливу запланованих заходів безпеки і експериментів в області ландшафтного дизайну. В археології дані хмари точок можуть надати точні дані про існуючий стан структур місцевості, щоб допомогти в плануванні консервації та відновлення, або допомогти дослідникам отримати більш чітке уявлення про масштаб і структуру місцевості. Наприклад, при зйомках шоу National Geographic про загублених містах з Альбертом Ліном, геодезисти були частиною виробничої групи. Труднощами вивчення деяких ділянок була густа рослинність. Використовуючи 3DReshaper при постобробці даних хмари точок, вони могли видалити дерево і ґрунтовий покрив, щоб краще візуалізувати зарослі структурні утворення.

Яке майбутнє хмар точок?

Технологія створення і обробки хмар точок стає все дешевше і простіше у використанні. Наприклад, десять років тому на будівельному майданчику два або три геодезиста в день створювали хмару точок за допомогою лазерного сканера розміром з великий холодильник. Тепер деякі лазерні сканери вміщуються в одній руці, і сканування виконується за лічені хвилини.

У поєднанні зі здатністю сучасних технологій обробляти і зберігати великі обсяги даних, ніж будь-коли раніше, хмари точок стають доступними для більшої кількості користувачів. У таких галузях, як будівництво, де зазвичай використовуються хмари точок, масштаб зображення що знімається збільшується. Наприклад, тепер ми можемо створити цифрову реальність всього міста, змішуючи дані, отримані з повітря і з Землі, створюючи величезні можливості для майбутнього міського планування.

Дані хмари точок будуть використовуватися в більшій кількості галузей за рахунок візуалізації за допомогою віртуальної реальності (VR). VR на основі даних хмари точок буде більш реалістичним, точним і цікавим. VR використовується не тільки в розвагах, але і в багатьох серйозних додатках, де потрібно перебувати в будь-якому місці, але це може бути занадто дорого або небезпечно. До них відносяться навчання, що дозволяє візуально вчитися і робити помилки, вивчення історичних місць, не порушуючи їх і не руйнуючи їх, і навіть дослідження місця злочину, яке було очищено і більше не існує.

Нарешті, інновації триватимуть швидкими темпами в технологіях захоплення реальності і в обробці хмар точок. Сканери зазвичай використовуються в безпілотних літальних апаратах і мобільних картографічних рішеннях. В майбутньому наземні лазерні сканери стануть більш автоматизованими, і користувачам буде потрібно менше часу проводити на об’єкті.

За допомогою робототехніки сканування може проводити фахівець-геодезист на іншому кінці світу. Зазирнувши ще далі в світ машинного навчання і штучного інтелекту «великих даних хмари точок», в кінцевому підсумку буде відбуватися автоматизована інтерпретація хмар точок. Комп’ютери будуть запрограмовані на виявлення певних об’єктів в моделях в рамках інтелектуального робочого процесу, що дозволить заощадити величезну кількість часу і збільшити обсяг даних, які можна обробити.