Суббота, 25 мая, 2024

16+

Отправная точка: что такое облако точек и как по нему строят 3D-модель

Время на чтение 8 мин.

Кто появляется на стройке первым? Геодезисты!

Наверняка кто-то из наших читателей наблюдал такую картину – по дороге или площадке под стройку ходят люди в светоотражающих жилетах с треногой и подозрительно похожим на большой фотоаппарат прибором.

Если картина вам показалась знакомой, то вероятнее всего вы были свидетелем геодезической съемки местности — то есть сбора данных о ней для дальнейшей работы проектировщиков и строителей. Сбор этих данных – это полевая работа, которая затем обрабатывается с помощью специального ПО.

Разобраться в том, что такое геодезическая съемка, при чем тут облако точек, как оно формируется и облегчает работу по проектированию объектов, зачем геодезисту беспилотник и VR-шлем, нам помог Леонид Тенюго, заместитель руководителя топогеодезического направления компании «Кредо-Диалог».

Отправная точка: что такое облако точек и как по нему строят 3D-модель
Леонид Тенюго. Фото: пресс-служба компании «Кредо-Диалог»

Точка, точка, запятая, вышли данные большие

Итак, смысл работы геодезиста — собрать всю необходимую информацию до начала любых строительных или инженерных работ. Не важно, будет строиться небоскреб или избушка на курьих ножках, прокладываться скоростное шоссе или подземные коммуникации: сначала на место работ выезжают геодезисты или маркшейдеры (если речь о строительстве под землей), чья задача — обеспечить точность строительства.

Леонид Тенюго: «Лет 60 назад все измерения делались вручную. Геодезисты таскали за собой тяжеленное оборудование, измеряли горизонтальные и вертикальные углы теодолитом, а расстояния — оптическим дальномером. Все данные записывались в блокнот, а уже во время камеральных работ с помощью калькулятора, формул и усидчивости получался результат геодезической съемки. В общем, это было очень медленно, трудоемко и зачастую по колено в грязи. Плюс груз огромной ответственности: любая ошибка геодезиста — это в перспективе огромные убытки или даже гибель людей».

Отправная точка: что такое облако точек и как по нему строят 3D-модель
Студенты на практический занятиях по геодезии, 1950-е годы. Фото: museum.asu.edu.ru

Технический прогресс значительно облегчил труд геодезистов. Хотя грязь и необходимость носить оборудование никуда не делись, современные устройства собирают данные сразу в цифровом формате, который понятен программному обеспечению для работы с ними. Остается только передать информацию из геодезического прибора в компьютер — и можно составлять цифровую модель местности.

Леонид Тенюго: «Сейчас бо́льшая часть геодезических измерений выполняется с помощью цифрового оборудования — электронных тахеометров, цифровых нивелиров и ГНСС-приемников. Тахеометр — это по сути «два в одном»: теодолит плюс лазерный дальномер. GNSS-приемник — прибор, созданный для определения местоположения при помощи данных от глобальных спутниковых навигационных систем. Все эти данные являются основой для последующих построений, остается загрузить их в специальную программу».

В последнее время все большую популярность при проведении инженерно-геодезических изысканий набирают технологии мобильного лазерного сканирования – наземного и воздушного. В этом случае данные передаются в виде облака — набора точек с заданным положением в пространстве. Специалист устанавливает сканер на носитель (коптер или автомобиль), а дальше прибор измеряет, куда падает свет. За одну секунду подобный 3D-сканер может отснять до двух миллионов точек — и таким образом составить из них объемную «картинку» объектов, которые находятся в пределах его прямой видимости. Эти данные соотносятся с координатами устройства — и получается готовый набор данных о местности.

Хотя суть геодезической съемки остается неизменной на протяжении десятилетий, технологии всё больше облегчают труд специалистов. Так, еще десять-пятнадцать лет назад на то, чтобы отснять несколько гектаров местности требовался целый рабочий день двух или трех геодезистов, а лазерный сканер был невероятно дорогим прибором размером с бытовой холодильник. Теперь ту же работу может выполнить одни человек за несколько минут, а сканер помещается в руке. А можно и вовсе обойтись без человека.

Леонид Тенюго: «Самая продвинутая технология геодезической съемки — это использование беспилотников. На аппарат устанавливают тот же GPS-передатчик и лазерный сканер, который измеряет углы и расстояния. Дальше беспилотник сам ездит или летает, собирая данные. Но такие технологии пока доступны в основном крупным компаниям, так как стоимость оборудования все еще кусается, по крайней мере в наших условиях.».

Вас снимают

Другой способ получить облако точек — это сформировать его по фотографии. Этот метод называется фотограмметрией, и он применяется, если необходимо создать план очень большого или расположенного в труднодоступной местности объекта. Как правило, для этого необходима аэрофотосъемка с самолета или дрона, но можно делать фотографии с земли. Например, если необходимо составить цифровую модель автодороги, то по ней едет автомобиль, снимающий все вокруг (примерно так, кстати, получаются гугл-панорамы).

Леонид Тенюго: «С помощью фотограмметрии удобно следить за стройкой. На глаз бывает сложно определить, насколько продвинулись строители за отчетный период. Плюс для этого необходимо тратить рабочее время, а представьте, если строится огромный завод, то и размеры площадки соответствующие. Беспилотник, который облетает стройку в автоматическом режиме, допустим раз в неделю или месяц, может сделать буквально за полчаса-час тысячи снимков. Затем эти снимки загружаются в программу, которая преобразует их в облако точек. Та же программа даже может сравнить данные текущего мониторинга и предыдущего и показать области, которые изменились.

Нажми на точку — получишь результат

Однако облако точек — это всего лишь данные. Вторая половина работы — превратить полученную информацию в рабочую 3D-модель. 3D-модель позволяет инженерам и архитекторам создавать строительный проект, учитывая реальные условия, тем самым уже на начальном этапе избежав ошибок и необходимости вносить правки по ходу.

Леонид Тенюго: «Облако точек — это большой массив данных, и для его обработки необходимы специальные программы. Например, у нас есть специализированное ПО КРЕДО 3D СКАН. Оно работает и с фотограмметрическими, и с лазерными облаками точек».

Отправная точка: что такое облако точек и как по нему строят 3D-модель
Так выглядит облако точек в интерфейсе программы. Изображение: пресс-служба компании «Кредо-Диалог»

Очевидно, что работа с облаками точек в значительной степени автоматизирована — однако пока человек все еще принимает большое участие в создании проекта. Программы не умеют самостоятельно классифицировать объекты без ошибок, не умеют сравнивать облака точек и 3D-проекты, выявляя отклонения. Все это — задача человека, и современные геодезисты проводят больше времени не в поле, а перед монитором компьютера. Впрочем, производители ПО стараются максимально автоматизировать обработку облаков точек, ориентируясь на последние прорывы в области искусственного интеллекта

Леонид Тенюго: «Если говорить, например, об объектах дорожной сети, то мы внедрили в наше ПО алгоритмы для автоматического распознавания разметки, бордюров, фонарных столбов, дорожных знаков. Нейросеть умеет распознавать, какой это конкретно знак. Для этого мы обучали наш ИИ на тысячах изображений дорожных знаков, ведь во время съемки они могут попасть в данные под разным углом или с разным освещением. Алгоритм должен безошибочно опознавать объект вне зависимости от этих переменных условий. Поэтому для обучения требуется огромный массив данных — и тогда в большинстве случаев получится верный результат».

Отправная точка: что такое облако точек и как по нему строят 3D-модель
Распознавание дорожных знаков в программе. Изображение: пресс-служба компании «Кредо-Диалог»

В будущем участие человека в работе с облаками точек, вероятно, еще более сократится. Широкое внедрение беспилотных технологий избавит геодезистов от необходимости выезжать «в поле». Специалисты превратятся в операторов роботизированных комплексов, которые соберут все необходимые данные и тут же перешлют их на компьютер для обработки. Увеличение вычислительных мощностей позволит обрабатывать всё большие массивы данных и создавать 3D-модели целых городов, а внедрение нейросетей — перевести большинство операций в автоматический режим.

Леонид Тенюго: «Основные технологии, методы и приемы работы с облаками точек уже определены и остаются неизменными десятилетия. В перспективе, скорее всего, в программах для обработки данных будет больше автоматизации. Нейросети станут точнее распознавать объекты, а значит, человеку придется реже вмешиваться в обработку и делать меньше ручной работы. Также, видимо, ПО дополнят возможностью показать 3D-модель в виртуальной реальности. С помощью VR-очков можно будет не просто посмотреть на план, а прогуляться внутри будущего объекта, «пощупать» его и лучше представить, каким он получится в результате».

Благодарим пресс-службу компании «Кредо-Диалог» и лично Марию Орановскую-Малецкую за помощь в организации интервью.

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь