في السنوات الأخيرة، أصبح استخدام كاميرات 360 درجة للمستهلكين، مثل Insta360 وDJI Osmo، لإعادة البناء ثلاثي الأبعاد أكثر بكثير من مجرد تجربة معملية متخصصة.

عبر العديد من الممارسات التقنية في جميع أنحاء العالم، أصبح سير العمل متشابهًا بشكل ملحوظ: يحمل المشغل كاميرا بزاوية 360 درجة حول المشهد لالتقاط صور بانورامية، ويصدر الصور بتنسيق متساوي المستطيلات، ثم يحولها إلى عروض منظور متعددة. يتم إدخال الصور المعالجة في COLMAP، حيث يتم تقدير أوضاع الكاميرا باستخدام Structure-from-Motion (SfM). تتم بعد ذلك معالجة البيانات الناتجة باستخدام أطر عمل مفتوحة المصدر مثل nerfstudio وgsplat لتدريب نموذج Gaussian Splatting ثلاثي الأبعاد (3DGS). في البيئات الصغيرة ذات الميزات الغنية والإضاءة المتسقة، يمكن للنماذج الناتجة تقديم جودة بصرية ممتازة.

هناك أيضًا أساليب تقنية أكثر تقدمًا. على سبيل المثال، تستخدم بعض مسارات العمل إطارات عين السمكة المزدوجة الخام مباشرةً كمدخلات، بينما يعتمد البعض الآخر على أطر عمل نقطية بانورامية متخصصة مثل gsplat360 وPFGS360، مما يلغي الحاجة إلى تحويل الخريطة المكعبة. تستمر هذه الأساليب التقنية في التطور، بدعم من مجتمعات مفتوحة المصدر نشطة للغاية.

الاستنتاج واضح: كاميرات 360 درجة المخصصة للمستهلكين قادرة على إنتاج نماذج 3DGS.

إذن أين هو القيد؟

عندما يمتد سير عمل إعادة الإعمار ثلاثي الأبعاد أعلاه من غرف داخلية صغيرة إلى بيئات أكبر مثل الطوابق بأكملها والشوارع الخارجية ومساحات كبيرة من الغابات، فإن التحدي الأساسي يأتي باستمرار في مرحلة حرجة واحدة:تقدير وضعية الكاميرا.

إن الإدارة المستدامة للغابات القائمة على الرؤية البحتة لها العديد من القيود التي لا يمكن تجنبها:

• تبعية الملمس:في البيئات ذات البنية الضعيفة مثل الغابات والتضاريس المغطاة بالثلوج والجدران البيضاء الكبيرة وجدران الستائر الزجاجية، قد يكون من الصعب مطابقة النقاط المميزة. قد تنحرف أوضاع الكاميرا أو يفشل في حسابها تمامًا.
• تبعية الإضاءة:في مواقف السيارات تحت الأرض، أو المناطق الداخلية سيئة الإضاءة، أو البيئات الليلية، يمكن أن يؤدي انخفاض نسب إشارة الصورة إلى الضوضاء إلى انخفاض جودة إعادة الإعمار بشكل مباشر.
• الانجراف على مسارات طويلة:كلما زاد طول مسار الاكتساب وزاد عدد عمليات إغلاق الحلقة، زادت أهمية الأخطاء المتراكمة. في النهاية، قد يفشل النموذج في المحاذاة أو التركيب بشكل صحيح.
• لا يوجد مقياس مادي حقيقي:تقوم SfM بإعادة بناء المشهد فقط حتى تحويل التشابه. النموذج الناتج لا يعرف بطبيعته طول المتر الواحد. ولذلك يلزم وجود مراجع مقياس إضافية أو كائنات معايرة أو نقاط تحكم لإجراء قياسات الأبعاد.

وهناك تحد عملي آخر:عندما تفشل البيانات التي تم جمعها على مساحة كبيرة، فإن تكرار المسح الميداني يمكن أن يكون مكلفًا.في العديد من مسارات العمل، لا يستطيع المشغلون تحديد ما إذا كانت الصور الملتقطة مناسبة للتدريب النموذجي على الفور. غالبًا ما يتعين عليهم العودة إلى محطة العمل وتشغيل سير عمل COLMAP الكامل قبل اكتشاف عدم إمكانية استخدام أقسام معينة من مجموعة البيانات.

توفر كاميرات 360 درجة المخصصة للمستهلكين بالفعل أداءً تصويريًا ممتازًا، ويمكن للكاميرات البانورامية السائدة أن تتفوق في الأداء على العديد من كاميرات المسح المطورة ذاتيًا من حيث التكلفة وجودة الصورة.

لا تكمن نقطة الضعف في الحل الشامل في أجهزة التصوير نفسها، بل في الافتقار إلى نظام مستقر لتقدير الوضع قادر على دعم القياس المكاني في العالم الحقيقي.

لمعالجة القيود الأساسية لإعادة بناء SfM المرئي البحت - بما في ذلك الفشل في البيئات ذات النسيج الضعيف، والتدهور في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة، والانجراف على مسارات طويلة، وعدم وجود مقياس قياس حقيقي - يوفر TourPop حلاً جديدًا.

باعتباره جهاز مسح LiDAR SLAM محمول باليد، تم تجهيز TourPop بمستشعر LiDAR يتميز بمعدل نقطة يبلغ 48000 نقطة في الثانية، إلى جانب مقبض طاقة متكامل ووحدة تحكم ونظام تخزين البيانات. لا يشتمل الجهاز على وحدة تصوير بانورامية مدمجة. وبدلاً من ذلك، فهو يتميز بواجهة تركيب عالمية موحدة تدعم مجموعة واسعة من كاميرات الطرف الثالث بزاوية 360 درجة، مما يسمح للمستخدمين بمواصلة الاستفادة من معدات التصوير الحالية الخاصة بهم.

لدى نظامي الاستشعار أدوار محددة بوضوح ويعملان معًا:

باستخدام السحب النقطية LiDAR لحساب مسار الجهاز، لا يعتمد TourPop على مطابقة ميزات الصورة لتقدير الوضعية. يمكنه الحفاظ على تموضع ثابت في البيئات ذات النسيج الضعيف مثل الغابات والمناطق المغطاة بالثلوج، وكذلك في البيئات منخفضة الإضاءة مثل مواقف السيارات والمشاهد الليلية. يمكن إجراء الاستحواذ المستمر لمسافات طويلة دون انحراف تراكمي كبير.

توفر عمليات رصد LiDAR أيضًا للنموذج مقياسًا ماديًا حقيقيًا، مما يضمن توافق الأبعاد المكانية مباشرةً مع بيئة العالم الحقيقي. يمكن للمستخدمين إجراء قياسات في الموقع للمسافات والعروض والارتفاعات والأبعاد المكانية الأخرى مباشرة داخل المشهد الملتقط.

تعتمد جودة عرض 3DGS بشكل كبير على جودة الصور الأصلية. عند إقرانها بكاميرا تجارية ناضجة بزاوية 360 درجة، توفر TourPop مزايا كبيرة مقارنة بالكاميرات المكانية الشاملة من حيث تكلفة الاقتناء وأداء التصوير ومرونة الأجهزة.

يدمج برنامج TourPop بنية تدريب هجينة ثلاثية الأبعاد. بدلاً من الاعتماد فقط على تقدير الوضع القائم على SfM، فإنه يستخدمالسحب النقطية بتقنية LiDAR باعتبارها المرجع المكاني الأساسي، حيث يعمل SfM القائم على الصور كآلية مساعدة لاختيار الصور وتصفيتها.

وتشمل مزاياها الرئيسية ما يلي:

• توزيع أكثر اتساقًا وتنظيمًا للنقاط الغوسية، مما يقلل بشكل كبير من ضوضاء النقطة العائمة المتناثرة الشائعة في الحلول القائمة على الرؤية البحتة.
• إعادة بناء ثلاثية الأبعاد مستقرة في بيئات معقدة ذات أنسجة ضعيفة أو إضاءة منخفضة، مما يقلل من تأثير الظروف البيئية على عملية النمذجة.

مفهوم"الكاميرا المكانية"ظهرت داخل الصناعة، مما يمثل عرض قيمة تكنولوجية محددة بوضوح. مفهومه الأساسي هو أن الجهاز لا يلتقط ببساطة صورًا بانورامية بزاوية 360 درجة. بدلا من ذلك، فإنه يسجلالبيانات المكانية الكاملة مع الأوضاع المكانية الدقيقة ومقياس العالم الحقيقي القابل للقياس.

يتبع TourPop نفس الاتجاه التكنولوجي مع اعتماد تنفيذ مختلف:

بنية كاميرا مفتوحة بزاوية 360 درجة مدمجة مع تقنية LiDAR SLAM باعتبارها التقنية الأساسية لتقدير الوضعية.

• يمكن للمستخدمين تركيب كاميراتهم الحالية بزاوية 360 درجة مباشرة على TourPop واستخدامها كوحدة تصوير مرئي.
• يبني LiDAR إطارًا مكانيًا كاملاً مع تحديد موضع الجهاز واتجاهه ومسافة الحركة والأبعاد الواقعية للبيئة بدقة.
• بعد الحصول عليها، لا يكون الإخراج مجرد مجموعة من الصور البانورامية، بل عبارة عن سلسلة من الصور البانورامية مع معلومات دقيقة عن الوضع، مصحوبة بسحب نقاط LiDAR قابلة للقياس ونماذج Gaussian Splatting ثلاثية الأبعاد.

بعبارات بسيطة، تقوم TourPop بترقية كاميرا من فئة المستهلك يمكنها فقط التقاط صور بانورامية إلى محطة الحصول على البيانات المكانية الاحترافية القادرة على تسجيل المعلومات المكانية ثلاثية الأبعاد بشكل شامل.

تم تصميم بنية الكاميرا المعيارية المفتوحة حول اعتبارين عمليين.

أولاً، في قطاع أجهزة المسح ورسم الخرائط، من الصعب تطوير مستشعر تصوير بانورامي بشكل مستقل يجمع بين التكلفة المنخفضة وجودة الصورة الممتازة.

ثانيًا، تتمتع منتجات الكاميرات بزاوية 360 درجة بدورات إنتاج قصيرة نسبيًا وتتطور بسرعة. تسمح بنية التوافق المعيارية للوحدة الرئيسية TourPop بدعم مجموعة واسعة من نماذج الكاميرا. عندما يقوم المستخدمون بترقية كاميراتهم أو دخول أجيال جديدة من كاميرات 360 درجة إلى السوق، يمكن الاستمرار في استخدام نظام TourPop دون استبدال نظام الاستحواذ بأكمله.

يمكن لـ TourPop إنشاء مجموعة من منتجات البيانات المكانية:

• الغيوم النقطية الملونة:باستخدام مقياس مادي حقيقي، يتيح قياس المسافة والارتفاع والمساحة والأبعاد المكانية الأخرى.
• نماذج 3DGS:تقديم جودة بصرية واقعية للصور، مع دعم لاستكشاف وجهة النظر الحرة والتنقل القائم على المسار.
• الصور البانورامية الموسومة بالوضعية:يمكن عرض الصور البانورامية والتنقل فيها مكانيًا، حيث تحتوي كل صورة على موقعها الدقيق داخل البيئة.
• نماذج الشبكة:تم إنشاؤها من الصور و/أو السحابات النقطية باستخدام برنامج تابع لجهة خارجية للتصور والتحرير والعرض.
• نماذج البيم:تم تطويره بشكل أكبر باستخدام برامج الطرف الثالث لتوصيل المعلومات ذات التوجه الهندسي.

ملحوظة:تتطلب نماذج Mesh وBIM معالجة إضافية باستخدام برامج خارجية احترافية.

1. المستخدمون الذين يمتلكون بالفعل معدات تصوير بزاوية 360 درجة ويقومون بانتظام بإعادة بناء 3DGS أو التحويل الرقمي المكاني على نطاق واسع.
2. التطبيقات التي تتضمن التوثيق المكاني الداخلي والخارجي، والعروض الرقمية الثقافية والسياحية، وإعادة البناء السريع ثلاثي الأبعاد لبيئات العالم الحقيقي.
3. السيناريوهات التي تتطلب تمثيلاً شاملاً للأبعاد المكانية ولكن ليس لديها متطلبات دقة مسح صارمة على مستوى المليمتر، بما في ذلك إعادة البناء السريع ثلاثي الأبعاد لمشاهد حوادث المرور، واستطلاعات موارد الغابات والمناظر الطبيعية، والتطبيقات المماثلة.

مشاريع المسح ورسم الخرائط الدقيقة التي تتطلب ذلكدقة قياس مستوى ملليمتر.

تم تصميم TourPop كـأداة اكتساب مكانية سريعة في العالم الحقيقي على مستوى السنتيمتر. ليس المقصود منه أن يحل محل أدوات المسح عالية الدقة مثل المحطات الشاملة أو ماسحات الليزر ثلاثية الأبعاد الاحترافية.