Τα τελευταία χρόνια, η χρήση καταναλωτικών 360° φωτογραφικών μηχανών, όπως οι Insta360 και DJI Osmo, για 3D ανακατασκευή έχει γίνει πολύ περισσότερο από ένα εργαστηριακό πείραμα.

Σε πολλές τεχνικές πρακτικές σε όλο τον κόσμο, η ροή εργασίας έχει γίνει αξιοσημείωτα παρόμοια: ένας χειριστής μεταφέρει μια κάμερα 360° γύρω από το σημείο για να συλλάβει πανοραμικές εικόνες,εξάγει τις εικόνες σε ισοδιπλόγωνο μορφότυποΟι επεξεργασμένες εικόνες τροφοδοτούνται στο COLMAP, όπου οι θέσεις της κάμερας εκτιμώνται χρησιμοποιώντας τη δομή από την κίνηση (SfM).Τα προερχόμενα δεδομένα επεξεργάζονται στη συνέχεια χρησιμοποιώντας πλαίσια ανοιχτού κώδικα όπως το nerfstudio και το gsplat για να εκπαιδεύσουν ένα μοντέλο 3D Gaussian Splatting (3DGS)Σε μικρά περιβάλλοντα με πλούσια υφή και σταθερό φωτισμό, τα παραγόμενα μοντέλα μπορούν να προσφέρουν εξαιρετική οπτική ποιότητα.

Υπάρχουν επίσης πιο προηγμένες τεχνικές προσεγγίσεις. Για παράδειγμα, ορισμένες ροές εργασίας χρησιμοποιούν ακατέργαστα πλαίσια διπλού οφθαλμού απευθείας ως είσοδο,ενώ άλλοι βασίζονται σε εξειδικευμένα πλαίσια πανοραμικής ραστερίσματος όπως το gsplat360 και το PFGS360Οι τεχνικές αυτές προσεγγίσεις συνεχίζουν να εξελίσσονται, υποστηριζόμενες από πολύ ενεργές κοινότητες ανοιχτού κώδικα.

Το συμπέρασμα είναι σαφές: οι κάμερες 360° καταναλωτικού επιπέδου είναι ικανές να παράγουν μοντέλα 3DGS.

Πού είναι λοιπόν ο περιορισμός;

Όταν η παραπάνω 3D ροή εργασίας ανακατασκευής επεκτείνεται από μικρά εσωτερικά δωμάτια σε μεγαλύτερα περιβάλλοντα όπως ολόκληροι ορόφοι, εξωτερικοί δρόμοι και μεγάλες εκτάσεις δάσους,Η βασική πρόκληση συνοδεύεται από ένα κρίσιμο στάδιο.:Εκτίμηση της θέσης της κάμερας.

Η καθαρά βασισμένη στην όραση SfM έχει αρκετούς αναπόφευκτους περιορισμούς:

• Εξαρτησία υφής:Σε περιβάλλοντα με αδύναμη υφή όπως δάση, χιονισμένο έδαφος, μεγάλοι λευκοί τοίχοι και γυάλινοι τοίχοι κουρτίνας, τα σημεία χαρακτηριστικών μπορεί να είναι δύσκολο να ταιριάζουν.Οι θέσεις της κάμερας μπορεί να παρασύρονται ή να μην υπολογίζονται καθόλου..
• Εξαρτησία φωτισμού:Σε υπόγεια γκαράζ στάθμευσης, σε κακοφωτισμένους εσωτερικούς χώρους ή σε νυχτερινά περιβάλλοντα, η μείωση της αναλογίας σήματος-θόρυβου της εικόνας μπορεί να μειώσει άμεσα την ποιότητα της ανακατασκευής.
• Ατμός σε μεγάλες τροχιές:Όσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή απόκτησης και όσο περισσότερα κλεισίματα βρόχου περιλαμβάνονται, τόσο πιο σημαντικά γίνονται τα συσσωρευμένα σφάλματα.
• Δεν υπάρχει πραγματική φυσική κλίμακα:Το SfM ανακατασκευάζει μια σκηνή μόνο μέχρι μετασχηματισμό ομοιότητας.Επομένως, απαιτούνται σημεία ελέγχου για τις διαμετρικές μετρήσεις..

Υπάρχει και μια άλλη πρακτική πρόκληση:όταν τα δεδομένα που συλλέγονται σε μεγάλη περιοχή αποτυγχάνουν, η επανάληψη της έρευνας πεδίου μπορεί να είναι δαπανηρή.Σε πολλές ροές εργασίας, οι χειριστές δεν μπορούν να καθορίσουν αμέσως εάν οι εικόνες που συλλέγονται είναι κατάλληλες για την εκπαίδευση μοντέλων.Συχνά πρέπει να επιστρέψουν σε ένα σταθμό εργασίας και να εκτελέσουν την πλήρη ροή εργασίας COLMAP πριν ανακαλύψουν ότι ορισμένα τμήματα του συνόλου δεδομένων δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν.

Οι καταναλωτικές κάμερες 360° προσφέρουν ήδη εξαιρετικές επιδόσεις απεικόνισης και οι κύριες πανοραμικές κάμερες μπορούν να ξεπεράσουν πολλές αυτο-αναπτυγμένες κάμερες μετρήσεων από άποψη κόστους και ποιότητας εικόνας.

Η αδυναμία της συνολικής λύσης δεν είναι το ίδιο το υλικό απεικόνισης, αλλά η έλλειψη ενός σταθερού συστήματος εκτίμησης θέσης ικανού να υποστηρίξει την πραγματική χωρική μέτρηση.

Για την αντιμετώπιση των θεμελιωδών περιορισμών της καθαρά οπτικής SfM ανακατασκευής, συμπεριλαμβανομένης της αποτυχίας σε περιβάλλοντα με αδύναμη υφή, της υποβάθμισης σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, της μετατόπισης σε μεγάλες τροχιές,και η έλλειψη πραγματικής κλίμακας μέτρησης.

Ως φορητή συσκευή σάρωσης LiDAR SLAM, το TourPop είναι εξοπλισμένο με αισθητήρα LiDAR με ρυθμό σημείων 48.000 σημείων ανά δευτερόλεπτο, μαζί με ενσωματωμένο χειριστήριο ισχύος, μονάδα ελέγχου,και σύστημα αποθήκευσης δεδομένωνΗ συσκευή δεν περιλαμβάνει ενσωματωμένη μονάδα πανοραμικής απεικόνισης. Αντ 'αυτού, διαθέτει μια τυποποιημένη διεπαφή καθολικής τοποθέτησης που υποστηρίζει ένα ευρύ φάσμα κάμερων 360 ° τρίτων,επιτρέποντας στους χρήστες να συνεχίσουν να αξιοποιούν τον υπάρχοντα εξοπλισμό απεικόνισης.

Τα δύο συστήματα ανίχνευσης έχουν σαφώς καθορισμένους ρόλους και συνεργάζονται:

Χρησιμοποιώντας σύννεφα σημείων LiDAR για τον υπολογισμό της τροχιάς της συσκευής, το TourPop δεν βασίζεται στην αντιστοίχιση εικόνας-συνάρτησης για την εκτίμηση της θέσης.Μπορεί να διατηρήσει σταθερή θέση σε περιβάλλοντα με αδύναμη υφή, όπως δάση και χιονισμένες περιοχέςΗ συνεχής απόκτηση μακρινών αποστάσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς σημαντική σωρευτική παρακμή.

Οι παρατηρήσεις LiDAR παρέχουν επίσης στο μοντέλο μια πραγματική φυσική κλίμακα, εξασφαλίζοντας ότι οι χωρικές διαστάσεις αντιστοιχούν άμεσα στο πραγματικό περιβάλλον.Οι χρήστες μπορούν να πραγματοποιούν επιτόπιες μετρήσεις αποστάσεων, πλάτη, ύψος και άλλες χωρικές διαστάσεις απευθείας μέσα στη σκηνή που καταγράφεται.

Η ποιότητα απεικόνισης του 3DGS εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα της αρχικής εικόνας.Το TourPop προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις ολίν-ιν-ένας χωρικές κάμερες όσον αφορά το κόστος απόκτησης, απόδοση απεικόνισης και ευελιξία του υλικού.

Το λογισμικό του TourPop ενσωματώνει μια υβριδική αρχιτεκτονική εκπαίδευσης 3DGS.Τα σύννεφα σημείων LiDAR ως πρωταρχική χωρική αναφορά, με το βασισμένο σε εικόνες SfM να χρησιμεύει ως βοηθητικός μηχανισμός για την επιλογή και το φιλτράρισμα εικόνας.

Τα βασικά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Πιο ομοιόμορφη και δομημένη κατανομή των σημείων Gaussian, μειώνοντας σημαντικά τον διασκορπισμένο θόρυβο πλανητικών σημείων που συνήθως βρίσκεται σε λύσεις που βασίζονται αποκλειστικά στην όραση.
• Σταθερή 3D ανακατασκευή σε περίπλοκα περιβάλλοντα με αδύναμες υφές ή χαμηλό φωτισμό, μειώνοντας την επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών στη διαδικασία μοντελοποίησης.

Η έννοια της"διαστημική κάμερα"Η βασική ιδέα της είναι ότι η συσκευή δεν καταγράφει απλώς 360° πανοραμικές εικόνες.καταγράφειπλήρη χωρικά δεδομένα μαζί με ακριβείς χωρικές θέσεις και μετρήσιμη κλίμακα πραγματικού κόσμου.

Το TourPop ακολουθεί την ίδια τεχνολογική κατεύθυνση, αλλά υιοθετεί μια διαφοροποιημένη εφαρμογή:

Μια ανοιχτή αρχιτεκτονική κάμερας 360 ° σε συνδυασμό με τη LiDAR SLAM ως βασική τεχνολογία εκτίμησης θέσης.

• Οι χρήστες μπορούν να τοποθετήσουν τις υπάρχουσες κάμερες 360° απευθείας στο TourPop και να τις χρησιμοποιήσουν ως οπτική μονάδα απεικόνισης.
• Το LiDAR δημιουργεί ένα πλήρες χωρικό πλαίσιο, προσδιορίζοντας με ακρίβεια τη θέση της συσκευής, τον προσανατολισμό, την απόσταση κίνησης και τις πραγματικές διαστάσεις του περιβάλλοντος.
• Μετά την απόκτηση, η έξοδος δεν είναι απλά μια συλλογή από πανοραμικές εικόνες, αλλά μια ακολουθία από πανοράμες με ακριβείς πληροφορίες στάσης,συνοδεύεται από μετρήσιμα σύννεφα σημείων LiDAR και 3D μοντέλα Gaussian Splatting.

Με απλούς όρους, TourPop upgrades a consumer-grade camera that can only capture panoramic imagery into a professional spatial data acquisition terminal capable of comprehensively recording three-dimensional spatial information.

Η ανοιχτή, αρθρωτή αρχιτεκτονική της κάμερας έχει σχεδιαστεί γύρω από δύο πρακτικές εκτιμήσεις.

Πρώτον, στον τομέα του υλικού μετρήσεων και χαρτογράφησης, είναι δύσκολο να αναπτυχθεί ανεξάρτητα ένας αισθητήρας πανοραμικής απεικόνισης που συνδυάζει τόσο χαμηλό κόστος όσο και εξαιρετική ποιότητα εικόνας.

Δεύτερον, τα προϊόντα κάμερας 360° έχουν σχετικά μικρούς κύκλους παραγωγής και εξελίσσονται γρήγορα.Όταν οι χρήστες αναβαθμίζουν τις κάμερες τους ή όταν εισέρχονται στην αγορά νέες γενιές κάμερες 360°, το σύστημα TourPop μπορεί να συνεχίσει να χρησιμοποιείται χωρίς να αντικατασταθεί ολόκληρο το σύστημα απόκτησης.

Το TourPop μπορεί να παράγει μια σειρά από προϊόντα χωρικών δεδομένων:

• Χρωματισμένα σημειακά σύννεφα:Με πραγματική φυσική κλίμακα, που επιτρέπει τη μέτρηση της απόστασης, του ύψους, της έκτασης και άλλων χωρικών διαστάσεων.
• 3DGS μοντέλαΠαρέχοντας φωτορεαλιστική οπτική ποιότητα, με υποστήριξη της εξερεύνησης από ελεύθερο σημείο θέασης και της πλοήγησης με βάση την τροχιά.
• Πανοραμικές εικόνες:Τα πανοράματα μπορούν να προβληθούν και να περιηγηθούν χωρικά, με κάθε εικόνα να περιέχει την ακριβή θέση του μέσα στο περιβάλλον.
• Μοντέλα πλέγματος:Δημιουργείται από εικόνες ή/και σύννεφα σημείων χρησιμοποιώντας λογισμικό τρίτων για οπτικοποίηση, επεξεργασία και απεικόνιση.
• Μοντέλα BIM:Συνεχώς αναπτύσσεται με τη χρήση λογισμικού τρίτων για την παροχή πληροφοριών με προσανατολισμό την μηχανική.

Σημείωση:Τα μοντέλα Mesh και BIM απαιτούν πρόσθετη επεξεργασία με επαγγελματικό λογισμικό τρίτων.

1. Χρήστες που διαθέτουν ήδη εξοπλισμό απεικόνισης 360° και εκτελούν τακτικά 3DGS ανακατασκευή ή ψηφιοποίηση χωρικής έκτασης.
2. Εφαρμογές που περιλαμβάνουν εσωτερική και εξωτερική χωρική τεκμηρίωση, ψηφιακή παρουσίαση πολιτισμού και τουρισμού και ταχεία 3D ανακατασκευή πραγματικών περιβάλλοντων.
3. σενάρια που απαιτούν συνολική αναπαράσταση των χωρικών διαστάσεων, αλλά δεν έχουν αυστηρές απαιτήσεις ακρίβειας μετρήσεων σε επίπεδο χιλιοστών,συμπεριλαμβανομένης της ταχείας τρισδιάστατης ανακατασκευής σκηνών τροχαίων ατυχημάτων, έρευνας δασικών και τοπικών πόρων και παρόμοιες εφαρμογές.

Σχέδια μετρήσεων και χαρτογράφησης ακριβείας που απαιτούνακρίβεια μέτρησης σε επίπεδο χιλιοστών.

Το TourPop έχει σχεδιαστεί ωςεργαλείο γρηγορικής πραγματικής χωρικής απόκτησης σε επίπεδο εκατοστώνΔεν προορίζεται να αντικαταστήσει όργανα μετρήσεων υψηλής ακρίβειας, όπως συνολικοί σταθμοί ή επαγγελματικοί σαρωτές λέιζερ 3D.