Здание, которому век, заслуживает большего, чем просто коллекция фотографий или набор двумерных чертежей. В исторических районах, таких как Яньцинли, здания плотно расположены вдоль узких улиц, с взаимосвязанными дворами и сложными внутренними и наружными пространствами. В то же время, это место остается частью активной городской среды, где по территории перемещаются жители и посетители.

Это создает практическую проблему:

Как быстро и всесторонне документировать исторические здания, минимизируя при этом нарушение жизнедеятельности объекта?

Для проекта цифровой документации исторического района Яньцинли компания Tianbaonet разработала интегрированный рабочий процесс, основанный на портативном SLAM-сканере L2Pro, объединяющем 3D-сканирование, обработку облаков точек, 3D Gaussian Splatting и 3D-визуализацию.

Решение сократило время сбора данных для одного здания примерно до 1-2 часа, генерируя плотные облака точек в истинном цвете и фотореалистичные 3D-модели Gaussian Splatting. Полученные цифровые активы затем были интегрированы в платформу 3D-визуализации, расширяя ценность обследования за пределы сбора данных до измерений, визуализации, цифрового архивирования и долгосрочного повторного использования.

01. Задача: Оцифровка сложного исторического района

Оцифровка исторического района включает в себя гораздо больше, чем просто обследование отдельных зданий. Здания, улицы, дворы и внутренние помещения образуют непрерывную и очень сложную среду.

В Яньцинли узкие улицы и плотно расположенные здания затрудняли организацию традиционных рабочих процессов обследования. Обследование также должно было учитывать жителей и посетителей, использующих территорию во время проекта.

Команда должна была зафиксировать архитектурные элементы, такие как стены, двери, окна, балки, колонны и декоративные детали, минимизируя при этом вмешательство в обычную деятельность на объекте.

• Традиционные методы обследования обычно требуют комбинации измерительных лент, тахеометров, крупноплановой фотографии и другого оборудования. В зависимости от здания полевые работы могут занимать 1-3 дня на здание.
• Стационарное оборудование также может требовать частой перестановки при работе на узких улицах или в взаимосвязанных внутренних и наружных пространствах, что увеличивает сложность операций.
• БПЛА-фотограмметрия предоставляет ценные аэрофотоснимки, но ее эффективность может быть ограничена растительностью, интерьерами зданий, узкими улицами и другими областями с ограниченной видимостью.

Таким образом, задача заключалась не просто в достижении более высокой точности измерений. Проект требовал рабочего процесса, который мог бы быстрее захватывать сложные пространства, более полно их записывать и сохранять данные для последующих цифровых приложений.

Основываясь на многолетнем опыте обследования исторических зданий и их цифрового сохранения, Tianbaonet разработала бесконтактный, эффективный и многоразовый рабочий процесс цифровой документации, ориентированный на портативный 3D-лазерный сканер L2Pro.

02. Решение: От полевого сбора до цифрового применения

Решение — это не одно устройство, а интегрированный рабочий процесс цифрового производства:

Портативное SLAM-сканирование L2Pro → Обработка облаков точек → 3D Gaussian Splatting → 3D-визуализация

1. Быстрый сбор полевых данных

Во время полевых работ геодезисты перемещали L2Pro по внутренним и прилегающим территориям зданий, собирая пространственные данные в движении.

Интегрируя LiDAR, визуальные изображения, инерциальное позиционирование на основе IMU и RTK-позиционирование, система может картировать сложные среды, одновременно собирая пространственную и цветовую информацию.

Рабочий процесс особенно подходит для узких улиц, замкнутых пространств, условий низкой освещенности и других областей, где традиционное обследование трудно применить.

Полученные данные включают геопривязанные, плотные облака точек в истинном цвете, обеспечивающие детальное цифровое представление обследованной среды.

Поскольку система портативна и бесконтактна, она устраняет необходимость в обширной настройке оборудования и помогает минимизировать физическое воздействие на исторические сооружения.

2. Автоматизированная обработка облаков точек

После полевого сбора собранные данные могут быть обработаны в LixelStudio, где фильтрация шума и реконструкция облаков точек выполняются эффективно.

Обработанное облако точек затем служит геометрической основой для последующей 3D-реконструкции.

3. Реконструкция 3D Gaussian Splatting

Облако точек и изображения далее обрабатываются с использованием Lixel CyberColor для создания высокоточных 3D-моделей LCC Gaussian Splatting.

Облако точек обеспечивает геометрические ограничения, а собранные изображения предоставляют богатую визуальную информацию, создавая фотореалистичное цифровое представление исторической среды.

4. 3D-визуализация и применение

Полученные цифровые активы в конечном итоге публикуются через Headsolution, платформу 3D-визуализации и микроприложений Tianbaonet.

Это создает непрерывный рабочий процесс от:

Полевой сбор → Обработка данных → 3D-реконструкция → Визуализация → Применение

Вместо объединения разрозненных инструментов и услуг от нескольких поставщиков, проект устанавливает интегрированный рабочий процесс для оцифровки исторических зданий.

03. Одно обследование, несколько цифровых результатов

Ценность проекта не заканчивается сбором полевых данных.

Один и тот же набор полевых данных породил два основных цифровых результата:

Плотные облака точек в истинном цвете + 3D-модели Gaussian Splatting

Вместо дублирования одной и той же функции, два набора данных служат разным целям.

01. Плотные облака точек в истинном цвете

Делая исторические здания измеримыми и анализируемыми

Данные облака точек геопривязаны и обеспечивают геометрическую детализацию на уровне сантиметров, позволяя пользователям извлекать планы, фасады, разрезы и детальные архитектурные измерения непосредственно из цифрового набора данных.

Произвольные разрезы могут быть сгенерированы по мере необходимости, позволяя архитекторам, командам по сохранению, исследователям и геодезистам получать необходимую информацию без необходимости повторного посещения физического объекта.

Таким образом, облако точек служит геометрической основой данных для последующих работ по обследованию, документированию, анализу и реставрации.

02. 3D-модели Gaussian Splatting

Делая исторические здания иммерсивными и доступными

3D-модель Gaussian Splatting обеспечивает высокореалистичное представление исторической среды.

Детали, такие как кирпичные стены, текстуры кладки, двери и окна, декоративные элементы и архитектурные особенности, могут быть просмотрены в иммерсивной 3D-среде.

Модель поддерживает такие приложения, как навигация в реальном времени, разрезы, измерения и аннотации, превращая традиционную архитектурную запись в интерактивное цифровое пространство.

Вместо простого документирования размеров, цифровая модель позволяет пользователям виртуально входить, исследовать, представлять и делиться исторической средой.

04. От цифровой документации к долгосрочному повторному использованию

Для оцифровки исторических зданий завершение сканирования — это только начало.

Настоящая ценность заключается в том, может ли полученный набор данных продолжать поддерживать различные приложения после завершения первоначального обследования.

Для Яньцинли Tianbaonet интегрировала собранные, обработанные и реконструированные цифровые активы в платформу 3D-визуализации и микроприложений Headsolution.

Таким образом, одно полевое обследование может поддерживать несколько сценариев использования:

Обследование и проектирование реставрации

Данные облака точек могут использоваться непосредственно для измерений, создания чертежей и последующих рабочих процессов реставрации и проектирования.

Цифровое архивирование

Полная пространственная информация зданий вековой давности может быть сохранена в цифровом виде для долгосрочного хранения и будущего использования.

Удаленное сотрудничество и презентация проектов

Участники проекта могут удаленно исследовать исторический район в 3D, не присутствуя физически, что делает цифровую модель практичным инструментом для коммуникации и презентации проектов.

Коммуникация культурного наследия

Фотореалистичные 3D-сцены могут использоваться для онлайн-выставок и цифровых впечатлений от культурного наследия, помогая историческим районам охватить более широкую аудиторию.

Основа для цифрового двойника

Для будущего развития цифрового двойника районного масштаба существующие наборы данных облаков точек и 3D Gaussian Splatting могут служить пространственной основой, сокращая необходимость в повторном сборе полевых данных.

Таким образом, рабочий процесс превращает единоразовое обследование в многоразовый цифровой актив.

05. Повышение эффективности, полноты и цифровой многоразовости

По сравнению с традиционными рабочими процессами обследования, технологическая система, реализованная в Яньцинли, обеспечивает более интегрированный подход к документированию исторических зданий.

• Полевая эффективность:Одно здание может быть зафиксировано примерно за 1-2 часа, что значительно сокращает время, необходимое для сбора данных на месте.
• Пространственная полнота:Рабочий процесс портативного SLAM поддерживает непрерывный сбор данных в помещениях и на открытом воздухе, помогая документировать взаимосвязанные пространства, которые трудно обследовать с помощью традиционных стационарных методов.
• Бесконтактная документация:Процесс сканирования минимизирует физическое взаимодействие с историческими сооружениями и снижает потребность в обширной настройке оборудования.
• Двойные цифровые результаты:Один и тот же набор полевых данных может генерировать как точные облака точек для измерений, так и фотореалистичные 3D-модели Gaussian Splatting для визуализации.
• Долгосрочная ценность данных:Интегрируя результаты в платформу 3D-визуализации, данные обследования могут продолжать поддерживать сохранение, исследования, презентацию, сотрудничество и будущее развитие цифровых двойников.

От данных обследования к устойчивому цифровому активу

Проект Яньцинли демонстрирует, что ценность портативного SLAM-сканирования не ограничивается более быстрым полевым сбором данных.

Проект создает полный цифровой рабочий процесс, в котором одно полевое обследование обеспечивает основу для обследования, документирования, визуализации и будущих приложений.

Комбинация облаков точек и 3D Gaussian Splatting также придает четкую роль различным типам цифровых данных: облака точек обеспечивают геометрическую основу для точных измерений, в то время как 3D Gaussian Splatting обеспечивает фотореалистичную среду для визуализации и иммерсивного исследования.

Самое главное, интеграция этих результатов в платформу 3D-визуализации позволяет данным оставаться полезными еще долго после завершения первоначального обследования.

Исторические районы неизбежно меняются со временем. Как только их пространственная информация будет оцифрована, эти данные могут стать долговечной записью для будущей реставрации, исследований, выставок и общественного участия.

Начиная с таких проектов, как Яньцинли, Tianbaonet продолжает интегрировать портативное SLAM-сканирование, обработку облаков точек, 3D Gaussian Splatting и 3D-визуализацию, чтобы построить более полный подход к сохранению цифрового культурного наследия.

От более быстрого захвата, до более реалистичной реконструкции, до долгосрочного цифрового повторного использования, каждое полевое обследование может стать многоразовым цифровым активом для будущего.