LiDAR против облаков точек

Если вы занимаетесь 3D-съёмкой, вы, вероятно, сталкивались со сложной терминологией, такой как LiDAR, облака точек и захват реальности. В этой статье мы разберём основы этих понятий, давая представление о 3D-стандартах современной геодезии.

Рост рынка LiDAR

Согласно отчёту Research and Markets, мировой рынок Light Detection and Ranging (LiDAR) достигнет $4,5 млрд к 2022 году, с совокупным среднегодовым темпом роста (CAGR) 24,0% с $1,5 млрд в 2017 году. Такие отрасли, как космические исследования, автомобилестроение, военная и оборонная промышленность, энергетика, строительство, экология и горнодобывающая промышленность, названы значительными сегментами роста рынка, что подчёркивает широкое влияние технологии LiDAR.

Понимание LiDAR

LiDAR — это скорее методология, чем технология. Хотя часто рассматривается как аббревиатура, термин возник как сочетание слов «свет» и «радар». Процесс включает сбор измерений с использованием ультрафиолетового, видимого или ближнего инфракрасного света для создания 3D-моделей и карт объектов и окружающей среды. Технология оценивает пространственные взаимосвязи и формы, измеряя время, за которое сигналы отражаются от объектов и возвращаются к сканеру.

LiDAR описывает технологические инструменты, обеспечивающие этот результат, но более точно описывает процесс измерения «времени пролёта». Аналогией для понимания этого может служить эхолокация, используемая летучими мышами для определения местоположения и расстояния до объектов. LiDAR может нацеливаться на широкий спектр материалов, включая неметаллические объекты, камни, дождь, химические соединения, аэрозоли, облака и даже отдельные молекулы. Узкий лазерный луч может отображать физические объекты с высоким разрешением, а самолёт способен картографировать местность с разрешением 30 см (12 дюймов) или лучше.

Проблемы LiDAR

Как и любое применение передовых технологий, LiDAR имеет свои проблемы. Основные проблемы можно резюмировать как необходимость прямой видимости, проблемы с отражающими поверхностями, создающими трудности для лазера, и помехи при сборе данных из-за плохой погоды. Хотя в решение этих проблем инвестируется много средств, особенно в использовании LiDAR с автономными транспортными средствами, применение LiDAR к стационарным объектам является более проверенным случаем на данном этапе. Это также более точный способ развёртывания технологии и методологии.

Как работает LiDAR

Системы LiDAR посылают импульсы света чуть за пределами видимого спектра и регистрируют, сколько времени требуется каждому импульсу для возвращения. Направление и расстояние до того, во что попал импульс, записываются как точка данных. Разные блоки LiDAR имеют разные методы, но в целом они сканируют по кругу, как радарная тарелка, одновременно перемещая лазер вверх и вниз. После обработки и организации отдельных измерений данные LiDAR становятся облаком точек. Первоначальные облака точек представляют собой большие наборы 3D-точек высот, включая координаты x, y и z, а также дополнительные атрибуты, такие как временные метки GPS, если они доступны.

Облака точек

Облака точек — это мощная и динамичная технология хранения информации. Представляя пространственные данные в виде набора координат, они могут обрабатывать большие объёмы данных для широкого спектра последующей обработки. В первую очередь, в данном случае, они используются как промежуточное звено для преобразования необработанных данных, собранных процессами LiDAR, в 3D-модели. Однако их можно использовать для хранения и обработки любой пространственной информации.

3D облако точек — это набор точек данных, аналогичных реальному миру в трёх измерениях. Каждая точка определяется своим собственным положением и (иногда) цветом. Затем точки могут быть визуализированы как пиксели для создания высокоточных 3D-моделей наблюдаемых объектов и окружающей среды.

Заключение

Облака точек могут быть сгенерированы различными методами, не только LiDAR. Например, фотограмметрия — это ещё один метод, который можно использовать для создания облаков точек. Однако LiDAR часто предпочтительнее из-за его способности проникать через густую растительность и высокого уровня точности.

Облака точек могут использоваться для различных целей, помимо создания 3D-моделей. Их можно использовать для извлечения признаков, измерений и анализа. Например, облака точек можно использовать для выявления и измерения изменений в окружающей среде с течением времени, таких как эрозия или ход строительства.

Захват реальности и 3D-съёмка

LiDAR и облака точек являются ключевыми компонентами захвата реальности, который представляет собой процесс захвата физического мира и создания его цифровой копии. Захват реальности может использоваться для различных целей, включая геодезию, строительство и развлечения.

3D-съёмка, также известная как 3D-лазерное сканирование, является распространённым случаем использования захвата реальности. Она включает использование LiDAR или других сканирующих технологий для сбора детальных 3D-данных об окружающей среде или объекте. Эти данные затем могут быть использованы для создания точных 3D-моделей или карт.

3D-съёмка широко используется в строительстве и инженерии для фиксации фактического состояния конструкций и объектов. Эта информация затем может быть использована для целей проектирования и планирования. 3D-съёмка также может использоваться для документирования объектов культурного наследия, мониторинга окружающей среды и судебных расследований.

В заключение, LiDAR и облака точек являются мощными инструментами для сбора и анализа 3D-данных. В то время как LiDAR является методологией сбора 3D-данных с использованием лазеров, облака точек являются результатом этих данных и могут использоваться для различных видов последующей обработки. Вместе они образуют основу захвата реальности и 3D-съёмки, которые имеют множество применений в различных отраслях.