7 - 2015

От фотоснимков к 3D-модели: проект Стокгольма

В феврале 2015 года Bentley Systems объявила о покупке французской компании Acute3D, провайдера программного обеспечения Smart3DCapture — приложения, позволяющего в предельно сжатые сроки создать на основе фотоснимков высококачественную твердотельную трехмерную модель с GPS-привязкой больших площадных объектов. Суть технологии заключается в том, что вместо лазерного сканирования применяются фотографии. Проводя фотосъемку с дронов, вертолетов или других установок, передвигающихся по дорогам, можно быстро создавать очень большие по объему и по занимаемой площади модели объектов. Уникальность этой технологии состоит в том, что, будучи сразу привязанными к географической позиции, эти объекты, по сути, постепенно становятся, а в будущем определенно станут стандартным типом данных для всех продуктов Bentley. В этой статье мы предлагаем ознакомиться с историей успеха города Стокгольма, реализовавшего проект создания трехмерной модели города с применением технологии Acute3D.

В эпоху расцвета информационных технологий общество желает быть в курсе планов развития городской застройки. В связи с этим в 2013 году Стокгольм приступил к реализации нового проекта, посвященного созданию самой реалистичной в истории трехмерной модели города. Модель, охватывающая более 500 кв. км, включает виртуальные трехмерные макеты будущих архитектурных и инфраструктурных проектов. Жители Стокгольма смогут ознакомиться с моделью на интерактивных экранах.

Компания Blom Sweden является партнером города Стокгольма уже много лет. Она представила инновационное решение, основанное на ведущем программном продукте Smart3DCapture. Решение позволило автоматически создавать фотореалистичные трехмерные модели высокого разрешения на базе обычных фотографий.

В реализации данного проекта приняло участие пять человек. Работа над ним началась в июле 2013­го и продолжалась год: два месяца — на получение изображений, три — на разработку модели, а еще около шести месяцев потребовалось для решения технологических задач.

Технологические задачи

Для того чтобы создать трехмерную модель города необходимой точности в заданные сроки, компания Blom рассмотрела ряд конкурентных программных продуктов и выбрала технологию Smart3DCapture. «Выбор ПО был основан главным образом на его производительности. Мы получили о нем хорошие отзывы и ознакомились с демонстрационными функциями программы, которые позволили нам ясно представить себе процесс реализации проекта. Мы убедились в том, что сможем в полной мере воспользоваться преимуществами выполненной ранее перспективной аэрофотосъемки», — заявил Ханс Страндберг (Hans Strandberg), старший менеджер по проектам Blom Sweden.

Жители города просматривают 3D-изображения с помощью сенсорного стола

Жители города просматривают 3D-изображения с помощью сенсорного стола

Работа началась в октябре 2013 года, когда было запущено создание модели как таковой. На базе версии Ultimate Edition Smart3DCapture компании спроектировали производственный модуль с поддержкой неограниченного количества фотографий и функцией параллельных вычислений для увеличения объема обработки данных.

Одной из основных проблем, с которыми столкнулась команда, стало преодоление ограничений, связанных с алгоритмами машинного зрения при обработке изображений с отражающими поверхностями (например, с вод­ными пространствами, которых так много в Стокгольме). Эти алгоритмы применяются к точкам корреляции, которые обнаруживаются на нескольких фотографиях с изображением одного и того же места под различными углами. Совпадение точек может быть затруднено при наличии бликов. Разработчики Acute3D предложили решение, в котором многоугольники с привязкой к местности служили в качестве областей ограничения. Эти области использовались для автоматического создания водных поверхностей и их объединения с другими элементами ячеистой модели. Такое решение позволяло избежать утомительного редактирования и правки.

Еще одна проблема, которую должна была решить проектная команда, — обеспечение бесшовной навигации по гигабайтам полученных триангулированных ячеистых данных. Это удалось осуществить благодаря использованию встроенной мозаичной технологии Acute3D. Данная технология позволяла разбивать трехмерные модели любого масштаба на связанные геометрические ячейки пирамидальной структуры различных уровней детализации. С ее помощью удалось преодолеть машинные ограничения для создания, распространения и навигации по модели.

Превращение аэрофотоснимков в фотореалистичную трехмерную модель

На основе фотографий и метаданных Стокгольма (по расположению и ориентации изображений), уже доступных в начале проекта, в сочетании с геопривязанными многоугольниками, выделяющими водные поверхности (из различных источников, таких как векторная карта заказчика с высоким разрешением, карта страны с низким разрешением Национального Управления земельной съемки Швеции или оцифрованные данные аэрофотосъемки), компания Blom автоматически создала начальную текстурированную трехмерную сетку, нарезанную на тысячи ячеек различных уровней детализации.

Представление трехмерной модели широкой общественности

Городское управление Стокгольма провело оценку разнообразных решений для визуализации модели на сенсорных экранах и в сетевых изданиях. Основной задачей был выбор технологии, позволяющей обрабатывать высокие объемы трехмерных данных и обеспечивающей бесшовную навигацию. Разработчики Acute3D адаптировали формат экспорта данных к требованиям Шведского института интерактивных технологий по отношению к сенсорным экранам. Посетители получили возможность стремительно перемещаться по фотореалистичной трехмерной модели города Стокгольма и знакомиться с будущими инфраструктурными проектами.

Элизабет Аргус (Elisabeth Argus), заведующая департаментом градостроительного проектирования города Стокгольма, предоставила следующие комментарии: «Два сенсорных экрана расположены в Культурхусет на выставке “Зал Стокгольма”. На этой выставке мы рассказываем посетителям о том, как наш город растет и развивается. Трехмерная модель дополняется информацией о будущих и текущих строительных проектах и демонстрирует различные аспекты городского роста. Помимо постоянной экспозиции мы проводим тематичес­кие недели, семинары, встречи и пресс­показы. Эти мероприятия посвящаются уличному движению, возможностям доступа, окружающей среде, экологичному строительству и новым строительным проектам.

Пример 3D-модели планируемой постройки в районе Льюргардена,

Пример 3D-модели планируемой постройки в районе Льюргардена,
интегрированной в существующую инфраструктуру

В передвижном “Павильоне диалога”, который устанавливается в том районе города, где планируется провести изменения, также установлен сенсорный экран с трехмерной моделью. В течение нескольких дней все жители Стокгольма получают возможность посетить его. Павильон используется на различных этапах планирования изменений, так что жители города всегда в курсе событий и активно участвуют в развитии города.

Кроме того, еще два сенсорных экрана используются в нашем офисе, а также для временных выставок, семинаров и конференций. На них отображается трехмерная модель и текущая информация по различным темам.

Посетители “Зала Стокгольма” и “Павильона диалога” по достоинству оценивают наши выставки. Они довольны, что получили возможность заранее видеть, какие изменения будут происходить в их районе и как они будут выглядеть. Столь прогрессивный способ демонстрации запланированных проектов особенно понравится молодой аудитории, которая обычно не стремится получить доступ к подобной информации».

От фотоснимков к 3D-модели города

От фотоснимков к 3D-модели города

Заключение

Проект создания трехмерной модели Стокгольма оказался очень успешным. Растущий спрос на подобного рода фотореалистичные трехмерные модели очевиден, так как их наличие является ключевым элементом в процессе принятия решений — такой инструмент, как модель в 3D, понятен каждому.

Теперь подобный проект может быть реализован всего за несколько месяцев. После завершения стокгольмского проекта аналогичные решения были разработаны для ряда заказчиков в разных городах Швеции: Мальмё, Эребру, Эскильстуна, Бурос, Кальмар, Буден, Висбю, Норркёпинг и Сундсвалль. В России технология Acute3D будет продемонстрирована в рамках предстоящей Eжегодной Конференции Bentley Systems, которая пройдет в Москве 6 октября 2015 года. 

САПР и графика 7`2015