Несколько полезных советов для 3D-моделирования с помощью дронов

Во многих странах растет количество пилотов дронов. Увеличивается и число тех, кто использует дроны в профессиональных целях, в частности для создания трехмерных моделей объектов или ландшафтов. Такие модели позволяют отражать каждый ракурс, почти любые детали и специфику объекта, а также – в случае необходимости – угрозы безопасности и/или дефекты объекта. В последнем случае трехмерные модели помогают исправить ошибки людей и избежать катастрофических последствий. 

Использование трехмерных моделей помогает решать множество прикладных задач не только в геодезии и топографии. Городское планирование, строительная отрасль, нефтегазовые компании, – вот немногие примеры из длинного перечня областей применения технологии 3D реконструкции. По мере развития беспилотных технологий, специального оборудования для съемки и программного обеспечения диапазон использования трехмерных моделей расширяется. 

1. Выберите программное обеспечение для фотограмметрии, созданное для вашей отрасли.

Наличие высококачественного дрона со специальной съемочной аппаратурой в качестве полезной нагрузки – это отлично. Многие по началу считают, что этого уже вполне достаточно. Однако это не так. Аппаратное обеспечение имеет важное значение. Но не менее важно, чтобы в вашем распоряжении были производительные компьютеры и специальные программы для обработки снимков (или результатов лазерного сканирования, если используется LiDAR). 

Поэтому если у вас уже есть беспилотная летающая платформа, позаботьтесь о выборе соответствующего программного обеспечения для фотограмметрии или обработки данных, полученных с LiDAR. Существуют универсальные программы для 3D-реконструкции, в которых можно работать специалистам разных отраслей. Но появляются и довольно эффективные приложения для отдельных отраслей. При выборе программного пакета важно, чтобы он был совместим с вашим летательным аппаратом. Например, для работы с дронами DJI отлично подходит ПО как самой DJI (DJI Terra), так и ПО от сторонних разработчиков, созданных специально под продукцию DJI. 

В последние годы также появились облачные решения для создания 3D-моделей. Если эти продукты подходят для обработки информации, поступившей от любого из дронов DJI, смело используйте их. 

2. Приобретите или возьмите в аренду надежный беспилотный летательный аппарат.  

Эта рекомендация нужна тем, кто еще не располагает ни одной моделью беспилотника. Для создания трехмерных моделей используются различные варианты сбора информации, однако съемка с воздуха является наиболее распространенным и эффективным методом. При это дешевле и быстрее выполнить сбор визуальных данных или данных с LiDAR именно путем запуска дрона с соответствующим оборудованием: камерой или лазерным сканером. 

Независимо от того, для каких целей будет выполняться съемка, создание 3D-модели объекта (здания, ландшафта, части инфраструктуры и др.) требует высокой точности. Однако для дронов этот фактор не представляет большой проблемы, так как в связке с беспилотными технологиями сегодня доступные различные инструменты повышения точности съемки: кинематика в реальном времени (RTK), технология послеполетной кинематической обработки данных (PPK), а также специальный облачный PPK для дронов DJI Phantom 4 RTK. Последний вариант, разумеется, доступен только владельцам именной этой марки квадрокоптеров. 

При использовании дронов DJI, в особенности оснащенных встроенными модулями RTK, имеется возможность подключения наземных станций RTK, а также работы вместе с установленными наземными контрольными точками. Также для повышения точности пользователи Phantom 4 RTK могут использовать интегрированные решения RTK и PPK. Таким образом, вы можете объединить в единую систему передовое оборудование, специальное программное обеспечение и собственно рабочий процесс. 

3. Используйте наземные контрольные точки 

Хотя установка наземных контрольных точек (GCP – Ground Control Points) не является обязательным элементом во всех геодезических исследованиях и топографии, профессионалы все же рекомендуют использовать их. А если вы планируете съемку для создания трехмерной модели, то применение GCP будет просто необходимым.

Если вы еще не использовали на практике наземные контрольные точки, то самое время подробнее узнать о том, что это такое и почему они повышают точность топографии и геодезических исследований с применением дрона. Частично мы затрагивали этот вопрос в статье “Основы точности позиционирования в аэросъемке”, но и более подробно расскажем о них в других статьях о беспилотных технологиях в топографии и геодезии (они появятся в блоге позднее). 

Здесь же лишь напомним, что наземные контрольные точки (GCP)  представляют собой элементы статической привязки, выступающие в качестве общей системы координат для уточнения получаемых в ходе аэрофотосъемки данных. То есть, с помощью наземных контрольных точек вы можете сравнивать собираемые вами данные в виде аэрофотоснимков с системой координат GCP и таким образом определять точное положение каждого объекта (изображения) на земле. Для иллюстрации достаточно заметить, что установка наземных контрольных точек помогает снизить уровень погрешности с нескольких метров до считанных сантиметров. 

Если не использовать систему наземных контрольных точек, то вы получите в результате съемки трехмерную модель без привязки. И тогда ее можно будет использовать тоже, но только для базовых расчетов и с применением 

Без опорных точек у вас будет трехмерная модель без привязки, которую вы сможете использовать для основных расчетов с использованием условных измерений (координат). Но в таком случае это не позволит вам выполнять покадровые сравнения и вычисления, которые будут сохранять свое значение за рамками первоначальной модели. 

Наземные контрольные точки применяются не только при съемке камерой, но и даже если вы используете LiDAR. Однако данная “связка” технологий – это тема отдельной статьи.  

4. Подготовьте камеру и другое оборудование

Эта рекомендация касается не только выбора дрона и камеры (вы можете использовать любые подходящие системы), но и проверки всего оборудования перед выполнением задачи. Для этого можно использовать предполетный чек-лист, который составляют либо самостоятельно, либо на основе рекомендаций производителя (DJI предлагает такие чек-листы для своих дронов в соответствующих руководствах).

Помимо настройки и калибровки оборудования необходимо проверить каждую “мелочь”, которая на самом деле может и оказывается в реальности очень важным фактором. Например, следует заранее позаботиться о батареях как самого дрона, так и пульта (а также других образцов аппаратуры, где имеются аккумуляторы). Посмотрите, каково состояние носителей для хранения данных: важно, что на картах памяти было достаточно (и даже с избытком) свободного места. Составленный вами чек-лист проверки оборудования в соответствии с вашими индивидуальными условиями и задачами как раз и поможет сделать эту процедуру быстрой и простой, а также сведет к минимум непредвиденные обстоятельства.

Одним из ключевых моментов предварительной проверки является подготовка и калибровка камеры, а также проверка и настройка подвеса. Необходимо заранее позаботиться о параметрах выдержки, диафрагмы, параметрах углов подвеса и т.п. Еще следует позаботиться о том, чтобы найти баланс между выдержкой и скоростью летательного аппарата. Это позволит избежать размытости изображения, что обычно может быть следствием движений беспилотника. 

Если 3D-модель будет создаваться на основе фотоснимков, а не лазерного сканирования LiDAR, то на начальной стадии она будет представлять собой своеобразную мозаику из тысяч отдельных фотографий, что-то вроде лоскутного одеяла из фотографий. Чем больше детальных снимков, тем выше детализированность и качество получаемой после обработки трехмерной модели. 

Чтобы избежать ненужных затрат времени и финансовых ресурсов, опытные специалисты рекомендуют новичкам перед выполнением “боевого” полетного задания выполнить несколько пробных запусков дрона. Это позволит с помощью метода проб и ошибок найти правильный способ получить снимки и требуемый результат. 

Один из примеров пробной съемки предлагают опытные профи в области трехмерной реконструкции. Они применяют надирную съемку, то есть съемку, когда камера смотрит прямо сверху вниз. Затем результаты такой съемки могут быть обработаны даже в бесплатных программах или бесплатных версиях специальных программ. Это позволяет не только проверить работу камеры, но и очертить область, которая должна быть обработана. Приложение также может создать на карте базовый слой, а приложение сможете даже создать для вас план будущего полета. Автоматизация помогает избежать целого ряда проблем, включая безопасность полета, а также сократить время на выполнение задания. 

Рекомендации по параметрам перекрытия могут быть разными. Во многом они зависят от условий видимости, наличия каких-либо деталей на поверхности земли, оборудования, а также ПО. Например, некоторые разработчики ПО для создания трехмерных моделей советуют достигать 75% перекрытия, а ключевым правилом считают, что чем хуже видимость и ниже количество деталей на рельефе, тем выше должна быть частота перекрытия. 

5. Выберите подходящее время и погодные условия

От погодных условия зависит работа самых разных вещей. К сожалению, дроны тоже зависят от погоды, хотя порой в гораздо меньшей степени, чем самолеты или вертолеты. Тем не менее, практически все опытные пилоты советуют придерживаться общего правила – не летать, если слишком пасмурно, идет дождь или дует сильный ветер, на улице метель или другие неблагоприятные погодные условия. Конечно, абсолютно идеальных условий для полетов почти не бывает. Тем не менее, если дорожите оборудование и собой, а также хотите получить качественные результаты, то будьте предельно рациональны. 

Чтобы выполнить эти нехитрые рекомендации, мы советуем заранее продумать не только план полета, но и подходящее для него время. Внимательно изучите прогноз погоды и сделайте это заранее, а не прямо накануне вылета. Выбор правильного времени и погодных условий – один из ключевых факторов успеха. Выбор подходящего времени также подразумевает наличие хорошего освещения во время съемки. 

Как ни странно, летать и вести съемку в пасмурный день не воспрещается. Напротив, опытные пилоты и специалисты по топографии утверждают, что если съемка выполняется около полудня в пасмурную погоду, то в это время самые короткие тени. Отсутствие сильных теней позволяет получить более качественные снимки. 

Соответственно, профессионалы не рекомендуют совершать полеты и выполнять съемку слишком рано или слишком поздно днем. Длинные тени в это время могут помешать создать качественные кадры. Впрочем, если у вас имеется в распоряжении LiDAR и его можно установить на подходящий летательный аппарат, то проблема освещенности теряет острый характер. 

Что дальше? 

После выполнения полетного задания, воздушной фотосъемки или лазерного сканирования с помощью LiDAR вам предстоит собственно процесс обработки данных и реконструкции трехмерных моделей. Новичкам даже процесс обработки фотоснимков и превращение их в нужный результат кажется чрезвычайно сложным. Однако если вы выбираете для этого правильные инструменты – аппаратное и программное обеспечение, – то вся процедура не вызовет серьезных затруднений. 

Специальная программа выполнит большую часть работы автоматически и при минимуме вашего участия. Просто загрузите полученные дроном данные на платформу и запустите процесс. В ходе обработки материалов у вас всегда будет возможность и время точно выявить ошибки и угрозы безопасности, сравнивать выполненную работу с проектной документацией и/или измерять запасы с нового “ракурса”. То есть, беспилотники позволят вам взглянуть на проблему с другой стороны и получить данные, которые невозможно было бы получить с земли. Все зависит от вашей отрасли и специфики поставленных задач. 

О том какова та самая специфика задач трехмерного моделирования в современных отраслях человеческой деятельности и как лучше применять беспилотные технологии в каждом конкретном случае, читайте в наших следующих статьях.