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工程建设:复杂结构三维建模的秘诀——大量影像!

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芬兰一座木材加工厂需要拆除厂内的一个大型设备。为了拆除和后续新装工作的顺利进行,避免打搅工厂的正常运行,他们对所要移除的设备,以及周围环境进行了三维建模。

项目概况

公司

木材加工厂 Polkky Oy

地点

芬兰,库萨莫

时间

2018年8月

项目周期

1星期

影像

755张航拍影像,646张地面影像

硬件

大疆精灵4 Pro,佳能EOS 6D

软件

Pix4Dmapper

地面分辨率

0.5厘米



Pix4D的新用途


这家位于芬兰库萨莫镇的木材加工厂在其日常工作中使用Pix4Dmapper来测量碎木和锯末的体积。为设备进行三维建模对于他们来说是一次全新的挑战——要被移除的大型设备尺寸达2.5*2.5米,原本用来扫描树干是否存在缺陷,现在将被一个X光升级设备所替代。

 

负责三维建模的工作人员Laihola在影像拍摄和数据处理上颇下了一番功夫,他说:“

这个设备结构很复杂,还包含吊车和链条等部件。为了能一次性完成这个项目,我拍了很多照片。还好最后的模型清楚显示了设备的每个细节,包括难以用摄影测量重建的细小栏杆等物体,总体来说我很满意!

 

下面我们就来一起看下Laihola的具体操作和模型成果。


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△即使是复杂精细的物体也可以用Pix4Dmapper进行重建



拍摄


需要建模的设备具有复杂的结构和丰富的纹理,为了确保每个角度都有足够多的照片去覆盖,Laihola采用了地面摄影和航拍结合的方法。他在一天内完成了所有的拍摄工作,共获得了1320张照片——大量照片是制作高质量模型的前提。

 

地面摄影使用的相机是佳能 EOS 6DEF 17-40 f4.0镜头,拍摄参数为17mm, f8.0。选择的这款镜头视野较广,能够更好地保证影像之间有足够的重叠度。为使拍出的相片更清晰,使用了独脚架,当然我们建议使用三脚架会更好。


航拍使用的是大疆精灵4 Pro无人机,按照Pix4Dcapture中“矩形双重网格”的飞行路线来采集影像,并且选择RAW格式以保留尽可能多的影像信息。

 

Laihola还告诉我们一个小技巧:“想要模型质量更好,你需要在设备的转角处拍摄额外的照片。当你知道如何拍照时,你已离成功不远了!”

 

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△ 航拍和地面影像布局(在Pix4Dmapper空三射线界面中)



数据处理


Laihola查看两组影像时,发现其中一组的色彩比另一组明显“暖”很多。这种由白平衡造成的区别会影响模型的视觉效果,所以Laihola使用Adobe Lightroom对两组影像进行了匀色处理。调整一张影像后,Lightroom软件即会对整批影像应用相同的处理,因此这个匀色处理并没有花费很长时间。

 

调整后的影像被导出成JPG格式,然后再导入到Pix4Dmapper软件中。Laihola首先在两个不同的项目中分别处理航拍影像和地面影像,之后再合并成一个项目,并从合并的项目中生成点云。


当一个项目中包含很多影像时,处理速度会比较慢,但是充足的影像代表着你可以在软件中选择更佳的处理选项,从而生成视觉效果更好、精度更高的模型。比如“匹配最低数值”这个选项,代表每个点必须在多少张影像中被正确地重投影。这个数值越高,点云中的噪点越少——这意味着你将使用更少的时间来手动清理点云。在这个项目中,Laihola选择的“匹配最低数值”是5

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△ 处理选项——匹配最低数值


最后一步是点云生成后的手动编辑工作,这里Laihola使用的是软件自带的“图像掩模”中的“裁剪”工具。在这一步中,Laihola花费了较长的时间,尤其是在编辑栏杆之间的狭窄空间时。他说:“如果让我再做一次,我会采集更多的影像,这样我就不用花费太多精力在模型的手动编辑上,而是让计算机来做大部分的工作!“


▽最终生成的三维模型

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模型成果



(您可点击文章末尾的”阅读原文“浏览三维模型,建议在网页端打开。)

木材加工厂和其承包商使用最终的三维模型来计划设备的拆除和新装,他们对模型的效果和能起到的作用非常满意Laihola说:“当你只有图像的时候,你无法了解事物的全貌,也很难知道大家说的是否都是同一个东西。但当你指着一个三维模型然后说 '这个地方有问题,这里有一根梁,这里我们应该加一根电线... ', 人们会觉得很直观,沟通也就变得容易很多。”


拆除工作开始前,木材加工厂和其承包商的机械和工程团队在这个分辨率为0.5厘米的模型上进行了一些测量。他们把模型测量结果与现场用卷尺测量的结果做比较,发现两者的差别都在1厘米之内。

 

在三维模型的帮助下,旧设备的拆除和新设备的安装进行得非常顺利,并且极大地减少了对工厂正常运营的干扰。


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△在三维模型的帮助下,新设备安装进行得非常顺利。




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