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工程建設:復雜結構三維建模的秘訣——大量影像!

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芬蘭一座木材加工廠需要拆除廠內的一個大型設備。為了拆除和后續新裝工作的順利進行,避免打攪工廠的正常運行,他們對所要移除的設備,以及周圍環境進行了三維建模。

項目概況

公司

木材加工廠 Polkky Oy

地點

芬蘭,庫薩莫

時間

2018年8月

項目周期

1星期

影像

755張航拍影像,646張地面影像

硬件

大疆精靈4 Pro,佳能EOS 6D

軟件

Pix4Dmapper

地面分辨率

0.5厘米



Pix4D的新用途


這家位于芬蘭庫薩莫鎮的木材加工廠在其日常工作中使用Pix4Dmapper來測量碎木和鋸末的體積。為設備進行三維建模對于他們來說是一次全新的挑戰——要被移除的大型設備尺寸達2.5*2.5米,原本用來掃描樹干是否存在缺陷,現在將被一個X光升級設備所替代。

 

負責三維建模的工作人員Laihola在影像拍攝和數據處理上頗下了一番功夫,他說:“

這個設備結構很復雜,還包含吊車和鏈條等部件。為了能一次性完成這個項目,我拍了很多照片。還好最后的模型清楚顯示了設備的每個細節,包括難以用攝影測量重建的細小欄桿等物體,總體來說我很滿意!

 

下面我們就來一起看下Laihola的具體操作和模型成果。


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△即使是復雜精細的物體也可以用Pix4Dmapper進行重建



拍攝


需要建模的設備具有復雜的結構和豐富的紋理,為了確保每個角度都有足夠多的照片去覆蓋,Laihola采用了地面攝影和航拍結合的方法。他在一天內完成了所有的拍攝工作,共獲得了1320張照片——大量照片是制作高質量模型的前提。

 

地面攝影使用的相機是佳能 EOS 6DEF 17-40 f4.0鏡頭,拍攝參數為17mm, f8.0。選擇的這款鏡頭視野較廣,能夠更好地保證影像之間有足夠的重疊度。為使拍出的相片更清晰,使用了獨腳架,當然我們建議使用三腳架會更好。


航拍使用的是大疆精靈4 Pro無人機,按照Pix4Dcapture中“矩形雙重網格”的飛行路線來采集影像,并且選擇RAW格式以保留盡可能多的影像信息。

 

Laihola還告訴我們一個小技巧:“想要模型質量更好,你需要在設備的轉角處拍攝額外的照片。當你知道如何拍照時,你已離成功不遠了!”

 

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△ 航拍和地面影像布局(在Pix4Dmapper空三射線界面中)



數據處理


Laihola查看兩組影像時,發現其中一組的色彩比另一組明顯“暖”很多。這種由白平衡造成的區別會影響模型的視覺效果,所以Laihola使用Adobe Lightroom對兩組影像進行了勻色處理。調整一張影像后,Lightroom軟件即會對整批影像應用相同的處理,因此這個勻色處理并沒有花費很長時間。

 

調整后的影像被導出成JPG格式,然后再導入到Pix4Dmapper軟件中。Laihola首先在兩個不同的項目中分別處理航拍影像和地面影像,之后再合并成一個項目,并從合并的項目中生成點云。


當一個項目中包含很多影像時,處理速度會比較慢,但是充足的影像代表著你可以在軟件中選擇更佳的處理選項,從而生成視覺效果更好、精度更高的模型。比如“匹配最低數值”這個選項,代表每個點必須在多少張影像中被正確地重投影。這個數值越高,點云中的噪點越少——這意味著你將使用更少的時間來手動清理點云。在這個項目中,Laihola選擇的“匹配最低數值”是5

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△ 處理選項——匹配最低數值


最后一步是點云生成后的手動編輯工作,這里Laihola使用的是軟件自帶的“圖像掩模”中的“裁剪”工具。在這一步中,Laihola花費了較長的時間,尤其是在編輯欄桿之間的狹窄空間時。他說:“如果讓我再做一次,我會采集更多的影像,這樣我就不用花費太多精力在模型的手動編輯上,而是讓計算機來做大部分的工作!“


▽最終生成的三維模型

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模型成果



(您可點擊文章末尾的”閱讀原文“瀏覽三維模型,建議在網頁端打開。)

木材加工廠和其承包商使用最終的三維模型來計劃設備的拆除和新裝,他們對模型的效果和能起到的作用非常滿意Laihola說:“當你只有圖像的時候,你無法了解事物的全貌,也很難知道大家說的是否都是同一個東西。但當你指著一個三維模型然后說 '這個地方有問題,這里有一根梁,這里我們應該加一根電線... ', 人們會覺得很直觀,溝通也就變得容易很多。”


拆除工作開始前,木材加工廠和其承包商的機械和工程團隊在這個分辨率為0.5厘米的模型上進行了一些測量。他們把模型測量結果與現場用卷尺測量的結果做比較,發現兩者的差別都在1厘米之內。

 

在三維模型的幫助下,舊設備的拆除和新設備的安裝進行得非常順利,并且極大地減少了對工廠正常運營的干擾。


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△在三維模型的幫助下,新設備安裝進行得非常順利。




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