Insenerid muudavad reaalsust kolmemõõtmeliste mudelitega

Moodne fotogrammeetria – see on nagu tagurpidi inseneeria, mis taastab kahemõõtmeliste fotode põhjal ruumilise olukorra, luues 3D BIM-mudeli, mille järgi insenerid saavad hakata reaalsust muutma. Nii võib lühidalt kokku võtta uue, kiiresti areneva valdkonna, kus olemasoleva objekti mudeldamiseks pole enam vaja kalleid instrumente ja päevadepikkust tööd, kirjutab Kaido Einama (am.ee).

Moodne fotogrammeetria vajab hulka fotosid kaardistatavast objektist, pildid peavad olema piisava katvusega, et neid hiljem saaks kokku panna ja pildistatud erineva nurga alt, et tarkvara oskaks kolmemõõtmelise mudeli koostada.

Vanasti käis see kõik käsitsi. Fotogrammeetria pole ju viimaste aastate leiutis, see on sama vana kui fotograafia ehk oli olemas juba 19. sajandil. Tollal mõõdeti fotodelt kahe teada vahemaaga objekti kaugust ning saadi ka teiste objektide kaugused, ilma et oleks pidanud neid kohapeal mõõtmas käima.

Stereofotogrammeetria aga on samm edasi – siin on vaja samast kohast juba kahte või enamat fotot erineva nurga alt. Kindlate punktide vaheliste kauguste muutmise järgi arvutatakse lihtsate trigonomeetria-valemitega juba kolmemõõtmeliste mudelite mõõtmeid.

Fotogrammeetria põhitõed on seega tänapäeval endiselt samad, kuid ikkagi öeldakse, et selles valdkonnas toimub hetkel pöörane areng. Mis siis tegelikult toimub?

Automatiseeritud maailmaloomine

CAD Süsteemide OÜ juhataja Urmas Jüriorg selgitab, et fotogramm-meetrias on muudatusi umbes sama palju nagu sisepõlemismootorite arengus: tööpõhimõte on jäänud küll samaks, aga tehnoloogia on väga oluliselt täiustunud. Kui aastakümneid tagasi pidi fotopaaridelt käsitsi punkte leidma, mida arvutustes kasutada ja käsitsi nende vahekauguste muutumise üle mõõtma, et kolmemõõtmeline mudel arvutada, siis nüüd on see loomulikult tarkvara poolt automatiseeritud. Arvuti leiab selliseid punkte kattuvatelt fotodelt kümneid tuhandeid ja teeb kiirelt arvutused, leides ka mustrid, mille järgi objektide samasusi tuvastada. Mida rohkem on pilte ja tihedam pikslite katvus, seda täpsema mudeli tarkvara arvutab – täpsust saab suurendada kasvõi mõne millimeetrini.

Automatiseeritud fotogrammeetria on inseneride jaoks saanud väga vajalikuks, kuna enamasti tuleb ehitisi ja tehnorajatisi sobitada juba olemasolevaga. Selleks, et uus ja vana sobiksid, tulebki kulutada osa aega juba olemasoleva ülesjoonistamisele. Arhitekt peab uue hoone planeerima olemasolevasse linnaruumi või vana hoone uuendama, ehitusinsener peab hindama deformatsioone, tehnorajatisi peab sobitama hoone ja teiste seadmetega jne.

CAD Süsteemid on koos Droon.ee-ga teinud selliseid kaardistamisi tarkvaraga Bentley Context Capture, mille väljundid ongi mõeldud inseneritarkvaradega kasutamiseks. Ülesandepüstitus määrab oluliselt ka ülespildistamise stsenaariumi – mida tihedamalt pilte, seda täpsem on tulemus. Parima ruumilise katvuse saab aga mõistagi õhust ning kui propelleriga pükse ei ole, tuleb mängu tuua droon.

Järgneb mõni tund automaatset pilditöötlust – inimesel pole suurt sekkuda vaja. Tulemuseks on punktipilv ja hästi loetav, fotoga kaetud ning geokoordineeritud kolmemõõtmeline võrkmudel, mis sobib kasutamiseks BIM- või CAD-tarkvaras.

Millised on alternatiivid?

Väga efektiivne ja täpne digitaalse andmehõive meetod on ka laserskannimine. Laserskanner saadab põhimõtteliselt igas suunas enda ümber laserkiiri ja mõõdab nende tagasijõudmise aega, saades nii teada, kui kaugel takistus on. Nendest kaugustest koostataksegi punktipilv. Eeliseks on täpsus, kuid laserskannimise probleemiks on kõrge hind (seadme hind võib küündida 100 000 euroni) ja inimsilma jaoks punktipilve halb loetavus. Kui fotosid võib teha igaüks, siis laserskanner tuleb rentida koos asjatundjaga.

Fotogrammeetria ja laserskannimine pole siiski konkurendid, vaid need tehnoloogiad on koos kasutatavad ja täiendavad kenasti teineteist. Seesama Bentley Context Capture oskab näiteks mudeli koostamisel kombineerida fotosid ning laserpunkte, säilitades viimaste täpsuse ning lisades tekstuuriga võrkmudeli, mis muudab pildi inimsilmale arusaadavaks.

Stereofotogrammeetria võlu peitub aga kogu lahenduse skaleeritavuses ehk selles, et vajaliku täpsusastme ning sellest tuleneva tehnoloogia saab valida ülesandest lähtuvalt. Objekti suurus võib varieeruda väheldasest seadmest suurte linnadeni. Väikese objekti kohta vajaliku arvu (min 70% katvusega) fotode hankimine on odav ning operatiivne. Pildistada võib fotogrammeetria puhul ükskõik millega, kasvõi mobiiliga, peaasi et pilte on piisavalt ja optika ning sensori kohta on info olemas. Kasutaja jaoks kõige lihtsam ja kiirem ongi pildid mobiilirakendusega otse pilvearvutusse suunata. Tulemuseks on kohe kättesaadav soovitud täpsusega vektormudel ja kokku on hoitud arvestatav hulk raha ja aega. Suuremastaabiliste objektide ning kõrgete täpsusnõuete puhul on mõistagi tarvis rohkem fotosid, samuti võib olla vajalik kombineerida erinevaid fotogruppe ning laserpunkte.

Näiteks linnamudeli tegemisel saab aerofotode puhul küsitava fassaadide detailsuse paremaks teha tänavalt võetud fotodega ja üksikute objektide täiendava laserskaneerimisega.

Mida saab 3D-mudeliga edasi teha?

Kui info kogutud ning mudel – kas punktipilvena või 3D-vektormudelina – valmis, tekib küsimus, kuidas seda kasutada. Imetleda ehk siis interaktiivselt mudelis navigeerida ja sisse-välja suurendada, vahemaid ja kõrgusi mõõta (mitu meetrit, ruutmeetrit, kuupmeetrit, kas mahub, ei mahu tüüpi küsimused) saab nii tasuta pakutava Acute3D Vieweriga või mudelit veebikeskkonnas avaldades.

Pidades silmas inseneriülesannete toetamist, tuleb mudeli produtseerimisel valida sobiv väljundvorming: kas mõni tuntumatest BIM tarkvaradest või siis visualiseerimispakettidest. Veelgi kaugemale mõeldes saame visandada töövoo, kus mudel satub esmalt projekteerija tööaluseks, seejärel aga koos lisandunud uue hoone ning visualiseerimissoftis lisatud elutruu „digiloodusega” (puud, põõsad, maastik, valgus ja inimesed) juba VR seadme kaudu kliendile tutvumiseks.

Kui sellist mudelit on vaja korrastada – näiteks tänaval seisnud auto eemaldada – tuleb appi lisatarkvara, mis loodud võrkmudelite, punktipilvede ning rasterandmete toimetamiseks, teisendamiseks ning korrastamiseks.

Linnaplaneerijate ja arhitektide salarelv

Maailmas on juba loodud mitmeid linnamudeleid: näiteks Lyonist, Marseille´st, Singapurist ning isegi Helsingist on tuhandete drooni- ja maapealsete piltide põhjal koostatud kogu linna kattev 3D-mudel.

See on saanud hindamatuks abivahendiks linnaplaneerijatele ja arhitektidele, kes tahavad mõnda uut ehitist või arendust olemasolevasse linnaruumi sobitada. Kui linnamudel on olemas, saab jälgida, kuidas uus rajatis ära mahub, mida peab lammutama, kust kui palju välja kaevama, kuhu pinnast juurde vedama, mida päike varjama hakkab ja kui palju jääb ruumi autodele või jalakäijatele.

Linnaruum on mitmekihiline ja keeruline süsteem, kus ilma 3D-mudelita võib vabalt mõni pisike detail kahe silma vahele jääda.