Вот как лидарные лазерные системы помогают нам визуализировать мир: от кино до криминалистики

Технология применяется странными и неожиданными способами

Лидар, способ использования лазерного излучения для измерения удаленности объектов, прошел долгий путь с тех пор, как его впервые применили на самолетах в 1960 году. Сегодня его можно увидеть установленным на дронах, роботах, самоуправляемых автомобилях и многом другом. С 2016 года Leica Geosystems думает о том, как применить эту технологию в различных отраслях промышленности, от криминалистики до проектирования зданий и кино. (Leica Geosystems была приобретена швейцарской промышленной компанией Hexagon в 2005 году и отделена от Leica Microsystems и Leica Camera).

Для этого Leica Geosystems сократила часто громоздкую лидарную технологию 3D-сканирования до контейнера размером с банку из-под безалкогольных напитков. Линейка продуктов под названием BLK специально разработана для задачи “захвата реальности” и используется в ряде текущих проектов, включая картографирование древних водных систем, скрытых под Неаполем, которые использовались для естественного охлаждения города, исследования египетских гробниц и моделирование таинственных контуры подземных переходов Шотландии, о чем недавно писала Wired UK.

Звездой этих исследований является BLK 360, который, подобно 360-градусной камере, поворачивается на штативе, чтобы запечатлеть окружающую обстановку. Вместо того чтобы фотографировать, он измеряет все с помощью лазеров. Устройство можно настраивать и перемещать для создания нескольких сканирований, которые в конечном итоге могут быть скомпилированы для построения 3D-модели среды. “Тот же тип датчика [lidar], что и в беспилотном автомобиле, используется в BLK 360”, - говорит Энди Фонтана, специалист по съемке реальности в Leica Geosystems. “Но вместо того, чтобы иметь узкое поле зрения, у него широкое поле зрения. Так что это происходит во всех направлениях ”.

[По теме: исследователи из Стэнфорда хотят улучшить восприятие глубины цифровыми камерами]

Помимо 360, Leica Geosystems также предлагает сканер летающего неба, сканер для роботов и сканер, который можно носить с собой и работать на ходу. Команда исследователей из Школы дизайна Род-Айленда, изучающих водные пути Неаполя, использует устройства 360 и to-go, чтобы просканировать как можно большую часть города. Выяснение конкретных конструкций, которые древние города использовали для создания трубопроводов для воды в качестве естественной охлаждающей инфраструктуры, может дать представление о том, как современные города по всему миру могли бы смягчить эффект городского теплового острова.

После того, как все сканы будут сняты с устройств, они будут существовать в виде облака 3D—точек - скоплений точек данных в пространстве. Этот формат часто используется в машиностроении, и его также можно использовать для создания визуализаций, например, в проекте Scotland souterrain. “Вы можете видеть, что он неровный. Все эти маленькие пиксели - это измерения, индивидуальные измерения. Так что это своего рода облако точек ”, - объясняет Фонтана. “Что вы можете сделать с этим, так это преобразовать его и фактически превратить в 3D-поверхность. Здесь вы можете использовать это во множестве других приложений ”.Лидар становится все более популярным инструментом в археологии, поскольку он способен получать более точные размеры пространства, чем только изображения, с помощью сканирования, которое занимает менее минуты, и может быть запущено удаленно со смартфона. Но Leica Geosystems нашла множество полезных приложений для этого типа 3D-данных.

One of the industries interested in this tech is film. Imagine this scenario: a major studio constructs an entire movie set for an expensive action film. Particular structures and platforms are needed for a specific scene. After the scene is captured, the set gets torn down to make room for another set to be erected. If in the editing process, it’s decided that the footage that was taken is actually not good enough, then the crew would have to rebuild that whole structure, and bring people back—a costly process.

However, another option now is for the movie crew to do a scan of every set they build. And if they do miss something or need to make a last-minute addition, they can use the 3D scan to edit the scene virtually on the computer. “They can fix things in CGI way easier than having to rebuild [the physical set],” Fontana says. “And if it’s too big a lift to do it on the computer, they can rebuild it really accurately because they have the 3D data.”

[Related: These laser scans show how fires have changed Yosemite’s forests]

Помимо кино, криминалистика является важной частью бизнеса Leica Geosystems. Вместо того, чтобы просто фотографировать место преступления, теперь они сканируют место происшествия, и это делается по нескольким разным причинам. “Допустим, это сцена [автомобильной] аварии. Если они сделают пару сканирований, вы сможете получить всю сцену в формате 3D за 2 минуты. И тогда вы сможете убрать автомобили с дороги ”, - говорит Фонтана. “Эти 3D-данные могут быть использованы в суде. При сканировании вы даже можете увидеть следы заноса. Вы можете видеть, что этот человек тормозил, и были эти следы заноса, и они могут рассчитать вес автомобиля по сравнению с длиной следа заноса, чтобы увидеть, как быстро они ехали ”.

В более наглядных ситуациях, таких как убийство или стрельба, эти 3D-данные можно использовать для создания “конусов, которые показывают статистическую достоверность того, откуда вылетела пуля, исходя из того, как она попала в стену”, - говорит он.

Поскольку лидар продолжает расширяться в проверенных и надежных приложениях, растущее разнообразие вариантов использования, мы надеемся, вдохновит новаторов на поиск все новых подходов к этой старой технологии.