3D mobilní skenování je mapování okolního prostředí přístrojem – laserovým senzorem, který se v prostoru volně pohybuje. V případě řešení od firmy GeoSLAM je výsledný 3D model reprezentován mračnem bodů a celý proces je založen na tzv. SLAM algoritmu a systému měření „go anywhere“, tedy volného pohybu, bez potřeby GPS.
Historie GeoSLAM
Mobilní 3D skenování je, i v celosvětovém měřítku, stále poměrně novinkou, i když na západ od našich hranic je jeho rozmach o poznání větší. Za prvním SLAM algoritmem stojí vývojáři z australského institutu CSIRO (federální vládní agentura vědeckého výzkumu v Austrálii).
Přibližně před deseti lety po několikaletém vývoji spatřil světlo světa první model – Zebedee. Obchodní stránky věci se chopila britská firma GeoSLAM a ta přístroj celosvětově uvedla na trh pod názvem ZEB1. Rozvoj mobilního skenování umožnila vzrůstající přesnost IMU jednotek a vzrůstající výkon výpočetní techniky, neboť matematicky jde o velmi náročnou úlohu. Naopak na uživatele jsou kladeny minimální požadavky a při dodržování alespoň základních pravidel pohybu s mobilním skenerem je i naprostý začátečník schopný snadno a efektivně vytvořit přesný 3D model objektu pro jeho další zpracování.
Jak technologie funguje?
Z počátečních písmen názvu SLAM algoritmu plyne, že v průběhu skenování probíhá Mapování A Lokalizace v prostoru Simultánně. Prostor je tedy zároveň měřen a zároveň se z něj používají tzv. 3D prvky pro samotnou orientaci přístroje. Ve skenovací hlavě přístroje je umístěn modul laserového paprsku a senzoru, který je pevně spojen s inerciální jednotkou (IMU). Ta v průběhu skenování tvoří tzv. soubor trajektorie, který obsahuje informace o náklonu a zrychlení přístroje v každém okamžiku. Přístroj tedy neustále „ví, kde je“.
Data z těchto dvou zdrojů (IMU jednotka a laserový senzor) jsou buď v reálném čase nebo v režimu post process kombinována ve výpočtu SLAM algoritmu a prochází lokálním a globálním vyrovnáním. Výsledkem celého procesu je 3D mračno bodů, které věrně reprezentuje tvary zaměřeného prostoru a splňuje vnitřní přesnost danou výrobcem.
Jaké jsou limity technologie?
Mobilní 3D skener založený na SLAM algoritmu potřebuje pro svoji orientaci tzv. 3D prvky. Jsou to výrazné tvary okolního prostředí, například stromy, auta, budovy, nábytek a terénní lomy. Pokud je skenované prostředí chudé na tyto prvky, pak je možné, že skener dočasně nebo zcela ztratí orientaci. Takové případy nastávají výjimečně. Nevhodné prostředí je například holé pole, hladká rovná dlouhá chodba, dlouhý rovný tunel bez strukturovaných zdí. Pokud přesto potřebujete naskenovat zmíněná prostředí, tak lze přidáním 3D prvků skenované prostředí tímto způsobem prostorově optimalizovat. V praxi se osvědčilo rozmístění několika krabic nebo židlí do chodby, otevření dveří, apod. V exteriéru pak stačí vhodně zaparkovat automobil nebo také umístit na zem několik krabic. Zmíněná opatření však platí pouze pro extrémně nevhodné prostředí, v obvykle členěném prostoru má skener vždy dostatek 3D prvků pro svoji orientaci.
Druhým kritickým místem pro laserové skenery (jak mobilní tak terestrické) jsou zrcadla a velmi lesklé povrchy, které odráží laserový paprsek. Zrcadla však stačí těsně před skenováním improvizovaně zakrýt kusem látky nebo papíru. Z vlastních zkušeností víme, že ani prostory s vysokým podílem zasklených ploch (autosalony, mrakodrapy…) nejsou pro skenery GeoSLAM problém. Skeny z prostor s vysokým podílem skla sice obsahují velké množství falešných odrazů, ty jsou však v poměru k odrazům ze skutečných předmětů nepoměrně řidší a ve výsledném půdorysu prakticky zaniknou.