O futuro do processamento de nuvens de pontos LiDAR com Mesh e 3DGS

Durante décadas, a modelação de malhas tem sido a base dos ambientes digitais, desde os jogos e o entretenimento à engenharia e à construção. Agora, uma nova tecnologia está a ganhar força: 3D Gaussian Splatting (3DGS). Reconhecida pela sua capacidade de renderizar cenas com qualidade fotorrealista em tempo real, a 3DGS está rapidamente a captar a atenção de uma vasta gama de indústrias.

Mas será que pode realmente substituir a modelação de malhas geometricamente precisas em que confiámos durante tanto tempo? Neste artigo, exploramos os pontos fortes e as aplicações de ambas as tecnologias, a forma como se complementam e como ferramentas como o CHCNAV CoCloud estão a colocar o poder combinado da malha e do 3DGS ao nosso alcance.

O que é o 3D Gaussian Splatting (3DGS)?

Em termos simples:

O 3D Gaussian Splatting (3DGS) é como montar uma cena digital em 3D com inúmeros elipsóides. Imagine-o como um pintor que utiliza pinceladas para criar uma paisagem. Estes elipsóides, chamados núcleos gaussianos, representam pontos de dados 3D individuais que se juntam para formar cenas detalhadas e de alta fidelidade.

Em pormenor:

O 3DGS é uma técnica de ponta para a renderização em tempo real de cenas 3D, especialmente as criadas a partir de dados de nuvens de pontos em grande escala. Converte pontos 3D discretos em representações visuais suaves e contínuas, "salpicando-os" num ecrã 2D utilizando kernels gaussianos (elipsóides 3D). Cada kernel é definido por parâmetros como a posição, a cor (RGB), a escala, a rotação e a opacidade. Isto torna possível a renderização em tempo real com resultados fotorealistas.

O processo de construção de um modelo 3DGS envolve duas etapas principais:

1. Construção da cena: A partir de dados brutos, como imagens ou nuvens de pontos, o sistema gera um conjunto denso de pontos 3D utilizando técnicas como a correspondência de caraterísticas. Estes pontos são ligados a núcleos Gaussianos, sendo a forma e o aspeto de cada núcleo definidos por parâmetros como a escala e a rotação. Os núcleos são depois optimizados através de métodos de treino como o backpropagation para produzir imagens de alta qualidade.
2. Renderização da cena: Os kernels 3D são projectados num espaço de ecrã 2D utilizando um modelo de câmara em perspetiva, formando distribuições Gaussianas 2D. Estas são depois rasterizadas e misturadas para gerar imagens fotorrealistas e sem descontinuidades para cada fotograma.

Um olhar rápido sobre a modelação de malhas

Em termos simples:

A modelação de malhas descreve um mundo digital construído a partir de vértices, arestas e faces. Estes elementos geométricos definem formas e estruturas sólidas num espaço 3D.

Em pormenor:

A modelação em malha é um método há muito estabelecido para criar ambientes 3D. Constrói objectos ligando vértices para formar arestas e faces. Cada face triangular tem uma relação topológica definida com as faces vizinhas, formando coletivamente uma superfície geométrica fechada ou aberta com uma estrutura clara e consistente.

Ao contrário do 3DGS, que se centra no realismo visual, a modelação em malha dá ênfase à precisão e à integridade estrutural. Permite medições exactas, tornando-a ideal para casos de utilização que exijam uma análise espacial detalhada ou uma documentação de design precisa.

A modelação em malha manteve-se um padrão numa vasta gama de indústrias. Na topografia, suporta o mapeamento exato de paisagens. Na arquitetura, permite a criação de modelos detalhados de edifícios. Nos jogos e no cinema, ajuda a construir mundos virtuais imersivos e estruturalmente fiáveis.

Frente a frente: 3DGS vs. Modelação em malha

O argumento principal: Qual escolher?

A partir da comparação, é evidente que o 3DGS não substitui a modelação em malha, mas é uma ferramenta complementar concebida para diferentes casos de utilização.
casos.

Escolha Malha para Produtividade:

Nos domínios em que a precisão, a medição e a análise estruturada são essenciais, como a topografia, a Modelação de Informação da Construção (BIM) e a engenharia, a modelação em malha continua a ser a abordagem preferida. Quer esteja a medir as dimensões de um edifício, a calcular volumes de terraplanagem ou a efetuar análises espaciais, os modelos em malha fornecem activos digitais fiáveis e de alta qualidade que se integram perfeitamente em fluxos de trabalho CAD ou GIS. Embora possa não corresponder ao 3DGS em termos de realismo visual, a sua vantagem reside na precisão e na praticabilidade.

Escolha 3DGS para experiências imersivas:

Nas indústrias que se concentram no impacto visual e na imersão do utilizador, como a realidade virtual (RV), os jogos e o turismo digital, o 3DGS oferece capacidades inigualáveis para produzir renderizações ricas e fotorrealistas.
É excelente quando o objetivo é criar uma experiência digital vívida em vez de realizar medições técnicas. Para transportar os utilizadores para uma cena virtual, o 3DGS está a emergir como uma das formas mais poderosas de visualizar dados LiDAR de uma forma realista e envolvente.

Desafios computacionais e a solução do CHCNAV CoCloud

Um dos principais desafios das técnicas avançadas de modelação 3D, como o 3DGS, é a potência computacional significativa que exigem. A renderização de alta qualidade e o processamento de dados dependem frequentemente de hardware local de topo, especialmente GPUs. Para muitos utilizadores, isto pode ser uma barreira limitativa e dispendiosa.

É aqui que a plataforma CoCloud da CHCNAV oferece uma clara vantagem. A CoCloud utiliza servidores baseados na nuvem para processar dados de várias fontes, eliminando a necessidade de equipamento local dispendioso. Suporta tanto a modelação em malha tradicional como o 3DGS, permitindo aos utilizadores processar dados LiDAR e imagens totalmente online. Com a CoCloud, os utilizadores podem gerar resultados de alta precisão, como mapas ortofotográficos digitais (DOM) e modelos OpenSceneGraph Binary (OSGB), sem necessidade de conhecimentos especializados de software.

Para os utilizadores que não têm acesso a GPUs de alto desempenho, o design nativo da nuvem da CoCloud oferece recursos de computação escaláveis e opções de armazenamento que vão de 10 GB a 100 TB. Esta flexibilidade garante que mesmo os utilizadores com capacidades locais limitadas podem gerir eficazmente tarefas com muitos recursos. Quer esteja a trabalhar com grandes conjuntos de dados LiDAR ou com imagens de alta resolução, a CoCloud proporciona um forte desempenho sem a necessidade de uma infraestrutura local avançada.

Para além do seu poder de processamento, a CoCloud também oferece integração de API flexível e opções de implementação privada. Isto facilita às organizações a incorporação da CoCloud nos sistemas existentes. Como resultado, os fluxos de trabalho de ponta a ponta, desde a aquisição de dados até à saída final, podem ser executados de forma eficiente, proporcionando uma experiência totalmente simplificada para modelação 3D e processamento de dados LiDAR.

Abrace o melhor dos dois mundos

O 3DGS e a modelação em malha têm pontos fortes únicos. A malha continua a dominar as indústrias que exigem precisão e análise estruturada, enquanto o 3DGS está a tornar-se rapidamente o padrão para a criação de ambientes digitais imersivos e realistas. Na CHCNAV, estamos empenhados em permitir-lhe tirar partido de ambas as tecnologias, melhorando os seus fluxos de trabalho de aquisição, processamento e visualização de dados.

Através de sistemas avançados de aquisição de dados como o CHCNAV RS10 Handheld Laser Scanner + GNSS RTK.

Handheld LiDAR Handheld SLAM 3D Laser Scanner + GNSS RTK, e plataformas robustas de processamento na nuvem, como o CHCNAV CoCloud, garantimos que pode integrar sem problemas os dados LiDAR em modelos precisos e visualizações impressionantes, capacitando os profissionais a navegar no futuro da tecnologia geoespacial com confiança.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento, concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Servindo indústrias como a geoespacial, a agricultura, a construção e a autonomia, a CHCNAV fornece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço da indústria. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2.000 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder na indústria geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: www.chcnav.com