Главная | Проекты | ПО для обработки и визуализации данных лазерного сканирования

ПО для обработки и визуализации данных лазерного сканирования

Программный комплекс для визуализации и параллельной обработки сверхбольших облаков точек лазерного сканирования в условиях ограничений по оперативной памяти.

Задача

Лазерное сканирование - современный и активно развивающийся тип дистанционного зондирования, результатом которого является облако точек. Основными областями применения лазерного сканирования являются:

  • топографическая съемка – планы территорий;
  • архитектура – трехмерные модели;
  • инженерные изыскания;
  • разработка приложений с дополненной реальностью;
  • мониторинг:
    • цифровой город;
    • индустрия – производственные объекты, коммуникации;
    • строительство – контроль соответствия рабочей документации.

Главной особенностью лазерного сканирования является высокая точность и плотность измерений. Кроме того, лазерное сканирование имеет преимущество перед классическими технологиями проведения измерений (геодезия, аэрофотосъемка и пр.) по стоимости съемки и моделирования, скорости обработки данных, совокупной точности и требованиям к проведению работ.

Одной из проблем лазерного сканирования является объем полученных измерений: нередко результаты сканирования могу исчисляться сотнями гигабайт и содержать миллиарды точек. Загрузка и обработка таких больших объемов данных требует много времени и вычислительной мощности.

Задачей разработчиков в этом проекте стала разработка алгоритмов, позволяющих выполнять обработку и визуализацию сверхбольших облаков точек лазерного сканирования в условиях ограничений по оперативной памяти.

Решение

В ходе проекта были разработаны несколько экспериментальных образцов программных компонентов (ЭО ПК):

  • ЭО ПК создания растровых проекций. Предназначено для получения разрезов, сечений и ортофотопланов объектов на основе данных лазерного сканирования и фотосъемки в формате точечных моделей.
  • ЭО ПК дешифрирования и векторизации. Предназначено для контрастирования, фильтрации, классификации и векторной обработки точек в формате точечных моделей.
  • ЭО ПК визуализации. Предназначено для отображения сверхбольших облаков точек лазерного сканирования в уcловиях ограничений по оперативной памяти.

Преимущества решения

Сокращение времени загрузки и предобработки облака точек:

  • 6,5 сек. для загрузки 50 млн. точек (до 50 сек у аналогов);
  • 7 сек. для загрузки 250 млн. точек (до 4.1 мин у аналогов);
  • 3 мин для загрузки 1.5 млрд. точек (до 24.5 мин у аналогов);

Снижение потребления оперативной памяти на больших облаках точек:

  • 2 ГБ для 50 млн точек (до 2.4 ГБ у аналогов);
  • 2 ГБ для 250 млн точек (до 12 ГБ у аналогов);
  • 4 ГБ для 1.5 млрд точек (до 75 ГБ у аналогов);

Детали

Решение состоит из четырех ключевых модулей:
  • ЭО ПК создания растровых проеций;
  • ЭО ПК дешифрирования и векторизации;
  • ЭО ПК визуализации;
  • ЭО ПК гибридной обработки.
Основные функциональные возможности:
  • получение разрезов, сечений и ортофотопланов объектов на основе данных лазерного сканирования и фотосъемки в формате точечных моделей;
  • выполнение ортографических преобразований данных лазерного сканирования;
  • формирование плоских и цилиндрических проекций по данным лазерного сканирования;
  • создание 3D модели по данным лазерного сканирования;
  • закрытие дефектов поверхности 3D модели;
  • координатные преобразования;
  • расчет плотности облака точек;
  • контрастирование облака точек;
  • ранжирование облака точек;
  • фильтрация облака точек;
  • векторная обработка облака точек;
  • расчет поверхности чистой земли;
  • расчет горизонталей рельефа;
  • расчет профилей рельефа;
  • оценка изменения объектов и рельефа местности.
Технические преимущества:
  • использование технологий SSE/AVX;
  • параллельная обработка данных;
  • кроссплатформенность;
  • двухуровневая система кеширования облака точек;
  • конвейер обработки облака точек;
  • визуализация свербольших облаков точек.

Технологии

Языки программирования и фреймворки: C++, Qt
OS: Windows, Linux
Архитектуры: x64
CVS: Git (GitLab)
Прочее: SSE/AVX, parallel processing, spatial partitioning

Публикации

    Проект поддержан Рамочной сетевой программой BRICS в области науки и инноваций. При финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

    Соглашение о предоставлении субсидии между ФГАОУ ВО «СПбПУ» и Министерством науки и высшего образования Российской Федерации от 03.10.2017 г. № 14.584.21.0025.

    Уникальный идентификатор – RFMEFI58417X0025

    Ключевые исполнители

    • Руководитель группы разработки: С.В. Таммсаар
    • Программист-разработчик: К.О. Беляевский

    Индустриальные партнёры

    Иностранные партнеры:
    • Индийский технологический институт Рурки
    • Восточно-китайский педагогический университет

    Дополнительные материалы

    video

    ПО для обработки данных лазерного сканирования. Видеоролик

    ПО для обработки данных лазерного сканирования Видеопрезентация