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国网中心发布点云结合AI自动校正新技术,能云端快速建立3D建筑模型,古迹修复、影视创作、工程检验都有用

发布于2021-01-27 10:50:33

算图农场服务中新增的智慧点云3D建模技术,能透过AI校正异常点云资料,将原先需要6个月的后制作业缩短到1个月。

图片来源: 

摄影/翁芊儒

国研院国网中心今日(1/26)正式宣布,在对外提供的算图农场服务中,新增了智慧点云3D建模的技术,不只能运用点云技术生成物体的3D数位模型,更结合AI校正异常点云资料的方法,一键校正颜色、去除阴影与人影,能缩短建立起模型后,还需人工进行数位修复的时间,将原先需要6个月的后制作业缩短到1个月。

国网中心艺术科技运算组组长郭嘉真解释,点云(point cloud)技术是将真实世界物体的空间维度,以数位的方式记录下来,建立成虚拟的数位分身,每一件物体可能由数百万到数十亿个点组成。而这些点的记录方式,则是透过光达来扫描真实的物体,快速获得该物体大量且精确的三维座标,再于电脑中结合形成3D立体模型,并透过相机拍摄到的彩色数位相片,将正确的颜色贴附到对应的物体位置。

然而,目前市面上的点云建模软件,大多在生成3D模型时,会产生部分错误的颜色对应,国网中心实际运用全球顶尖的商业点云软件实测,发现该软件会将容易摇晃的树叶,误植入天空的颜色;或是将路过的人影残留在3D模型中;又或是因扫描时间点的光照差异,而在模型中生成不合理的光影。这些都是当前的市售软件还难以解决的挑战。

过去的作法,是靠人工框选需修正之处,不断切换视角重新著色,来将错误的颜色手动复原,但这个处理过程不仅程序繁琐、耗时,拟真程度也较为不足。

因此,国网中心开发了一套智能点云校正的技术,运用既有的点云资料与国际间的开放资料集,结合最近邻回归法与激光反射强度,训练出能自动校色的AI模型,目前的准确率已经趋近于95%,“成果在国际水平之上。”也因只需人工调整剩下约5%的偏差,这项技术,就是将后制时间从6个月缩短到1个月的关键。

上图为实测全球顶尖点云商业软件建模结果,容易摇晃的树叶误植入天空的颜色;下图为以国网中心点云建模技术结合AI校色功能的实作结果。(图/国网中心提供)

上图为商业软件实测,容易将路过的人影残留在3D模型中;下图则是国网中心结合AI自动去除人影的结果。(图/国网中心提供)

郭嘉真表示,除了这项AI自动校色的技术之外,国网中心还开发了其他类型的AI校正技术,唯现在仍在申请美国与台湾的专利,还不便透露细节,未来也会持续结合到现有的点云建模服务中。

除了将点云结合AI来建模的特色之外,郭嘉真也强调,国网中心点云服务的另一大优势,是能透过云端来进行高速运算,比起过去透过单机服务器结合商业软件的运算方式,能处理的资料量更大、运算速度更快、成本也较低。比如说,一栋建筑点云的点数高达10亿点、20亿点,资料量以数TB来计,一般电脑根本无法负担;且若要自行购买运算设备,再搭配国外授权的软件来使用,对艺术工作者、文史工作者来说,成本又是一大门槛。

对此,国网中心的云端高速运算服务,能克服单机服务器算力不够的问题,让使用者上传资料后,在云端快速生成3D物体模型。郭嘉真比喻:“想像把一栋建筑物切成200份,分别将这200份的资料传上云端,再透过既有的商业或开源软件,将资料解算拼接成3D模型,同时以AI进行校正,就是目前国网中心软硬件可以做到的事。”

PoC成果:已实际应用于古迹维护、影视创作、工程检验等领域中

这项智慧点云3D建模技术也已经进行PoC,在数位文资应用的面向,已实际应用在台北市齐东诗舍、新竹市日本海军第六燃料场新竹支厂(以下简称六燃)两个场域的数位场域再造中,来协助古迹保存与活化运用。

郭嘉真指出,在六燃这个例子中,就是透过光达与相机,在地面与空中记录下建筑的三维资料,运用约12亿点的资料量,建立起六燃的数位分身,数位分身与实际建筑的误差更控制在毫米以内。

借由古迹或历史建物的数位分身,有利于建物后续的修复与保存。比如在2019年,一把大火烧毁了巴黎圣母院后,由于圣母院的历史悠久、建筑设计图早已遗失,原以为重建成为极大的挑战,但因过去曾以点云技术建立起圣母院的数位3D模型,成为后续修复工作的一大助力。郭嘉真藉这个案例,说明点云技术对于古迹修复的重要性。

新竹市-也将点云技术建立的六燃数位分身,转化为动画创作的场景素材,拍摄了一支六燃动画片。

除了用于古迹维护与影视创作,这项技术也用于工程竣工的检验,目前已经应用于台北市南港社会住宅,将建筑在设计阶段建立的3D模型,与实际施工后以点云技术建立的3D模型进行比对,来检查施工结果与设计图是否有落差。

不只要作为云端算图新功能,更要技术授权发展新商模

未来,除了作为云端算图农场的一大新功能,国网中心也希望将这项智慧点云建模技术,技术授权给国内外的软件研发业者、光达系统厂商、扫描量测厂商、空间资讯应用业者等。郭嘉真特别指出,国网中心想找出这项技术应用的新商业模式,比如是否能作为商业软件的外挂功能?或是开发为非云端运算架构就能应用的服务?这些都是未来期待看到的技术授权方向。

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