AI助力三维数字化重建,「四维时代」打造国产实景三维相机

.. 文|刘年华

编辑|彭孝秋

三维数据,是3D模型的源头。在数字孪生领域,如果没有实景三维数据,就无法实现真正的虚实结合。小到各类物体,大到各类建筑,都需要先采集实景数据,以建立数字三维模型。然而,过往的实景三维采集硬件主要来自海外设备。这类设备在安防、应急等场景很难符合项目要求。因此,在保证质量的前提下,实景三维相机的国产化一直是行业的呼声。

创立于2014年10月的「四维时代」,已研发推出具有自主知识产权的实景三维相机系列产品,并已通过国产操作系统、国产CPU的兼容适配,获信创产品评估认证。其解决方案及产品服务,已服务于港珠澳大桥、世博会中国馆等多项国内外重大工程项目,并覆蓋了智慧城市、房地产、新零售等领域。

提高精度,便携使用

目前,四维时代共推出了四款实景三维相机硬件产品。两款「深」系列产品作为激光相机,满足高精度需求领域;两款「看」系列产品作为光学相机,满足日常工作消费场景。

  • 四维深时主要面向精度需求最高的数字城市建设、燃气管道勘察检测等场景,是一款架站式设备,室外建模范围最高260m,点云精度小于1cm,能输出高质量点云数据和16K精度的三维模型。
  • 四维深光的应用场景更广泛,可在常规的公共安全、建筑工程、市政工程等领域使用。用架站式和穿戴式SLAM双采集模式,能在70米范围内捕获每秒20万点云,点云精度达1cm。该设备支持RTK、热红外成像和多光谱模块。
  • 四维看见能快速完成空间的全自动三维数字化,10分钟内输出16K画质三维模型,支持4倍细节放大,适用于数字文博、地产营销、线上展会等。
  • 四维看看同样专注于空间的快速三维数字化,能在短时间内完成三维建模,输出高达8K画质的三维模型,服务领域包括数字文博、地产营销等。

四维时代创始人崔岩告诉36氪,公司的产品研发目标一直紧扣着客户的需求:提高精度、提升效率、便携使用。目前正在研发第五款设备。

在管道建设、市政规划等专业工程领域,精度需求较高,通过不断优化深度估计算法和提升激光扫描技术来升级产品,同时能够加快点云重建效率。为了让用户更加便携携带,四维时代也希望将产品集成到体积更小、重量更轻的设备中,同时简化用户操作流程,使得即使非专业人员也能快速上手,实现高效的现场数据采集。

覆蓋场景方面,四维时代主打空天地一体化,不仅关注室内外环境的全面覆蓋,而且涵盖了从微观到宏观的不同尺度。

空中层面,四维时代采用北斗大地2000系统对其所有相机进行全局定位,帮助数据的匹配融合。不仅提高了定位的精度和可靠性,而且相较于传统的GPS系统,更具备国产化的优势。在中层,公司利用无人机搭载相机进行空中拍摄和建模,无人机的灵活性和便捷性使得大规模、大尺度的三维建模成为可能。至于近地面层面,四维时代通过激光相机进行精准拍摄,确保了数据的高精度和高质量。

四维时代系列产品

小切口,大方向

数字孪生行业的细分领域众多,从消费应用到工业场景,再到城市管理,都有相关需求。但每个细分领域的需求各有差异。

崔岩表示,四维时代的发展战略"小切口,大方向"。小切口指的是有数据需求的业务场景,例如燃气管网的数字化管理、刑侦消防现场的勘验、建筑工程的全过程管理、文物修缮保护等。这些场景对于实景三维数据有真实的业务需求,能够改善其工作流程,而不仅仅是可视化的效果。

以现场勘验场景为例,公安部门、消防部门每次出动时,都可以对现场进行快速采集,回去后立刻将现场还原。既可以减轻重复前往现场的负担,又能责任判定时提高效率,保障公平。

在燃气领域,四维时代从安全的角度切入。通过与深圳燃气集团合作,实施了数字赋能超大城市燃气安全项目。不同于传统依赖进口设备和以项目为导向的服务模式,四维时代提供了一个能够持续更新、快速响应的系统。这一系统不仅能进行事前的灾害预警,还能进行事故预演,支持高效的事故处置和抢险救灾工作。这一项目最终获得了国务院国资委首届国企数字场景创新赛一等奖。

消防火调事故现场勘验,图片来源:四维时代

保持关注,放开尝试

崔岩告诉36氪,三维数据始终是四维时代的核心关注点。无论是需要关注细节的小物体建模,还是对大尺度空间的精准测绘,都能实现从微米级到毫米级不等的高精度管理。

在三维数据基础上,团队一直在探索一些新应用和平台型产品,包括数字工业、数字文博、数字生活等。目前,团队已经推出了四维模库(4DModel)、四维艺术、四维AR及四维看展等产品。并尝试开发基于各类设备的应用,如各类AR/VR眼镜等。

并不总是如预期完美,但崔岩认为,这些探索是创新路上不可或缺的部分,也非常鼓励团队多去尝试。

此外,四维时代也在国际化方面不断探索与尝试。在工业数字化方向,与德国企业建立了合作关系。四维时代负责提供高清度的三维视觉解决方案,德方则侧重于机械臂、机器人以及ERP和SAP管理控制系统的开发和应用。

数字文博,图片来源:四维时代

推动文博产业数字化建设

崔岩表示,研发是四维时代发展的核心竞争力。截至当前,四维时代已获得自动化三维数字建模、高精度机器视觉等111项核心专利,其中发明专利45项,国际专利13项,软件著作权214项。

此外,公司也完成了数十万条三维空间的数据积累,并拥有深度学习的数据训练集。通过海量的数据库学习,使三维空间的分布预测更加精准。

在业务推进过程中,四维时代的AI能力得到市场逐步认可,数字化技术已应用到全球116家博物馆及多项重大工程的数字化建设。


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