Методика і результати створення 3D моделей історико-культурних об’єктів з використанням смартфона, оснащеного LiDAR-сканером

Анотація

У статті висвітлена методика і результати створення 3D моделей об’єктів історико-культурної і наукової спадщини України з використанням технології знімання досліджуваних об’єктів за допомогою смартфона, оснащеного LiDAR-сканером. В якості об’єкта дослідження, на прикладі якого апробовувалася придатність даного LiDAR-сканера, для виконання знімальних робіт, опрацювання хмари точок отриманої інформації про об’єкт дослідження та створення 3D моделей історико-культурної і наукової спадщини України, обрано Музей ґрунтів ім. проф. М. М. Годліна, Національного університету біоресурсів і природокористування України, який розташований в аудиторії №53 та в фойє навчального корпусу № 2. Експозиція нараховує понад 200 монолітів ґрунтів, відібраних у різних природних зонах України за більш як 100-річний період функціонування музею. Враховуючи високу наукову та дидактичну цінність цього об’єкта, було вирішено створити його цифрову 3D модель. Для реалізації цього завдання спочатку була розроблена принципова схема (алгоритм) виконання знімальних робіт за допомогою смартфону з LiDAR-сканером та опрацювання отриманої хмари точок, які відображають контури сканованих об’єктів. Цей алгоритм покладений в основу обґрунтованої методики створення 3D моделей об’єктів історико-культурної та наукової спадщини України. В будові мобільних пристроїв вперше технологія LiDAR з'явилася на задніх камерах у 2020 році з випуском iPad Pro та iPhone 12 Pro/iPhone 12 Pro Max. LiDAR в них використовується для визначення віддалей від камери до досліджуваних об'єктів за допомогою лазерного випромінювання. Використовуючи смартфон, оснащений LiDAR-сканером, було виконано знімання основної експозиції Музею ґрунтів з задіянням програмиPolycam. У процесі подальших робіт, базуючись на створеній при лідарному 3D скануванні Музею ґрунтів хмарі точок, була побудована (з використанням таких програмних засобів, як AutoCAD, PIX4D, 3DMAX, Blender) цифрова 3D модель експозиції ґрунтових монолітів цього об’єкта. Результатом виконаних робіт виступає 3D модель експозиції ґрунтових монолітів Музею ґрунтів, розміщених в аудиторії 53 другого навчального корпусу НУБіП України. На завершальному етапі досліджень проведено верифікацію отриманих результатів через порівняння лінійних розмірів стендів, визначених з застосуванням рулетки безпосередньо в Музеї та цих же показників, відображених на 3D моделі. Похибка вимірювання лінійних параметрів експозиції за допомогою LiDAR не перевищила 3,10%, тобто є прийнятною. Створений варіант 3D моделі експозиції ґрунтових монолітів Музею ґрунтів НУБіП України може використовуватися як з навчальною, так і популяризаційною метою.

Ключові слова: LiDAR-сканер, програмаPolycam, 3D знімання смартфоном, 3D модель, 3D сканування,хмара точок.