Лазерное сканирование и фотограмметрия Кала-Корейш
Сканирование и фотограмметрия древнего поселения на вершине горы: 200+ станций, 50 000 снимков, 3D-модель для печати
Кратко о проекте
Мы выполнили лазерное сканирование и фотограмметрию древнего поселения Кала-Корейш в Дагестане. За 2,5 дня отсняли 200+ скан-позиций и 50 000 фотографий; данные объединяются в единую 3D-модель для печати.
Технические данные
- Сканерных станций
- 200+
- Фотографий
- 50 000
- Сканер
- FARO Focus M70
- Камера
- Sony A7RM4, Мобильный фоториг из 6 × Sony A7
- Дрон
- DJI Mavic 3 Enterprise
- Обработка
- Agisoft Metashape, Trimble RealWorks
- Объём данных
- 50 ГБ
Паспорт проекта
- Объект
- Кала-Корейш, Дагестан
- Работы
- Лазерное сканирование, наземная фотограмметрия, аэрофотосъёмка
Задача: оцифровать древний посёлок на вершине горы
Объект очень сложный и находится на развитом рельефе: фактически это посёлок на пике горы. Отснять его одним только методом нереально, поэтому мы применили комплекс из трёх технологий. Лазерный скан создавал каркас, воздушная съёмка насыщала покрытие, а фоториг из 6 камер давал локальные детали. Работать над таким историческим памятником удаётся редко: артефакты тысячелетней цивилизации видны на камнях, здесь встречаются древние родовые печати — тамга и арабская вязь. Частью комплекса являются Джума-мечеть XI века — одна из древнейших на Кавказе, мавзолей кайтагских уцмиев с резными надгробиями и арабское кладбище с саркофагами.
Историческая справка
Кала-Корейш — одна из важнейших мусульманских святынь в Дагестане, привлекательный экскурсионный объект, место для паломничества и историко-этнографических путешествий. Название крепости переводится как «Крепость курейшитов». Основание связывают с именами потомков Хамзы — дяди пророка Мухаммеда, а также с выходцами из племени курайшитов — племени Пророка Мухаммада. Поселение было основано в VII веке (в 600+ годах н.э., около 1400 лет назад). Кала-Корейш считается одним из центров распространения ислама в Дагестане. В XI-XII веках город-крепость был самым влиятельным духовным и политическим центром Кайтагского уцмийства — огромного феодального владения, занимавшего территории южного и центрального Дагестана. Правители-кайтагцы в своей столице вершили историю. Древняя столица расположилась на вершине неприступной горы: в Средние века крепость была неуязвимой, со стен воины-дозорные могли контролировать пять речных долин. Поселение оставалось столицей вплоть до XVI века, когда князь перенёс свою резиденцию в равнинную часть уцмийства. В XIX веке тысячелетняя история Кайтагского княжества закончилась, а в 30-х годах XX века поселение совсем опустело. До наших дней дошли руины древних построек. До недавнего времени в Кала-Корейш проживал одинокий житель. Подъём в селение составляет 1.2 км по тропинке с перепадом высот 180 м. В Кала-Корейш находится старейшая в Дагестане Джума-мечеть, построенная в XI-XII веках. Она имеет необычную конструкцию: в ней перекрыта кровля и заменены деревянные балки. Мечеть поддерживается в рабочем состоянии стараниями жителей села Кубачи. На арабском кладбище сохранились богатые надгробные резные плиты ручной работы с выраженным рельефом. У уцелевших и руинированных строений хорошо видна кирпичная кладка.
Почему один метод не справился бы
Для съёмки мы использовали лазерный сканер FARO Focus M70, ручную камеру Sony A7RM4 с мобильным фоторигом из 6 × Sony A7 и коптер DJI Mavic 3 Enterprise. Всё оборудование связано в единую систему координат. За 2,5 дня мы выполнили и лазерное сканирование, и фотограмметрию с мобильного рига, и фотограмметрию с воздуха.
Полевые работы: 2,5 дня на перепаде высот
Сканирование и фотограмметрия выполнялись параллельно. Из-за сильного перепада рельефа на всём протяжении съёмки потребовалось больше скан-позиций, чем обычно: мы отработали более 200 станций. Фактически сканирование заняло все 2,5 дня вместе с фотограмметрией. За это время мы сделали 50 000 фотографий.
Ручные полёты сквозь арки и улицы
Сложность съёмки такого объекта заключается в расчёте покрытия. Узкие улочки древнего города необходимо отснять с множества ракурсов: сначала с воздуха, потом с земли. Чтобы соблюдать перекрытия между кадрами при ручной съёмке с квадрокоптера, необходимо постоянно держать на контроле вид с камеры квадрокоптера и его положение в воздухе. Если упустить контроль за кадрами, можно получить зону без текстуры или вообще пустоты в данных. Если визуально не контролировать положение дрона в воздухе, а только смотреть в камеры, обязательно столкнёшься с деревом. Никакие автоматические полёты здесь недоступны: деревьев много, и если построить автомаршрут, получим только облёт над строениями с равномерной высотой над препятствиями. В ручном режиме мы пролетаем в метре от веток, проходим сквозь арки проёмов, ведём фотоход сквозь коридор улиц — всё это невозможно выполнить в автомате. Для съёмки удалённых от цивилизации объектов лучше иметь большой запас батарей. Короткий световой день давал немного времени на полёты, но при наличии 6 батарей для DJI Mavic 3 Enterprise можно отработать всё доступное световое время без простоя.
Обработка: от 50 ГБ данных к модели для печати
Обработка выполняется на кластере из 8 компьютеров с процессорами Intel 12700-13900, 128 ГБ RAM и видеокартами RTX 3080-4070Ti в режиме сетевого процессинга. Область с уцелевшими строениями и кладбищем обработана в Agisoft на ПК с Ryzen 7950X: 16 ядер, частота до 5.7 ГГц, 192 ГБ RAM, видеокарта 4070Ti. В процессе обработки мы обнаружили потерянную резьбу на камнях: после построения текстуры здания выяснилось, что резьба встречается на разных камнях повсеместно. Есть и хорошо сохранившиеся камни с надписями на арабском. Основная задача проекта — получить рельеф и модель без особых деталей. Модель без обработки весит 46 ГБ, она будет почищена от мусора и деревьев и отправится на печать к заказчику. При первом запуске обработки был выделен недостаточно большой участок, пришлось остановить процесс и запустить заново на полную площадь. Вся территория модели составляет 2 500 × 2 000 метров, полезные данные — 600 × 300 метров. Отсняты внутренние помещения и надгробия на кладбище. Белые однородные стены выглядят не очень хорошо, поэтому для создания финальной модели проще почистить облако точек, построить рельеф в виде сетчатой модели, отдельно построить модель для строений и соединить землю и строения для печати. Создана модель из 1.6 млрд полигонов, что в пересчёте на облака составляет ~700 млн точек. Для обработки используются Agisoft Metashape и RealityCapture, для чистки леса — 3DR и Geomagic Wrap, для фильтрации земли — Spatix и Microstation + TerraScan. TerraScan также применяется для выделения строений и земли в отдельные классы и создания прореженной земли. Geomagic Wrap используется для создания моделей строений и объединения земли со строениями. В модели для печати земля имеет плотность 3 млн полигонов, строения — 30 млн полигонов.
Обсудить проект
Расскажите о задаче и требуемом результате — предложим подход к работе.