<p>精確的3D建筑地圖是許多不同用途的寶貴資產(chǎn)，從保護歷史遺址到繪制災區(qū)地圖。然而，限制它們廣泛使用的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，生產(chǎn)它們是高度勞動密集型的，需要昂貴的技術(shù)設(shè)備。牛津機器人研究所(ORI)是工程科學系的一部分，該研究所的研究人員通過開發(fā)輕量級手持技術(shù)解決了這一問題，該技術(shù)能夠在幾小時內(nèi)繪制整個建筑物的地圖。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了生產(chǎn)這些產(chǎn)品，該團隊必須克服機器人和自主技術(shù)中的一個基本問題:同步定位和測繪(SLAM)。動態(tài)機器人系統(tǒng)小組的負責人莫里斯&middot;法倫副教授解釋說:&ldquo;SLAM是一個計算問題，它為機器人配備了態(tài)勢感知能力，這樣它們就可以在構(gòu)建未知環(huán)境地圖的同時跟蹤自己在其中的位置。&rdquo;&rdquo;為了快速繪制建筑地圖，需要將傳感器和位置數(shù)據(jù)結(jié)合起來重建周圍環(huán)境的強大算法。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>ORI團隊開發(fā)了一種新的手持設(shè)備，融合了不同類型的傳感器，使他們的SLAM算法可以在許多環(huán)境中工作。這增加了所得到的3D模型的穩(wěn)健性和準確性。該設(shè)備將五個攝像頭、一個慣性測量單元(IMU)和一個激光掃描儀(LIDAR)組合成一個單元。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了測試他們新穎的SLAM算法的能力，該團隊與謝爾登劇院的運營團隊合作:這是一座六層的一級保護建筑，是牛津大學的官方禮儀大廳。首先，該團隊使用一個標準的測量級3D激光掃描儀制作了一張高分辨率的地圖，該掃描儀安裝在一個三腳架上，重達10公斤。</p> <p><br />動態(tài)機器人系統(tǒng)組博士生、項目負責人張林桐說:&ldquo;傳統(tǒng)映射方法的缺點立即顯現(xiàn)出來。&rdquo;&ldquo;要完成完整的調(diào)查，需要把三腳架和掃描儀放在數(shù)百個不同的位置，而且在狹窄的樓梯上移動它非常具有挑戰(zhàn)性。&rdquo;整個過程耗時四天，期間劇院不得對外開放。&ldquo;相比之下，用手持設(shè)備繪制謝爾登人的地圖只需要30分鐘，相當于繞著大樓走一圈的時間。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在編譯了兩種設(shè)備的數(shù)據(jù)集后，該團隊與喜利得公司合作，為來自世界各地的研究人員提供了使用數(shù)據(jù)的機會。由手持設(shè)備捕獲的信息成為2022年喜利得SLAM挑戰(zhàn)賽的基礎(chǔ):這是一項年度比賽，通過提供來自具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實環(huán)境的數(shù)據(jù)集，鼓勵開發(fā)改進的SLAM算法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>林桐說，SLAM算法通常是在有限的實驗室環(huán)境中開發(fā)的，不能代表現(xiàn)實世界的情況。&ldquo;謝爾登數(shù)據(jù)集擁有獨特的架構(gòu)、黑暗的角落、長長的走廊和動態(tài)的物體，完美地打破了現(xiàn)有的SLAM算法，挑戰(zhàn)了研究人員。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這次比賽吸引了來自世界各地工業(yè)界和學術(shù)界的40多份參賽作品。在提交了基于手持設(shè)備數(shù)據(jù)集的算法后，每個團隊都會收到一份基于使用測量級3D掃描儀生成的地圖的詳細精度報告。表現(xiàn)最好的團隊，CSIRO(一家來自澳大利亞的研究實驗室)和V&amp;R Vision and Robotics(一家總部位于德國的公司)，在整個過程中取得了與測量級模型相差不到1厘米的結(jié)果。這是算法應用于建筑和測量部門的關(guān)鍵門檻。</p> <p><br />該團隊預測，快速3D掃描可以在建筑保護中得到廣泛應用，還可以幫助提高可達性，使那些行動不便的人虛擬地游覽感興趣的景點。法倫副教授補充說:&ldquo;我們也在研究如何將這項技術(shù)與自主機器人和無人機的研究結(jié)合起來。&rdquo;&ldquo;這可以快速繪制出人類難以進入或不安全的區(qū)域，比如災區(qū)和廢棄的核電站。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>法倫教授的團隊還通過一個名為NavLive的衍生產(chǎn)品，邁出了將這項技術(shù)商業(yè)化的第一步。</p> <p>&nbsp;</p> <p>謝爾登學院館長主席喬治娜&middot;保羅教授說:&ldquo;我們很高興謝爾登學院最著名的歷史建筑之一的劇院成為測試最新3D地圖技術(shù)的地點。&rdquo;在考慮增加謝爾登劇院對更多樣化的游客和觀眾的可訪問性時，劇院的交互式3D模型有助于策展人和支持他們的團隊了解這座迷人的17世紀建筑的結(jié)構(gòu)細節(jié)。但這個數(shù)字模型本身就很有吸引力，我們希望它能吸引那些坐在電腦屏幕前探索謝爾登模型的人。&rdquo;</p> <p><img src="https://www.ox.ac.uk/sites/files/oxford/styles/ow_content_width/s3/media_wysiwyg/IMG_1710_Group%20RESIZED_1.jpg?itok=RJv1POY_" alt="From left to right: Lintong Zhang, Frank Fu and Professor Maurice Fallon, from the Oxford Robotics Institute. Image credit: Amber Allen." width="808" height="538" />&nbsp;</p> <p>研究&ldquo;Hilti-Oxford Dataset:同步定位和測繪的毫米精確基準&rdquo;發(fā)表在《IEEE機器人與自動化快報》上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究團隊要感謝謝爾登劇院的運營團隊，感謝喜利得組織了2022年喜利得SLAM挑戰(zhàn)賽，并感謝他們租借3D激光掃描儀。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>