Порівняльний аналіз сучасних методів створення 3D-моделей (на прикладі пам’ятника А.Шептицькому)

Abstract

У роботі представлено дослідження ефективності сучасних технологій тривимірного моделювання, які застосовуються в геодезичній практиці. Метою кваліфікаційної роботи є порівняльний аналіз сучасних методів тривимірного моделювання об’єктів з метою визначення їх ефективності, точності та доцільності використання в геодезичній практиці на прикладі реконструкції пам’ятника А. Шептицькому у м. Львові. Це дозволило продемонструвати переваги та недоліки кожного з методів у реальних умовах. Об’єкт дослідження: технології тривимірного моделювання об’єктів. Предмет дослідження: порівняльні характеристики застосування методів лазерного сканування, класичної фотограмметрії та методу 3D Gaussian Splatting для тривимірного моделювання об’єктів. Практична реалізація проєкту включала збір просторових даних за допомогою наземного лазерного сканера Trimble TX6 (Trimble, 2016) та квадрокоптера DJI Mavic 3E з RTK-модулем (DJI). Для обробки та побудови моделей використовувались програмні продукти Trimble RealWorks®, Pix4Dmapper (Pix4D) та Luma AI, що дозволяє реалізовувати алгоритм Gaussian Splatting (Kerbl et al., 2023). У програмному середовищі CloudCompare здійснено порівняльний аналіз точності одержаних моделей. Класична фотограмметрія базувалася на методах автоматичного визначення просторового положення точок за знімками (Remondino et al., 2011), а метод Gaussian Splatting – на побудові сцен з використанням об’ємних гаусіан, що забезпечує високу візуальну достовірність при мінімальних вимогах до апаратного забезпечення. Отримані результати показали, що лазерне сканування забезпечує найвищу точність (еталонна модель), проте потребує значних ресурсів. У свою чергу, Gaussian Splatting продемонстрував кращі результати за точністю (СКП = 0,058 м), ніж класична фотограмметрія (СКП = 0,100 м), при збереженні високої деталізації та фотореалістичності (Заяць, Войтехін, 2024). Проведене дослідження підтвердило перспективність впровадження методів, що поєднують точність та доступність, для вирішення прикладних задач цифрової геодезії. Результати роботи можуть бути використані при виборі технології моделювання у залежності від доступних ресурсів та вимог до точності.

The paper presents a study of the effectiveness of modern three-dimensional modelling technologies used in geodetic practice. The aim of the thesis is to conduct a comparative analysis of modern methods of three-dimensional modelling of objects in order to determine their effectiveness, accuracy and feasibility of use in geodetic practice using the example of the reconstruction of the monument to A. Sheptytsky in Lviv. This made it possible to demonstrate the advantages and disadvantages of each method in real conditions. Object of research: technologies for three-dimensional modelling of objects. Subject of research: comparative characteristics of the application of laser scanning, classical photogrammetry and the 3D Gaussian Splatting method for three-dimensional modelling of objects. The practical implementation of the project included the collection of spatial data using a Trimble TX6 terrestrial laser scanner (Trimble, 2016) and a DJI Mavic 3E quadcopter with an RTK module (DJI). Trimble RealWorks®, Pix4Dmapper (Pix4D) and Luma AI software products were used to process and build models, allowing the implementation of the Gaussian Splatting algorithm (Kerbl et al., 2023). A comparative analysis of the accuracy of the obtained models was carried out in the CloudCompare software environment. Classical photogrammetry was based on methods of automatic determination of the spatial position of points from images (Remondino et al., 2011), while the Gaussian Splatting method was based on the construction of scenes using volumetric Gaussians, which provides high visual fidelity with minimal hardware requirements. The results showed that laser scanning provides the highest accuracy (reference model) but requires significant resources. In turn, Gaussian Splatting demonstrated better results in terms of accuracy (RMSE = 0.058 m) than classical photogrammetry (RMSE = 0.100 m), while maintaining high detail and photorealism (Zayats, Voitehin, 2024). The study confirmed the promise of implementing methods that combine accuracy and accessibility to solve applied problems in digital geodesy. The results of the work can be used when choosing a modelling technology depending on available resources and accuracy requirements.