Процедурна реконструкція будівель на основі хмари точок з використанням методів машинного навчання
Автор: Возняк Роман Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Возняк Р.В., Андрущак Н.А. (керівник). «Процедурна реконструкція будівлі на основі хмари точок з використанням методів машинного навчання». Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська Політехніка», Львів, 2020р. Розширена анотація Процедурна реконструкція – це відтворення об’єктів за допомогою визначених правил, набору операцій, що дозволяють автоматизувати процес створення 3D моделей. Створення цих правил може виконуватися вручну або як результат автоматичного аналізу досліджуваного об’єкту, виявлення його геометричних складових та формування правил і операцій для його побудови на основі отриманих даних. Оскільки ручна робота є занадто об’ємною та вимагає багато часу для виконання, автоматичне моделювання є набагато перспективніший та дозволить зекономити багато ресурсів. Мета роботи - визначення методів та алгоритмів для автоматичної реконструкції фасаду будівлі. В процесі наукової роботи необхідно дослідити та сформувати комплекс алгоритмів, що дозволять автоматично проаналізувати хмару точок для виявлення площин фасаду та окремих об’єктів, що належать до фасаду, отримання меж, контурів та позицій знайдених об’єктів без втрати точності розміщення та формування характеристик виявлених геометричних об’єктів для можливості подальшої автоматичної реконструкції. Методи дослідження – огляд літератури та аналогічних систем, способів їх використання та етапів виконання, аналіз методів та алгоритмів їх реалізації, виявлення їх недоліків та пошук способів покращення чи альтернативних рішень. По завершенню роботи представлено та реалізовано підхід для автоматичної реконструкції фасаду будівлі на основі послідовного виконання набору алгоритмів. Вхідним набором даних є хмара точок, отримана за допомогою лазерного сканера. Оскільки хмара точок завжди містить шум (особливості роботи пристрою), запропоновані алгоритми дозволяють ефективно боротись із існуючими недоліками. Деякі з представлених алгоритмів спеціально використані для покращення проміжних результатів, на зразок вирівнювання не чітких меж, що являється невід’ємним атрибутом будь-якої хмари точок, чи відсіювання викривлених результатів у зв’язку із неповнотою хмари точок. В добавок, описано можливості додаткової інтерпретації результатів деяких алгоритмів для ефективного аналізу вхідних даних. Детально описано усі етапи запропонованого підходу та реалізовано систему для перевірки ефективності. Запропонований підхід складається із кількох ключових етапів. Першим етапом є обертання хмари точок паралельно до об’єктиву лазера. Після цього виконується пошук основних площин, які формують фасад будівлі. Далі виконується пошук контурів, як зовнішніх так і внутрішніх, знайдених площин, та виявлення контурних ліній. Після цього виконується об’єднання отриманих результатів та формування кінцевого набору правил для процедурної реконструкції. В роботі наведено графічні результати виконання кожного етапу, задля полегшеної інтерпретації вихідних даних, отримані за допомогою реалізованої системи, описано переваги та недоліки використаних алгоритмів, а також запропоновані деякі способи покращення системи в цілому. В кінці роботи наведено результат автоматичної реконструкції на основі хмари точок частини фасаду реальної будівлі, що знаходиться у місці Саарбрюкен (Німеччина), отриманої при її скануванні. Представлено отриманий набір правил для процедурної реконструкції та графічне представлення результатів її виконання. Дана наукова робота проведена у співпраці з Німецьким Центром Штучного Інтелекту (DFKI, Saarbrucken). Ключові слова – процедурна реконструкція фасаду будівлі, хмара точок, машинне навчання.