Thách thức: Số hóa toàn bộ cối xay gió từ trong ra ngoài để phục dựng lại kiến trúc đã xuống cấp
Giải pháp: Artec Leo, Artec Ray II, AI Photogrammetry, Artec Studio, DJI drone
Kết quả: Mô hình 3D hoàn thiện, bao gồm toàn bộ kết cấu bên ngoài và cơ quan bên trong của cối xay gió, được quét với độ chính xác cao để phục vụ đo kiểm và thiết kế ngược.
Tại sao lại chọn Artec 3D?: Hệ thống LiDAR tầm xa Ray II có thể được sử dụng kết hợp cùng dữ liệu của phép quang trắc AI (AI Photogrammetry) để tạo ra các mô hình 3D của các vật thể lớn khó tiếp cận. Máy quét không dây tốc độ cao Leo được sử dụng để quét các chi tiết nhỏ, giúp kết quả quét có độ chân thực cao, nhưng có dung lượng nhẹ và dễ dàng chuyển đổi.
Mô hình 3D hoàn thiện của cối xay gió Roelofarendsveen
Độ chính xác là tiêu chí vô cùng quan trọng trong ngành kiến trúc, đặc biệt đối với các dự án phục dựng các kiến trúc nhà cửa hoặc di sản có giá trị lịch sử cao.
Các quy trình “nâng cấp” cơ sở hạ tầng phổ biến như nâng cao, mở rộng, gia cố hoặc cải tạo bề mặt có thể khiến các kết cấu yếu, giòn và không đồng đều bị sụp đổ nếu thực hiện không đúng cách. Đó là lý do các kỹ sư khảo sát những địa điểm như vậy để đánh giá các rủi ro tiềm ẩn trước khi công việc bắt đầu.
Thông thường, quy trình này xoay quanh việc sử dụng công nghệ quét laser hoặc LiDAR. Tuy nhiên, nhiều thiết bị chỉ giới hạn ở việc thu nhận hình học (không có màu). Chúng cũng thường tạo ra các đám mây điểm có dung lượng lớn thay vì dạng lưới, khiến việc xử lý trên các phần mềm trở nên khó khăn. Đặc biệt, phương pháp đo theo đường ngắm, nghĩa là chỉ quét được những gì nằm trong tầm nhìn sẽ gặp nhiều trở ngại cho quá trình quét.
Nếu bạn tạo mô hình 3D cho một vật dụng nhỏ hằng ngày thì điều này không phải vấn đề. Nhưng trong lĩnh vực quét hạ tầng quy mô lớn, việc quét được các bề mặt cao, khó tiếp cận là điều thực sự cần thiết – bởi làm việc với “bản sao số” không đầy đủ có thể dẫn đến thiệt hại cho dự án.
Đối mặt với vấn đề này, một giải pháp được đưa ra: số hóa phần ngoài bằng máy quét LiDAR Artec Ray II, phần trong bằng Ray II và Artec Leo không dây, còn phần mái thì sử dụng dữ liệu từ drone đưa vào thuật toán AI Photogrammetry của Artec Studio.
Mái của cối xay được số hóa và dựng lại với AI Photogrammetry
Quét cối xay gió từ mọi góc độ
Phần bên ngoài công trình được quét bằng Artec Ray II, với tầm quét lên tới 130 m, dễ dàng thiết lập và tự động quét toàn bộ khung cảnh. Hệ thống Visual Inertial System tích hợp giúp theo dõi vị trí theo thời gian thực. Thiết bị ghi lại chi tiết cánh quạt và bề mặt gạch bên ngoài cối xay, ngoại trừ phần mái bị che khuất.
Để bổ sung dữ liệu mái, một drone DJI được sử dụng, kết hợp cùng AI Photogrammetry với khả năng xử lý video, cho phép tái tạo phần mái đơn giản và hiệu quả chỉ bằng thao tác bay vòng quanh công trình.
Phần bên trong cối xay, nơi chứa hệ thống bánh răng phức tạp, được quét bằng Artec Leo – máy quét 3D cầm tay không dây có thể thu thập tới 35 triệu điểm dữ liệu mỗi giây, dễ dàng di chuyển trong không gian hẹp và ghi lại mọi chi tiết chính xác.
Ở các khu vực rộng hơn bên trong, Ray II tiếp tục được triển khai để thu thập dữ liệu với tốc độ tối đa. Toàn bộ dữ liệu từ các thiết bị quét khác nhau được kết hợp mượt mà trong phần mềm Artec Studio.
Mô hình 3D của kết cấu bên trong cối xay gió
Gộp dữ liệu với Artec Studio
Việc kết hợp nhiều bộ dữ liệu tưởng như phức tạp, nhưng với Artec Studio, quy trình này trở nên đơn giản hơn nhiều. Thuật toán tổng hợp đa phân giải của phần mềm cho phép tạo ra mô hình 3D với độ chi tiết ấn tượng, ưu tiên dữ liệu có độ phân giải cao nhất ở từng vùng quét. Phép quang trắc sau đó được áp dụng để tạo lưới điểm chính xác, phục vụ việc ghép nhiều bộ dữ liệu lại thành một tổng thể hoàn chỉnh.
Trong quá trình xử lý, dữ liệu quét có thể được chia thành từng phần riêng biệt rồi ghép lại sau khi nhập vào phần mềm, giúp giảm áp lực cho máy tính. Artec Studio cũng hỗ trợ tính năng giảm độ phân giải quét (scan decimation), giúp tối ưu số lượng polygon để mô hình 3D nhẹ hơn, dễ dàng xử lý và sử dụng.
Mô hình cối xay gió ở chế độ X-quang trong Artec Studio.
Một lợi thế khác trong phương pháp của cách tiếp cận này là nó cho phép dữ liệu quang trắc (photogrammetry) được điều chỉnh tỉ lệ khớp với kích thước của các bản quét từ Ray II, tạo ra một mô hình chuẩn 1:1 với kết cấu sống động, chân thực.
Tổng thể, việc kết hợp các bộ dữ liệu đã mang lại khả năng thu thập chi tiết cực kỳ ấn tượng. Mọi thứ, từ các khe hở hẹp giữa các tấm cánh quạt, đến từng răng bánh răng và ba tầng riêng biệt của cối xay gió, đều hiện rõ ràng. Thực tế, nếu hệ thống rotor này cần bảo trì, Wever cho rằng dữ liệu đã được ghi lại chính xác đến mức có thể dùng để thiết kế ngược (reverse engineering) và chế tạo phụ tùng sử dụng thực tế.
Những cơ hội tiếp theo trong lĩnh vực kiến trúc?
Dữ liệu thu thập được từ quá trình quét 3D và quang trắc ảnh đã đạt độ chính xác cần thiết để phục vụ cho việc cải tạo cối xay gió. Tiềm năng của sự kết hợp giữa hai công nghệ này còn mở rộng ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hạ tầng ở quy mô lớn hơn.
Mô hình cối xay gió của bên trong Artec Studio.
Công nghệ AI Photogrammetry được đánh giá là một giải pháp bổ sung hoàn hảo cho quét 3D, cho phép kết hợp linh hoạt các bộ dữ liệu 3D khác nhau thông qua phần mềm Artec Studio. Thay vì phụ thuộc vào dữ liệu đám mây điểm nặng nề, việc sử dụng các lưới 3D hoàn chỉnh và giàu chi tiết giúp nâng tầm hoạt động khảo sát, đặc biệt hữu ích cho kiến trúc sư và kỹ sư xây dựng.
Việc kết hợp máy quét Ray II với drone và các thiết bị di động như Leo được xem là giải pháp lý tưởng cho việc lưu trữ kỹ thuật số di sản, đồng thời mang lại giá trị ứng dụng cao trong ngành xây dựng – một thị trường vẫn còn nhiều tiềm năng cho công nghệ quét 3D.
Mặc dù các phương pháp truyền thống vẫn đang chiếm ưu thế, nhưng với khả năng thu thập dữ liệu 3D đa dạng, công nghệ quét 3D của Artec hứa hẹn sẽ dần khẳng định vị trí trong quá trình hiện đại hóa ngành xây dựng.