مدل سازی سه بعدی

در گذشته معماران منظر از سیستم اطلاعات جغرافیایی در طرحهای بزرگ مقیاس مانند برنامه ریزی منطقهای، محیطی، برنامه ریزی و مدیریت منابع طبیعی و اکولوژیک استفاده می کردند. امروزه کاربران gis، به دنبال به کارگیری آن در طرحهای مناظر شهری کوچک مقیاس مانند طراحی محلات و مجتمعهای زیستی هستند. آنها در رابطه با این موضوع به تحقیق و بررسی پرداختند که چگونه در یک فرایند برنامه ریزی مشارکتی محلی از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی محلی جهت بهبود ارتباط میان برنامه ریزان...

تسهیل و اتوماسیون فرآیند بازسازی بصری و هندسی یکی از مسائل مورد توجه در زمینه مدل سازی محیط اطراف خصوصاً در مناطق شهری می باشد. یک دوربین استریو، با توجه به اینکه موقعیت دو عدسی آن نسبت به یکدیگر ثابت است، می تواند در تسهیل فرآیند مدل سازی مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله نشان داده می شود که چگونه با استفاده از داده های کالیبراسیون دوربین استریو، می توان بدون نیاز به تناظریابی خصوصاً در مناطقی که دارای کمبود محتوای اطلاعاتی بالا جهت تناظریابی می باشند، مدل سه بعدی محیط را تولید نمود. همچنین با بکارگیری اطلاعات کالیبراسیون دوربین، نحوه استخراج اطلاعات هندسی و تولید مدل عمق از محیط بدون نیاز به تعریف طول معلوم بین عوارض محیط بیان شده است. در ادامه این مقاله، نتایج بررسی های عملی و بازسازی های صورت گرفته در محیط شهری،مورد ارزیابی قرار گرفته است.

علائم و تابلوها ضمن در اختیارگذاشتن اطلاعات و راهنمایی های مورد نیاز رانندگان، آنها را از مقررات حاکم بر مسیر و خطرات احتمالی پیش رو مطلع می کنند. جانمایی اصولی تابلوها در بزرگراه ها و معابر شهری با در نظر گرفتن معیارهای دید، تأثیر بسزایی در یافتن به موقع مسیر و جلوگیری از سردرگمی رانندگان و در نتیجه کاهش ترافیک و تصادفات دارد. هدف این تحقیق، ارائه روشی مبتنی بر تحلیل مکانی در فضای سه بعدی، جهت ارزیابی قابلیت دید تابلوها است. ارتفاع و جهت قرارگیری تابلو، فاصله تابلو تا ناظر و زاویه افقی بین ناظر و تابلو و مساحت قابل درک از تابلو از جمله شاخص هایی هستند که بر قابلیت دید تابلوهای راهنمای مسیر تأثیرگذار می باشند. در روش ارائه شده موانع سه بعدی موجود در مسیر، تحت هندسه ی پرسپکتیو به سطح تابلو، تصویر و مساحت قابل درک از تابلو توسط رانندگان در موقعیت های مختلف محاسبه می شود. جهت ارزیابی قابلیت دید تابلو در موقعیت های مختلف خودرو (راننده) در مسیر حرکت، شاخص های مکانی از جمله مساحت محدوده مشترک  حاصل از تصویر موانع با سطح تابلو ، فاصله بین مرکز تابلو و مرکزمنطقه ی مشترک و ترکیب مساحت با فاصله ارائه گردیده است. سپس ضمن طراحی سناریوهای مختلف حرکت خودرو در یک مسیر شبیه سازی شده و ارزیابی عملکرد هر یک از شاخص های مذکور، شاخص ترکیب مساحت با فاصله به عنوان شاخص دید انتخاب و وضعیت دید خودرو (راننده) در چهار کلاس ضعیف، خوب، متوسط و عالی، سنجیده می شود.نتایج تحقیق نشان می دهد، روش ارائه شده می تواند به عنوان یک ابزار مناسب در جانمایی بهینه تابلوهای راهنمای مسیر به کارگرفته شود.

روند رو به رشد جمعیت جهان به خصوص در نواحی شهری بر اهمیت مدل سازی سه بُعدی می افزاید؛ چراکه مدل های سه بُعدی برنامه ریزی شهری، تجسم شهر، مدیریت سیستم های حمل ونقل هوشمند، مدیریت بحران شهری و پهنه بندی آلودگی ها را تسهیل می کنند. هرچند استفاده از مدل های سه بُعدی شهری که بر اساس استانداردهای موجود همچون CityGML طراحی شده اند، سبب افزایش کارایی و بهبود نتایج بسیاری از تحلیل های مکانی در شهر می شوند، اما به طور طبیعی کارایی، اثربخشی و به طور کلی کیفیت این مدل ها به شدت به داده های ورودی وابسته است. جمع آوری داده های سه بُعدی که معیارهای کیفیت را برآورده سازد، به صورت تجاری و سنتی با صرف هزینه و زمان بسیار همراه خواهد بود. گسترش فناوری و ظهور امکانات جدید در حوزه اینترنت، بستری را برای تولید داده های مکانی توسط عموم مردم و به صورت داوطلبانه فراهم کرده و باعث گسترش مفهوم اطلاعات مکانی داوطلبانه ( VGI ) شده است. پدیده VGI پس از ظهور به شدت مورد استقبال پژوهشگران و توسعه دهندگان قرار گرفت؛ به شکلی که امروزه پروژه های متعددی همچون OpenStreetMap نه تنها داده های دوبعدی بلکه امکان استخراج داده های سه بُعدی را از مشارکت مردم فراهم نموده اند. در این تحقیق روشی برای دستیابی به مدل سه بُعدی ساختمان در سطح چهارم جزئیات بر اساس استاندارد شناخته شده CityGML و به کمک اطلاعات مکانی داوطلبانه پیشنهاد شده است. به منظور ارزیابی قابلیت روش پیشنهادی، این روش برای تهیه مدل سه بُعدی یک ساختمان پیاده سازی شد و بر اساس نتایج به دست آمده، ارتفاع ساختمان مطالعه شده با خطای 9 سانتی متر نسبت به ارتفاع دقیق آن اندازه گیری شد که این مقدار بهتر از حداقل دقت لازم برای تهیه مدل سه بُعدی ساختمان در سطح چهارم جزئیات می باشد.

در چند دهه اخیر کاداستر به عنوان بستری مناسب برای انجام مشارکت در زمینه مدیریت زمین و دارایی های آن در سطح جهانی تبدیل شده است. کاداستر سه بعدی برای استفاده از منابع کمیاب زمین به عنوان پایه محکمی برای یکپارچه سازی و اتصال اطلاعات در قالب سیستمی کامل و کارآمد برای نگهداری اطلاعات بوده و به عنوان عنصری کلیدی جهت دستیابی به موفقیت های حقوقی و مدیریتی املاک در آینده مطرح می شود. هدف تحقیق حاضر ارزیابی روش فتوگرامتری مبتنی بر پهپاد بدون استفاده از نقاط کنترل زمینی به منظور تهیه مدل های سه بعدی کاداستر می باشد. اطلاعات مورد نیاز از منطقه مورد مطالعه توسط پهپاد فتوگرامتری ایبی پلاس اخذ و برای به دست آوردن مقادیر دقیق المان های توجیه خارجی تصاویر از واحد اندازه گیری اینرشیال و گیرنده سامانه ماهواره ای ناوبری جهانی با استفاده از تکنیک های تعیین موقعیت آنی و پس پردازش کینماتیک بهره گرفته شده است. پردازش تصاویر در دو مرحله توسط نرم افزارهای Pix4dmapper و Metashape صورت گرفته و از نرم افزارهای ArcGIS.v10 و SketchUp به منظور تولید مدل های سه بعدی و بصری سازی استفاده شده است. برای اثبات دقت هندسی مثلث بندی مجموعاً از 8 نقطه کنترل زمینی در منطقه به عنوان نقاط چک استفاده و مقدار بیشینه خطای جذر میانگین مربعات 3.12 در مؤلفه (X)، 2.86 در مؤلفه (Y) و 3.96 سانتی متر در مؤلفه (Z) در دو مرحله مشاهده گردیده است. در ادامه برای ارزیابی نهایی مدل های سه بعدی از 32 نقطه نمونه به عنوان نقاط چک استفاده شد و نتایج حاصل از برازش داده های مشاهداتی بر داده های مرجع نشان دهنده خطای جذر میانگین مربعات در مؤلفه های مسطحاتی (X,Y) به ترتیب 0.19 و 0.13 متر و مؤلفه ارتفاعی (Z)، 0.39 متر که حاکی از دقت بالای این روش به منظور تهیه مدل های سه بعدی کاداستر می باشد.

امروزه فنّاوری مدل سازی اطلاعات ساختمانی، یا به اختصار BIM، به بستری مهم و کاربردی به منظور تحقق اهداف شهرهای هوشمند تبدیل شده است. بااین حال، این فنّاوری ساختمان ها را به تنهایی و بدون توجه به فضای بیرونی شان و دیگر ساختمان های شهر در نظر می گیرد و نیز فاقد ابزارهای لازم برای تحلیل های مکانی گوناگون است. در این زمینه، اشتراک ذاتی میان BIM و سامانه های اطلاعات مکانی، یا به اختصار GIS، نشان می دهد که با تلفیق آنها می توان دانش یکپارچه ای در کاربردهای گوناگون شهری، هم در فضای داخلی ساختمان و هم در فضای بیرونی آن، ایجاد کرد. اگرچه BIM و GIS هریک به منظور دست یابی به اهداف جداگانه ای ایجاد شده است، هر دو به مدیریت اطلاعات در قالب مدل سازی سه بعدی می پردازند؛ با این تفاوت که BIM اطلاعات ریزدانه را در زمینه ساختمان و فضای داخلی آن، با عنوان اطلاعات ساختمانی، تهیه می کند و نمایش می دهد و منبع غنی اطلاعات ساختمانی شناخته می شود اما، در مقابل، GIS اغلب به تهیه و نمایش اطلاعات درشت دانه در فضای بیرونی ساختمان، با عنوان اطلاعات جغرافیایی، می پردازد و دارای ابزارهای مکانی مناسب است. به طورکلی، تلفیق BIM و GIS موجب مدیریت بهتر اطلاعات مکانی در زمینه کاربردهای گوناگون شهری و در نتیجه، تصمیم سازی بهتر در حل مسائل مرتبط می شود و تحقیقات متنوعی، در این باره، در سال های اخیر انجام شده است. مقاله حاضر، ضمن بررسی اجمالی فنّاوری BIM و استانداردهای تبادل اطلاعات در BIM و GIS، برخی تحقیقات درباره تلفیق BIM و GIS از سال 2008 تا 2020 را مرور می کند. در این مقاله، تلاش شده است با استخراج و دسته بندی روش ها و زمینه های کاربردی تلفیق BIM و GIS، وضعیت کلی پژوهش ها در این زمینه مشخص و دید جامعی به آنها به محققان ارائه شود.  

در این تحقیق بررسی و مقایسه دقت تولیدات مختلف چهار نرم افزار تخصصی فتوگرامتری پهپادمبنا، Inpho UASmaster (UASmas) ، Photomodeler UAS (PhUAS) ،  Agisoft metashape (AgisMesh) و MapperPix4D،  برای مدل سازی سه بعدی در مناطق شهری و غیرشهری باحداقل نقاط کنترل زمینی انجام گرفت. برای این منظور، تولیدات مختلف این نرم افزارها بر روی چهار سری داده، دو سری مربوط به ایران و دو سری مربوط به دیگر کشورها، از مناطق بایر، مسکونی، فضای سبز و مناطقی با بافت یکنواخت، به صورت کمی و کیفی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج کیفی بصری نشان  داد که نرم افزار AgisMesh در مدل سازی سه بعدی انواع سطوح در همه مناطق تست بهترین نتایج داشت ولی در بازسازی لبه های ساختمان ها در مناطق شهری عملکرد ضعیفی دارد. در مقابل Pix4D در مناطق با بافت یکنواخت نتایج ضعیفی داشته ولی در تشخیص اختلاف ارتفاع و بازسازی لبهء ساختمان ها، قوی تر عمل می کند. در بررسی های کمی،  تولیدات این نرم افزارها ابتدا با استفاده از نقاط چک و سپس با انتخاب نقاط تصادفی در سه کلاس مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نقاط چک با در نظر گرفتن خطای ریشه مربعی متوسط، به ترتیب 2/82، 2/63، 5/28 و 3/03  سانتی متر در  AgisMesh، UASmas، Pix4D و PhUAS حاصل شد. همچنین، نتایج نقاط تصادفی در سه منطقه مسکونی، بایر و فضای سبز نشان داد که UASmas به ترتیب دقت های 1/83، 1/20 و 2/74 سانتی متر، PhUAS دارای دقت های 6/90، 2/96 و 7/24 سانتی متر، Pix4D دارای دقت های 4/72، 3/46 و 3/59 سانتی متر  نسبت به AgisMesh داشتند.