עתיד עיבוד ענני נקודות LiDAR עם Mesh ו־3DGS

במשך עשרות שנים, מודלים מבוססי Mesh היוו את הבסיס לסביבות דיגיטליות – החל ממשחקים ובידור ועד הנדסה ובנייה. כעת, טכנולוגיה חדשה צוברת תאוצה: 3D Gaussian Splatting (3DGS). בזכות היכולת שלה להציג סצנות באיכות פוטוריאליסטית ובזמן אמת, 3DGS מושכת תשומת לב רחבה במגוון תעשיות.

אך האם היא באמת יכולה להחליף את מודלי ה־Mesh הגאומטריים והמדויקים שעליהם הסתמכנו במשך כל כך הרבה זמן?

במאמר זה נבחן את היתרונות והיישומים של שתי הטכנולוגיות, כיצד הן משלימות זו את זו, ואיך כלים כמו CHCNAV CoCloud מאפשרים לשלב את הכוח של Mesh ו־3DGS יחד.

מהו 3D Gaussian Splatting (3DGS)?

במילים פשוטות:3DGS הוא כמו הרכבה של סצנה דיגיטלית תלת־ממדית באמצעות אינספור אליפסואידים. ניתן לדמות זאת לצייר המשתמש במכחול כדי ליצור נוף. האליפסואידים האלו, הנקראים גרעיני גאוס (Gaussian kernels), מייצגים נקודות נתונים תלת־ממדיות שמתלכדות לכדי סצנות מפורטות ועשירות.

בפירוט:3DGS היא טכניקה חדשנית להצגת סצנות תלת־ממד בזמן אמת, במיוחד כאלו שנוצרו מנתוני ענני נקודות גדולים. היא ממירה נקודות בדידות לייצוגים רציפים וחלקים על־ידי "התזתם" למסך דו־ממדי באמצעות גרעיני גאוס. כל גרעין מוגדר על ידי פרמטרים כמו מיקום, צבע (RGB), קנה מידה, סיבוב ושקיפות – מה שמאפשר יצירה מהירה של הדמיות פוטוריאליסטיות.

תהליך בניית מודל 3DGS כולל שני שלבים עיקריים:

1. בניית הסצנה: מהנתונים הגולמיים – תמונות או ענני נקודות – המערכת מייצרת סט צפוף של נקודות תלת־ממדיות. נקודות אלו מקושרות לגרעיני גאוס, אשר מוגדרים בפרמטרים של צורה, סיבוב וקנה מידה. לאחר מכן הגרעינים מותאמים בשיטות אימון כמו backpropagation לקבלת הדמיות איכותיות.

2. הצגת הסצנה: הגרעינים מוקרנים למסך דו־ממדי, ומתקבלות התפלגויות גאוס 2D. אלו עוברים תהליך רסטריזציה ובלנדינג ליצירת תמונות חלקות ופוטוריאליסטיות בכל פריים.

מבט מהיר על Mesh Modeling

במילים פשוטות:מודל Mesh מתאר עולם דיגיטלי הבנוי מקודקודים, מקצועות ופאות. רכיבים גיאומטריים אלו יוצרים צורות ומבנים מוצקים במרחב תלת־ממדי.

בפירוט:מודלי Mesh הם שיטה ותיקה ליצירת סביבות תלת־ממד. הם בנויים מחיבור קודקודים לקווים ופאות, לרוב בצורת משולשים. לכל פאה יש קשר טופולוגי ברור עם שכנותיה, ויחד הן יוצרות משטח גאומטרי סגור או פתוח בעל מבנה עקבי.

בשונה מ־3DGS שמתמקדת בריאליזם חזותי, Mesh שם דגש על דיוק ושלמות מבנית. ניתן לבצע עליו מדידות מדויקות – מה שהופך אותו לכלי אידיאלי ליישומים הדורשים ניתוחים מרחביים או תיעוד הנדסי.

לכן Mesh ממשיך להיות סטנדרט בתעשיות רבות: במדידות שטח – למיפוי נוף מדויק; בארכיטקטורה – ליצירת מודלים מפורטים של מבנים; ובתחום המשחקים והקולנוע – לבניית עולמות וירטואליים אמינים ומבוססי מבנה.

ראש בראש: Mesh מול 3DGS

להלן טבלה המשווה בין שתי הגישות:

תכונה	3D Gaussian Splatting (3DGS)	Mesh Modeling
מבנה נתונים מרכזי	נקודות בדידות + גרעיני גאוס	קודקודים + פאות משולשות
ריאליזם חזותי	יוצא מן הכלל. מצטיין בהדמיה של פרטים עדינים כמו חוטים, עלים והחזרי אור.	טוב. מסתמך על טקסטורות וטכניקות תאורה, אך מתקשה בפרטים מורכבים או לא מוצקים.
דיוק גיאומטרי ומדידה	בינוני. הקצוות מטושטשים עקב הדמיה מבוססת נקודות, מה שעלול ליצור חוסר עקביות במדידות בין זוויות שונות.	מצוין. קודקודים וקצוות ברורים מאפשרים מדידות תלת־ממד מדויקות עם תוצאות עקביות.
עריכה ואינטראקציה	עדיין מאתגר. העריכה מתבססת על התאמות פרמטרים מורכבות, וחסרה כלים אינטואיטיביים כמו מניפולציה ישירה של קודקודים/פאות.	ידידותי למשתמש. מאפשר מניפולציה ישירה של קודקודים, קצוות ופאות, מה שהופך את העריכה וההתאמה האישית לפשוטות.
חומרה וביצועים	רינדור יעיל מאוד אך תלוי בכבדות בכרטיסי GPU מתקדמים לקבלת תוצאות מיטביות.	דורש פחות חומרה, אם כי איכות הרינדור תלויה יותר באופטימיזציה של המודל מאשר בכוח GPU.
מערכת אקולוגית בתעשייה	טכנולוגיה מתפתחת עם תמיכת תוכנה מוגבלת כיום, אך בעלת אקו־סיסטם מתרחב במהירות – כלים, פלאגינים, סטנדרטים ואימוץ קהילתי.	סטנדרט תעשייתי. פורמטים כמו OSGB, OBJ ו־FBX נתמכים באופן רחב על פני פלטפורמות שונות.

הטענה המרכזית – מה לבחור?

מההשוואה ברור כי 3DGS אינו תחליף ל־Mesh אלא טכנולוגיה משלימה לשימושים שונים.

• בחרו ב־Mesh לפרודוקטיביות:בתחומים שבהם נדרשים דיוק, מדידה וניתוח מובנה – כמו מדידות, BIM והנדסה – מודלי Mesh הם הבחירה המועדפת. הם מספקים נכסים דיגיטליים מדויקים, הניתנים לשילוב חלק עם תוכנות CAD או GIS. יתרונם טמון בדיוק ובפרקטיות, גם אם אינם מציגים ריאליזם חזותי כמו 3DGS.

• בחרו ב־3DGS לחוויות ויזואליות:בתעשיות המתמקדות בחוויה חזותית והטמעה – כמו VR, גיימינג ותיירות דיגיטלית – 3DGS מציע יכולות שאין שני להן. הוא מצטיין ביצירת חוויות מרהיבות ופוטוריאליסטיות, שבהן הדגש אינו על מדידה אלא על חוויה ויזואלית סוחפת.

אתגרי חישוב והפתרון של CHCNAV CoCloud

אחד האתגרים המרכזיים בטכנולוגיות מתקדמות כמו 3DGS הוא דרישות המחשוב הגבוהות. רינדור איכותי ועיבוד נתונים דורשים לרוב חומרה מתקדמת – בעיקר כרטיסי GPU – מה שעלול להוות חסם יקר.

כאן נכנסת פלטפורמת CoCloud של CHCNAV. הפלטפורמה מבצעת את כל העיבוד על שרתי ענן, ובכך מבטלת את הצורך בציוד מקומי יקר. היא תומכת גם במודלי Mesh מסורתיים וגם ב־3DGS, ומאפשרת למשתמשים לעבד נתוני LiDAR ותמונות ישירות אונליין.

באמצעות CoCloud ניתן להפיק תוצרים מדויקים – כמו מפות אורתופוטו דיגיטליות (DOM) ומודלי OSGB – גם ללא ידע בתוכנות מתקדמות.

מעבר לכך, העיצוב הענני מאפשר גמישות באחסון ובמשאבים – החל מ־10GB ועד 100TB – ומתאים גם למשתמשים ללא תשתיות מתקדמות מקומיות. בנוסף, המערכת תומכת באינטגרציה עם API ובהטמעה פרטית בארגונים.

לחבק את שני העולמות

ל־Mesh ול־3DGS יתרונות ייחודיים. Mesh ימשיך להוביל בעולמות הדורשים דיוק וניתוח, בעוד 3DGS הופך לסטנדרט ביצירת סביבות דיגיטליות ריאליסטיות וחווייתיות.

ב־CHCNAV אנו מחויבים לאפשר לכם לשלב בין שתי הגישות – החל ממכשירים מתקדמים כמו ה־RS10 Handheld Laser Scanner + GNSS RTK, ועד לפלטפורמות ענן חזקות כמו CoCloud – כדי להבטיח שילוב חלק של נתוני LiDAR במודלים מדויקים והדמיות מרהיבות.

כך תוכלו לצעוד בביטחון לעתיד טכנולוגיות המדידה והגיאו־מרחב.