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Mapeamento do ambiente operacional em 3D

Destinado a sistemas de armas modernos e também a combatentes individuais, o mapeamento 3D é tanto uma ferramenta de ação quanto um auxílio para a compreensão do ambiente operacional de primeira linha . As questões relativas à qualidade, precisão e nível de atualização dos dados de mapas 3D vêm regularmente à tona, pois têm um impacto direto na capacidade das forças armadas de planejar e conduzir operações militares em boas condições. condições.

Iconem
Maquete 3D da cidade de Aleppo © Images Iconem

Quer se destinem a visualizar o ambiente operacional em três dimensões, a analisar a praticabilidade dos eixos de comunicação, a detectar mudanças, a identificar potenciais obstáculos ao tráfego, a facilitar a identificação de zonas de aterragem de aeronaves, ou mesmo para definir zonas de observação adequadas para forças terrestres, os dados cartográficos 3D contribuem para a superioridade informacional dos exércitos e hoje são considerados essenciais para o bom andamento das operações.

O campo de batalha não é um espaço fixo, ele está em constante mudança e interagindo continuamente com os atores presentes , os perigos e os vários eventos sucessivos que acontecem lá fora. Alguns desses espaços, como ambientes urbanos, estão particularmente sujeitos a mudanças quando estão no centro do combate (veja abaixo). A atualização de dados é, portanto, uma necessidade constante para garantir um melhor entendimento do ambiente operacional.

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Destruição da cidade de Aleppo entre 2010 e 2015 © Images Maxar via Google

No entanto, o desafio é considerável, porque as mudanças às vezes acontecem muito rapidamente, a cadeia geográfica é desafiada a se adaptar constantemente para fornecer forças com dados cartográficos 2D e 3D “novos” . Embora alguns satélites de observação hoje tenham a capacidade de produzir imagens estereoscópicas (como Pléïades e CSO) permitindo o desenvolvimento de produtos 3D, o processo de produção desses dados e sua disseminação ainda é insuficientemente flexível e inadequado para ritmo das operações. Essa simples observação tem facilitado o surgimento de novas abordagens para a produção cartográfica 3D, mais flexíveis e mais fáceis de usar , e principalmente pela mão de unidades implantadas nas operações.

O programa Soldier-Deployab le Geospatial Technologies (SDGT)

Impulsionado por necessidades operacionais cada vez mais urgentes sobre o assunto, o Laboratório de Pesquisa Geoespacial (componente do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenheiros, ERDC) do Exército dos EUA decidiu subir uma marcha estudando soluções táticas que podem ser implantado diretamente pelos combatentes para realizar facilmente missões de modelagem 3D de seu ambiente. Esta abordagem se encaixa mais amplamente em uma lógica de desenvolvimento de uma capacidade de mapeamento rápido autônomo com base em drones militares e comerciais, bem como em meios de coleta de terras, como sistemas LiDAR ( mais informação aqui) montado em veículos. 

Esta abordagem é duplamente benéfica, deve, antes de mais nada, permitir às unidades combatentes produzirem rapidamente uma cartografia 3D adaptada às necessidades das forças, em plena autonomia . Em segundo lugar, cada produção contribui para enriquecer a base de dados do teatro de operações centralizando todos os dados cartográficos 3D disponíveis. O conjunto permitindo constituir uma verdadeira abordagem ascendente com uma rede de produtores identificados mais próximos dos problemas do campo e um processo de produção controlado.

Transforme streams de vídeo de drones em modelos 3D quase em tempo real

Outro desafio assumido pelo Laboratório de Pesquisa Geoespacial do Exército é aprimorar os fluxos FMV ( Full Motion Video ) recebidos em tempo real por drones e outros sistemas ISR usados ​​pelos militares dos EUA para produzir dados cartográficos 3D em tempo real, no próximo tempo real , a partir  do teatro de operações. Um recurso abundante hoje nos modernos teatros de operações.

O método fotogramétrico utilizado no âmbito deste projeto permite reconstruir rapidamente um modelo 3D correlacionando séries de imagens ( para saber mais ). Agora amplamente utilizada, esta técnica torna possível usar com eficiência as imagens de fluxos de vídeo FMV, bem como seus metadados para desenvolver diferentes tipos de produtos (ortomosaicos 2D, nuvens de pontos 3D, modelos MNS de superfície digital) úteis para a equipe operacional.

Somente este processo exigia até agora perícia humana para selecionar as imagens mais adequadas , desprovidas por exemplo de alterações visuais ou objetos (veículos, pedestres, etc.) suscetíveis de afetar a qualidade da renderização 3D final, um trabalho preliminar tedioso. mas essencial para obter o melhor resultado possível.

Mapeamento FMV para 3D
Crédito da imagem © Laboratório de Pesquisa Geoespacial

É justamente nesse ponto que intervém a tecnologia desenvolvida pela equipe de pesquisa do Dr. Ricky Massaro do GRL. Um algoritmo seleciona automaticamente as imagens mais adequadas entre os milhares de quadros de vídeo coletados, antes de iniciar a produção de um modelo de superfície digital preciso (MDS) em apenas alguns minutos, mesmo que o drone ainda esteja em vôo . Não exigindo hardware especial, a ferramenta seria capaz de funcionar em qualquer laptop comercial com desempenho adequado.

De acordo com o Exército dos EUA, esse processo pretende ser complementar e não substituir os sistemas Lidar e outros sistemas de mapeamento terrestre usados ​​atualmente por algumas unidades. O sistema já foi testado pela 101ª Divisão Aerotransportada para mapear um campo de treinamento localizado em Fort Campbell. E também foi implantado no Iraque para uma nova campanha de avaliação.

Jogue na complementaridade dos sensores

Cada sensor tem vantagens e desvantagens, por isso o Laboratório de Pesquisa Geoespacial também realiza pesquisas no uso combinado dos diversos sensores usados ​​pelo Exército dos Estados Unidos para aproveitar sua complementaridade para refinar a qualidade dos modelos 3D. produtos.

A varredura a laser terrestre com base na tecnologia LiDAR permite, por exemplo, capturar espaços complexos com muita precisão, como fachadas externas de edifícios ou ambientes internos, enquanto as fotos aéreas nem sempre permitem uma renderização tão precisa de fachadas. A unificação das nuvens de pontos desses dois produtos em um mesmo repositório possibilita a criação de um modelo 3D muito mais preciso.

Na França o 3D também desperta interesse renovado

Esta busca de autonomia tática também desperta o interesse de algumas unidades francesas, que estão fazendo o possível para preencher suas lacunas em termos de dados 3D para atender às suas necessidades. Se os vídeos FMV ainda são pouco valorizados até à data, vários experimentos têm sido realizados nos últimos anos dentro das forças especiais (em particular no CPA10 e no comando Kieffer), bem como dentro do 28º grupo geográfico para produzir ou adquirir modelos rapidamente. Sistemas digitais de superfície precisos no teatro.

Nesse sentido, essas iniciativas deram origem a várias abordagens, algumas unidades adquiriram drones comerciais, como os drones Ebee, enquanto outras unidades buscaram reduzir o ciclo de produção do MNS, visando estabelecer um processo de produção e distribuição adaptado, em relação direta com as organizações de apoio geográfico das Forças Armadas.

Uma plataforma dedicada à produção 3D

Lançado em 10 de dezembro de 2019, o projeto AI4GEO exibe as ambições francesas em termos de produção de mapeamento 3D e visa desenvolver uma solução de produção de dados 3D totalmente automatizada, contando em particular com inteligência artificial para otimizar o processo e os custos de produção.

O consórcio reúne 9 organizações e empresas francesas, incluindo em particular o Grupo CS (que coordena o projeto), IGN, CNES, Onera, Qwant, Airbus DS, CLS, Quantcube e Geosat) com a ambição de criar uma plataforma dedicada à área de Informações geoespaciais 3D. Embora alguns dos participantes do grupo já tenham capacidade para produzir modelos 3D, o custo e o tempo de processamento necessários para desenvolver esses produtos 3D (imagens de satélite, aéreas) costumam ser demorados. Essa simples observação justifica o uso combinado de novas tecnologias, como IA e a implementação de infraestruturas de computação em nuvem para otimizar o tempo de processamento de dados e, por fim, automatizar toda a cadeia de produção.

3d paris
Mapeamento 3D da cidade de Paris. Crédito da imagem © Google

Este projeto visa acima de tudo estimular a pesquisa, bem como o ecossistema industrial francês no campo do 3D para desenvolver os tijolos tecnológicos necessários para o desenvolvimento de produtos cartográficos 3D qualificados inicialmente, depois em um segundo para desenvolver serviços de valor agregado em diferentes setores ( Smart City , agricultura, gestão da água, automóveis autônomos, etc.).

Explore um recurso cada vez mais abundante

A plataforma deve ser capaz de processar facilmente as muitas imagens que são geradas hoje pelos vários sensores ópticos e radares existentes (drones, satélites, Lidar, etc.), cujo número continua a crescer dia a dia, e que são para alguns exclusivamente destinados à produção 3D.

O projeto AI4GEO também parece fazer parte da continuidade do 3D Optical Constellation (CO3D), uma constelação de satélites de observação encomendados pelo CNES e DGA da Airbus DS alguns meses antes, em maio de 2019. Composto de quatro satélites em uma órbita sincronizada com o sol, esta constelação fornecerá imagens estereoscópicas submétricas (50cm) dedicadas à produção cartográfica 3D em todo o mundo.

Erbil
Modelagem 3D da cidade de Erbil. Crédito da imagem: Plain Archaeological Survey

Enquanto os dados fornecidos pela constelação CO3D serão essencialmente imagens ópticas, a plataforma do projeto AI4GEO pretende ser acima de tudo generalista e deve ser capaz de tirar partido de imagens de outros sistemas, como imagens de radar ou levantamentos Lidar (terrestres e / ou no ar). Uma abordagem que deve ser comparada com o surgimento do Novo Espaço e a explosão do número de constelações de satélites de observação, que não deixa de sublinhar as muitas oportunidades que se encontram, e que também não vai falhar. mais para exércitos de interesse em todo o mundo.

Autor: Jean-philippe Morisseau

Imagem de destaque: Marina Stancampiano Moreira | 3D artist and Graphic designer | everis Brasil

Tradução: Evenuel Viana Veloza

Bibliografia

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