От космической гонки до облака точек: история лазерного сканирования

Когда мы сегодня за считанные часы получаем точную цифровую копию здания с миллионами точек, кажется, что эта технология существовала всегда. Но путь лазерного сканирования к строительным площадкам и архитектурным бюро был долгим и удивительным. Он начался не с желания геодезистов облегчить себе жизнь, а с холодной войны и космической гонки.

Рождение идеи: лазер и холодная война (1960-е)

Всё началось в 1960 году, когда Теодор Мейман создал первый рабочий лазер . Практически сразу военные ведомства США, в первую очередь DARPA (Агентство перспективных оборонных проектов) и NASA, увидели в лазере огромный потенциал для дистанционного зондирования. Им нужны были системы, которые могли бы “видеть” и измерять пространство в средах, враждебных для человека: в космосе и в зонах боевых действий .

Финансирование исследований в области лазерной локации (LiDAR) позволило создать первые прототипы. Уже в 1961 году компания Hughes Aircraft Company, создавшая первый лазер годом ранее, построила прототип системы LiDAR . А настоящим триумфом стало использование лазерного картографирования во время миссии “Аполлон-15” в 1971 году, когда астронавты с его помощью составили карту поверхности Луны .

Технология выходит из тени: от военных к коммерции (1980-е)

Долгие годы лазерные технологии оставались прерогативой оборонной и космической отраслей. Переломный момент наступил в 1980 году, когда в США был принят закон о технологических инновациях Стивенсона-Уайлдера. Этот закон предписывал передавать технологии, разработанные за государственный счет, в частный сектор .

Это стало “золотым билетом” для будущей индустрии. Ученые и инженеры, работавшие над военными проектами, получили возможность создавать коммерческие продукты. В 1970-х и 1980-х годах начали появляться первые доступные сканеры, которые, правда, использовались в основном для картографирования и научных исследований, но сам принцип был отработан .

Рождение рынка: первые сканеры для инженеров (1990-е)

К началу 1990-х годов сложились все предпосылки для появления первых коммерческих 3D-сканеров. Исследователи выделяют четыре ключевые компании-пионера, которые сформировали рынок: французская Mensi, австрийская Riegl и американские Cyra и K2T .

• Mensi создала один из первых 3D-лазерных сканеров для атомных электр

• останций, подлежащих выводу из эксплуатации. Он работал по принципу триангуляции, но был медленным (около 100 точек в секунду) и требовал низкой освещенности .

• Riegl, имея огромный опыт в производстве лазерных дальномеров, сделала ставку на дальность. Их сканер LMS-Z210 мог “бить” на 350 метров и выдавал 9000 точек в секунду, что делало его идеальным для съемки карьеров и открытых пространств .

• K2T — стартап из Университета Карнеги-Меллона — первым применил фазовый метод измерения, который позволил достичь невероятной по тем временам скорости — более 100 000 точек в секунду .

• Cyra Technologies вышла на рынок в 1998 году со сканером Cyrax 2400. Он не был самым быстрым или

  

•  дальнобойным, но у Cyra было секретное оружие — специализированное программное обеспечение для обработки облаков точек. Именно софт, позволявший инженерам и архитекторам превращать “кучу точек” в чертежи и 3D-модели, стал ключом к успеху . В 2001 году Cyra была приобретена компанией Leica Geosystems, которая и сегодня остается одним из лидеров рынка .

В этот период на рынке также начали появляться системы для воздушного лазерного сканирования, которые произвели революцию в картографии. В конце 1990-х годов метод стал активно применяться для съемки земной поверхности с самолетов .

Революция в геодезии: скорость и детализация (2000-е)

Если сравнивать лазерный сканер с традиционным тахеометром, то разница в производительности колоссальная. До появления сканеров геодезист с тахеометром мог получить координаты нескольких сотен или тысяч точек за рабочий день. Лазерный сканер, появившийся на рубеже веков, увеличил это количество до тысяч точек в секунду, а затем — до миллионов . Теперь можно было измерять не отдельные точки, а сканировать всё пространство целиком, получая “облако точек” — детальнейшую цифровую копию реальности .

В середине 2000-х годов произошел еще один прорыв: появление ручных лазерных сканеров. Устройства, которые раньше представляли собой тяжелые ящики на треногах, стало возможно держать в руке . А внедрение технологии SLAM (одновременная локализация и картографирование) позволило сканировать помещения и пространства без использования GPS, просто перемещая сканер в пространстве.

Лазерное сканирование в России

История развития технологии в нашей стране имела свои особенности. В СССР, начиная с 1960-х годов, велись активные

разработки в области лазерной локации, но они были сконцентрированы почти и

сключительно в военно-промышленном комплексе . Сложные экономические условия 1990-х годов привели к тому, что Россия пропустила этап коммерциализации технологии. Рынок заполнили западные производители, и только в 2000-х годах отечественные компании начали развивать собственные компетенции и разработки, догоняя мировой уровень .

Заключение

Сегодня лазерное сканирование перестало быть экзотикой. Это доступный, быстрый и точный метод, который используют архитекторы, реставраторы, строители и инженеры по всей стране. От лунных карт до чертежей вашего дома — технология проделала огромный путь, чтобы мы могли работать быстрее, точнее и эффективнее.

А мы в 3D-Артис используем современное оборудование и программное обеспечение, чтобы применять лучшие достижения этой увлекательной технологической эволюции в ваших проектах.