نمذجة معلومات البناء للشقوق من الصور بالتعلّم العميق

في هذا المشروع طُوّرت سلسلة معالجة متكاملة لنمذجة الأشكال الصلبة لأنماط التشقق نمذجةً موثوقةً وآليةً انطلاقًا من الصور. ويضم سير العمل ثماني خطوات رئيسة: معايرة الكاميرا، وتصحيح تشوه الصور، وإعادة بناء سحابة النقاط بطريقة البنية من الحركة (SfM)، والتجزئة الدلالية البكسلية للشقوق باستخدام نموذج تعلّم عميق أُعيد تدريبه، ثم التحويل المتجهي لأقنعة التجزئة إلى رسوم بيانية للبكسلات وخطوط متعددة، والإسقاط العكسي للشقوق ثنائية الأبعاد إلى المشهد ثلاثي الأبعاد وإعادة بناء أشكالها، وإدراج هذه الأشكال، وأخيرًا الإثراء الدلالي لنموذج معلومات البناء وإظهاره.

أثبتت الطرائق التقليدية لمعايرة الكاميرا فاعليتها، واكتُفي بتطبيقها مرةً واحدةً لكل تهيئة للكاميرا. ولم تقتصر إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لسحابة النقاط، من صور دراسة الحالة، على توفير معلومات العمق والمقياس الناقصة لكل صورة، بل يسّرت أيضًا استخراج مواضع النقاط الرئيسة على الخطوط المركزية للشقوق، فاختُصر زمن المعالجة والحساب، ولم تعد نمذجة أشكال الشقوق مشروطةً بأي إخفاء آلي عبر تجزئة جميع الصور الأساسية أو سحابة النقاط المعاد بناؤها.

تبيّن أن مكتبة OpenSfM، عند النشر في عام 2020، تتسم بمتانة عالية، وأن وظائفها المتاحة ملائمة لهدف الإسقاط العكسي بعد إعادة البناء ثلاثي الأبعاد. وقد أتاح نموذج التعلّم العميق TernausNet المعاد تدريبه، ببنية مُرمّز VGG16، تجزئة دلالية مستنتجة موثوقة (أي تصنيف بكسلات الشقوق) بدقة جيدة ومقاييس IoU تحققت عند التقييم. وأظهر النموذج المعاد تدريبه متانة عند النشر على صور دراسة الحالة التي لم يرها من قبل، ويسّر ذلك تطبيق عدد من خوارزميات تحليل الصور التقليدية، ومنها الهيكلة، والعمليات المورفولوجية، وكشف الحواف، ووسم المكوّنات المتصلة، وتبسيط الخطوط، وتحويل المسافة الإقليدية، لاستخراج النقاط الرئيسة للخطوط المركزية لكل جزء، وبناء رسم بياني للبكسلات أو للفوكسلات عبر التحليل الهيكلي لشبكات التشقق المترابطة، في البعدين الثنائي والثلاثي معًا.

وبمعرفة هذه النقاط وجميع معاملات نموذج الإسقاط المنظوري، أمكن إسقاط البكسلات ثنائية الأبعاد عكسيًا إلى المشهد ثلاثي الأبعاد من خلال صورة واحدة وقناع تنبئها، ونمذجة أشكال الشقوق بعد تحويل إحداثياتها إلى مجال عنصر المبنى الأصل عن طريق بثق المقاطع النافذة. ثم أمكن تحويل هذه الأشكال إلى صيغ عدة بحسب الغاية، سواء للإظهار بصيغة IFC فحسب، أو لإجراءات تحليل إنشائي أكثر تقدمًا بطريقة العناصر المنتهية، إذ توفر عقد رباعيات الأوجه، والأسلاك المعرِّفة للسطوح المشذبة، فضلًا عن الرؤوس والحواف والأوجه المعتادة لشبكة مثلثية.

وتدل مؤشرات جودة الأشكال المنمذجة في GMSH، وإنشاء الفراغات إنشاءً صحيحًا في Blender، على صلاحية الأشكال المفرَّغة. ومن ثم فإن قيود الإظهار في عارضات IFC تعود إلى عجز أنوية الهندسة عن نمذجة منتجات IFC المعقدة نمذجةً سليمة. وقد أتاح IfcOpenShell إدراج أشكال الشقوق في نموذج IFC بوصفها معالم تفريغ. وتُذكر تفاصيل إضافية في المنشورات ذات الصلة الواردة أدناه.