利用AR分析林下植被环境,竟有望取代传统LiDAR方案

青亭网 2022-11-25 18:25

Esther | 编辑

在企业级市场,HoloLens 2得到了多种应用,在建筑、工厂、教育、培训、工程、设计、汽车、医疗、营销等领域,都可能看到相关的案例。在各种领域,HoloLens 2的常见场景主要有几种:远程协作、数据可视化、AR指示等等。而近期,Rice大学生物科学系的研究生Daniel Gorczynski发现了一种新的用途,即用HoloLens 2来测量林下植被,用于辅助生态研究。

据了解,Gorczynski在Rice大学从事生态学和环保研究,他想要寻找一种便携、低成本的户外测量方案,能够帮助他快速完成对森林的数据采集。于是,便利用HoloLens 2开发了一款AR应用《VegSense》,该应用的特点是可以3D网格的形式对植被进行建模,允许使用者实时扫描树林中的树木、树苗和树枝大小,并将扫描数据可视化

Gorczynski认为,HoloLens 2可应用于多种实验领域,比如只需要开发AR应用即可测量林下植被,这比基于激光雷达的测距系统成本更低。

相比于传统扫描方案,HoloLens 2不仅成本更低,而且更加便携、扫描过程也足够直观。Gorczynski表示:你可以看到扫描仪捕捉到的数据,可以及时发现未覆盖的部分,并随时重新扫描,覆盖错过的部分。此外,扫描到的植被数据支持下载和保存,供后续分析。

VegSense好在哪

此前,科研人员研究植被通常采用传统的野外测量方式,需要用卷尺、量尺等户外测量工具手动测量,过程比较繁琐,需要大量人力和时间成本

而自动化的植被测量则需要昂贵、高端的方案,缺点是不便携,很难在户外、现场应用。经过几十年技术发展,下层植被测量技术也逐渐在简化。越来越多科研人员开始采用光探测和LiDAR方案来评估植被结构,但地面用LiDAR设备价格昂贵,通常达到2万美元以上,而且笨重不便携。相比之下,HoloLens 2售价仅3500美元,重量仅0.56kg。

采用HoloLens 2后,便可以通过这款AR头显的Mesh功能,对大规模的植被环境进行实时3D测绘。整个过程只需要科研人员在林中行走,并将HoloLens 2的摄像头对准测量目标即可,这大大提升了测量速度。同时,科研人员通过AR也可以实时、全面的查看下层植被的测量结果。

你可以在HoloLens 2中保存已经扫描的Mesh数据,还可以随时访问,针对特定位置反复调查、测量变量。

关于验证实验

林下植被,指的是生长在森林树冠和地面之间的植物,而通过测量植物生长状况,科研人员可进一步探索影响热带野生生态的因素,以及基本的生态学,以更好的保护环境。

为了加速植被测量,更快速衡量森林整体健康状况,科研人员尝试采用AR方案,并在实践中了解AR测量的效果。

Gorczynski表示:这项研究的目标是,模拟传统方式测量林下植被结构的效果,捕捉足够多的环境细节。经研究表明,VegeSense可一定程度上替代传统的实地测量方式

对于成熟的树木(17厘米或以上),VegSense的测量效果足够好,50颗树木中可捕捉到48颗,测量直径10米的区域,平均花费时间不到5分钟。不过,目前该方案在捕捉小树枝、树苗等方面效果不理想(仅能捕捉39.3%),未来还有改进空间。接下来,为了进一步扩展研究范围,Gorczynski也将在坦桑尼亚的实地考察中使用这项技术。

值得注意的是,尽管VegSense还无法获得与激光雷达方案相当的分辨率,但它展示了用AR来测量大规模场景的潜力。未来,当AR头显配备LiDAR传感器,其测量能力也将进一步增强

目前,苹果在移动设备上配备了低成本的LiDAR传感器,Varjo XR-3头显也配备了LiDAR传感器,售价6495美元。未来,AR/VR头显有望配备低成本LiDAR,应用场景除了更好的3D测距外,还可以用于提升手势识别、定位等等。苹果AR/VR头显专利中也曾提到配备LiDAR的设计。

总之,HoloLens在企业级领域有多种应用,比如用于制造、医疗保健、教育、生产力等等。VegSense将HoloLens用于科研场景,仅使用简单的3D测距功能,就一定程度上加速了数据采集过程。实际上,利用iPad Pro、iPhone 12 Pro等移动设备,也可以测量林下植被等户外环境,但相比于AR头显,移动设备需要手持,长时间使用体验感不够理想。此外,AR头显查看数据的沉浸感更好,更加直观。

参考:

https://news.rice.edu/news/2022/vegsense-makes-sense-forest-studies

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