Что такое лидар и как он работает?
В том или ином контексте вы, вероятно, встречали термин «LiDAR» в одной из его многочисленных форм. В частности, многие новые поколения мобильных телефонов рекламируют свои возможности LiDAR.
Независимо от того, решаете ли вы, должна ли технология LiDAR влиять на вашу следующую покупку смартфона или просто хотите участвовать в разговоре, стоит потратить время, чтобы понять эту грядущую технологию.
Что такое лидар?
В зависимости от источника, который вы просматриваете, вы можете увидеть «LiDAR», выраженный любой комбинацией прописных и строчных букв, от всех до без заглавных. Однако он пишется с заглавной буквы и означает « обнаружение света и определение расстояния ».
Обнаружение света и дальность – это метод, который использует импульсный свет для обнаружения разницы в расстоянии между датчиком LiDAR и ближайшими объектами или самолетами. Датчик LiDAR состоит из лазера LiDAR, сканера LiDAR и блока GPS. Для воздушного LiDAR дополнительное устройство учитывает угол и скорость аппарата.
Лазер излучает вспышку света, которая отражается от объекта. Затем отраженный свет улавливается сканером. Затем эта информация контекстуализируется с показаниями GPS-модуля, который регистрирует положение самого детектора LiDAR.
Базовая математика требует умножить время, необходимое для прохождения сигнала от лазера до сканера LiDAR, на скорость света. Затем это число делится на два, потому что свет должен был пройти от сканера к объекту и обратно, поэтому общее пройденное расстояние вдвое превышает фактическое расстояние от сканера до объекта или плоскости.
Для чего используется LiDAR?
В зависимости от приложения может использоваться одна точка данных из этого уравнения или целые наборы точек данных могут использоваться вместе в «облаках точек». Эти наборы точек данных можно использовать для создания карт или трехмерных изображений объектов.
Мобильные приложения LiDAR
Некоторым из самых простых приложений LiDAR может потребоваться одна точка данных из указанного выше местоположения. Например, приложение Measure на устройствах Apple с поддержкой LiDAR может использовать одно считывание данных LiDAR для определения расстояния. Он также может использовать больше показаний для целых объектов и людей, например, для определения роста человека.
Данные LiDAR также можно использовать для создания цифровых копий физических объектов или для повышения правдоподобия цифровых моделей в приложениях дополненной реальности. Использование показаний для определения глубины в окружении пользователя и соответствующее размещение цифровых моделей – главный аргумент Apple в их устройствах с поддержкой ARKit.
Это правда, что приложения AR уже существуют для устройств, не поддерживающих LiDAR. Однако элемент AR обычно просто помещается перед камерой пользователя. Перемещение этих элементов ближе или дальше от экрана может быть трудным, и если что-то перемещается между камерой и тем местом, где должен быть элемент, это разрушает иллюзию.
Возможность разместить элемент AR за физическими объектами или позволить физическим объектам проходить между камерой и тем местом, где должен находиться элемент AR, называется «окклюзией объекта». Без надежного способа для мобильного устройства понять глубину невозможно добиться перекрытия объекта.
Некоторые из основных применений окклюзии включают более интерактивные примерки AR, более забавные фильтры Instagram и более захватывающие AR-игры. Конечно, это всего лишь приложения LiDAR, которые можно делать на смартфоне. Большинство приложений LiDAR немного больше.
Крупномасштабные приложения LiDAR
Данные LiDAR также можно собирать с вертолетов, самолетов и даже спутников. Такие организации, как NOAA, используют такую информацию для создания подробных и высокоточных топографических карт. Эти карты можно использовать в биологии, науках о Земле и погоде, строительстве и помощи при стихийных бедствиях.
Кроме того, LiDAR не просто определяет, как далеко находится объект. Поскольку свет может проходить через объекты разной плотности, LiDAR можно использовать для лучшего понимания состава объектов и ландшафта.
Иногда LiDAR может даже позволить нам видеть объекты, которые иначе мы бы не смогли увидеть. NOAA и такие группы, как Национальная сеть экологических обсерваторий, используют эти данные для картирования подводных или даже покрытых растительностью территорий.
В археологии также есть огромное стремление использовать LiDAR-картирование. Способность LiDAR «видеть насквозь» различные материалы уже привела к обнаружению потерянных исторических мест в густых лесах или под волнами.
На самом деле существует два разных типа LiDAR. Топографический LiDAR – более распространенный вид, который используется в большинстве рассмотренных до сих пор приложений. Батиметрический лиДАР работает аналогичным образом, но использует зеленый свет вместо ближнего инфракрасного света, и он используется специально для проникновения в воду.
Как кто угодно может использовать определение глубины
Если вам интересно поэкспериментировать с LiDAR, вы можете. LiDAR установлен на iPad Pro 12,9 дюйма (4-го поколения и новее), iPad Pro 11 дюймов (2-го поколения и новее), iPhone 12 Pro и iPhone 12 Pro Max . Также есть тип LiDAR, доступный на Samsung Galaxy S20 Ultra.
Вы также можете приобрести сканеры LiDAR. Одноточечные модели могут стоить менее 100 долларов, а более надежные – тысячи.
Пользователи Android могут почувствовать себя обделенными на этом этапе. Это правда, Android ARCore не дал ответа на предложения Apple LiDAR. Однако Google анонсировал API глубины, который использует камеру и другие датчики вместо системы LiDAR для обеспечения глубины и окклюзии.
Хотя есть основания сомневаться в том, что Depth API будет столь же эффективным, как и LiDAR, по крайней мере, в более ранних версиях, он действительно дает многие из тех же обещаний по более низкой цене для потребителей. API будет включен в телефоны, начиная с Galaxy Note 10+ и Galaxy S20 Ultra.
LiDAR в будущем пространственных технологий
Хотя может показаться, что у LiDAR сейчас ограниченные варианты использования, это может быть одна из самых важных технологий в ближайшие десятилетия. Поскольку пространственные технологии становятся все более распространенными и надежными, способность точно моделировать объекты и наносить на карту пространства становится все более важной.
Подобно тому, как археологи стремятся использовать LiDAR для открытия забытых городов, такие группы, как Augmented.City , стремятся создать цифровые карты существующих городов, которые в один прекрасный день могут помочь в работе всего, от очков смешанной реальности до автономных транспортных средств.
Есть ли у вас применение LiDAR в вашей жизни?
LiDAR может выглядеть сумасшедшим и звучать еще безумнее. Поскольку это только сейчас входит в потребительское пространство, естественно, что о нем говорят в незнакомой манере. Однако на самом деле технология существует уже довольно давно.
Хотя применения технологии LiDAR могут быть самыми разнообразными, по сути, все, что она делает, – это определение расстояния от устройства до объекта. Большинство пользователей, вероятно, просто будут использовать его в фильтрах социальных сетей. Но понять это не повредит.
Кредит изображения: Apple