Здравствуйте! Сегодня рассматриваем ручной SLAM-сканер 3DMakerPro Hawk. Это автономное беспроводное устройство, рассчитанное на инженерные, геодезические и строительные задачи, а также на проекты по созданию цифровых двойников и виртуальных экскурсий.

Проверим, с какой скоростью Hawk, он же Ястреб, оцифровывает пространства разного масштаба, насколько точно выполняет эту работу, и разберём остальные важные особенности сканера.

На связи 3DVision, приступаем!

Комплект поставки

Hawk приезжает в обычной коробке, внутри неё размещён жёсткий транспортировочный кейс.

Комплектация кейса:

• сам сканер и силиконовая защита для оптики;
• пять кабелей с вилками под разные типы розеток;
• зарядный блок питания;
• две батареи на 6400 мАч, каждая из которых одновременно служит рукояткой;
• карта MicroSD объёмом 128 Гб вместе с футляром;
• GPS-трекер;
• адаптер USB — Type-C;
• настольная подставка для установки сканера на ровной поверхности;
• пустой USB-накопитель на 8 Гб;
• монтажная площадка и крепёж для установки на штатив.

В комплекте уже есть всё, что требуется непосредственно для сканирования. Для последующей обработки нужен компьютер под Windows. ПО 3DMakerPro для SLAM-сканеров называется RayStudio и доступно для загрузки на сайте компании.

В линейке представлено несколько моделей, а у нас на руках две: Hawk и Raven. Материал про Raven выйдет отдельно; в нём сравним его с Hawk и разберёмся, чем обусловлена заметная разница в стоимости.

Внешний вид и подключение

Размеры сканера составляют 130×140×90 мм, масса — 900 г. Спереди устройство выглядит так:

Две боковые камеры на 13 Мп отвечают за съёмку текстур. Камера по центру работает в инфракрасном диапазоне: она помогает в темноте и повышает точность позиционирования. Расстояние до объектов вокруг измеряет лидар.

С левой стороны:

На верхней панели расположен порт для комплектного GPS-трекера. По бокам корпуса сделаны вентиляционные прорези, а слева находятся кнопка питания и два разъёма USB Type-C.

Один Type-C используется для обмена данными, второй — для питания от повербанка. Такой сценарий нужен, когда Hawk устанавливают на дрон, крышу автомобиля, велосипед или специальный рюкзак. Соответствующие монтажные наборы предлагаются отдельно.

Изображение от производителя

Корпус Hawk металлический и соответствует степени защиты IP65: пыль внутрь не попадает, а также предусмотрена защита от водяных струй.

Внутри размещена достаточно серьёзная вычислительная часть: восьмиядерный процессор на 2,4 ГГц и 32 Гб оперативной памяти, которые используются для обработки собираемой информации.

Управление выполняется через сенсорный дисплей диагональю 3,9 дюйма. Меню локализовано на несколько языков, русский тоже присутствует.

Что есть в интерфейсе:

• В параметрах можно менять степень детализации изображения на экране. Эта настройка касается только предпросмотра и никак не влияет на итоговый скан.
• Можно управлять точкой доступа Wi‑Fi для соединения с компьютером, а также проверять, сколько свободного места осталось во внутренней памяти и на карте.
• Раздел «Калибровка» изначально пуст: прибор калибруется на заводе. Он может понадобиться после обновления прошивки. Файл калибровки лежит в открытом доступе на сайте производителя.
• В разделе «Общие» настраиваются язык интерфейса, цветовая тема и часовой пояс.
• Отдельно отображаются сведения о текущей версии прошивки.

Теперь соберём устройство. Рукоятку с аккумулятором нужно подключить к контактам снизу, затем установить карту памяти и закрепить подставку. После сборки габариты Hawk составляют 145×290×95 мм, а масса увеличивается до 1320 г. Получается вот так:

На каждой рукоятке предусмотрен индикатор остаточного заряда.

По данным производителя, одной батареи должно хватать примерно на час сканирования. В нашем случае Hawk проработал около двух часов. Мы отдельно проверили сценарий, когда аккумулятор разряжается прямо во время записи: проект сохранился на MicroSD, однако обработать его в программе уже не получилось. Предупреждения о низком заряде нет, поэтому состояние батареи лучше контролировать самостоятельно.

На сайте заявлено, что зарядное устройство выдаёт 65 Вт и восстанавливает 80% ёмкости за 30 минут. В реальном тесте мы получили 25,2 Вт и примерно час до тех же 80%.

Пока один аккумулятор установлен в сканер, второй можно одновременно заряжать, поэтому работать по очереди с двумя батареями удобнее.

Что такое SLAM

Прежде чем перейти к практике, коротко разберём принцип работы подобных приборов. Если теория вам не нужна, переходите сразу в следующий раздел.

Hawk относится к SLAM-сканерам. Аббревиатура SLAM расшифровывается как Simultaneous Localization and Mapping — «одновременная локализация и построение карты». Устройство получает информацию от датчиков, анализирует её, обновляет карту пространства и одновременно уточняет собственное положение относительно окружающих объектов.

В случае Hawk схема выглядит следующим образом:

Лидар постоянно измеряет окружающую геометрию. Расстояние вычисляется по задержке между отправленным лазерным импульсом и его отражением. Здесь применяется безопасный для зрения лазер с длиной волны 905 нм, то есть ближний ИК-диапазон. Внешний свет ему практически не нужен: объекты определяются и в полной темноте. Во время движения лидар несколько раз в секунду получает расстояния до стен и других поверхностей. Затем алгоритм SLAM рассчитывает смещение между соседними кадрами, сопоставляя новое облако точек с предыдущим.

RGB-камеры параллельно фиксируют окружающую сцену и сопоставляют последовательные изображения, помогая определять положение сканера. Они же дают данные для цветных текстур. Минус этого метода — зависимость от освещения.

Инфракрасная камера снижает эту зависимость от света и участвует в позиционировании по схожему принципу.

Ещё один важный узел — IMU, то есть инерциальный измерительный блок. В него входят гироскопы и акселерометры, по которым оцениваются повороты, наклоны и ускорения сканера.

Все показания сводятся воедино программными алгоритмами. Условно это можно представить так:

• Лидар сообщает: «до стены 4,8 м».
• Камера сообщает: «этот визуальный ориентир мне уже знаком».
• IMU фиксирует: «сканер повернулся на определённый угол».
• SLAM объединяет эти сигналы и определяет: «я сместился сюда и теперь нахожусь в этой точке построенной карты».

Типичная проблема SLAM — постепенное накопление погрешности по мере движения. На больших площадях из-за этого координаты начинают уходить.

Для коррекции используется замыкание контура. Когда система снова распознаёт уже знакомый участок, она понимает, что накопилась ошибка, и пересчитывает карту. Например, текущая геометрия сопоставляется с той, что была записана раньше.

Областей применения у SLAM много. Изначально технология развивалась для автономного транспорта, роботов и беспилотников, которым нужна точная карта окружения и понимание собственного положения для навигации.

SLAM-сканеры особенно полезны там, где важна высокая скорость съёмки, а миллиметровая точность не обязательна. Их применяют в строительстве и архитектуре, в проектах виртуальной и дополненной реальности, обучении и виртуальных турах. Ещё одно направление — картографирование территории для экологии, сельского хозяйства и картографии.

С теорией закончили, переходим к сканированию.

Первое сканирование

В качестве первого теста сняли часть нашего офиса. Разрешение и качество здесь пользователем не регулируются — эти параметры фиксированы, поэтому работали со штатными настройками.

До старта можно указать название проекта, активировать GPS и RTK. Если кратко, RTK позволяет повысить точность навигации до уровня нескольких сантиметров.

Дополнительно доступен ночной режим, а боковые камеры для текстур можно включать или отключать. Разница между ночным режимом и просто выключенными боковыми камерами в том, что при ночном режиме изображения с ИК-камеры не записываются.

Пользоваться Hawk просто: держите прибор перед собой и двигаетесь по маршруту. На дисплее доступны вид сверху, перспектива и изображение с фронтальной камеры. Благодаря обзору 360° по горизонтали и 63,5° по вертикали можно идти вперёд и собирать окружающую геометрию без постоянных разворотов.

Режим вида сверху: на экране отображается форма стен перед устройством.

Сам хват удобный, однако из-за массы рука утомляется довольно быстро. Вместе с аккумулятором устройство весит 1320 г.

На съёмку части офиса потребовалось 5 минут, итоговый проект занял 3 Гб. Hawk записывает до 480 000 точек в секунду — для этого класса оборудования скорость высокая. На встроенном дисплее сразу доступен предварительный просмотр облака точек:

Розовая линия показывает пройденный сканером маршрут.

Перенести данные на компьютер можно тремя способами:

1. подключить USB-флешку к Hawk через переходник из комплекта;
2. извлечь MicroSD и считать её через кардридер не ниже USB 3.0;
3. включить Wi‑Fi на сканере, соединить с ним ПК и загрузить проект по сети.

После копирования проекта его можно открыть в RayStudio. Программа выпускается только для Windows, русская локализация имеется.

Облако точек после очистки

Перед появлением облака точек в рабочей области проект необходимо обработать. Этот этап занимает примерно 30 минут. После него можно измерять расстояния, удалять лишние данные и экспортировать результат в LAS, PCD, PLY, e57 и XYZ.

Самая эффектная функция — построение рендера:

На изображении заметна тёмная дымка. Её дают стеклянные поверхности: лазер отражается от них и создаёт ложные точки. Без стекла облако выглядело бы заметно чище.

В RayStudio нельзя полноценно удалить из результата все нежелательные точки, что ограничивает постобработку. Для наиболее аккуратных рендеров желательно избегать отражающих поверхностей и иметь некоторый опыт съёмки.

Обработка этого проекта на компьютере заняла 6 часов. Для рендера требуется видеокарта NVIDIA не ниже RTX 4060 с 8 Гб видеопамяти.

Базовые требования RayStudio ниже: NVIDIA RTX 3060 с 6 Гб видеопамяти, 32 Гб ОЗУ и процессор уровня Intel Core i7 или выше.

Точность

По спецификации точность составляет 1,5 см на дистанции 10 м, 3 см на 20 м и 5 см на 40 м. При этом если сначала стена сканировалась с 40 метров, а затем оператор подошёл к ней ближе, система способна скорректировать накопившуюся ошибку. Поэтому во время работы полезно захватывать как можно больше ориентиров, подходить к ним ближе и по возможности замыкать маршрут.

В офисе мы проверили несколько дистанций лазерным дальномером и сопоставили их с измерениями из скана. Получились такие значения:

Погрешность оказалась очень небольшой — итог даже лучше цифр, указанных производителем.

Уличное сканирование

Без уличного теста такой обзор был бы неполным, поэтому следующим объектом стал мозаичный дворик Владимира Лубенко — музей под открытым небом во дворе на улице Чайковского в Санкт-Петербурге. Hawk удобно брать на выезд: компьютер во время сканирования не нужен, кабелей нет, а штатный кейс упрощает перевозку.

За счёт высокой скорости записи запаса батарей вполне хватает. Два отдельных скана мы сделали примерно за 20 минут.

После выезда вернулись в офис, обработали данные и получили следующий рендер:

В целом результат выглядит хорошо, хотя часть скульптур проработана хуже. Причина может быть в том, что во время быстрого прохода цветные камеры собрали мало информации или объекты находились слишком далеко. Во дворе также постоянно были люди, попадавшие в область сканирования, поэтому местами появилась тёмная дымка. Движущиеся объекты лидар записывает как размазанные данные, убрать которые из готового рендера нельзя.

Сканирование производственного помещения

Для последнего примера мы просканировали наше производственное помещение, где установлены SLM-принтеры.

Прошли помещение один раз за х минут, после чего отправили облако точек на обработку. Вот результат:

Этот вариант тоже вышел удачным — можно считать, что вы виртуально заглянули к нам на производство. Дымки здесь почти нет, поскольку отсутствуют основные источники помех: люди и стеклянные поверхности.

Заключение

Итог такой: в своём ценовом диапазоне Hawk показывает сильный результат. Он быстро оцифровывает крупные помещения и объекты, сохраняя их форму и цветную текстуру. Сканер может быть полезен строителям, геодезистам, а также в проектах цифровых двойников и виртуальных туров. При этом для серьёзной обработки и рендера потребуется производительный компьютер.

Плюсы

• скорость сбора данных до 480 000 точек в секунду;
• две HDR-камеры на 13 Мп хорошо передают цвет даже при неравномерном освещении;
• металлический корпус со степенью защиты IP65;
• несколько вариантов использования: в руках, на специальном рюкзаке, автомобиле, дроне или мотоцикле; для каждого сценария предусмотрены отдельные крепления и комплекты;
• две сменные батареи с поддержкой быстрой зарядки мощностью до 65 Вт;
• в наших измерениях точность оказалась выше заявленной.

Минусы

• для постобработки нужен мощный компьютер, а рендеринг требует как минимум NVIDIA RTX 4060 с 8 Гб видеопамяти;
• программа доступна только для Windows.

На этом обзор Hawk завершён. У 3DMakerPro есть ещё один SLAM-сканер — Raven. Он дешевле, и в следующем материале разберём, за счёт чего достигается эта разница. Напишите в комментариях, какой объект вы бы сняли таким устройством. Спасибо, что дочитали материал до конца!

Реклама. OOO "3Д Вижн". ИНН: 7802253640