智能點雲解算：結合雲端算圖農場 建構精準數位模型

貢獻撰文研究成員：郭嘉真、王志維、吳怡霖、劉淑馨

隨著科技的普及，產業與民眾對數位體驗的需求日益增長，可建構數位模型的點雲技術，在數位化時代中正逐漸扮演著舉足輕重的角色。國網中心憑藉多年在算圖領域的豐富經驗，悉心研發出智能點雲技術CSPCP（Cloud-based Smart Point Cloud Processing, CSPCP）。此技術結合了算圖農場的加速工作效率基礎，為國內產學研界提供了更快速、更精準的數位模型建構工具。

點雲技術是指使用掃描儀或其他數據擷取裝置測量、收集物體表面上的點位，這些點位包含其在空間中的X、Y、Z 坐標位置訊息，進而形成三維圖像。然而目前的點雲掃描因技術限制，往往受到環境影響而導致掃描出來的顏色、形狀失真。傳統的校正方法常依賴人力校正，而又由於點雲圖資量極為龐大，這樣的作業時間相當長。國網中心的智能點雲技術則以AI作為神隊友，協助使用者提升工作效率，為完成3D點雲建模的最後一哩路提供了強有力的支援。


左為Before:有異常紋路與顆粒；右為After, CSPCP消除異常紋路與顆粒（取樣：國網中心建築）

以廟宇建築為例，掃描的點雲數據量通常達到TB級別，人工檢查校正需耗時約6個月；但透過CSPCP的人工智慧自動校正，則可將時間縮短到一個月。CSPCP不僅實現建築或物品3D模型中錯誤色彩和殘影的自動校正，並達到毫米級精細度，產生無顆粒感效果。國家科學委員會的自駕車計畫也採用此技術，建構自駕車訓練的3D場域，將點雲檔案的雜點自動刪減到1%以下，剩下的雜點再由人工接手，可在一天內完成工作，大幅節省處理時間。

與國外知名學術機構研發的同類型技術相比，CSPCP在效能和使用便利性方面都表現出色。經公開資料集Okland 3-D測試，其準確率超過95%達國際頂尖水準；而辨識速率相較現行一流演算法提升100-600倍。此外，CSPCP也成功申請國家專利，使用者透過國網中心算圖農場即可使用此技術。憑藉著強大的效能和商業化應用，CSPCP於2021年拿下有研發界奧斯卡獎之稱的全球百大科技研發獎R&D 100 Awards獎項，及2023年臺灣創新技術博覽會發明競賽鉑金獎。


CSPCP獲頒2023年臺灣創新技術博覽會發明競賽鉑金獎

CSPCP的效能強大、應用多元，結合國網中心研發創建的算圖農場強力引擎，更猶如倚天劍及屠龍刀的完美結合。國網中心算圖農場自2011年開放以來，以高速運算為核心，整合電腦動畫、特效模擬與雲端算圖排程功能，解決影像圖資數據量過於龐大，影響工作效率的問題。已多次成功協助國內影視產業優化內容、打造引人入勝的創新體驗，知名舞者黃翊的新形態異地共演舞蹈作品，以及《刺客聶隱娘》、《一把青》、《斯卡羅》等影劇，都是算圖農場的指標案例。

有了算圖農場的強大加持，CSPCP將可提供國內各界更高品質、高效率的數位模型建構工具。使用者可從雲端快速開啟算圖農場和處理巨量數據，優化遠距工作效率，即便只有3G網速也能順利使用，享受高達每秒60幀的運算速度，因此在網路環境不佳的現場中，數位模型拍攝者只要能連上算圖農場雲端平台，即可快速處理點雲檔案，掌握工作進度。

而結合CSPCP功能的算圖農場，也相對可大幅提升數位內容的創作效率，以往電影、動畫中內容所需的空間場景，現在可利用點雲技術建模，並透過CSPCP的AI校正功能打造出逼真場景，取代一次性的實體搭景，不僅有助於娛樂、教育產學發展，更可符合永續發展目標。

CSPCP的應用相當多元，除了影像產業的數位內容建構，未來更具指標性的應用為減碳。政府近年在發展綠能科技的同時，也積極推動各種減碳措施，將二氧化碳儲存於地下或海底的碳封存就是選項之一。國研院海洋中心的勵進號研究船將啟動探勘適合碳封存的場址，並利用CSPCP將聲納訊號解算為海床底下的3D地質結構圖，以解決看不見深地層的痛點，加速實現2050年淨零碳排的願景。



數位模型的建立不僅對於古蹟保存、城市規劃、淨零排碳等領域具有巨大應用價值，同時也為數位孿生發展帶來新的契機。未來國網中心智能點雲技術透過高效、精確的特性，將持續在數位孿生的應用中發揮關鍵作用，為我們打造更加精準且真實的數位化世界。