_ AI și genus- algoritmii condiționati creează modele precise gata de simulare ale a 600.000 de arbori urbani existenți

Filozoful irlandez George Berkely, cel mai bun cunoscut pentru teoria sa despre imaterialism, odinioară a gândit celebru: „Dacă un copac cade într-o pădure și nu este nimeni prin preajmă să-l audă, scoate un sunet?” Dar copacii generați de AI? Probabil că nu ar scoate niciun sunet, dar vor fi totuși critici pentru aplicații precum adaptarea florei urbane la schimbările climatice.

În acest scop, noul sistem „Tree-D Fusion” dezvoltat de cercetători la MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), Google și Purdue University combină AI și modelele de creștere a arborilor cu datele Auto Arborist de la Google pentru a crea modele 3D precise de copaci urbani existenți.

Proiectul a produs prima bază de date la scară largă cu 600.000 de modele de arbori conștiente de mediu, pregătite pentru simulare, în America de Nord.

„Facem o punte decenii de știință forestieră cu capacități moderne de inteligență artificială”, spune Sara Beery, profesor asistent al MIT de inginerie electrică și științe informatice (EECS), cercetător principal al MIT CSAIL și co-autor la o nouă lucrare postată pe serverul de pretipărire arXiv despre Tree-D Fusion.

„Acest lucru ne permite nu doar să identificăm copacii din orașe, ci să anticipăm cum vor crește și cum vor avea impact asupra împrejurimilor în timp. Nu ignorăm ultimii 30 de ani de muncă pentru a înțelege cum să construim aceste modele sintetice 3D; în schimb, folosim AI pentru a face aceste cunoștințe existente mai utile într-un set mai larg de copaci individuali din orașele din jurul Americii de Nord și, în cele din urmă, pe glob.”

Tree-D Fusion se bazează pe monitorizarea anterioară a pădurilor urbane. eforturile care au folosit datele Google Street View, dar le ramifică prin generarea de modele 3D complete din imagini individuale. Tree-D Fusion poate crea modele detaliate care includ caracteristici de obicei ascunse, cum ar fi partea din spate a copacilor care nu sunt vizibile în fotografiile din stradă.

Aplicațiile practice ale tehnologiei se extind cu mult dincolo de simpla observare a orașului planificatorii ar putea folosi Tree-D Fusion pentru a privi într-o zi viitorul, anticipând unde ramurile în creștere s-ar putea încurca cu liniile electrice sau identificând cartierele în care amplasarea strategică a copacilor ar putea maximiza efectele de răcire și calitatea aerului Îmbunătățiri, spune echipa, aceste capacități de predicție ar putea schimba gestionarea pădurilor urbane de la întreținerea reactivă la planificarea proactivă.

Cercetătorii au adoptat o abordare hibridă a metodei lor, folosind învățarea profundă pentru a crea un plic 3D al fiecărui copac. forma, apoi folosind modele procedurale tradiționale pentru a simula modele realiste de ramuri și frunze bazate pe genul copacului. Această combinație a ajutat modelul să prezică modul în care copacii vor crește în diferite condiții de mediu și scenarii climatice, cum ar fi diferite temperaturi locale posibile și acces variabil la apele subterane.

Acum, în timp ce orașele din întreaga lume se confruntă cu creșterea temperaturii, această cercetare oferă o nouă fereastră către viitorul pădurilor urbane. Într-o colaborare cu Senseable City Lab de la MIT, Universitatea Purdue și echipa Google se angajează într-un studiu global care re-imaginează copacii ca scuturi climatice vii. Sistemul lor de modelare digitală surprinde dansul complicat al modelelor de umbră de-a lungul anotimpurilor, dezvăluind modul în care silvicultură urbană strategică ar putea schimba blocurile înăbușitoare ale orașului în cartiere mai răcorite natural.

„De fiecare dată când un vehicul de cartografiere a străzilor trece printr-un oraș acum, nu facem doar instantanee, ci urmărim aceste păduri urbane evoluând în timp real”, spune Beery. „Această monitorizare continuă creează o pădure digitală vie care oglindește omologul său fizic, oferind orașelor o lentilă puternică pentru a observa cum stresurile de mediu modelează sănătatea copacilor și modelele de creștere în peisajul lor urban.”

Modelarea arborilor bazată pe inteligență artificială a a apărut ca un aliat în căutarea justiției ecologice: prin cartografierea copacilor urbani în detaliu fără precedent, un proiect parte din echipa Google AI for Nature a ajutat la descoperirea disparităților în spațiul verde. acces în diferite zone socioeconomice. „Nu studiem doar pădurile urbane, ci încercăm să cultivăm mai multă echitate”, spune Beery. Echipa lucrează acum îndeaproape cu ecologiști și experți în sănătatea copacilor pentru a perfecționa aceste modele, asigurându-se că, pe măsură ce orașele își extind copertinele verzi, beneficiile se ramifică la toți rezidenții în mod egal.

În timp ce fuziunea Tree-D marchează unele importante. „creștere” pe teren, copacii pot fi o provocare unică pentru sistemele de viziune computerizată. Spre deosebire de structurile rigide ale clădirilor sau vehiculelor pe care tehnicile actuale de modelare 3D se descurcă bine, copacii sunt schimbatori de formă ai naturii – legănându-se în vânt, împletind ramuri cu vecinii și schimbându-și constant forma pe măsură ce cresc. Modelele de fuziune Tree-D sunt „gata de simulare” prin faptul că pot estima forma copacilor în viitor, în funcție de condițiile de mediu.

„Ceea ce face această lucrare interesantă este modul în care ne împinge pentru a regândi ipotezele fundamentale în viziunea computerizată”, spune Beery. „În timp ce tehnicile de înțelegere a scenei 3D, cum ar fi fotogrammetria sau NeRF [câmpurile radiante neuronale] excelează la capturarea obiectelor statice, copacii necesită noi abordări care să țină seama de natura lor dinamică, unde chiar și o adiere blândă le poate modifica dramatic structura de la un moment la altul.”

Abordarea echipei de a crea plicuri structurale brute care aproximează forma fiecărui copac s-a dovedit remarcabil de eficientă, dar anumite probleme rămân nerezolvate. Poate cea mai supărătoare este „problema copacului încurcat”; când copacii vecini cresc unul în celălalt, ramurile lor împletite creează un puzzle pe care nici un sistem AI actual nu îl poate dezlega pe deplin.

Oamenii de știință văd setul de date ca pe o rampă de lansare pentru viitoare inovații în viziunea computerizată și sunt deja explorând aplicații dincolo de imaginile street view, căutând să-și extindă abordarea către platforme precum iNaturalist și capcane pentru animale sălbatice.

„Acest lucru marchează doar începutul pentru Tree-D. Fusion”, spune Jae Joong Lee, Ph.D. la Universitatea Purdue. student care a dezvoltat, implementat și implementat algoritmul Tree-D-Fusion. „Împreună cu colaboratorii mei, îmi imaginez extinderea capacităților platformei la o scară planetară. Scopul nostru este să folosim informații bazate pe inteligență artificială în serviciul ecosistemelor naturale – susținând biodiversitatea, promovând sustenabilitatea globală și, în cele din urmă, beneficiind de sănătatea întregii noastre planete. „

Această poveste este republicată datorită MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre Cercetare, inovare și predare MIT.

(Fluierul)