虛擬現實中無人機傾斜攝影建模技術的應用

董昊錦

摘要：在現代計算機技術快速發(fā)展的過程中，利用虛擬現實技術進行智慧城市的建設，是未來我國現代化建設發(fā)展的重要方向。本文分析研究了虛擬現實中無人機傾斜攝影建模技術的應用，得出在其平臺三維場景構建中具有較高的應用價值。

關鍵詞：虛擬現實;無人機;傾斜攝影建模技術

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0116-01

1虛擬現實中應用無人機傾斜攝影建模技術的應用系統(tǒng)設計流程

在應用系統(tǒng)設計流程中，主要包括三大步驟：（1）利用無人機航拍采集到的信息數據進行模型處理。首先，利用無人機航拍采集到的傾斜影像，進行多視影像預處理，并且檢查無人機航拍過程中相鄰航帶側視影像飛行方向的一致性，從而明確圖像放置位置以及攝像機參數設置，準備工作完成后，開始進行空中三角測量。其次，對部分野外控制點進行加密，從而獲取精確外方位元素，以多視影像密集匹配的方法確定各個連接點，從而建立起三維TIN網絡。當數據區(qū)塊較大需要進行分塊處理時，則可以采取自適應切塊方法進行三維重建。最后，篩選紋理信息，完成自動紋理映射。（2）完成模型處理后，將其輸出并轉換成OBJ格式的三維場景模型，然后將其導入到3DS Max中，實施模型優(yōu)化工作。通過將模型轉化成可編輯狀態(tài)，就可以將模型中的懸浮物進行刪除，同時對模型大小進行相應的剪裁及其紋理進行合理修改，對于有水面的模型，如果存在變形可以針對變形進行修改。操作完成后，在UVW界面對映射錯誤的紋理進行修改。（3）模型優(yōu)化步驟完成后，則進入系統(tǒng)實現步驟。將OBJ格式模型導出到Unity 3D引擎中搭建三維場景，同時通過c#語言寫動態(tài)交互功能腳本，最終生成虛擬漫游系統(tǒng)。

2虛擬現實中應用無人機傾斜攝影建模關鍵技術

2.1傾斜影像聯(lián)合空中三角測量

無人機傾斜攝影所得影像數據包括垂直影像與傾斜影像，傳統(tǒng)的測算法已經不再適用于多元化的影像數據測算。使用傾斜攝影聯(lián)合空中三角測量，是通過拍攝影像中所記錄的影像參數，將拍攝瞬間的POS觀測值當做是原始影像，粗略測算外方位元素，然后與傳感器成像模型相結合，得到各個像元的坐標，利用相對定向的方法，進一步實施精確的元素匹配，得到像控點數據，獲得測量結果。

2.2多視影像密集匹配

從根本上來說，進行多視影像密集匹配就是確定各個影像問的同名像點。在匹配過程中，為盡可能避免遮擋情況影像匹配結果，則需要重視冗余信息的有效過濾。在影像匹配中，可以通過灰度匹配算法、關系匹配算法以及特征匹配算法等尋找同名像點。

2.3構建TIN網絡

在確定同名像點并獲得其坐標后，則可以生成高密度云，構建出不同層次的TIN網絡。同時，還可以進一步減少冗余數據信息，簡化平坦區(qū)域三角網，從而獲得場景三維信息。

2.4自動紋理映射技術

無人機傾斜攝影技術能夠將實地情況真實的顯現出來，能夠達到建模精度的要求。自動紋理映射技術能夠將影像拍攝的瞬時姿態(tài)進行還原，并通過將模型面與傾斜影像之間存在的索引關系聯(lián)系在一起，將TIN網絡模型作為基礎，并聯(lián)合數字三維技術、空間幾何技術等多項技術，將所有影像數據都進行一次空間篩選，從而獲得最具有模型適應性的影像集合，并將其讀入到模型中，自動實現紋理映射。

2.5場景漫游

在虛擬場景中，通過一定的裝備對場景實現全方位、多層次、多角度的瀏覽操作，就是場景漫游。場景漫游技術是在虛擬現實中實現人機交互的基礎。在場景漫游設計中，通過對無人機傾斜攝影的速度、姿態(tài)的控制，可以實現對不同虛擬場景的瀏覽，包括在建筑中穿梭，從高處俯視，同時還可以登陸漫游，通過界面中的實時地圖導航，用戶可以進入到不同的虛擬場景中進行漫游，從而獲得不同的觀賞感受。

3模型構建

在模型構建過程中，需要確定建模系統(tǒng)。在實際應用中，可以采用Bentley公司Smart3D Capture全自動三維建模系統(tǒng)，其具有全自動、速度陜、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，并且其對于數據源的兼容性較高，能夠對多種數據輸出格式進行優(yōu)化，可以實現基于真實影像的超高密度點云數據。具體來說，Smart3D Capture在對數據進行處理過程中，在導人數據后，通過空中三角測量，匹配生成密集點云數據，并基于點云構建TIN網絡，然后自動構建場景的三維模型，自動進行紋理切片映射，最終生成三維模型。在模型構建全過程中，都不需要人工進行干預，極大的節(jié)約了人力。同時需要注意的是，利用Smart3D Capture建模系統(tǒng)雖然能夠陜速完成模型構建，在其仍舊存在需要改進的地方。例如在遮擋較為嚴重的場景中，或在水面、樹林等區(qū)域，以及建筑物不規(guī)則等情況下，構建出的模型可能會存在變形或者缺失的情況。因此，在建模系統(tǒng)工作完成后，需要后期人工對模型進行檢查優(yōu)化，以使模型構建達到最優(yōu)。

4系統(tǒng)實現

在漫游系統(tǒng)實現中，可以利用Unity 3D引擎實現對場景虛擬漫游系統(tǒng)的實現。Unity 3D引擎是Unity Technologies公司開發(fā)的一種多平臺集成游戲開發(fā)工具，其具有模型兼容性優(yōu)良、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較高以及交互設計多樣性等優(yōu)勢。具體來說，將模型導入到unity3D中后，系統(tǒng)即對其進行場景渲染、組織跳讀、碰撞檢測、交互控制等工作，最終完成系統(tǒng)實現。具體來說，在場景模型導人中，將OBJ格式的文件導人到unity3D中，通過創(chuàng)建燈光、調節(jié)光線、調整亮度等，實現不同天氣條件下的現實場景，突出體現空間的層次感，同時在地面、建筑等場景中添加碰撞組件，進行碰撞檢測。在虛擬現實平臺構建中，最基本的是具有漫游功能，因此在系統(tǒng)中進行角色漫游的設計與實現非常重要。在漫游系統(tǒng)中，可以利用GuI界面對用戶進行引導，使其既可以瀏覽其他界面，同時也能夠自行選擇不同的場景進行漫游。在GUI主界面中，可以根據不同的場景設置多樣化的菜單選項，包括場景選項、導航選項、幫助選項等，用戶可以點擊選項進入不同界面。

Capture）結合在一起，極大地提高了構建城市三維模型的可行性，并且能夠快速構建起城市三維場景，同時通過3Ds Max建模軟件，實現了場景的進一步優(yōu)化，最后將構建模型導入unity3D引擎中，能夠實現虛擬漫游系統(tǒng)生成，完成三維交互式場景布局展示?？傊?，將無人機傾斜攝影建模技術應用于虛擬現實平臺構建中，對于未來實現虛擬城市項目建設具有重要的促進作用，對于未來智慧城市的建設與發(fā)展具有重要的現實意義。