基于ContextCapture的無人機(jī)傾斜攝影三維建模在舊城改造中的應(yīng)用

覃凱　孔麗云

摘要：隨著無人機(jī)飛行技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)無人機(jī)的日益普及使得無人機(jī)航拍應(yīng)用不再是高門檻行業(yè)。當(dāng)前，利用無人機(jī)拍攝后再進(jìn)行三維實(shí)景建模在許多行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用。本文依托ContextCapture軟件平臺(tái)，總結(jié)了在舊城改造項(xiàng)目中進(jìn)行三維實(shí)景建模的應(yīng)用實(shí)踐，并分析了產(chǎn)生過程中遇到的問題，提出了解決的思路。

關(guān)鍵詞：ContextCapture? 無人機(jī)傾斜攝影? 三維實(shí)景建模? 舊城改造

1 引言

隨著國(guó)產(chǎn)無人機(jī)的日益普及，航拍不再是高門檻行業(yè)，無人機(jī)的應(yīng)用在各行各業(yè)也得到了廣泛普及。無人機(jī)在城市管理、農(nóng)業(yè)林業(yè)、電力、搶險(xiǎn)救災(zāi)、警用、軍用等領(lǐng)域用途非常廣泛。近年來，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在許多專業(yè)領(lǐng)域也得到了快速地發(fā)展。在舊城改造中，利用無人機(jī)對(duì)項(xiàng)目范圍拍攝后進(jìn)行三維實(shí)景建模，利用3D模型進(jìn)行項(xiàng)目全方位實(shí)景展示、進(jìn)行地籍和建筑測(cè)量，成為了新興的技術(shù)手段，這對(duì)于舊城改造項(xiàng)目決策、數(shù)據(jù)測(cè)繪、證據(jù)保全等都提供了高效的解決方案。本文依托ContextCapture軟件平臺(tái)，總結(jié)分析了3個(gè)舊城改造項(xiàng)目三維實(shí)景建模的應(yīng)用實(shí)踐，并分析了產(chǎn)生過程中遇到的問題，提出了解決的思路。

2 三維實(shí)景建模在舊城改造中的應(yīng)用需求

三維實(shí)景建模在舊城改造中有著廣泛地應(yīng)用需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是項(xiàng)目決策階段文案展示的需要。舊城改造作為民心工程，在決策階段項(xiàng)目“改哪里”、“怎么改”往往需要全方位進(jìn)行論證。傳統(tǒng)的改造建議文案通過圖文方式展現(xiàn)不夠直觀、不全面，往往需要補(bǔ)充說明甚至需要多次現(xiàn)場(chǎng)走訪，效率低。如舊城改造項(xiàng)目做了三維實(shí)景建模，就可以全方位展示項(xiàng)目實(shí)景狀況，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方式的不足。二是測(cè)繪需要。舊城改造項(xiàng)目的地塊面積、總建筑面積都需要測(cè)繪，利用3D模型進(jìn)行測(cè)繪，大大提高了效率;三是固定證據(jù)的需要。在舊城改造項(xiàng)目中進(jìn)行三維實(shí)景建模，固定房屋證據(jù)后，在實(shí)施改造過程中，可以很容易對(duì)比出哪些房屋是突擊搶建的違法建筑。

3 ContextCapture三維建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程

采用ContextCapture三維建模前，需要做好航拍攝影分區(qū)、布設(shè)控制點(diǎn)、規(guī)劃好航拍線路后，全覆蓋地進(jìn)行航拍。拍照時(shí)，要保證照片重疊率，一般不低于75%。隨后即可利用ContextCapture三維建模軟件按照創(chuàng)建工程、空中三角測(cè)量、生成密集點(diǎn)云、 構(gòu)建TIN模型 、紋理切片映射，生成三維模型場(chǎng)景及發(fā)布三維成果等步驟。

4 舊城改造項(xiàng)目三維實(shí)景建模案例

本文以柳州市桂泰舊改、齒輪廠舊改、燎原舊改等3個(gè)舊城改造項(xiàng)目為例，用大疆精靈PHANTOM 4 PRO無人機(jī)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行45度傾斜攝影，航高一般為120米，相片橫向、縱向都保證75%-80%的重疊率。3個(gè)項(xiàng)目規(guī)模不等，最小68畝，最大801畝。航拍完成后，用三種不同配置的計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模運(yùn)算，每個(gè)項(xiàng)目建模時(shí)進(jìn)行不同的設(shè)置。燎原舊改項(xiàng)目由于項(xiàng)目規(guī)模大、航拍相片數(shù)多，第一次建模（即任務(wù)1）時(shí)，由于未篩選剔除航拍相片，部分運(yùn)行任務(wù)失敗導(dǎo)致3D模型不完整，產(chǎn)生了空洞。隨后又篩選剔除了重疊率過高的相片，再次進(jìn)行建模（即任務(wù)2），順利完成了建模（項(xiàng)目概況及三維建模概況詳見表一、表二）。

5 ContextCapture三維建模應(yīng)用總結(jié)與分析

5.1保證合適的相片重疊率。用無人機(jī)等進(jìn)行拍照時(shí)，首先要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行均勻拍照，確保相片較高達(dá)到的重疊率，一般要求重疊率在75%左右，否則容易產(chǎn)生空洞。齒輪廠舊改項(xiàng)目部分區(qū)域的相片重疊率不足導(dǎo)致出現(xiàn)了空洞效果（如圖1）。3個(gè)項(xiàng)目4個(gè)建模任務(wù)中，3D模型效果出現(xiàn)空洞的都是因?yàn)橄嗥丿B率不高導(dǎo)致的。當(dāng)然了，出現(xiàn)空洞后，我們也可以后期修復(fù)，但也需耗費(fèi)大量時(shí)間。其次相片重疊率無需過高，否則容易因相片數(shù)量過大導(dǎo)致建模運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)甚至部分任務(wù)運(yùn)算失敗。燎原舊改任務(wù)1就是因?yàn)槲春Y選剔除重疊率過高的相片，相片總數(shù)達(dá)到了1881張，加上建模時(shí)未正確設(shè)置，出現(xiàn)14個(gè)失敗任務(wù)，建模運(yùn)算耗時(shí)達(dá)157小時(shí)。而燎原舊改任務(wù)2篩選剔除重疊率過高的相片，將1881張相片篩選出1052張相片進(jìn)行建模，進(jìn)行正確的設(shè)置后，耗時(shí)20小時(shí)完成建模。

5.2正確設(shè)置ContextCapture參數(shù)。在ContextCapture進(jìn)行建模時(shí)，如不進(jìn)行正確的設(shè)置，會(huì)導(dǎo)致部分任務(wù)甚至全部任務(wù)失敗。ContextCapture參數(shù)設(shè)置這里重點(diǎn)介紹切塊模式設(shè)置。一般來說，如建模項(xiàng)目不進(jìn)行切塊，計(jì)算機(jī)內(nèi)存總量無法滿足運(yùn)算要求，因此需進(jìn)行切塊設(shè)置，切成若干瓦片后進(jìn)行運(yùn)算。切塊設(shè)置分自適應(yīng)切塊、規(guī)則平面切塊、規(guī)則立體切塊，設(shè)置一般要求切塊后，單任務(wù)預(yù)計(jì)使用內(nèi)存不能超過計(jì)算機(jī)物理內(nèi)存。任務(wù)運(yùn)算時(shí)，實(shí)際單任務(wù)內(nèi)存需求量有可能大于設(shè)置提示所需預(yù)計(jì)使用內(nèi)存，建議預(yù)留約一半的內(nèi)存空間。不推薦自適應(yīng)切塊，該設(shè)置容易導(dǎo)致任務(wù)失敗。燎原舊改任務(wù)1設(shè)置時(shí)采用規(guī)則平面切塊，預(yù)計(jì)使用內(nèi)存13GB，出現(xiàn)2個(gè)任務(wù)卡死，人工取消后還有12個(gè)任務(wù)失敗并提示內(nèi)存空間不足，建模總耗時(shí)達(dá)157小時(shí)，建模完成后3D模型不完整出現(xiàn)了空洞（如圖2）。

5.3選擇較高配置的計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模

從表一、表二的數(shù)據(jù)來看，桂泰舊改項(xiàng)目規(guī)模不大，相片數(shù)772張，但由于使用了較低配置的計(jì)算機(jī)（i3-4130+16GB RAM），雖沒有失敗任務(wù)但耗時(shí)較長(zhǎng);而燎原舊改任務(wù)2項(xiàng)目規(guī)模較大，相片數(shù)1052張，使用了較高配置的計(jì)算機(jī)（i5-7500+32GB RAM）后，建模耗時(shí)才20小時(shí)。我們通過對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)配置對(duì)建模運(yùn)算效率起決定作用，配置低的建模耗時(shí)長(zhǎng)甚至?xí)?dǎo)致任務(wù)失敗。一般來說，對(duì)于項(xiàng)目規(guī)模不大的建模，配置需一塊專業(yè)顯卡，推薦i5以上cpu，16G以上內(nèi)存;項(xiàng)目規(guī)模大的，推薦使用工作站建模。沒有條件使用較高配置計(jì)算機(jī)的，也可以通過多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)集群處理，提高運(yùn)行效率?？偟膩碚f，建模需要高配置計(jì)算機(jī)，配置越高越好。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過本文的總結(jié)，我們不難發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)拍攝+三維實(shí)景建模已不再是專業(yè)領(lǐng)域的專享技術(shù)。只要我們掌握一些無人機(jī)拍攝的技巧，再加上熟練使用ContextCapture等建模軟件，我們就可以很容易進(jìn)行三維實(shí)景建模。我們相信，隨著技術(shù)的發(fā)展，三維實(shí)景建模技術(shù)會(huì)在各行各業(yè)得到越來越廣泛地應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪承義，陳靜波，孟瑜，陳建勝等.新型航空遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[2] 宋雪蓮，阮璽睿，馬茹菲，張文，張威，丁磊磊，雷霞，謝彩云，陳偉，王志偉，葉美金等.基于ContextCapture的無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維建模.科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊.2018，26（21）：7-8.

作者簡(jiǎn)介

覃凱，男，壯，廣西百色，1979.04，工程師，計(jì)算機(jī)應(yīng)用、舊城改造。

孔麗云，女，漢，廣東清遠(yuǎn)，1981.01，副教授、工程師，軟件測(cè)試及數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用。