傾斜攝影實景三維單體化建模技術(shù)研究與應用

徐榮

摘要：隨著無人機傾斜航空攝影技術(shù)?愈加成熟，傾斜攝影建模軟件制作的實景三維模型具有生產(chǎn)效率高、更新速度快、模型結(jié)構(gòu)及紋理真實等優(yōu)勢。但實景三維模型數(shù)據(jù)的本質(zhì)是由帶有真實紋理的連續(xù)三角面構(gòu)成，無法形成單獨的地理實體。該缺點導致實景三維模型數(shù)據(jù)的應用程度不高。本文將通過實際項目案例介紹利用DP-Modeler實現(xiàn)實景三維模型單體化的技術(shù)研究并總結(jié)該成果的應用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;實景三維模型;單體化

1引言

近年來，隨著實景三維中國以及智慧城市時空大數(shù)據(jù)平臺的建設工作逐步推進，傾斜攝影技術(shù)及實景三維建模技術(shù)的優(yōu)勢愈加明顯。傾斜攝影技術(shù)能夠快速、高效地獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維幾何信息、紋理信息的自動化提取、能真實反映地面實際情況，滿足人們對大尺度三維場景模型的需求。由此也促進了無人機傾斜攝影搭載平臺、傾斜相機以及實景三維建模軟件的蓬勃發(fā)展[1]。但該方式生產(chǎn)的實景三維模型是一張真實表達地表的面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，對實景三維模型中的地物地類均無法單獨選中，進而無法對數(shù)據(jù)進行屬性掛接，導致實景三維模型數(shù)據(jù)的應用受到了極大的限制[2]。

為彌補該數(shù)據(jù)缺陷，充分挖掘?qū)嵕叭S模型的數(shù)據(jù)價值，行業(yè)內(nèi)早期提出了三種實景三維模型單體化的方法，主要包括物理分割法、ID標記法和動態(tài)包合渲染法[3]。為了實現(xiàn)全要素城市實景三維模型的單體化，衍生出了通過模型重建實現(xiàn)真正單體化的方法，基于傾斜攝影實景三維模型重建三維模型的精細結(jié)構(gòu)，再利用空三成果恢復傾斜航空攝影獲取影像的空中姿態(tài)及位置信息，對重建的三維模型進行自動貼圖，最后輔以人工修飾實現(xiàn)模型的生產(chǎn)制作[4]。該方式彌補了傳統(tǒng)手工建模的效率低、精度不高、紋理不真實等缺點[5]。

2傾斜攝影實景三維建模

傾斜攝影實景三維模型是基于無人機傾斜攝影技術(shù)獲取地面多角度影像，結(jié)合外業(yè)像控點進行絕對定向，通過自動空中三角測量解算得到影像姿態(tài)，利用多視角影像匹配構(gòu)建TIN網(wǎng)進而生成三維白膜，最后進行紋理映射得到最終的實景三維模型數(shù)據(jù)，較為通用的數(shù)據(jù)格式有OSGB、OBJ等，可導入各類三維展示平臺進行瀏覽。利用自動化生產(chǎn)的無人機傾斜攝影實景三維建模相較于傳統(tǒng)的建模方式，有著高效、高度自動化和高場景逼真度等諸多優(yōu)點。

3單體化建模

實景三維模型單體化技術(shù)是以自動化生產(chǎn)的實景三維模型作為基礎數(shù)據(jù)源，將實景三維模型以及空三結(jié)果導入到單體化軟件中進行精細化建模，并利用空三結(jié)果實現(xiàn)影像自動映射到白膜，再通過人工對自動映射效果不理想的紋理進行精修。航空影像對底商、地面、城市部件等遮擋區(qū)域存在信息缺失的情況，因此，再結(jié)合人工外業(yè)地面拍攝的照片，可補充所需的紋理信息。該過程類似于傳統(tǒng)人工建模，但優(yōu)化了傳統(tǒng)人工建模的精度，能通過對影像多角度觀測建模，使模型具有精確的三維坐標信息，模型的貼圖來源于航空攝影，色彩更為真實、色調(diào)一致。

4項目案例及應用

4.1項目介紹

以某城區(qū)體育中心建筑為例，該建筑具有結(jié)構(gòu)復雜，底部遮擋較多等情況，同時屬于城區(qū)內(nèi)重點關(guān)注區(qū)域，需以I級模型精度要求進行建模，因此，該區(qū)域在進行傾斜航空攝影自動化建模時，采用1：1000精度要求進行航攝以及像控點布設，最終實景三維模型平面精度需優(yōu)于0.3米，高度精度要求需優(yōu)于0.5米。

天際航DP-Modeler單體化軟件，可利用導入的實景三維模型OBJ數(shù)據(jù)進行精細化建模，通過創(chuàng)建工具中的點、線、多邊形等建模工具在實景三維模型上拾取模型真實點位完成模型的制作，在自由視圖中可非常直觀的檢查模型制作是否有誤，在投影視圖中則可優(yōu)選最佳角度的影像進行紋理映射。利用傾斜攝影實景三維模型進行單體化不僅僅局限于建筑要素，同時部件要素、交通要素、植被要素、水系要素等均可從其提取出并進行單體化建模，最終生產(chǎn)的精細三維模型地理要素類型覆蓋全面，可真實還原城市三維場景，各地理要素均具有可量測性。

4.2成果應用

該成果最終以3dMax格式導入三維可視化管理平臺中，建該平臺中的建筑、部件、交通設施等要素均為獨立個體，可進行全方位瀏覽、掛接屬性、空間分析等功能。傾斜攝影實景三維模型數(shù)據(jù)只有進行單體化后才能成為真正意義上的地理信息數(shù)據(jù)，具有圖查屬性、屬性查圖、緩沖區(qū)查詢等GIS功能。在國土空間規(guī)劃管理方面，單體化三維模型可進行用地紅線分析、控高分析、規(guī)劃方案對比分析、通視分析、天際線分析等功能。在災害應急方面，該成果可進行淹沒分析、管線爆破分析等功能輔助應急部門應對突發(fā)災害。在文物保護方面，可利用該成果對具有保護價值的歷史建筑進行三維建模，實現(xiàn)歷史文物的保護、管理以及破損重建。

5總結(jié)

本文利用項目案例介紹了實景三維模型單體化的技術(shù)流程，并總結(jié)了該成果的應用方向。隨著越來越多的單體化項目案例實施，傾斜攝影實景三維模型單體化技術(shù)的應用將越來越廣泛，單體化三維數(shù)據(jù)的實用價值較于傳統(tǒng)手工建模數(shù)據(jù)得到了極大的提升。但單體化建模的過程仍然存在人工干預多，周期長等問題，如何實現(xiàn)三維模型快速制作以及提升三維模型更新速度是行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

參考文獻：

[1]聶贊， 文琳， 黃山，等. 傾斜攝影的單體化建模研究[J]. 地理空間信息， 2019， 17（3）：4.

[2]鄭月、陳吉、孫韜、魯藝玲. 基于無人機傾斜影像的模型重建單體化及精度研究[J]. 中阿科技論壇（中英文）， 2020（10）：3.

[3]郭如寶， 郝利娟， 劉旭東，等. 基于傾斜攝影的實景三維單體化模型構(gòu)建方法[J]. 測繪通報， 2021（1）：5.

[4]沈昌兵. 傾斜攝影測量在城市數(shù)字化三維建模及更新中的應用研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2020， 43（7）：6.

[5]張紅華，趙威成，劉強凱.傾斜攝影實景三維模型建筑物單體化方法研究[J].北京測繪，2020，34（ 3） ： 9.