基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的三維數(shù)字城市建模

徐靖

摘要：傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)是近幾年發(fā)展起來的一種新興測(cè)繪技術(shù)，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)與物體三維測(cè)量等測(cè)繪及相關(guān)領(lǐng)域，具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠快速獲取現(xiàn)場(chǎng)高精度三維數(shù)據(jù)，結(jié)合三維圖像處理軟件，生成相對(duì)應(yīng)的地理剖面圖、局部細(xì)節(jié)尺寸等信息，對(duì)城市三維數(shù)字建模提供精準(zhǔn)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本篇文章主要對(duì)傾斜攝影測(cè)量在3D數(shù)字城市建模中的優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和探討。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量技術(shù);三維數(shù)字城市;三維建模

由于城市化過程不斷加快，城市規(guī)劃需要更準(zhǔn)確，更真實(shí)，更具有說服力的信息。實(shí)景三維模型被廣泛應(yīng)用于城市的數(shù)字建模中。傳統(tǒng)的航測(cè)技術(shù)只能簡(jiǎn)單地獲得地面物體上部的相關(guān)信息情況，很難從地面的輪廓和紋理獲得詳細(xì)信息。隨著攝影技術(shù)的發(fā)展，這種情況也因傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)而得到了改變。利用多個(gè)傳感器從不同角度收集地面物體信息，通過斜拍技術(shù)能夠更可靠、準(zhǔn)確地獲取到地面物體的具體信息，最終獲得真實(shí)的三維數(shù)字城市建模。

1傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與三維數(shù)字建模的概念

1.1傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)隨著科技的進(jìn)步在國(guó)際攝影制圖領(lǐng)域得到了巨大的發(fā)展，有很大的市場(chǎng)前景，真正突破了攝影本身由數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)組成的原有局限。對(duì)于地面信息和影像，可以滿足多角度數(shù)據(jù)采集的需求，同時(shí)采集的碰撞數(shù)據(jù)更加真實(shí)準(zhǔn)確。傾斜攝影測(cè)量有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是能夠真實(shí)的反映地物狀態(tài)，其與正射相比，可以從多個(gè)角度進(jìn)行拍攝，在一定程度上解決了對(duì)正射時(shí)出現(xiàn)的問題玉局限。二是可以提供進(jìn)行單張攝影時(shí)所需要的非常精準(zhǔn)的實(shí)際測(cè)量到的數(shù)據(jù)。通過相應(yīng)的軟件技術(shù)，能夠精準(zhǔn)的測(cè)量到圖像的實(shí)際長(zhǎng)度、角度、面積等方面。第三，能夠收集和處理建筑特征的信息。

1.2 三維數(shù)字建模

在三維模擬技術(shù)和現(xiàn)代空間信息技術(shù)不斷發(fā)展與應(yīng)用的前提下，建立三維空間模型更加簡(jiǎn)易化。在此基礎(chǔ)上，數(shù)字化模型的建立，可以為城市的規(guī)劃和發(fā)展提供寶貴的決策，能夠更好的服務(wù)于社會(huì)。

2傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于三維城市建模中的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用方法

2.1優(yōu)點(diǎn)

（1）與傳統(tǒng)照片不同，該照片幫助在不同角度上更好地看到姿態(tài)信息、屋頂紋理信息、地板紋理信息，反映了真實(shí)情況，彌補(bǔ)了正射鑲嵌上的不足。還可使用其他輔助工具直接得到 體積，角度，坡度，高度和長(zhǎng)度的結(jié)果。

（2）應(yīng)用于3D數(shù)字城市建模時(shí)，可以利用大尺度航拍的特點(diǎn)，采用斜拍批量獲取紋理的方式，既可以降低制作成本，工作強(qiáng)度也可以得到緩解的同時(shí)提高工作效率。與3D GIS技術(shù)中使用的3D數(shù)據(jù)相比，它可以更好的實(shí)現(xiàn)圖像的共享。

2.2應(yīng)用方法

3D建模過程中，一個(gè)比較簡(jiǎn)單的建筑通常被看成是一個(gè)多面體，幾個(gè)多面體組合在一起就形成了一個(gè)比較復(fù)雜的建筑。目前中國(guó)新建的建筑比較復(fù)雜，所以建模型并不容易，三張斜攝影可能更好獲取數(shù)據(jù)，需要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再進(jìn)行飽和拍攝等。查看統(tǒng)一，再次選擇并查看傾斜和垂直圖像，另一個(gè)進(jìn)行精確定位，然后進(jìn)行圖像匹配，將DSM數(shù)據(jù)與真實(shí)圖像對(duì)齊，預(yù)覽3D數(shù)字城市模型的場(chǎng)景，然后實(shí)施軟件增強(qiáng)以創(chuàng)建最終模型.

3 在三維數(shù)字模型建模中傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

3.1IMAGIS城市三維建模步驟

1）提取數(shù)據(jù)。一般采用地圖比例尺1-2000當(dāng)做參照，再進(jìn)行提取城市各個(gè)景觀部分的上界特征、下界特征、平面特征等有關(guān)數(shù)據(jù)，之后在提取的有關(guān)數(shù)據(jù)中提取出對(duì)建模來說有用的信息，對(duì)它們進(jìn)行存儲(chǔ)管理，并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成DXF文件。

2）建立景觀模型。通過利用第一步中提取到的有關(guān)數(shù)據(jù)，再基于城市真實(shí)存在的工程信息對(duì)城市規(guī)劃地圖等相關(guān)信息進(jìn)行匹配。將mapinfo等數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入，以tab格式進(jìn)行存儲(chǔ)，然后通過位相編程對(duì)景觀數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工處理，將匹配數(shù)據(jù)信息保存完整，最終以mif格式存儲(chǔ)，做一個(gè)沒有底面的半密閉五面體。

3）建立地形模型

三維地形模型主要是利用正射影像的方法來獲取基底信息，同時(shí)將基底信息與半閉五面體疊加起來，最終得到地形模型。在IMAGIS三維模型中，相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)需要滿足與基礎(chǔ)紋理匹配并疊加在DOM映射上的條件。

3.2 粘貼紋理信息和紋理采集

3.2.1紋理采集方式

①現(xiàn)場(chǎng)攝影。物是城市三維模型的主要組成部分，以與人們的生活和交通密切相關(guān)的元素來表達(dá)。因此，這些物體的紋理可以采取數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝，平面坐標(biāo)也可以通過現(xiàn)有數(shù)字地形圖和專業(yè)高度工具設(shè)計(jì)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)獲得;②航天航空遙感。航空攝影還也可以獲取地面紋理數(shù)據(jù)和物體高度信息，這是現(xiàn)在獲取三維信息的主要方式之一。這項(xiàng)技術(shù)已成為DEM和DOM生成的主要數(shù)據(jù)來源，由于衛(wèi)星價(jià)格的逐步下降，它在影響在紋理獲取工作方面有舉足輕重的作用。

3.2.2粘貼紋理信息

在建立三維數(shù)字模型時(shí)，紋理信息是不存在于模型之中的，不能完全反映城市的3D特征，需要在建筑物的屋頂或墻壁中嵌入紋理信息。紋理信息必須在三維模型的每個(gè)階段都插入。大型3D模型不能僅用一張照片覆蓋，需要進(jìn)行區(qū)塊拍攝。把它們分成很多部分，然后用photoshop和編輯軟件處理。

4三維建筑紋理信息的采集與處理工作

4.1 獲取三維建筑物的紋理

（1）采集所需要的建筑物的3D紋理。首先對(duì)采集區(qū)域內(nèi)的建筑物按特定的順序進(jìn)行標(biāo)注，后續(xù)的采集工作順序和標(biāo)注的順序相一致。把該標(biāo)記信息作為空間照片的序號(hào)，方便后續(xù)照片信息數(shù)據(jù)庫(kù)的工作。紋理進(jìn)行采集時(shí)候注意以下幾點(diǎn)：一是時(shí)間的選擇，最好在寒冷的冬天或者早春的時(shí)候，此時(shí)植物在建筑中的藏身之處較少，可以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。二是嘗試選擇干燥的時(shí)間在進(jìn)行紋理采集。第三，最好選擇一個(gè)固定的拍攝時(shí)間，這樣在同一時(shí)期收集的地形元素的信息就會(huì)是相同的。

（2）編輯紋理。收集紋理和紋理編輯二者之間有著緊密的聯(lián)系，相輔相成。編輯紋理工作有以下幾個(gè)部分：首先用PS對(duì)收集到的紋理信息進(jìn)行編輯，然后對(duì)采集到的紋理信息再進(jìn)行篩選、變換、拼接、扭曲，同時(shí)轉(zhuǎn)換文件的格式，讓它的格式符合3D模型要求的格式。

4.2 建三維模型

通過無人機(jī)斜拍測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)拍攝角度獲得的原始影像數(shù)據(jù)在亮度，飽和度和距深等方面略有差異，使人們的視覺感受也有所不同。所以所有的圖像必須是相同的。然后再根據(jù)校正的數(shù)據(jù)信息，來確定最終準(zhǔn)確的位置信息，從而建立起初步的3D城市模型。

4.3 鑲嵌

在把照片放入到模型之前，不得忽視很重要的一個(gè)步驟就是進(jìn)行調(diào)色處理。選擇同一張照片中分辨率最高的照片，可以提高模型的分辨率。把全部圖片集合后，要仔細(xì)檢查dom，看dom中是否有模糊或疏漏的問題，然后及時(shí)修改，寫出相關(guān)的問題。由于城市地物信息很復(fù)雜，因此包括學(xué)校，醫(yī)院，商業(yè)區(qū)，市區(qū)等，采用人工Mosaic的方法來避免高層建筑不同投影方式造成的圖像失真或畸變。根據(jù)切割要求，利用地理定位文件，以文本形式輸出3D模型的平面圖形。

5對(duì)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的未來展望

傾斜攝影技術(shù)可以獲得更廣泛的數(shù)據(jù)信息和更準(zhǔn)確的圖像信息。生成的圖像可以相互疊加，簡(jiǎn)化了三維智能對(duì)象的重構(gòu)。最重要的是，它通過多層紋理映射提高了效率，從而降低了測(cè)量成本。

在未來的發(fā)展中，還需要不斷探索及創(chuàng)新，通過不斷的技術(shù)交流，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，例如傾斜側(cè)影中加入雷達(dá)技術(shù)、紅外技術(shù)等，用無人機(jī)（UAV）將增加測(cè)量范圍，提取大數(shù)據(jù)和信息可以通過3D建模的方式。

6.結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)要想應(yīng)用到建模三維城市建模中，能夠使得三維數(shù)字城市和建模確保精準(zhǔn)有效，可降低生產(chǎn)成本并利用信息和數(shù)據(jù)，同時(shí)提高服務(wù)質(zhì)量，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張曉恒，基于傾斜攝影技術(shù)的城市三維實(shí)景建模及軌交線路設(shè)計(jì)方法研究[D].石家莊鐵道大學(xué)，2018.