三維城市建模中的建筑墻面紋理快速獲取

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，城市建設(shè)進(jìn)程不斷加快，城市空間的管理已經(jīng)不再滿足于一維、二維的單一模式，而是開始采用三維模式。通過建立三維城市建模，可以對(duì)城市的空間信息進(jìn)行綜合的管理和服務(wù)，才能更好的滿足城市快速發(fā)展的需要。在三維城市建模中，建筑墻面紋理的快速獲取至關(guān)重要，它直接關(guān)乎到城市建模的施工質(zhì)量。本文主要從三維城市建模中的建筑墻面紋理的快速獲取方式進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】三維城市建模 建筑墻面紋理 快速獲取

隨著城市建設(shè)進(jìn)程的加快，三維城市建模逐漸占據(jù)主要地位。在三維城市建模中最重要的是如何快速獲取建筑墻面的紋理。現(xiàn)有的建筑墻面紋理獲取存在效率低下，人工勞動(dòng)強(qiáng)度不高等問題。為了加快建筑墻面紋理的獲取速度，相關(guān)單位對(duì)快速獲取方式進(jìn)行探究，并將計(jì)算機(jī)視覺、攝影測(cè)量以及GIS應(yīng)用于其中。建筑紋理的數(shù)據(jù)獲取分為兩個(gè)部分，一個(gè)是屋頂面紋理的數(shù)據(jù)獲取，另一個(gè)是建筑墻面紋理的獲取，我們這里所要講的是墻面紋理的獲取。對(duì)墻面紋理的獲取主要通過地面攝影以及人工后續(xù)處理的方式進(jìn)行。這類獲取方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且操作起來比較復(fù)雜。影像三維重建方式的出現(xiàn)改變了這一難題，為墻面紋理數(shù)據(jù)的獲取提供了更有有效地方式。下面我們就對(duì)影像三維重建方式進(jìn)行介紹。

一、三維建模紋理的采集方法

首先是實(shí)地?cái)z影。城市三維建模的重點(diǎn)是以建筑物為主，其中還包含了與人類社會(huì)生活相關(guān)的一些交通房屋建筑等要素，這些要素是構(gòu)成城市三維建模的主要內(nèi)容。對(duì)城市三維建模紋理數(shù)據(jù)的收集就是對(duì)這些因素紋理數(shù)據(jù)的收集。通常采用的收集方式是數(shù)碼相機(jī)的實(shí)地拍攝。通過實(shí)地拍攝能夠最為真切的了解城市三維建模中的建筑墻面紋理數(shù)據(jù)，同時(shí)通過后期的人工整理也能夠得到最為科學(xué)的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行實(shí)地拍攝之后，相關(guān)人員可以將數(shù)據(jù)標(biāo)志在平面坐標(biāo)之中，然后通過計(jì)算得出建筑的高度信息。在實(shí)地拍攝過程中，除了采用數(shù)碼相機(jī)拍攝之外，還可以采用專業(yè)測(cè)高儀器進(jìn)行測(cè)量。無論哪種測(cè)量方式都必須要保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

其次是航空航天遙感測(cè)量。目前三維城市建模中的建筑墻面紋理數(shù)據(jù)信息獲取的主要方式就是通過航空航天遙感測(cè)量。這種測(cè)量方式所依賴的是航空攝影影像技術(shù)，該技術(shù)能夠測(cè)量出地面高程信息和紋理數(shù)據(jù)。航空航天遙感測(cè)量依靠的是衛(wèi)星遙感，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，現(xiàn)代衛(wèi)星的遙感技術(shù)很高，高分辨率，高精度和低費(fèi)用。這些特點(diǎn)使得航空航天遙感測(cè)量技術(shù)逐漸成為三維城市建模中建筑墻面紋理快速獲取的主要方式之一，隨著科技的進(jìn)一步創(chuàng)新，該技術(shù)會(huì)在三維城市建模中的作用越來越大。

再者是激光掃描測(cè)量。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)在社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的越來越廣泛，尤其是三維激光掃描儀在工程領(lǐng)域的成功應(yīng)用。該技術(shù)的成功應(yīng)用引起了三維城市建模相關(guān)人員的關(guān)注，通過預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光掃描技術(shù)能夠應(yīng)用于三維城市建模中的建筑墻面紋理的快速獲取。具體而言，通過激光掃描測(cè)距原理，能夠瞬間得到空間三維坐標(biāo)值和空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過對(duì)這兩個(gè)方面的獲得，可以快速的建立起一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不規(guī)則的三維場(chǎng)景。激光掃描測(cè)量咋應(yīng)用過程中既省事又省力，該技術(shù)與其他測(cè)量技術(shù)的搭配使用，大大提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

然后是車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)。車載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)是一個(gè)包含傳感器在內(nèi)的多個(gè)技術(shù)相互結(jié)合而成的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋了很多的傳感器，這些傳感器之間的配合使得該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠?qū)γ婕y理數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)繪，同時(shí)也能夠通過測(cè)繪能夠自然建立起一個(gè)科學(xué)的三維坐標(biāo)圖像。例如，相對(duì)定位傳感器的應(yīng)用，使得測(cè)繪范圍更加廣泛，其中涉及視頻攝像機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)以及激光測(cè)距儀雷達(dá)等設(shè)備，這些設(shè)備的使用大大提高了測(cè)繪的范圍和測(cè)繪數(shù)字的準(zhǔn)確性。

最后是航空傾斜攝像。航空傾斜攝像的出現(xiàn)，使得航空攝像范圍更加廣泛。傳統(tǒng)的正攝像只能夠從垂直的角度進(jìn)行拍攝，傾斜攝像可以從傾斜的角度進(jìn)行拍攝，從這個(gè)角度考慮，該技術(shù)的出現(xiàn)完善了航空攝像。這二者之間的配合使得測(cè)繪人員能夠測(cè)量出更為豐富的影像信息，大大擴(kuò)展了遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域?？梢哉f，航空傾斜攝像的引進(jìn)和應(yīng)用，開辟了遙感攝像應(yīng)用的新領(lǐng)域，提高了我國(guó)三維城市建模建筑墻面紋理的測(cè)繪速度。

二、建筑墻面紋理重建的方式

在三維城市建模中的建筑墻面紋理快速獲取過程中，因?yàn)槿菀资艿礁鞣矫嬉蛩氐挠绊懀钥赡軙?huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果存在一定的誤差?；诖?，我們對(duì)建筑墻面紋理的重建方式進(jìn)行介紹。

首先是建筑幾何模型的邊界表示。采用合適的建筑幾何模型對(duì)建筑墻面紋理進(jìn)行測(cè)繪至關(guān)重要。相關(guān)人員在進(jìn)行建筑墻面紋理測(cè)繪時(shí)，可以采用邊界表示法建立幾何測(cè)繪模型。所謂邊界表示法是一種常見的三維矢量數(shù)據(jù)模型，通過描述實(shí)體的邊界來表示一個(gè)實(shí)體。上面我們分析了獲取建筑墻面紋理數(shù)據(jù)的一些方法，獲取這些數(shù)據(jù)之后最重要的工作就是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理。采用邊界表示法可以準(zhǔn)確的建立起一個(gè)三維模型，進(jìn)而幫助相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。

其次是從“粗”到“細(xì)”的建筑輪廓線影像配準(zhǔn)過程。三維城市建模中的建筑墻面紋理的幾何模型監(jiān)理過程中，存在從“粗”到“細(xì)”的兩種建筑輪廓線影像配準(zhǔn)過程?？茖W(xué)合理的選擇這兩種配準(zhǔn)方式，有利于紋理數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析。根絕這兩種配準(zhǔn)方式的不同，相關(guān)人員要結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的配準(zhǔn)方式。

三、總結(jié)

影像三維重建方法的出現(xiàn)解決了建筑墻面紋理數(shù)據(jù)快速獲取的難題，規(guī)避了傳統(tǒng)獲取方式耗時(shí)耗力的問題，為城市建筑更好更快的建設(shè)提供了科學(xué)的方法。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展以及城市人口的不斷增加，如何更好地建設(shè)城市是相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)考慮的重點(diǎn)問題。傳統(tǒng)的二維建筑城市的方式已經(jīng)滿足不了時(shí)代發(fā)展的潮流，所以必須采用三維城市建模。而其中最為重要的就是建筑墻面紋理數(shù)據(jù)的快速獲取。本文主要講解了快速獲取的方式，希望對(duì)讀者了解三維城市建模有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]王杰，崔世杰，李光宇，王邵騫，面向數(shù)字城市建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究[J]，科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（29）

[2]黃銘，肖明虹，基于SketchUp和ArcGIS的城市，3維建模技術(shù)研究[J]，測(cè)繪與空間地理信息，2012（08）

作者簡(jiǎn)介：

劉靜，女，1977年8月—，籍貫：四川成都，講師本科，研究方向：圖形圖像。