傾斜攝影技術(shù)在崀山國(guó)家地質(zhì)公園實(shí)景三維建模中的應(yīng)用

趙淑玲

[摘要]利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)景三維建模是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)常規(guī)人工三維建模技術(shù)相比，該技術(shù)具有快速，簡(jiǎn)單，全自動(dòng)等人工三維建模技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)；通過(guò)在崀山國(guó)家地質(zhì)公園實(shí)景三維模型生產(chǎn)表明，這種方式高效、真實(shí)，具有非常好的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]傾斜攝影 三維建模 實(shí)景三維

[中圖分類號(hào)] P5 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-172-2

1引言

傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、多個(gè)傾斜等不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺(jué)的真實(shí)直觀世界。航空傾斜影像不僅能夠真實(shí)地反應(yīng)地物情況，而且還通過(guò)采用先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級(jí)的用戶體驗(yàn)，極大地?cái)U(kuò)展了遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域，并使遙感影像的行業(yè)應(yīng)用更加深入。同時(shí)，傾斜影像技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，使得高昂的傳統(tǒng)三維建模成本得以大大降低。由于傾斜影像為用戶提供了更豐富的地理信息，更友好的用戶體驗(yàn)以及其低廉的成本，該技術(shù)目前在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字城市、應(yīng)急指揮、國(guó)土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。

2傾斜攝影技術(shù)

通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從前、后、左、右和下視等多個(gè)不同的角度對(duì)地觀測(cè)，采集航空影像（如圖1所示）。

拍攝照片時(shí)，同時(shí)記錄航高、航速、航向重疊、旁向重疊、坐標(biāo)等參數(shù)，然后對(duì)傾斜影像進(jìn)行分析和整理。在某一時(shí)刻，飛機(jī)連續(xù)拍攝影像重疊的照片（如圖2）可以構(gòu)建立體三維模型。

在建立地物要素表面模型的過(guò)程中，相比垂直影像，傾斜影像有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)具有一定傾角的傾斜航攝相機(jī)獲取影像，提供更好的視角去觀察地物要素側(cè)面，具有如下的特點(diǎn)：

（1）可以獲取 多個(gè)視點(diǎn)和視角的影像，更加真實(shí)的反映地物的實(shí)際情況；

（2）具有較高的分辨率和較大的視場(chǎng)角；

（3）同一地物具有多重分辨率的影像；

（4）傾斜影像地物遮擋現(xiàn)象較突出；

（5）針對(duì)各種三維建模應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，加上從傾斜影像批量提取及貼附紋理的方式，能夠有效的降低三維建模成本。

3傾斜攝影技術(shù)在崀山國(guó)家地質(zhì)公園三維建模中的應(yīng)用

常規(guī)三維建模項(xiàng)目的建模對(duì)象主要是建筑物，崀山國(guó)家地質(zhì)公園建模對(duì)象除了建筑物外，更側(cè)重于“異構(gòu)”的地質(zhì)遺跡模型和大面積的植被模型。由于核心景區(qū)內(nèi)植被的分布、形態(tài)、種類等紛繁復(fù)雜、毫無(wú)規(guī)律，核心景區(qū)內(nèi)巖體等地質(zhì)遺跡結(jié)構(gòu)奇形怪狀、凹凸不平、很不規(guī)則，在目前計(jì)算機(jī)軟件和硬件所能承受的條件下，如何將大自然的鬼斧神工生動(dòng)逼真地在計(jì)算機(jī)里重塑，這是崀山三維建模的難點(diǎn)和關(guān)鍵。為了確保達(dá)到身臨其境的效果，在進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與處理的同時(shí)，我們嘗試了很多種技術(shù)方案，對(duì)各技術(shù)方案在理論上和實(shí)踐效果上進(jìn)行比較論證（如圖3、圖4所示），最終確定采用用IMU/GPS輔助傾斜航空攝影，利用Smart3DCapture？ 軟件生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，并以此生成基于真實(shí)影像紋理的高分辨率實(shí)景真三維模型，對(duì)真實(shí)場(chǎng)景在原始影像分辨率下的全要素級(jí)別的還原達(dá)到了無(wú)限接近真實(shí)的極致。其工作流程如圖5所示。

基于航空傾斜影像快速自動(dòng)構(gòu)建地表三維模型的技術(shù)，已經(jīng)在我國(guó)國(guó)內(nèi)一些城市、景區(qū)得到了較好地應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的人工建模技術(shù)，自動(dòng)建模技術(shù)在效率和成本上無(wú)疑具有非常大的優(yōu)勢(shì)（如表1所示）。

4結(jié)束語(yǔ)

本次生產(chǎn)利用傾斜攝影技術(shù)，完成崀山地質(zhì)公園面積約138km2三維實(shí)景生產(chǎn)。通過(guò)崀山實(shí)景三維模型展示，整體效果較好，場(chǎng)景色彩平衡，立體感強(qiáng)。尤其能將崀山國(guó)家地質(zhì)公園典型丹霞地貌、地質(zhì)遺跡等細(xì)微突出部分真實(shí)地構(gòu)建出來(lái)，對(duì)建筑物、橋梁、立交橋等能夠逼真反映，并且解決了模型紋理材質(zhì)、光影與崀山特定的地質(zhì)環(huán)境和氣候條件相一致的難題，真正地實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)快速實(shí)景三維景區(qū)的生產(chǎn)。同時(shí)，為崀山國(guó)家地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡的保護(hù)、地質(zhì)科普知識(shí)的宣傳和公園自然風(fēng)光的展示提供生動(dòng)直觀的載體。

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