基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模研究

董衛(wèi)平

【摘 要】在建設(shè)數(shù)字城市的過程中，三維空間數(shù)據(jù)在城市的整體規(guī)劃、市政建設(shè)與城市交通中具有廣泛的應(yīng)用。基于此，論文首先對三維建模通常使用的構(gòu)建方式進行介紹，然后將某數(shù)字城市的建設(shè)作為項目實例進行基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模研究。

【Abstract】In the process of the construction of digital city， 3D spatial data has been widely used in overall planning of the city ，municipal construction and city traffic. Based on this， this paper firstly introduces construct methods commonly used of three-dimensional modeling， then taking a digital city construction project as an example ， studies the 3D modeling based on the digital photogrammetry.

【關(guān)鍵詞】數(shù)字攝影測量技術(shù)；三維建模；數(shù)字城市

【Keywords】digital photogrammetry； 3D modeling； digital city

【中圖分類號】P232 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0185-02

1 引言

城市化進程的加快促進了數(shù)字城市的建設(shè)與發(fā)展，人們逐漸加強對三維建模精確性與實效性的重視。三維建模為數(shù)字城市建設(shè)提供科學的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有很強的直觀性。

2 三維建模的構(gòu)建方式

作為建設(shè)數(shù)字城市三維地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵，保證三維模型具有良好的精度，并且提高建模效率對于三維地理信息系統(tǒng)作用的發(fā)揮、保證建設(shè)周期具有重要意義。通常使用的建模方式包括如下幾種。

2.1 航空攝影測量

使用該技術(shù)，能夠創(chuàng)建立體環(huán)境，實現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的位置、高度、形狀信息的快速與準確獲取。然后結(jié)合外業(yè)紋理采集與正射影響屋頂信息能夠進行精細三維模型的構(gòu)建。完善的DEM與DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線能夠進行三維場景中地形數(shù)據(jù)的快速與準確重建，將城市風貌展現(xiàn)出來。

2.2 機載激光雷達掃描

使用該方式能夠?qū)崿F(xiàn)城市建筑與地表模型的快速獲取，但是獲取到的數(shù)據(jù)量具有一定的規(guī)模性，提升了數(shù)據(jù)的處理難度，需要采取相對麻煩的人工措施才能將其中有益的信息提取出來。另外，該種方式的三維建模中不能將建筑物色彩與紋理呈現(xiàn)出來。[1]

2.3 使用二維資料

立足于建筑規(guī)劃的圖紙，提取其中的二維資料，使用合適的軟件如AutoCAD等進行三維模型數(shù)據(jù)的建立。該種方式進行數(shù)據(jù)收集時需要進行大量工作，并且不能保證數(shù)據(jù)具有時效性。另外，針對建筑物頂部存在的紋理盲區(qū)，也需要進行大量工作才能獲取高程數(shù)據(jù)。與機載激光雷達掃描方式一樣，不能將建筑物色彩與紋理呈現(xiàn)出來。

3 基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模

3.1 基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模優(yōu)勢

獲取、處理與分發(fā)數(shù)據(jù)均為數(shù)字形式，并且能夠通過計算機實現(xiàn)攝影測量中全部流程；數(shù)字攝影測量技術(shù)能夠幫助設(shè)計人員進行目標建筑物的幾何空間與高程數(shù)據(jù)的快速構(gòu)建，并且精度高、快速成像；地面建筑能夠?qū)崿F(xiàn)達到cm級別的空間幾何精度，降低數(shù)據(jù)更新的難度，能夠在規(guī)模較大的工程項目中應(yīng)用，能夠為建設(shè)數(shù)字城市與地球建立基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)框架；相較于使用計算機制作動畫與景觀模擬，基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模能夠在目標建筑物具有的實際地理坐標下進行真實三維景觀模型的構(gòu)建[2]。在該種模型中，建筑物中各元素之間的空間相對位置與實際情況是一一對應(yīng)的，并且能夠?qū)ζ渲械娜我恻c測量三維坐標，能夠達到測繪要求的精度級別。

3.2 基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模方式

論文將某數(shù)字城市的三維建模方式作為實際進行分析，該城市基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模技術(shù)線路如圖1所示。

3.2.1 航空攝影測量

論文所舉的項目實例中使用DMC進行航空攝影，能夠取得相關(guān)影像資料，與實地比例為1∶5000，地面的分辨率為0.06m。使用航天遠景技術(shù)中的軟件對獲取的影像資料、外業(yè)像控資料進行空三加密處理，從而獲取三維建模中需要的外方位元素與加密點的具體坐標。

3.2.2 DEM的建立

DEM即為數(shù)字高程模型，是進行數(shù)字城市建設(shè)中不可或缺的信息之一。在該項目中使用航天遠景技術(shù)中的相關(guān)軟件在經(jīng)過空三加密的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行立體模型的自動生成，并對相對與絕對定向精度進行檢查，生成5m格網(wǎng)的數(shù)字高程模型文件。按照作業(yè)指導手冊上相關(guān)規(guī)定在匹配窗口中編輯等視差曲線或者等高線，保證其中全部曲線與地面相貼緊，最后能夠生成數(shù)字高程模型，并檢查、處理其接邊。

3.2.3 DOM的生成

DOM即為數(shù)字正射影像圖。數(shù)字攝影測量技術(shù)能夠糾正、鑲嵌與裁切正射影像。將數(shù)字高程模型與數(shù)字正射影像圖進行疊加，能夠得出數(shù)字三維景觀。在該項目中，先對數(shù)字高程模型進行接邊處理，然后對其進行糾正，再使用航天遠景技術(shù)進行進一步的處理，再進行裁切。

3.2.4 TDOM的生產(chǎn)

TDOM即為真正射影像圖，屬于DOM中的一種。相較于普通的數(shù)字正射影像產(chǎn)品，在三維建模中使用的全部背景圖糾正了所有建筑物的中心投影，避免出現(xiàn)投影差。使用數(shù)字攝影測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)立體環(huán)境下幾何特征的收集。在進行三維建模背景圖的制作中將攝影測量系統(tǒng)采集的關(guān)于建筑物的矢量數(shù)據(jù)作為數(shù)學基礎(chǔ)，通過該數(shù)據(jù)再次對正射影像的數(shù)據(jù)進行糾正，能夠?qū)⒔ㄖ锿队安钕齕3]。

3.2.5城市真實三維景觀模型的構(gòu)建

制作基礎(chǔ)模型。將建筑物的分類標準作為標準，采集平面幾何與高程數(shù)據(jù)，精度要求為平面幾何位置小于50cm，高程精度小于80cm。然后使用合適的軟件進行三維模型的生成；提取屋頂紋理。按照相關(guān)要求處理原始影像后，在功能合適的軟件幫助下匹配影像與基礎(chǔ)模型，保證精度的合格，然后軟件能夠?qū)ξ蓓數(shù)募y理進行自動提??；采集外業(yè)紋理。按照相關(guān)規(guī)范要求，對一定范圍中全部的外業(yè)紋理進行采集。使用相機對所有建筑物的外部輪廓進行記錄；制作三維模型。在該項目的信息系統(tǒng)中，將三維模型分為地形、建筑、道路、植被、市政基礎(chǔ)設(shè)施等模型類型，從精度上分為精細與標準兩種級別的模型。在該項目中三維建模規(guī)模很大，要求建模具有較高的效率與質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)；整合城市的三維場景。使用相關(guān)工具軟件，優(yōu)化與發(fā)布DOM、DEM與精細場景，能夠進行城市三維場景的整合[4]。

4 結(jié)語

論文通過使用項目實例對基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模進行研究，證明該種建模方式具有很強的優(yōu)勢。在使用該種技術(shù)的過程中，仍然存在很多亟待解決的問題，需要行業(yè)中人員進行持續(xù)探索。

【參考文獻】

【1】趙麗梅.基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模方法探討——以數(shù)字沈陽三維建模為例[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（2）：19-20.

【2】黃榕，林涔涔，武佳，等.基于攝影測量技術(shù)的三維仿真模型建模方法研究[J].福建建筑，2016（10）：107-109.

【3】沈文慧，寶力杰，姚姝娟.數(shù)字攝影測量技術(shù)在三維建模中的應(yīng)用[J].西部資源，2015（2）：111-115.

【4】張軍.三維建模中數(shù)字攝影測量技術(shù)的分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016（6）：00304-00304.