傾斜攝影的單體化建模研究

朱曉峰 謝楓 韓承永

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,安徽合肥 230000;2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司,安徽合肥 230000)

1 傾斜攝影建模工藝研究

傾斜攝影建模在傾角條件下,首先對(duì)共線方程進(jìn)行了結(jié)算,通過對(duì)同名點(diǎn)的尋找,能夠從整體上實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)相對(duì)相對(duì)定向模型的形成;然后通過對(duì)外業(yè)的利用,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)點(diǎn)的絕對(duì)定向的控制,使實(shí)景模型在地理坐標(biāo)中能夠得以建立;最終能夠?qū)崿F(xiàn)在坐標(biāo)中對(duì)影像姿態(tài)和實(shí)際模型的匹配,使紋理能夠得到自動(dòng)的映射。目前傾斜攝影主要有以下兩種建模方式:(1)最為典型的街景工廠、Bently公司ContextCapture建模所應(yīng)用的全自動(dòng)技術(shù),其中街景工廠的測(cè)繪更符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),然而卻有著較高的使用要求以及價(jià)格,并且ContextCapture對(duì)消費(fèi)級(jí)別更為合適,使用更加靈活便捷、價(jià)格相對(duì)更低,此外,傾斜攝影自動(dòng)化建模軟件還涉及到了括Photoscan以及無限界等;(2)華政空間、東方道邇公司所采用的LiDAR傾斜自動(dòng)化三維建模軟件,對(duì)專有軟件的使用,能夠處理來自機(jī)載傳感器的傾斜影像以及點(diǎn)云數(shù)據(jù),采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)形狀信息的構(gòu)建,并且傾斜影響能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紋理圖像的提供,使三維模型的自動(dòng)構(gòu)建能夠更加快速,其優(yōu)點(diǎn)是由于點(diǎn)云有著較大的密度,因此能夠使實(shí)景模型的表達(dá)更具真實(shí)性以及高精度,然而在大部分情況下機(jī)載激光以及傾斜影響的飛行是獨(dú)立的,需要采用人工的方式配準(zhǔn)這兩種數(shù)據(jù),因此有著較高的人工成本,并且需要在相同的地塊進(jìn)行兩次飛行[1]。

2 傾斜攝影模型單體化思路

2.1 矢量切割單體化

DP-Modeler是類人工建模中最具代表性的,其通過對(duì)傾斜攝影模型的使用,結(jié)合人工干預(yù)的方式對(duì)獨(dú)立的三維模型進(jìn)行了重新的構(gòu)建,這一方式與人工建模較為類似,自然能夠獲取到單體化的結(jié)果,同時(shí),還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模型效果的修飾[2]。

傾斜攝影模型切割通過對(duì)輸電線路對(duì)應(yīng)矢量面的采用,實(shí)現(xiàn)了對(duì)傾斜攝影模型的分割,也就是從物理上通過對(duì)三角面片網(wǎng)的連續(xù)分割,進(jìn)而使單體化得到了實(shí)現(xiàn)。

二維矢量面渲染,指的就是以圖層的形式在三維場(chǎng)景中對(duì)二維矢量面的添加,通過二維矢量面能夠判斷其范圍中有哪些tin網(wǎng),然后在tin網(wǎng)上用半透明的顏色進(jìn)行覆蓋。渲染時(shí)所采用的二維矢量面就相當(dāng)是半透明的皮膚衣,以自上到下的形式,通過對(duì)模型表面的貼合,在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了對(duì)完整模型的套合[3]。

類人工建模法與人工建模幾乎有著相同的實(shí)現(xiàn)方式,單體化在生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型的過程中就能夠完成,所以,此類單體化方法有著最好的效果,并且也最適用于對(duì)管理和應(yīng)用數(shù)據(jù)。然而類人工建模法對(duì)人力成本有著較大的需求,因此,其并不是最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)方式。

該算法有著如下缺點(diǎn):(1)算法對(duì)模型面的切割是針對(duì)已生成的,并不能夠?qū)θ蔷W(wǎng)進(jìn)行重建,因此模型底部勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)較為明顯的鋸齒;(2)由于3DGIS無法像二維GIS那樣對(duì)模型空間進(jìn)行成熟、靈活的查詢和分析,因此,其有著有限的分析功能;(3)由于傾斜攝影模型對(duì)多層LOD的自帶,因此只能夠?qū)ψ罹?xì)的層進(jìn)行切割,會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)原有的LOD受到破壞,進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的直接加載,只能夠進(jìn)行導(dǎo)入;(4)通常只能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三角網(wǎng)的切割,而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)整塊模型所對(duì)應(yīng)紋理的切割,因此會(huì)導(dǎo)致多份紋理的出現(xiàn),而大量重復(fù)的紋理會(huì)導(dǎo)致三維渲染性能受到直接的影響,當(dāng)存在較大的數(shù)據(jù)量時(shí)會(huì)對(duì)三維瀏覽性能造成影響[4]。

2.2 矢量疊加單體化

市場(chǎng)上目前所應(yīng)用的大部分傾斜攝影三維模型都對(duì)疊加配套矢量面進(jìn)行了采用,通過對(duì)與攝影對(duì)象配套的二維矢量面的利用,將單體的實(shí)用性向用戶進(jìn)行了表達(dá),并使其在操作中獲得了體驗(yàn),使對(duì)象化的表達(dá)和操作得到了實(shí)現(xiàn),為傾斜攝影模型與二維矢量面提供了一體化的二三維通道,也就是對(duì)單體化的疊加。此類方法主要是通過對(duì)超圖SuperMap等GIS典型性的GIS軟件的應(yīng)用,在進(jìn)行三維渲染時(shí),在傾斜攝影模型中將對(duì)應(yīng)矢量面進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的疊加,該矢量面在垂直地表的方向?qū)Π鼑械纳?并不會(huì)超過特定的閾值范圍,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)范圍內(nèi)的三角網(wǎng)的判斷,通過半透明顏色與三角網(wǎng)的貼合,能夠使模型從視覺上的完整套合得以實(shí)現(xiàn),并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單個(gè)操作的管理。此類方法有著便捷的操作,無需過多的人工干預(yù),也不會(huì)對(duì)Mesh面造成破壞進(jìn)而對(duì)模型的渲染速度造成影響,也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)原始的LOD造成破壞,并且能夠使原始數(shù)據(jù)的LOD保持完整。通過對(duì)已有DLG數(shù)據(jù)的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)矢量面的配準(zhǔn),通過對(duì)正射影像的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)矢量面的半自動(dòng)勾畫,通過對(duì)傾斜模型成果的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)DLG的自動(dòng)生成等。采用二維矢量對(duì)屬性數(shù)據(jù)的掛接能夠使GIS得到更加貼合功能的應(yīng)用,并且二維對(duì)查詢功能的分析更加成熟,更能夠與GIS的應(yīng)用需求相符合。

然而此類方法對(duì)單體的分離并不是真正意義上的,其表面雖然能夠達(dá)到單體的效果,然而從事實(shí)上來說僅僅只是對(duì)對(duì)象輪廓的矢量面進(jìn)行了調(diào)用,從真正意義的角度上來說,單體化的目標(biāo)并不是單體,而是為了實(shí)現(xiàn)分離。然而作為智慧城市的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù),所需的城市三維模型需要具備所有的要素,也就是對(duì)所有地表東西的分離,能夠再次對(duì)單體進(jìn)行分離,為后續(xù)的用戶提供更加便捷的使用。例如:關(guān)注輸電線路的用戶只需通過對(duì)自身所關(guān)心的輸電線路的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取,而不必對(duì)周圍環(huán)境不必關(guān)心的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。

2.3 模型重建單體化

相關(guān)模型對(duì)單體化的重建中最為典型的就是天際航DP-Modeler、SVS智覺空間、中海達(dá)OSketch等軟件,其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源就是連續(xù)的傾斜攝影數(shù)據(jù),并采用了人工干預(yù)的形式。其在相關(guān)軟件中對(duì)建模成果進(jìn)行了導(dǎo)入,以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)其的精華編輯,能夠通過對(duì)原有模型場(chǎng)景的重建進(jìn)行分離,視模型能夠?qū)崿F(xiàn)單體化的效果。通過與地面照片的結(jié)合,對(duì)低空數(shù)據(jù)的集成,能夠使航空影像所缺失的輸電線路信息得到有效的彌補(bǔ),在實(shí)現(xiàn)單體化的基礎(chǔ)上能夠?qū)φ麄€(gè)場(chǎng)景進(jìn)行修飾。這一過程與人工建模有著極為相似之處,然而相比傳統(tǒng)的建模方式來說,使用影響對(duì)建模的多角度觀測(cè),能夠使模型與影響的套合得以完整,使模具的三維坐標(biāo)信息更加精確。通過模型貼圖對(duì)影像的自動(dòng)采集,能夠意見實(shí)現(xiàn)對(duì)模型貼圖的映射。該方法相比矢量疊加單體化來說,對(duì)人力有著更大的需求,側(cè)重于對(duì)產(chǎn)品的提供,而并不是應(yīng)用GIS。

圖1 采用DP-Modeler2.0 對(duì)模型進(jìn)行重建和修飾

3 模型單體化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)基于BentlyDescartesV8i軟件,利用Mesh面切割后的效果。通過對(duì)Mesh面切割效果的利用。Descartes主要針對(duì)的文件格式為obj型,通過對(duì)所需裁剪模型區(qū)域的選擇,會(huì)對(duì)Mesh面的模型分割造成直接的破壞。

(2)利用超圖SuperMap9D疊加矢量面后的效果。采用相關(guān)軟件對(duì)DSM的生成,在所有等值線提取完成后,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基本輸電線路輪廓的生成。通過對(duì)輪廓線初始數(shù)據(jù)的刪除、合并等操作后,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑物頂部矢量面的獲取。

(3)利用天際航DP-Modeler2.0對(duì)輸電線路的重建。

采用DP-Modeler2.0對(duì)模型進(jìn)行重建和修飾,模型重建的建模方式與以往的3dMax類似,通過傾斜攝影模型對(duì)點(diǎn)、線生成特征的捕捉,通過在坐標(biāo)內(nèi)對(duì)照片和模型的紋理匹配,能夠采用人工的方式對(duì)最佳紋理吻合區(qū)域進(jìn)行選擇,使紋理能夠得到自動(dòng)映射。如圖1、圖2所示。

圖2 采用DP-Modeler2.0 對(duì)模型進(jìn)行重建和修飾

4 傾斜攝影模型單體化應(yīng)用

只有通過對(duì)傾斜攝影模型的單體化才能夠使GIS數(shù)據(jù)從真正意義上得以實(shí)現(xiàn),才能夠?qū)D形的屬性進(jìn)行查詢等操作,并且分析三維空間能夠使通視分析、可視域分析等得以實(shí)現(xiàn)[5]。使輸電線路能夠獲得具有可操作性的三維數(shù)據(jù),并且能夠使解決方案與服務(wù)具有系統(tǒng)性以及完整性。由于三維建模通過傾斜攝影的實(shí)現(xiàn),在效率、今天高度以及真實(shí)感等方面有著一定的優(yōu)勢(shì),因此,被大規(guī)模城市視為了重要的三維重建手段。由于生產(chǎn)需求、應(yīng)用領(lǐng)域的不同,因此需要做好對(duì)單體化方式的合理選擇,使GIS分析能夠?qū)崿F(xiàn)與精細(xì)化三維實(shí)景模型的無縫整合。

5 結(jié)語

根據(jù)相關(guān)特點(diǎn)通過對(duì)航空攝影的大規(guī)模利用,以及傾斜影響對(duì)紋理的批量提取及映射。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸電線路三維建模成本的有效降低,使輸電線路的三維模型能夠得到快速的建立,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模型細(xì)部的快速分析,并且更加便于對(duì)模型的紋理進(jìn)行采集和處,使項(xiàng)目周期能夠得以縮短,使工作效率能夠得到提升,且能夠通過對(duì)成果影像的直接利用,對(duì)各種屬性進(jìn)行量測(cè),比如長(zhǎng)度以及面積等,使傾斜攝影技術(shù)在更多的行業(yè)中得到了應(yīng)用。