基于DP-Modeler的傾斜攝影技術(shù)在實景三維城市模型的應用

余敦棠 袁銳 胡善明 何夢杰 宋彩虹

摘要：本文主要論述了使用基于天際航Dp-Modeler軟件，利用傾斜攝影技術(shù)在實景三維城市模型中的應用，表述了傾斜攝影技術(shù)特點，以及實景三維城市模型的制作技術(shù)流線

關(guān)鍵詞：傾斜攝影技術(shù);實景三維城市模型

1前言

傳統(tǒng)的三維城市建設(shè)通常基于現(xiàn)有的地形圖或者正射影像圖，外加現(xiàn)場拍照，補充房屋側(cè)面紋理的方式制作居民區(qū)。其地形常常采用數(shù)字正射影像疊加數(shù)字高程模型的方式來制作。整個場景清晰度不高，地形細節(jié)丟失過大，且整個場景紋理整體上不協(xié)調(diào)，效果一般。

當前興起的三維城市是基于傾斜攝影技術(shù)，利用多角度攝影，拍攝地物的多種角度影像，通過傾斜空中三角測量技術(shù)、自動影像匹配技術(shù)等等多種技術(shù)，實現(xiàn)實景城市三維模型的構(gòu)建。相對于傳統(tǒng)的三維城市建模方式，采用傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建的三維數(shù)字城市，色彩均衡，空間精度高，真實感強烈，以第一人稱或者上帝視角觀看時，如同身臨其境。

1.1傾斜攝影技術(shù)特點

傾斜攝影是在攝影測量技術(shù)發(fā)展和人們需求增加的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的豎直攝影只能獲取地物頂部信息，對于地物側(cè)面信息則無法獲得;傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察被制作建筑，更加真實地反映地物的實際情況，極大地彌補了基于正射影像分析應用的不足;通過配套軟件的應用，可直接利用成果影像進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等屬性的量測，擴展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應用;針對各種三維數(shù)字城市應用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效地降低城市三維建模成本。

1.2傾斜攝影的意義

傳統(tǒng)建立三維城市模型的弊端在于，外業(yè)人員工作量大，拍攝時間長，存在漏拍等問題，導致內(nèi)業(yè)人員只能靠猜測來分析部分建筑物的細部結(jié)構(gòu);由于拍攝角度的原因，內(nèi)業(yè)人員往往看不清屋頂?shù)募毠?jié)，照片的拍攝順序也不一定符合內(nèi)業(yè)人員的觀察習慣，照片順序凌亂，浪費了很多建模的時間;紋理拍攝的傾角不同，導致內(nèi)業(yè)人員制作紋理時遇到困難。

相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察被制作建筑，更加真實地反映地物的實際情況，極大地彌補了基于正射影像分析應用的不足;通過配套軟件的應用，可直接利用成果影像進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等屬性的量測，擴展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應用;針對各種三維數(shù)字城市應用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效地降低城市三維建模成本。

傾斜攝影測量不僅能夠真實地反應地物情況，而且可通過先進的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級的用戶體驗，極大地提高了航攝影像處理的速度。傾斜影像技術(shù)的應用，使目前高昂的三維城市建模成本大幅降低，大大提高三維城市建模的速度。

2實景三維城市模型制作技術(shù)路線

本次采用的三維建模軟件為武漢天際航信息科技股份有限公司的快速三維建模軟件DP-Modeler。

2.1數(shù)據(jù)準備

收集提供的空三成果、原始影像、Smart3D生產(chǎn)的OBJ和OSGB模型，以及廣州獨立坐標系的控制點成果。

首先利用天際航畸變糾正處理程序。因Smart3D生產(chǎn)無畸變影像時采用的數(shù)學模型不同于DP-Modeler，因此導入天際航DP-Modeler進行處理前，需要畸變糾正處理。因此，采用DP-Modeler的畸變影像糾正處理程序針對Smart3D生產(chǎn)的無畸變影像進行畸變處理。

2.2配置建模工程

采用天際航DP-Modeler進行工程配置，生成解決方案。

2.3空三精度檢查

在天際航DP-Modeler中導入三維模型，導入控制點和檢查點數(shù)據(jù)，在模型檢查控制點以及檢查點與模型實際的差異，生成精度報告。

2.4模型檢查

在天際航DP-Modeler中導入三維模型，切換多角度影像數(shù)據(jù)質(zhì)檢體塊模型精度及結(jié)構(gòu)完整性;針對問題，進行標注，導出質(zhì)檢標記數(shù)據(jù)。

2.5幾何信息獲取

使用天際航DP-Modeler進行幾何線條勾勒，獲取模型的幾何信息，方便后期進行單體化自動提取。

2.6模型紋理自動映射

使用天際航DP-Modeler，進行幾何線條勾勒，然后在天際航DP-Modeler中進行模型紋理自動映射，生成帶紋理映射的三維模型。

2.7模型修飾

在天際航DP-Modeler中對貼圖存在遮擋或者自動貼圖不精準的地方，手工調(diào)整貼圖UV或者聯(lián)動PS修改貼圖，生成精確的三維模型。

貼圖存在遮擋的地方，手工調(diào)整貼圖UV或者聯(lián)動PS修改貼圖。對單個面自動貼圖紋理亦可手動替換貼圖，手動貼圖具備UV框點、線、面的編輯功能。

2.8底商貼圖補充

使用天際航DP-Modeler對重點區(qū)域，沿街商鋪等建筑群，底商使用手持相機影像重新貼圖補充。將模型進行幾何切割，重新對底商進行手工貼圖。

2.9底商貼圖補充

用定向完成的手持相機影像重新對重點區(qū)域，沿街商鋪等建筑群進行底商貼圖補充。

（1）Dp-Modeler手持相機影像貼圖

利用手持影像對重點建筑結(jié)構(gòu)進行編輯修改

（2）天際航Dp Modeler與Max聯(lián)動貼圖

利用天際航Dp Modeler與Max聯(lián)動的方式對重點建筑結(jié)構(gòu)進行編輯修改。

2.10輸出OBJ格式單體化成果數(shù)據(jù)

在天際航DP-Modeler中對模型檢查無誤后，一鍵自動生成OBJ格式成果數(shù)據(jù)。

2.11三維模型、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一體化全面檢查

使用天際航DP-Modeler對數(shù)據(jù)進行一體化質(zhì)檢。

1）對數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)進行檢查控制，直到其符合項目成果質(zhì)量要求，才進入下一環(huán)節(jié)，以免環(huán)節(jié)出錯造成錯誤傳遞、累加等;

2）數(shù)據(jù)生產(chǎn)項目的各重要環(huán)節(jié)嚴格遵循持續(xù)改進的原則，即生產(chǎn)環(huán)節(jié)要進行階段性的檢查、更正和改進;

3）全部自檢、互檢、小組檢查、項目部檢查、公司級檢查完成后，提交三維模型成果、技術(shù)總結(jié)和檢查報告等資料，進行匯總、提交驗收。

3實踐總結(jié)

本項目城市三維建模只對測區(qū)內(nèi)的建筑模型進行制作，其內(nèi)容為：各類地上建筑物，包括建筑物主體及其附屬設(shè)施，區(qū)域大約8.5平方公里。

實踐表明，基于DP-Modeler，采用傾斜攝影技術(shù)，在三維城市建模中，其效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的三維數(shù)字城市建模方式，效率可以提高一倍，成本也得到了優(yōu)化?？梢灶A期，未來的三維數(shù)字城市建設(shè)中將會越來越多地應用到傾斜攝影技術(shù)。

參考文獻：

[1]李德仁，肖雄武，郭丙軒 傾斜影像自動空三及其在城市真三維模型重建中的應用 ?《武漢大學學報（信息科學版）》 2016

[2]李安福，曾政祥，吳曉明 淺析國內(nèi)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展 《測繪與空間地理信息》2014年

[3]王偉，黃雯雯，鎮(zhèn)姣 Pictometry傾斜攝影技術(shù)及其在3維城市建模中的應用 測繪與空間地理信息》 2011年