基于傾斜攝影的實景三維單體化模型構建方法

摘 要：傾斜攝影實景三維模型是由連續(xù)的三角網通過紋理貼圖組成，模型上各地理要素具有“一張皮”的特點。針對無法管理與編輯模型上各地理對象的問題，該文提出基于傾斜攝影實景模型進行單體化建模的技術方法，通過對三維模型進行單體化操作，得到能夠精確表達三維產權關系、且與地形匹配良好的三維地籍模型，為模型中地理對象屬性的查詢、管理和應用提供方便；對明晰表達三維空間中的權屬狀況，減少法律糾紛，對其他省市的相關三維地籍項目有借鑒價值和指導意義。

關鍵詞：三維模型；傾斜攝影；單體化；三維地籍；單體化建模

中圖分類號：P231 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）31-0142-04

Abstract： The 3D model of oblique photography is composed of a continuous triangular network through texture mapping， and the various physical elements on the model have the characteristics of "one skin." Aiming at the problem that it is impossible to manage and edit geographical objects on the model， this paper proposes a technical method for singulation modeling based on oblique photographic real-life models. By singulation operations on the 3D model， a 3D cadastral model that can accurately express the 3D property rights relationship and matches the terrain well is obtained， providing convenience for the query， management and application of geographical object attributes in the model. Therefore， it has reference value and guidiSlNVYX11NO7unp+KPu15VQ==ng significance for clearly expressing the ownership status in three-dimensional space， reducing legal disputes， and related three-dimensional cadastral projects in other provinces and cities.

Keywords： 3D model; oblique photography; singulation; 3D cadastral; singulation modeling

“單體化”是指能夠選擇且管理組織的單個實體對象，也就是可以直接查看相應的對象，能夠顯示、管理和查詢各個地物要素的屬性。從成果中進行相應的矢量化操作，將矢量化圖層作為單體化的分類圖層。模型的建立必須與具體情況密切結合，把需要單獨管理的對象來以獨立模型進行構建，這便是單體化。總的來看，傾斜攝影全自動化的模型建立需要遵循如下步驟：結合傾斜影像資料來對點云直接提取，然后經過抽稀處理后可以建立不規(guī)則的不規(guī)則三角網（TIN），把影像中提取的真實紋理映射到模型里。

所謂單體化，指的是將分類圖層加入到傾斜模型中，從而直接從渲染角度來完成單體化處理。相應的操作實現(xiàn)機制的基本過程如下：通過矢量面來對網格模型內的區(qū)域范圍來進行評估和判斷，盡可能將其與模型表面相切合。如此一來，便可以有效地確保模型的整體數據分析動態(tài)性和處理高效性。單體化的效果是將其“對象化”以便能夠被應用和管理，而非需要將地物從模型中物理切割出來[1]。

數據制作方面。一般情況下，需要提取相應配套矢量底面來完成數據的制作。在渲染環(huán)節(jié)上，動態(tài)單體化會對其進行動態(tài)覆蓋模型。

三維渲染方面。采用動態(tài)單體化能夠有效將矢量地面直接套合到模型中。此種操作方法，對系統(tǒng)硬件要求并非非常嚴格，只要計算機軟件支持渲染效果即可。

數據應用方面。動態(tài)單體化不但符合應用需求，同時能夠在不破壞源數據的前提下完成二維、三維數據一體化，有助于將二維GIS技術應用到三維場景中，進一步實現(xiàn)對地籍模型的選中、查詢、管理等。

1 三維網格3DML

3DML數據可以將3Dmesh圖層、單體化特征圖層、屬性數據和空間坐標數據等更好地結合起來。

添加、刪除、修改和查詢傾斜模型數據。例如基于字段或空間信息查找和突出顯示相應的模型，以及實時更新和修改字段信息。

管理傾斜模型數據庫。3DML數據可以很容易地上傳到PostgreSQL、SQL和Oracle數據庫，這有助于更好地管理模型數據庫。

簡單發(fā)布三維數據服務標準。將多源模型數據轉換成三維模型，從而快速、流暢、便攜地發(fā)布[2]。

2 傾斜模型單體化過程

2.1 三維模型立體測圖

本項目應用真實三維場景進行裸眼測圖，區(qū)別以往佩戴立體眼鏡在立體環(huán)境下進行測圖，直接由三維模型上生產矢量數據。通過快速獲取測區(qū)內平面和高程信息，從而提高成果精度和工作效率，為大比例尺數字測圖任務提供了可行的技術方案。該項目形成的測圖工藝流程將在地籍調查、不動產登記、宅基地測量與危險地區(qū)大比例尺測圖工作中發(fā)揮重要作用。在生產中給地物賦予CASS編碼，采集房屋時可完成房檐改正、房屋層數等屬性信息錄入，并將成果直接輸出到CASS成圖[3]。如圖1所示。

測圖工作完成后，對數字線劃圖的要素精度通過人工實測的方式檢核。精度合格后，人工外業(yè)進行地籍調查，獲得地籍數據。調查結果應依據相應規(guī)范登記入庫。界址點、線、面調查依據相關規(guī)劃、設計、測量等資料以及法律文件等，在實地對三維產權體的界址點、界址線及界址面進行判斷識別等調查工作。建筑物調查是對三維產權體內建筑物的結構、層數、名稱、權屬等內容進行調查登記[4]。

2.2 CASS圖轉換為Shapefile格式

將矢量化后的CASS數據導入到ArcGIS軟件中進行數據處理，數據格式轉換和相應拓撲關系檢查。在導入以及轉換數據后，將矢量面圖層添加拓撲規(guī)則，檢測出矢量表面的重疊部分，并刪除重疊的表面。在處理之后，需要給矢量面賦予屬性信息，根據外業(yè)人工地籍調查結果和現(xiàn)有數據，可以將屬性信息賦予到建筑物的表面，這為后續(xù)的單體化奠定了基礎。在生產完成之后，需要手動進行交互式質量檢查以確保數據的準確性。矢量化后成圖如圖2所示。

2.3 傾斜模型與分類圖層集成

利用CityBuilder軟件以二維矢量數據為管理基礎，將居民地的Shapefile數據圖層作為分類圖層進行單體化，從而更好地將傾斜模型應用到三維地籍管理系統(tǒng)[5]。

2.3.1 傾斜模型原始OSGB數據轉換

數據轉換后其組織結構被寫入到XML文件中，通過讀取XML文件來快速調度三維場景。如圖3所示。2.3.2 LODTreeExport.XML文件

LODTreeExport.XML文件主要描述的是模型所在的地理坐標系與模型中心點位置信息，其中的Local標簽是傾斜模型中心的位置信息，存儲的是傾斜模型XML文件的路徑。如圖4所示。

2.3.3 套合分類圖層生成3DML

本文通過使用CASS圖轉換的Shapefile格式數據作為分類圖層，并且通過ArcGIS工具添加地籍的屬性信息，從而可以提取與傾斜模型最貼合的分類圖層。屬性信息可以通過空間關聯(lián)的方法相關聯(lián)。通過在CityBuilder中讀取LODTreeExport.XML網格模型來加載傾斜模型，再添加矢量分類圖層和轉換后的傾斜模型。如圖5所示。

3 多層結構人工建模

對于多層結構的建筑，需要利用DP Modeler軟件進行人工單體化建模，從而更清晰地表達三維地籍產權體的位置及空間特征，具有真實的紋理效果，方便地籍的日常管理工作。

打開解決方案資源管理器的DP Modeler文件，右鍵“新建”，輸入名稱。

打開自由視圖界面，尋找目標建筑。打開工具箱的建模選項，點擊“基礎面”工具，點擊屋頂邊緣采集高程信息，在選擇頂部邊緣時，選擇較平坦位置。如圖6所示。

在相機視圖中選擇垂直影像，在投影視圖中顯示影像。在創(chuàng)建工具選擇多邊形、矩形面等，在投影視圖中勾勒屋頂輪廓線。再進一步查看模型與影像套合情況來調整模型位置，通過選擇傾斜影像來判斷高度，擠出柱體，建立房屋主體。如圖7所示。

選擇建筑要素，進行自動紋理映射，再選擇需要修改的紋理，打開相機試圖從中挑選無遮擋或遮擋較少的紋理，通過PS 修改并保存，重新加載，建模完成。如圖8所示。

4 結束語

本文主要探討了傾斜模型單體化的方法、三維網格3DML以及傾斜模型單體化的過程，通過Shapefile數據圖層對傾斜模型進行單體化操作及屬性的掛接，對于多層結構建筑物進行人工建模，得到能夠精確表達三維產權關系、且與地形匹配良好的三維地籍模型，從而有利于開展三維地籍日常管理工作，為日后三維地籍的發(fā)展提供了指導意義和借鑒價值。

參考文獻：

[1] 郭如寶，郝利娟，劉旭東，等.基于傾斜攝影的實景三維單體化模型構建方法[J].測繪通報，2021（1）：103-107.

[2] 雷江濤，劉清，潘嬋玲，等.矢量切割傾斜攝影三維模型的單體化技術研究[J].測繪科學，2021，46（7）：84-91.

[3] 袁如金，蘇光日，張禹，等.傾斜攝影單體化模型生產關鍵技術和問題研究[J].測繪與空間地理信息，2022，45（S1）：197-199.

[4] 張會霞，李豪，李晉宏，等.傾斜攝影測量三維模型單體化及服務發(fā)布[J].測繪通報，2021（9）：79-82.

[5] 董愷，何潔，王悅.矢量切割傾斜攝影三維模型的單體化技術研究[J].測繪與空間地理信息，2021，44（12）：210-212，215，218.