三維實景建模軟件生產技術探討

摘要：三維建模技術在土地規劃、災害監測和國防測繪等 應用領域起到基礎和核心作用，為需求分析和產品設計 提供依據。傾斜攝影測量技術的迅速發展大大推動了三維建模技術的進步。利用傾斜影像進行三維建模，具有數據采集效率高、人工干預少、建模速度快的特點，大大降低了時間和費用成本。同時，建立的三維模型精度高、紋理粘合度好，詳細反映了地物表面的細節特征。

總之，利用傾斜影像進行三維建模能全方位、大范圍感知復雜 場景，僅需少量的人工干預，就能實現逼真三維模型的構 建，從而獲得地物精確的位置信息、空間相對關系和地物 表面的細節紋理。

1.三維實景建模的理論

1.1無人機傾斜攝影的優勢

無人機傾斜模型三維建模的主要原理是分析多視角傾斜圖像的姿態信息，根據傾斜圖像中同名圖像點計算出相應圖形點的精確三維空間位置。傾斜三維模型重建的過程主要包括：根據原始圖像、攝像機和圖像描述文件的傾斜圖像進行空中三角剖分，計算所有圖像的外方位元素，利用多視點圖像的密集匹配技術提取密集點云數據，利用多視點圖像匹配技術提取稠密點云數據，對連通點云數據集進行稀釋和采集，利用“否”方法生成規則三角形，建立多分辨率數字曲面模型（DSM）。從圖像中提取最佳的紋理信息并映射到模型中。另外，無人機是一種由無線設備控制的無人機，成本低，空域有限，可以完成各種不適合載人飛機的航拍任務。由于無人機飛行高度較低，利用高分辨率真彩色傾斜相機的傳感器圖像可以提高模型的質量。本研究所使用的電動多旋翼無人機適用于100-300米高空的航拍任務，能夠準確還原近地建筑物的細節，特別適用于局部關鍵目標的航拍建模任務。鑒于傾斜攝影數據建模需要65%以上的航向重疊，低空攝影將導致同一區域內攝影路徑的多次增加?？紤]到航空攝影的時間和成本，適合10平方公里以內的大型航空攝影和傾斜攝影。無人機在運行過程中受天氣影響較小，能在6級風下正常飛行;飛行高度低于云層，不受云層高度影響;對空氣能見度要求較低。本研究采用無人機傾斜攝影的方法。在低空飛行平臺上安裝多種航空傳感器后，即可獲得地面圖像或掃描，采集點云數據。這些數據不僅可以用于正射影像、多光譜圖像分析、數字測線等傳統的二維制圖，還可以用于現實世界的快速三維建模。一般情況下，無人機連續圖像的重疊度應在60%以上。物體同一部位不同射擊點之間的距離應小于15度。

2.基于Smart3D實景三維建模

2.1Smart3D簡介

Smart3d是法國Acute3D公司開發的產品。它是一種基于GPU的快速建模產品。當圖像質量滿足要求時，可以快速、簡單、自動地建模，無需人工干預。它還支持各種數據結果的輸出，并與各種數據兼容。它不僅可以用于真實三維模型的構建，還可以用于文物保護、小零件、模具等三維模型的構建。

2.2Smart3D實景三維建模軟件中優缺點分析

該軟件具有四個建模優勢。首先，快速，簡單和自動。在前期，輸入待處理的照片，設置參數，然后完成三維加密、三維建模重建、DOM、DSM生成等工作。其次，三維模型逼真。下圖顯示了smart3d建模的效果，其中350張照片和4pro是相機的精髓。三是支持多種三維數據格式。Osgb（open scene graph binary）是由smart3d組成的，JPG obj是一種國際標準的3D模型格式，大多數3D軟件都支持這種格式。它最初是由alias wavefront開發的。第四。支持多種數據源，包括固定翼無人機、有人飛機、旋翼無人機，甚至手機數據都可用于建模

3.基于ContextCapture實景三維建模

Contextcapture（以前稱為smart3d capture）是賓利公司設計的一款真正的建模軟件。它是一個圖像數據處理軟件。作為為全球基礎設施行業提供BIM解決方案的應用軟件，賓利需要通過掃描、拍照等手段獲得真實的模型。在解決基礎設施問題的過程中，需要將真實模型轉化為“電子模型”的應用需求。相比之下，contextcapture是最好的選擇。

Contextcapture可以使用各種數碼相機捕獲的圖像數據輕松生成所需環境的高分辨率真實世界3D模型。為了讓用戶生成可用于導航的三維模型產品，這個真實的三維模型具有逼真的細節、清晰的邊緣和精確的幾何特征。根據您的工作需要，可以使用任何大小或分辨率創建所需的三維模型。三維模型采用數字照片紋理和坐標系，根據地理位置進行定位。這些模型產品是通過圖像數據計算直接生成的.

4.基于pix4Dmapper實景三維建模

Pix4dmapper（原pix4uav）是瑞士pix4d公司開發的一款全自動無人機快速數據處理軟件，集豐富的遙感圖像處理、攝影測量和企業級空間信息技術于一體。它具有專業化、簡單化、三高精度空間、一鍵式等優點。它支持多種傳感器數據，包括可見光、近紅外、熱紅外等多光譜數據。它可以綜合處理多架次、多飛行狀態的數據，快速、智能地完成三次空間加密。DSM、DOM數據生成，并能生成具有LAS格式紋理信息的彩色點云和三維模型。目前已廣泛應用于航空測繪、災害應急、安全執法、農林監測、水利防洪、電力巡線、海洋環境、高?？蒲械阮I域。

5.基于街景工廠實景三維建模

5.1街景工廠軟件簡介

街景工廠系統是Astrium公司2012年推出的全自動三維模型處理系統。它可以快速、自動地處理傾斜圖像，無需人工干預，提取出高精度的真實場景三維模型。它代表了當今市場上先進的三維建模技術。

實景三維模型是利用傾斜攝影技術，通過圖像空間的三次加密、圖像校正、點云提取、三角網構建、紋理映射等處理，從地面和平面的不同角度獲取圖像。真三維模型是新一代測繪產品，包含多種地理信息，能細致還原城市形態，可廣泛應用于城市規劃、危機管理、國防、電信、應急保障、測繪等行業。

5.2三維模型生產技術路線

街景工廠數據的引入有別于傳統的制圖軟件。首先，介紹了圖像的位置和姿態信息，計算了圖像的目標位置，并對圖像進行了檢測。然后引入圖像的實體文件，將其轉換為街景工廠的內部文件格式。引入圖像信息時，首先在作業視圖窗口中檢查錯誤信息，然后根據錯誤信息檢查圖像。結果表明，該誤差是由同一曝光點上五個視角的命名不同引起的。由于RCD30相機依次從五個角度曝光，當根據曝光時間排列圖像名稱時，五個角度的圖像數據名稱會不一致，導致圖像引入錯誤。此時，更改圖像名稱以使五個視圖圖像名稱一致。導入實體圖像時，請檢查jobview窗口中的錯誤信息，并對照錯誤信息檢查圖像。發現原始圖像無法正常打開，導致導入圖像時出錯。在啟動命令之前，請再次復制原始圖像以使圖像文件正常工作。

6.總結

本文簡述了無人機傾斜攝影狀態下幾種三維建模軟件的使用和分析，圍繞四個三維建模軟件在本次建模中的選擇和運用，展開關于建模軟件的討論和研究。

基于contextcapture實景建模與應用技術，改變了測繪行業傳統的運營模式，大大提高了測繪工作效率，節省了大量的野外工作時間，并將輔助設計工作從簡單的平面圖轉化為三維模型，大大提高了直觀三維測繪模型的設計和應用范圍，能夠滿足不同的工程需要。傾斜攝影實時建模技術具有高效、高還原度和快速獲取海量地理信息數據的特點。傾斜攝影正變得越來越成熟、發展和廣泛應用。隨著三維技術向高技術、數字化方向發展，它將成為未來測繪的核心技術和數字城市的數據庫。但contextcapture軟件的建模效果一般，空間能力較弱，數據量約為1.5W，整體效果略差于smart3d軟件;

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作者簡介：杜厚德，1988年4月8日出生，男，遼寧省大連市沙河口區，大學本科，專業：測繪工程。