孔德峰
西安道达天际信息技术有限公司 陕西西安 710061
摘要：近几年来，倾斜摄影技术得到了迅速发展，其便捷的三维建模形式使其在国际及国内的测绘领域得到了广泛的应用。与传统的航空摄影测量不同，它安装有下视、前视、后视、左视、右视5个不同角度的相机，可以在同一时刻拍摄5张不同角度的像片，得到纹理更加丰富的地物信息，尤其是建筑物的测立面纹理信息。在实际生产中利用三维建模软件衍生的根据多角度影像自动批量建模技术，能够大大降低三维城市建模成本，让模型数据更为精确。
关键词：倾斜摄影；三维建模；精细化
1 倾斜摄影构建三维模型
1 无人机数据采集
采用大疆精灵4 Pro V2.0无人机搭载FC6310相机对某校区第13、14教学楼及周边场地进行航空摄影，被测区域位于东经25°18′48″，北纬110°24′42″，面积约为29535m2。航线设计为旁向重叠率70%，航向重叠率80%，地面分辨率1.5cm，相机焦距9mm，相机CCD像素总数为5472像素×3648像素，无人机飞行相对航高50m，相机对地面垂直拍摄1次，前视、后视、左视、右视倾斜45°各拍摄1次，共进行五架次飞行任务。外业航测日期为2021年1月15日，空气湿度80%，天气晴朗，气温11℃，天气状况适宜无人机飞行，拍摄影像清晰、对比适中、色彩丰富。此次航测任务无人机获得航测影像239张。无人机垂直摄影飞行参数，航带路径如图1所示，倾斜摄影为航线向四个方向各偏移50m。
被测区域内第13教学楼长度约为78m，宽度约为23m，高度约为27m；第14教学楼长度约为75m，宽度约为24m，高度约为27m。建筑外立面形式均为饰面砖材与白色、黄色外墙涂料相结合，外观立体，造型多样。建筑屋顶均采用斜屋顶的形式，铺设藏青色瓦片，层次分明，结构复杂。
2 三维建模
利用大疆精灵4 Pro V2.0无人机对某校区第13、14教学楼及周边场地获取三维空间数据，利用Context Capture后处理软件进行逆向三维建模。即通过规划设计飞行航线得到正射影像及倾斜影像图，结合地面像控点进行全自动空三计算，并在之前选取的扫描站点获取点云数据，提取、去噪、拟合等数据处理后，构建TIN模型，通过3D纹理映射处理生成三维模型。
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Context Capture是一种基于Smart3D Capture技术开发的允许从简单照片生成高分辨率3D模型的专业软件，利用数学形态学实现形态学分析和处理算法的并行，提高图像分析和处理的速度的同时，更加精确地建立出建筑的三维模型，实现“所见即所得”。
该款实景建模软件可构建规模最大最具挑战性的三维实景模型，包括根据普通照片创建达到整个城市规模的模型。利用ContextCapture将输入的无人机收集的倾斜影像处理得到具有丰富纹理的高分辨率的三维模型或点云模型。成果模型格式兼容行良好，可支持镶嵌于多种不同的三维地理信息平台上，方便进行模型的可视化浏览、编辑与存储管理。
Context Capture后处理流程：
(1)打开Context Capture Master模块新建工程，导入无人机倾斜摄影测量影像、摄站坐标和相机姿态数据。
(2)根据无人机搭载相机型号设置镜头和焦距参数，通过设置降低采样以减少要处理的信息量，从而快速处理较大的影像数据集和生成三维模型草稿，进而完成影像组参数设置。
(3)检查影像文件，浏览区块影像，并检查影像文件的完整性和尺寸，排除有问题的相片。
(4)纠正倾斜测量影像，增加测量高程控制点、平高控制点和平面控制点信息。
(5)设置其他数据：导入经过处理的RGB点云数据文件，添加连接点和控制点。
(6)设置坐标系统，保证激光点云数据与影像模型数据是基于同一坐标系，并在3D视图中查看。
(7)提交空中三角测量，设置空三区块的名称和描述，将倾斜测量影像数据和三维点云进行空中三角解算。空中三角测量计算可以自动且准确地估算每幅输入影像摄站坐标、相机姿态和镜头焦距、像主点、镜头畸变等相机属性，从输入区块开始，然后根据选定参数生成新的完整区块和平差区块。
(8)重建项目，模型生产，生成具有丰富纹理和细节生动的三维模型。
3三维模型精细化方案
3.1 基于DP-Modeler模型精细化
三维建模软件Digital Photo Modeler(以下简称DP-Modeler)是由武汉天际航公司开发的单体化三维建模软件，能够基于不同传感器与不同平台获取的倾斜摄影影像数据或是近景拍摄的影像进行三维重建，还可以实现对街景工厂导出模型的修饰。相较于3dmax等专业建模软件，其操作更加便捷、易于培训，无论是结构的创建还是对纹理的处理都更加方便，其三维重建的成果保证了原始倾斜影像的精度，能够大大减少人工建模的时间与成本投入。该建模软件在创建工程、数据导入、三维重建过程时相较街景工厂更加简洁，具有灵活快捷的特点，适用于局部模型的精细化处理。
该软件具有以下几个核心的特点:1)三维建模精度高，能够通过多个视角择优选择配准，选取三维模型结构最佳的拍摄角度的影像，构建精细化的地物结构;2)模型纹理自动映射，自动获取三维模型的纹理贴图，如果对于某个位置的贴图不满意，还可以进行手工替换，方便快捷;3)支持多种模型格式导出，对于结构更加复杂的三维模型，可导出3dmax支持的格式，进一步精细化处理。
3.2 基于激光扫描模型精细化
三维点云数据对于三维模型重建是一个极大的补充，点云数据主要由移动激光雷达扫描获取。激光雷达扫描是一种新型的主动获取遥感数据的方式，不受天气与时间的限制，可以采集常规方法难以获取的各种困难地形或是隧道、交通密集地区等信息，在获取常规的三维地理空间信息时也会比传统的野外测量、航空摄影测量更加灵活方便。其在人工与时间成本方面相较于传统方法有了明显改善，极大地扩展了三维地理信息业务领域。
本文主要采用点云数据对城市三维模型进行精细化，城市点云数据的获取主要参考城市街道的可达性。对于城市主干路或是街区周边的建筑，可由汽车搭载车载激光扫面设备获取三维点云数据，根据对三维模型的精细度要求设置车辆行驶的合理速度及点云获取密度。对于小区内部道路、狭窄街道或是汽车无法抵达的区域，采用背包式扫描设备获取点云数据。
实验结果证明，采用倾斜摄影技术与三维激光扫描相结合，能够更加真实地还原建筑物的三维纹理信息，增强底部纹理清晰度，提高三维模型的精度，为以后三维数据更加广泛地应用于各行各业做好了数据准备。
4 结束语
基于倾斜摄影技术，利用街景工厂软件能够实现三维模型的快速建立，但如果要进一步实现三维模型的应用，就要对模型进行精细化的操作。本文提出采用DP-Modeler和激光扫描两种方式，将城市实景三维的结构与纹理贴图进行精细化处理，更加真实地还原实景三维，使实景三维模型应用能够更加广泛。
参考文献
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[2]杨珍．基于DP-Modeler的建筑物三维建模[J]．测绘与空间地理信息，2019,42(7):11-13,21.
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