隨著數(shù)字測(cè)圖技術(shù)的普及與GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)逐漸從“數(shù)字化”向“智慧化”升級(jí)。

在這個(gè)過程中，傳統(tǒng)的二維地圖數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展需求，攜帶GIS信息的三維實(shí)景模型以其三維直觀的特點(diǎn)，成為城市建設(shè)的重要地理信息數(shù)據(jù)，是城市測(cè)繪的發(fā)展方向。



三維實(shí)景模型構(gòu)建的主要方式有三維激光掃描和無人機(jī)傾斜攝影等，其中，三維激光掃描主要適用于小范圍的精細(xì)化測(cè)量需求；而無人機(jī)傾斜攝影具有大范圍、高精度、高清晰等測(cè)量特點(diǎn)，能夠直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，有效提高測(cè)量效果和測(cè)繪精度，降低城市三維建模成本。

下面，我們一起來看下無人機(jī)傾斜攝影建模的具體流程。

一、無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量原理

無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)由無人機(jī)、高精度多角度測(cè)量相機(jī)、地面站組成。通過地面站可完成無人機(jī)航測(cè)飛行的航高、飛行速度等飛行參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)可實(shí)時(shí)查看無人機(jī)的飛行狀態(tài)。



無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維城市模型。

通過多鏡頭相機(jī)多角度采集信息，配合控制點(diǎn)或圖像POS信息，圖像上每個(gè)點(diǎn)都會(huì)有三維坐標(biāo)信息，同時(shí)基于圖像數(shù)據(jù)可對(duì)任意點(diǎn)線面進(jìn)行量測(cè)，獲取厘米級(jí)的測(cè)量精度并自動(dòng)生成三維地理信息模型。

二、傾斜攝影建模流程

無人機(jī)傾斜攝影建模流程主要為：野外像控點(diǎn)布置、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以及三維模型構(gòu)建。其中，外業(yè)數(shù)據(jù)采集要根據(jù)作業(yè)區(qū)域地貌特征，相控點(diǎn)布設(shè)和航拍路徑規(guī)劃。



1.野外像控點(diǎn)布置、外業(yè)數(shù)據(jù)采集

a.利用無人機(jī)進(jìn)行航飛獲取POS數(shù)據(jù)和原始影像數(shù)據(jù)；

b.對(duì)獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保符合規(guī)范要求；

c.利用像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)精度進(jìn)行檢查，為后期三維建模提供數(shù)據(jù)支持。

2.內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以及三維模型構(gòu)建

a.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角測(cè)量，獲取影像的外方位元素。空三計(jì)算是傾斜攝影建模的核心步驟，包含影像特征點(diǎn)提取、 同名特征點(diǎn)匹配、影像外方位元素反算等步驟。

b.利用實(shí)景建模軟件ContextCapture進(jìn)行建模，包括多視影像密集匹配可獲得高密度數(shù)字點(diǎn)云、構(gòu)建TIN模型、自動(dòng)紋理切片映射等；

c.對(duì)形成的三維實(shí)景模型進(jìn)行修飾，如區(qū)域漏空、變形等，同時(shí)利用點(diǎn)位測(cè)量信息對(duì)模型進(jìn)行質(zhì)量檢查；

d.模型修飾完畢和質(zhì)量檢查合格后，形成城市三維實(shí)景模型最終成果。

三、外業(yè)數(shù)據(jù)收集注意事項(xiàng)

在無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)前，要從任務(wù)目的、周邊環(huán)境、無人機(jī)性能、氣候條件等因素，設(shè)置航線相關(guān)參數(shù)，具體包括確定航高、設(shè)置重疊度、規(guī)劃起降點(diǎn)等，從而確定最佳的、具體的飛行航線。



為了保障建筑物紋理信息采集精度，一般來說，城市內(nèi)因地物較多，旁向重疊度為70% ，航向重疊度為77% ，山區(qū)因地物簡(jiǎn)單，主要是對(duì)地形進(jìn)行建模，航向重疊度為77% ，旁向重疊度為47% 。

1.分辨率

垂直和傾斜影像的地面分辨率是傾斜攝影最為直觀與重要的參數(shù)之一，也是直接決定后續(xù)三維建模質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傾斜影像自動(dòng)空三時(shí)，為了保證量測(cè)點(diǎn)的精度，應(yīng)盡量保證不同影像的分辨率一致。

2.天氣

天氣因素會(huì)影響圖像質(zhì)量，主要是風(fēng)、霧霾，雨雪，當(dāng)風(fēng)速過大時(shí)，應(yīng)該考慮停止飛行。

3.像控點(diǎn)

像控點(diǎn)是攝影測(cè)量控制加密和測(cè)圖的基礎(chǔ)，野外像控點(diǎn)目標(biāo)選擇的好壞和指示點(diǎn)位的準(zhǔn)確程度，直接影響成果的精度。想要達(dá)到預(yù)期的成相效果，像控點(diǎn)布設(shè)的好壞起著相當(dāng)關(guān)鍵的作用。

四、三維實(shí)景建模具體流程

三維實(shí)景建模一般需要采用自動(dòng)化建模軟件ContextCapture，它是一款可由簡(jiǎn)單的照片和/或點(diǎn)云自動(dòng)生成詳細(xì)三維實(shí)景模型的軟件，可幫助您自動(dòng)生成任意大小、任意精度的多分辨率三維模型。



只需將無人機(jī)外業(yè)收集到的圖像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)、像控點(diǎn)坐標(biāo)等導(dǎo)入軟件中即可進(jìn)行實(shí)景三維模型重建。

傾斜影像空中三角測(cè)量是實(shí)景三維模型構(gòu)建的關(guān)鍵步驟。因多視角影像平差需要考慮影像的幾何變形及相互間的遮擋關(guān)系，傳統(tǒng)的空三軟件無法處理，傾斜攝影空三平差處理最重要是如何將垂直下視影像和傾斜影像進(jìn)行混合平差。

ContextCapture的三維重建功能，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)景三維模型的全自動(dòng)計(jì)算。軟件的三維重建算法會(huì)自動(dòng)匹配每個(gè)格網(wǎng)面片的影像紋理，確保各個(gè)三維格網(wǎng)模型頂點(diǎn)放置在最佳位置，從而以更少的瑕疵表現(xiàn)更精細(xì)的細(xì)節(jié)和更銳利的邊緣，大幅提高幾何精度。

1.建模過程中，可能存在的問題

在進(jìn)行空三計(jì)算時(shí)，由于數(shù)據(jù)量大、影像重疊率低或者影像質(zhì)量差的情況下，會(huì)導(dǎo)致空三計(jì)算失敗。在這種情況下，可將計(jì)算失敗的空三成果以XML的格式導(dǎo)出，提取其中的影像姿態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)原始的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行封信，然后重新導(dǎo)入進(jìn)行計(jì)算。另外，也可加入連接點(diǎn)和控制點(diǎn)重新進(jìn)行空三計(jì)算。 

另一方面，由于多相位拍攝過程中的遮擋，以及植被、水 面等均質(zhì)地物缺乏明顯的特征點(diǎn)而造成同名影像匹配較少，從而導(dǎo)致數(shù)字表明模型精度低以及切片紋理缺失和錯(cuò)位。這種情況在三維模型成果中的具體表現(xiàn)為：部分樹木及建筑邊緣變形、建筑側(cè)面紋理不清晰、地形變形等。



針對(duì)這些問題，可使用ContextCapture的模型修正功能進(jìn)行修正，并導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的瓦片重新生成貼圖。同時(shí)，也可以使用第三方建模軟件進(jìn)行修正處理，如3DMax、Geomagic、Meshmixer、PhotoMesh等。

2.ContextCapture系統(tǒng)架構(gòu)

ContextCapture系統(tǒng)架構(gòu)包含兩大模塊：主控臺(tái)（Master）和引擎端（Engine），遵循主從模式（Master-Worker）。ContextCapture主控臺(tái)是 ContextCapture的主要模塊。用戶通過圖形用戶接口，向軟件定義輸入數(shù)據(jù)，設(shè)置處理過程、提交過程任務(wù)、監(jiān)控任務(wù)的處理過程與處理結(jié)果可視化等。主控臺(tái)不執(zhí)行處理過程，而是將任務(wù)分解為基礎(chǔ)作業(yè)并其提交給作業(yè)隊(duì)列。

引擎端Engine是 ContextCapture 的工作模塊。它在計(jì)算機(jī)后臺(tái)運(yùn)行，無需與用戶交互。當(dāng)引擎端空閑時(shí)，一個(gè)等待隊(duì)列中的作業(yè)的執(zhí)行，主要取決于它的優(yōu)先級(jí)與提交的數(shù)據(jù)。由于采用了主從模式，ContextCapture 支持網(wǎng)格并行計(jì)算。只需在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多個(gè) ContextCapture 引擎端 ，并將它們關(guān)聯(lián)到同一個(gè)作業(yè)隊(duì)列上，就會(huì)大幅降低處理時(shí)間。

ContextCapture 除了 Master、Engine 外， 還 包 含 Setting、 Viewer 等工具模塊。Master 負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理任務(wù)，監(jiān)視任務(wù)的進(jìn)度等；Setting 主要是幫助 Engine 指向任務(wù)的路徑；Engine 負(fù)責(zé)對(duì)所指向的作業(yè)隊(duì)列中的任務(wù)進(jìn)行處理；Viewer則可預(yù)覽生成的三維場(chǎng)景和模型，可以觀察控制主控臺(tái)工作流的生產(chǎn)質(zhì)量， 利用它對(duì)最終生產(chǎn)的模型成果進(jìn)行瀏覽。

3.ContextCapture軟件功能

①集成地理參考數(shù)據(jù) 

ContextCapture 可為包括 GPS 標(biāo)記和控制點(diǎn)在內(nèi)的多種類型的定位數(shù)據(jù)提供本地支持。它還可以通過定位/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)入或完整塊導(dǎo)入來導(dǎo)入任何其他定位數(shù)據(jù)。這使您能夠精確測(cè)量坐標(biāo)、距離、面積和體積。

②自動(dòng)空中三角測(cè)量和三維重建 

一旦自動(dòng)識(shí)別每張相片的相對(duì)位置和方向，您就可以通過添加控制點(diǎn)和編輯連接點(diǎn)來對(duì)空中三角測(cè)量結(jié)果進(jìn)行微調(diào)，以最大限度提升幾何和地理空間精度。優(yōu)化的三維重建算法以無可匹敵的精度生成精準(zhǔn)的三維模型以及每個(gè)格網(wǎng)面片的影像紋理。



③生成二維和三維 GIS 模型 

借助 ContextCapture，可以生成各種 GIS 格式的精確地理參考三維模型，包括真正射影像和新的 Cesium 3D Tiles，并將瓦片范圍和空三成果導(dǎo)出為 KML 和 XML。

④處理實(shí)景模型 

ContextCapture 可以快速輕松地處理任何比例的格網(wǎng)模型，以及橫斷面的生成、地形和斷裂線的提取，及正射影像、三維 PDF 和 iModel 的生成。

⑤處理點(diǎn)云 

可以對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行增強(qiáng)、分割、分類，并與工程模型相結(jié)合。然后，您可以利用 ContextCapture 的高級(jí)三維建模、橫截面切割、斷裂線和地形提取功能，快速高效地對(duì)竣工條件進(jìn)行建模并支持設(shè)計(jì)流程。

⑥生成和處理大型可縮放地形模型 

您可以從多種來源中生成非常龐大的可縮放地形模型，包括點(diǎn)云、斷裂線、光柵數(shù)字高程模型和現(xiàn)有三角形化不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)。通過與原始數(shù)據(jù)源同步，可縮放地形模型可實(shí)時(shí)更新到最新。

⑦生成三維 CAD 模型 

基于各種 CAD 格式、三維通用格式、DSM 和密集三維點(diǎn)云生成三維模型，確保模型在建模環(huán)境中是可訪問的。

軟件詳情：ContextCapture 三維實(shí)景建模軟件 | 為數(shù)字孿生打造 4D 數(shù)字化環(huán)境

如果，您有傾斜攝影項(xiàng)目需求，或想采購(gòu)三維實(shí)景建模軟件ContextCapture，歡迎聯(lián)系我們：18122393143。