■珺張曉

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

基于低空航測系統(tǒng)的建筑物三維建模

■珺張曉

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

對低空航測系統(tǒng)進行研制和應用，可以有效的進行三維城市的建模。本文從實際工作經(jīng)驗出發(fā)，對低空航測系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)和立體測圖軟件進行詳細的介紹，同時對基于該系統(tǒng)的三維城市建筑物紋理的快速獲取和利用3DMAX軟件進行三維建模的方法進行闡述。由此可以知道，低空航測技術(shù)結(jié)合3DMAX三維立體建模軟件進行的城市三維建模，可以為"數(shù)字城市"的取得提供一種新的快速發(fā)展的途徑。

航測系統(tǒng) 立體測圖 紋理采集 3DMAX 三維建模

1　引言

近幾年，人們對于“數(shù)字城市”的需求越來越高，傳統(tǒng)的基于三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)據(jù)可視化的模式已經(jīng)不能滿足人們的需求。目前二維GIS系統(tǒng)中儲存了大量的建立三維城市模型所要使用的數(shù)據(jù)，曾有研究人員認為可以使用假定高度和模擬的紋理來對建筑物對象進行構(gòu)建，然而這種模型真實感較差，相應的景觀信息表達不夠，大量的三維空間信息細節(jié)被忽略。而基于DSM和影像的相關(guān)建模方法，同樣有構(gòu)筑的景觀缺乏真實感，并且難以構(gòu)筑單個三維對象模型。因此，城市建筑的三維建模理論以及方法仍然有很多亟待解決的問題。所以，精度高、真實感強的建筑三維建模是未來三維建模的發(fā)展方向。目前，隨著攝影測量技術(shù)的快速發(fā)展，利用航空立體像自動對地面的三維信息和相關(guān)紋理信息進行確定是地面建筑物三維建模重現(xiàn)的熱門研究方向。

2　模型的構(gòu)建及其獲取紋理的方法

當前，“數(shù)字城市”模型的建立所依據(jù)的數(shù)據(jù)主要來自航天影像、航空影像以及激光數(shù)據(jù)掃描等。其中，航天影像的獲取存在分辨率較低等問題；三維激光點云數(shù)據(jù)能夠直接對建筑物的立體模型進行重建，然而這種模式缺乏相應建筑的紋理信息，并且所使用的儀器設(shè)備特別昂貴，進而在某種程度上限制了其能夠應用的范圍。航空影像具有很多優(yōu)點，如獲取快捷、高效等，然而數(shù)據(jù)的獲取受天氣影像較大，并且在建筑物密集區(qū)遮擋現(xiàn)象特別嚴重，同時從影像上獲得建筑的里面紋理難度較大，這是目前航空影像的缺點。新興的低空航測技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)航測的優(yōu)點，而且彌補了它的相關(guān)缺點，對于建筑三維建模特別適合。

在構(gòu)筑三維數(shù)字城市時，通常采用的方法是，模型加紋理的技術(shù)，用以實現(xiàn)城市三維場景。傳統(tǒng)的建筑紋理獲得的方法主要有：（1）利用普通相機近距離獲得，這種方法被季節(jié)、天氣所影響；（2）利用直升機進行攝像機獲取紋理，然而此種方法成本較高。因此，低空航測系統(tǒng)，利用低空飛行和特寬角相機能夠?qū)ㄖ乃膫€方向及頂部進行航拍，能夠獲得三維空間物體的全方位信息，并且分辨率較高。

圖1　基于低空航測系統(tǒng)的三維建模流程

3　基于低空航測系統(tǒng)的三維建模

低空航測系統(tǒng)主要部分包括：飛行器、傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的軟、硬件系統(tǒng)等，是一種新興的低空高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)快速獲取系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)的低空航測三維建模流程，參見圖1。

對于飛行器搭載多面陣組合相機，其相關(guān)影像拼接可以使用中國測繪研究院開發(fā)的MCC軟件。使用單相機檢校獲取的內(nèi)方位元素和畸變公式參見公式（1）來對單張影像進行畸變糾正；然后使用相關(guān)手段獲取“像對外方位元素”的初始值和對重疊影響進行匹配，得出精確的拼接參數(shù)，然后利用獲得的相關(guān)參數(shù)結(jié)束虛擬影像的拼接，其實質(zhì)即使通富哦相關(guān)的數(shù)學模型將多個獲得得CCD影響變換成具有同一投影中心、同一像平面、同一主距的虛擬影像。

其中：Δx，Δy為像點改正值，（x 0，y0）為像主點坐標；（x，y）為像方坐標系下的像點坐標；

為相片上像點到像主點的距離；k0，k1，k2為徑向畸變系數(shù)；p1，p2為切向畸變系數(shù)。

利用單幅影像或者相關(guān)拼接影像，借助于目前通常使用的全自動空中三角測量軟件MAP-AT，并且利用全自動處理低空飛行獲取的面陣相機影像，能夠?qū)崿F(xiàn)在空中全自動完成相關(guān)數(shù)據(jù)的三角測量。通過大量的實踐可以證明空中三角測量軟件MAP-AT解決了低空航測大比例尺測圖存在的局限性，能夠很好的應用于低空航測。3DMAX是目前流行最廣泛的三維建模軟件。利用3DMAX軟件為工具，結(jié)合相關(guān)的測圖軟件MAP-LCS測出來的三維建筑頂面矢量數(shù)據(jù)和采集到的里面紋理進行三維建模，實踐表明這種方法簡單、可靠，與此同時這種方法所制成的三維立體建筑模型的成果較為逼真，具有很多優(yōu)點。

4　結(jié)語

綜上所述，未來的攝影測量技術(shù)將會朝著數(shù)字化、自動化、可視化的發(fā)展方向前景，并且與其他學科進行交叉的發(fā)展也會為其提供一個新的發(fā)展途徑。本文所述的低空航測系統(tǒng)的建筑三維建模，是基于三維建模軟件的城市三維建模，這可以為“數(shù)字城市”的未來發(fā)展提供一個方案，并為我國未來的城市化建設(shè)做出貢獻。

[1]高山,陳思.城市三維建模技術(shù)與標準研究 [J].測繪通報,2013(3):95-97.

[2]解斐斐.基于無人飛艇低空航測系統(tǒng)建筑物紋理獲取與處理技術(shù) [D].武漢大學, 2014.

[3]周園.UAV低空多視航測構(gòu)建城市建筑物三維模型實驗研究 [D].山東科技大學, 2013.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-212-1