馬昭輝

【摘 要】相較于傳統(tǒng)三維建模技術(shù)而言，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)具有突出優(yōu)勢(shì)。因此，論文以無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)為切入點(diǎn)，基于DM5-2015傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)，分析了無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模方式，并對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模質(zhì)量進(jìn)行了簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)，以期為無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模應(yīng)用提供有效的借鑒。

【Abstract】Compared with the traditional 3D modeling technology， UAV tilt photogrammetry system has outstanding advantages. Therefore， based on the application advantages of 3D modeling system of real scene by UAV tilt photography， and the DM5-2015 tilt photogrammetry system， this paper analyzes the 3D modeling method of real scene by UAV tilt photography， and simply evaluates the 3D modeling quality of real scene by UAV tilt photography， so as to provide some effective reference for the application of UAV tilt photography 3D modeling of real scene.

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī)傾斜攝影;實(shí)景三維建模;質(zhì)量評(píng)價(jià)

【Keywords】 UAV tilt photography; 3D modeling of real scene; quality evaluation

【中圖分類號(hào)】TP311.13? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0135-02

1 引言

在無(wú)人機(jī)傳統(tǒng)傾斜攝影建模系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要是在工作面中心進(jìn)行相機(jī)的垂直豎立。隨后沿四個(gè)方向分別布設(shè)一光軸與水平面成45°的相機(jī)。上述布設(shè)方式，雖然可以獲得多張影像，但是不同角度影像覆蓋度、重疊度較高，額外工作量較多，再加上無(wú)人機(jī)飛行中傾斜角度控制問題，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行效益不佳。因此，探究無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景建模新方式具有非常重要的意義。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模優(yōu)勢(shì)

基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模的方式，廣泛用于資源管理、三維導(dǎo)航、城市旅游管理、安保警戒等模塊[1]。其不僅可以實(shí)現(xiàn)一次飛行獲取同一地物或者特征點(diǎn)三張以上的不同角度高精度影像的覆蓋，而且可以降低工作成本及工作風(fēng)險(xiǎn)。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模

3.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)線路

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模前期，技術(shù)人員需要依據(jù)所需獲取的航攝、像控測(cè)量數(shù)據(jù)情況，進(jìn)行技術(shù)線路的預(yù)先設(shè)置。整體無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)線路主要包括工作準(zhǔn)備、模型構(gòu)建兩個(gè)模塊[2]。其中工作準(zhǔn)備主要包括航攝數(shù)據(jù)下載及預(yù)處理、傾斜攝像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、外業(yè)像控測(cè)量、像控測(cè)量數(shù)據(jù)等幾個(gè)模塊。而模型構(gòu)建主要是在Smart 3D工作集群構(gòu)建的基礎(chǔ)上，進(jìn)行空中三角測(cè)量、密集點(diǎn)云生成、基于點(diǎn)云的TIN模型構(gòu)建、紋理切片自動(dòng)映射、場(chǎng)景構(gòu)建等幾個(gè)模塊。

3.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模方案實(shí)踐

首先，在無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模前期，需要具有一定重疊度的多個(gè)視角的POS數(shù)據(jù)、像控測(cè)量成果、影像數(shù)據(jù)等。此時(shí)需要利用多鏡頭傾斜云臺(tái)從不同視角相機(jī)中提取影像數(shù)據(jù)。同時(shí)為保證數(shù)據(jù)處理效率，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可進(jìn)行Smart 3D工作集群構(gòu)建。即在集群電腦接入同一局域網(wǎng)之后，允許主機(jī)電腦中存放影像數(shù)據(jù)、位置盤與同一局域網(wǎng)中集群電腦共享，并修改主機(jī)電腦盤符，同時(shí)在同一局域網(wǎng)其他集群電腦中進(jìn)行M盤映射的構(gòu)建。此時(shí)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可在M盤中進(jìn)行Smart 3D Block構(gòu)建。

其次，為保證無(wú)序影像在空間層面可相互對(duì)齊，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可以影像空中三角加密為核心，在3DView中沿?cái)?shù)據(jù)載入——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——加密結(jié)束——空中三角加密后成果導(dǎo)出順序，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化操作。需要注意的是，在空中三角加密后成果導(dǎo)出階段，為保證成果信息的有效性，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可將最終結(jié)果轉(zhuǎn)換為XML格式的數(shù)據(jù)。

再次，在空中三角加密作業(yè)結(jié)束之后，為保證空中三角加密階段影像匹配精度及空中三角加密成果控制效果，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可以在軟件中預(yù)先導(dǎo)入具有像控點(diǎn)投影文件，進(jìn)行像控點(diǎn)加密[3]。

最后，在像控點(diǎn)加密完成之后，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可根據(jù)Smart 3D 軟件中建模項(xiàng)目自動(dòng)劃分的若干個(gè)瓦片運(yùn)行特點(diǎn)，逐步進(jìn)行密集點(diǎn)云生成、Yin模型構(gòu)建、紋理自動(dòng)映射等操作，以獲得完善的無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型。

在具體工作開展過(guò)程中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可根據(jù)空中三角測(cè)量運(yùn)算，提取影像外方位元素。隨后結(jié)合多視角影像密集匹配，可得到密度較高的數(shù)據(jù)點(diǎn)云。同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)量較大，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可將數(shù)據(jù)分塊后，進(jìn)行多層細(xì)度的Tin模型構(gòu)建。隨后無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可根據(jù)三角網(wǎng)畫面去讀變化，對(duì)Tin模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。在這個(gè)基礎(chǔ)上，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可以紋理影像為依據(jù)，將簡(jiǎn)化后Tin模型進(jìn)行配準(zhǔn)、貼圖，并進(jìn)行多細(xì)節(jié)、多層次的LOD組織結(jié)構(gòu)設(shè)置。

4 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 項(xiàng)目區(qū)概況

在***街區(qū)與建筑保護(hù)項(xiàng)目中，利用無(wú)人機(jī)對(duì)***街區(qū)中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)2.85km2區(qū)域進(jìn)行了十字交叉航線法區(qū)域傾斜影像采集，并通過(guò)傾斜攝像測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了初始三維建模，同時(shí)對(duì)區(qū)域內(nèi)多處重點(diǎn)保護(hù)建筑進(jìn)行了三維精細(xì)化建模。

4.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模精度影響因素

基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景測(cè)量技術(shù)生成的初始三維模型具有不同類型的畸變情況：首先，無(wú)人機(jī)姿態(tài)變化、顛簸等操作，會(huì)直接導(dǎo)致無(wú)人機(jī)傾斜攝影影像重疊度、幾何畸變，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型出現(xiàn)凸包、破洞情況[4]。

其次，大氣環(huán)境噪聲、不同時(shí)段光照變化，均會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型出現(xiàn)飛面、凸包、紋理不均、破洞情況。

最后，影像主控點(diǎn)落水、影像分辨率不足、影像模糊等問題，均會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型地物模型邊緣平滑度不足、水面缺失等問題。

4.3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模二次優(yōu)化

基于上述無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型建立過(guò)程中出現(xiàn)的精度影響因素，初始生產(chǎn)的無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型并不能滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求。因此，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員應(yīng)在初始模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，利用幾何修復(fù)、細(xì)節(jié)整理裝飾、紋理修補(bǔ)等措施，對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型進(jìn)行二次優(yōu)化措施。其中，幾何修復(fù)主要針對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型破洞、凸包等問題，進(jìn)行修補(bǔ)、抹平還原。同時(shí)篩除飛面碎部，而細(xì)節(jié)整理裝飾主要是利用替換或者修補(bǔ)措施，進(jìn)行重要地物、標(biāo)志物的處理;紋理修補(bǔ)則是通過(guò)替換、修補(bǔ)等措施，進(jìn)行不均勻紋理處理。

除以上方法之外，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)模型可以結(jié)合傳統(tǒng)建模優(yōu)勢(shì)，針對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型中待改進(jìn)地物目標(biāo)或者區(qū)域，進(jìn)行二次處理。如無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可以利用前期攝影測(cè)量空中三角加密成果，根據(jù)若干均勻分布于區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)，利用立體測(cè)圖技術(shù)。經(jīng)三維模型瓦片分割——數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換——重點(diǎn)目標(biāo)及區(qū)域提取——破洞修補(bǔ)+凸包整平+細(xì)節(jié)整理銹蝕+模型替換+水面修復(fù)——成果輸出，進(jìn)行模型輔助編輯優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用。無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型輔助編輯優(yōu)化系統(tǒng)主要針對(duì)具體過(guò)程，進(jìn)行目標(biāo)模型區(qū)域的處理[5]。以凸包變形處理為例，無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)人員可以利用空中三角加密成果，進(jìn)行空中三角校正影像——自動(dòng)紋理提取——均勻變色處理——自動(dòng)紋理貼圖等過(guò)程，保證無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型問題的有效處理。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在數(shù)字地球、建筑物景觀設(shè)計(jì)、智慧社區(qū)不斷發(fā)展的背景下，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了建立具有真實(shí)紋理的數(shù)字城市三維模型的市場(chǎng)價(jià)值。基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型具有低成本、高分辨率、低風(fēng)險(xiǎn)、高時(shí)效的優(yōu)良特點(diǎn)。因此，為保證無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型實(shí)際價(jià)值的充分發(fā)揮，相關(guān)人員可在研究無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模方法的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型可以達(dá)到的精度水平進(jìn)行深入探究，明確無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型質(zhì)量影響因素，為無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型的有效應(yīng)用提供依據(jù)。

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