摘要：傾斜攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的新興科學技術(shù)，滿足了研究和應用領域的廣泛需求，在城市三維實景建模中有著廣闊的應用前景。針對吉林某大學三維建模任務，分別從數(shù)據(jù)獲取、模型構(gòu)建等方面詳細介紹了基于Smart3D軟件的傾斜攝影三維建模的方法步驟，并對測區(qū)進行三維場景構(gòu)建，同時對三維模型場景成果的精度進行了分析。結(jié)果表明，基于傾斜攝影測量的自動化真三維建模方式建模速度快、質(zhì)量高、工程量較少，構(gòu)建的三維場景細節(jié)豐富。

關鍵詞：傾斜攝影測量三維模型空三加密精度評價

ResearchontheEstablishmentofaTrue3DModelofObliquePhotographyBasedonSmart3D

WANGNa

JilinProvincialInstituteofPhotogrammetryandRemoteSensing，Changchun，JilinProvince，130051China

Abstract：Theobliquephotogrammetryisanemergingscientifictechnologythathasrapidlydevelopedinrecentyears，whichmeetsthewideneedsofresearchandapplicationfieldsandhasbroadapplicationprospectsinurban3Drealscenemodeling.Forthe3DmodelingtaskofauniversityinJilin，thispaperprovidesadetailedintroductiontothemethodsandstepsofthe3DmodelingofobliquephotographybasedonSmart3Dsoftwarefromtheaspectsofdataacquisitionandmodelconstruction，constructsthe3Dsceneofthemeasurementarea，andanalyzestheaccuracyofthe3Dmodelsceneresults.Theresultsshowthattheautomatedtrue3Dmodelingmethodbasedonobliquephotogrammetryhasfastmodelingspeed，highqualityandlessengineeringquantity，andthattheconstructed3Dscenehasrichdetails.

KeyWords：Obliquephotogrammetry;3Dmodel;Aerialtriangulation;Accuracyevaluation

三維模型的本質(zhì)是基于二維地理信息所制作的三維地理信息，是對傳統(tǒng)二維地理信息的革新與升級，較之二維地理信息，表現(xiàn)更為系統(tǒng)、逼真、更具立體性。三維模型場景能提供一種更加直觀、更為真實的可視化功能，不僅能對城市各自然要素進行瀏覽查看，還能對建設要素進行分析[1]。

三維模型創(chuàng)建方式有兩種。一是利用二維線劃數(shù)據(jù)和與之對應的高度屬性信息，開展三維建模，并采集現(xiàn)實紋理圖片，貼于建筑物表面。此種方式構(gòu)建的模型精度高、紋理真實，但由于周期長及成本高，不適用大區(qū)域作業(yè)。二是采用數(shù)字攝影測量技術(shù)進行三維建模，地物及地表特征點線面等數(shù)據(jù)信息的采集速度快，建模過程自動化，還支持外形規(guī)則的建筑物的紋理自動化提取。此方式真實度高、建模速度快，因而可以對大場景進行實時更新[2]。本文結(jié)合吉林某大學校區(qū)內(nèi)實景三維建模需求，探討了基于傾斜攝影測量的三維建模技術(shù)流程。

1測區(qū)數(shù)據(jù)獲取

測區(qū)位于吉林某大學校區(qū)內(nèi)，面積約為1.41km2。測區(qū)內(nèi)主要建筑有圖書館、網(wǎng)球館、宿舍區(qū)、教學樓等。測區(qū)范圍如圖1所示。

1.1影像數(shù)據(jù)獲取

航飛質(zhì)量主要受航線、相對航高、重疊度的影響，為得到高質(zhì)量的航拍影像，需要在進行航飛計劃時對這些參數(shù)進行設置。

本次測量采用紅鵬六軸無人機AC1600，相機型號為SONYILCE-7RM2，傳感器大小為35.9mm，相機焦距為35.1701mm，無人機航高為180m，航向和旁向重疊度都是70%。共得到5組影像共1255張影像圖片及對應的Pos點數(shù)據(jù)，影像寬度為7952像素，高度為5304像素。

1.2像控點數(shù)據(jù)獲取

控制點坐標值是攝影測量的重要參數(shù)。根據(jù)作業(yè)要求確定控制點個數(shù)，并對控制點坐標和高程值進行外業(yè)測量。

1.2.1像片控制點布設方案

依據(jù)航線規(guī)劃和影像數(shù)據(jù)，主要采用區(qū)域網(wǎng)法布點方案[3]，依據(jù)控制點布設原則，選取測區(qū)域內(nèi)28個控制點作為像控點參與解算，如圖2所示。

1.2.2像控點選測

像控點的精度要求：相對鄰近的基本像控點，平面像控點和平高像控點的圖中誤差不超過0.2mm。高程像控點和平高像控點的高程中誤差不超過0.1m[4]。

像控點位置都用適應大小的“十字絲”在影像上進行標示，并用文字對點位位置進行詳細描述，便于內(nèi)業(yè)人員判讀[5]。采用統(tǒng)一規(guī)格的點之記表格對像控點信息進行記錄，表格的主要內(nèi)容有像控點點名、作業(yè)人員姓名、像控點坐標、點位全圖、點位略圖、點位詳圖、點位說明等。

2三維模型創(chuàng)建

基于計算機視覺三維重建算法，Smart3D軟件只需結(jié)合飛行過程中獲取的Pos數(shù)據(jù)即可解算出精確的外方位元素。并采用基于特征的匹配算法匹配同名點，采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差方法進行多視影像聯(lián)合平差，并根據(jù)聚簇算法和基于面片的密集匹配算法完成高密度點云初步構(gòu)建[6]。最后，基于點云構(gòu)建的TIN網(wǎng)模型配合紋理映射，實現(xiàn)實景三維模型的構(gòu)建（如圖3所示）。下面詳細闡述其中空三加密和成果檢驗2個環(huán)節(jié)。

2.1空三加密

空三加密流程，如圖4所示。

2.2成果檢驗

Acute3DViewer可以直接對s3c格式的模型成果進行查看和瀏覽，如圖5所示。如果是osgb格式數(shù)據(jù)，則可以通過一系列轉(zhuǎn)換操作制作一個s3c模型展示文件在Acute3DViewer里進行瀏覽查看。

Smart3D生成的數(shù)據(jù)格式有s3c、fbx、osgb、dae、obj、stl等多種類型，其中osgb、obj和fbx格式可以適用于多種建模軟件，以便于后期進行修改。也適用于多種展示平臺，可以快速在網(wǎng)絡上進行發(fā)布，實現(xiàn)共享。

2.3模型修改和對禁飛區(qū)域的補充

在對細節(jié)要求不高的情況下，Smart3D生產(chǎn)的三維模型可以滿足使用要求，后期無需太多修改。但在實際應用過程中，地物間的相互遮擋會給數(shù)據(jù)的獲取造成比較大的干擾。加之目前軟件自身也還有一些局限性，模型的細部結(jié)構(gòu)存在破損和缺失的問題。尤其是靠近地面的部分，模型細節(jié)和紋理容易缺失和失真。針對模型的局部誤差，可以使用其他建模軟件如3dsMax、GeomagicStuido等進行修改，再通過retouch操作導入Smart3D軟件，重復三維模型重建步驟。

針對禁飛區(qū)域，可以采用其他建模技術(shù)方法采集數(shù)據(jù)，建立三維模型，對傾斜三維模型場景進行補充。

Smart3D軟件本身能夠生成多種類型的數(shù)據(jù)成果，可以應用到其他三維軟件平臺中。也可以將3dsMax、GeomagicStuido等軟件建立的三維模型成果通過retouch操作導入Smart3D軟件中進行拼接。此外，可以將傾斜攝影與近年來發(fā)展較好的近景攝影技術(shù)進行有機聯(lián)合，采用統(tǒng)一的空間基準及坐標系統(tǒng)進行空地數(shù)據(jù)聯(lián)合建模。在今后的實際項目中，也可以考慮利用機載三維激光掃描獲得的高精度點云數(shù)據(jù)與傾斜攝影測量技術(shù)獲得的三維模型數(shù)據(jù)進行融合建模。

目前，正提倡多測合一，隨著真三維建模需求和范圍的增大，傾斜攝影測量與其他三維建模技術(shù)相結(jié)合，可大幅提升三維建模的生產(chǎn)效率和模型效果。

3精度評價

精度評價是評定三維模型能否在實際工作中得到應用的一個重要方面，也是衡量三維模型質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)。本小節(jié)根據(jù)傾斜攝影三維模型的特點，對測區(qū)模型成果進行空三精度、整體結(jié)構(gòu)、細部結(jié)構(gòu)3個方面的精度評價。

3.1空三精度評價

中誤差是衡量觀測精度的一種數(shù)字標準，可以很好地反映誤差精度，在測繪領域應用廣泛。測區(qū)內(nèi)一共使用28個控制點，空三精度的平面最大誤差為0.0013m，最小誤差為0.0001m，中誤差為0.0005m；高程最大誤差為0.001m，最小誤差為0，中誤差為0.0007m；重投影的均方根最大誤差為0.1000px，最小誤差為0，中誤差為0.0344px；3D最大誤差為0.0021m，最小誤差為0.0002m，中誤差為0.0007m。所有誤差均小于0.5，空三精度達到模型生產(chǎn)的要求。

3.2整體模型精度評價

測區(qū)一共采用28個控制點坐標，X方向中誤差為0.041284m，Y方向中誤差為0.032117m，平面中誤差為0.052306m，高程中誤差為0.060117m。參照《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》，測量場景模型平面的中誤差小于0.5m，高程的中誤差小于0.37m，整體模型滿足1∶500比例尺測圖精度。

4結(jié)語

基于Smart3D軟件的傾斜攝影建模方法，無需太多人工干預，具有很強的可操作性。并且其成果細部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)程度高，精度達到測繪級標準，成果格式也能與多種軟件及平臺有效結(jié)合，在實際工作中具有很強的應用價值。

參考文獻

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[2]胡雪晴，毛慶洲，胡慶武，等.無人機機載激光雷達四面塔鏡三維成像方法[J].激光與光電子學進展，2023，60（14）：320-328.

[3]張玉濤，孫保燕，莫春華，等.無人機與三維激光掃描融合的拱橋三維重建[J].科學技術(shù)與工程，2023，23（6）：2274-2281.

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[6]李龍威.無人機航攝影像快速正射拼接及三維重建系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].西安：長安大學，2023.