基于车载移动测量系统的快速三维建模方法研究

郭伟立 丘小春 冯一军 梁绕

摘要：本文通过利用IP-S2车载移动测量系统的可量测影像数据，探讨了简单建模和精细建模的技术步骤，对传统三维建模方法进行有效补充，为三维建模提供了新思路。

关键字：车载移动测量系统，可量测视频，三维建模

随着“数字城市”建设的不断开展，各行业数字化工程不断扩大，作为空间信息基础地理框架的二维空间数据已经无法满足发展的需求，三维场景逐渐成为人们日常生活的一部分，对三维模型的要求也逐步提高。

传统的三维建模是基于图片信息的场景建模和表现，这种技术存在着缺少真实感、三维几何信息不准确以及处理速度缓慢的缺点[1]。因此，快速、真实地进行三维模型建设是目前三维建模研究的一个重要方向。近年来，随着车载移动测量技术的不断发展，为三维建模提供了新的技术方法[2]，本文对基于车载移动测量系统的快速三维建模方法进行探讨。

1 车载移动测量系统

车载移动测量系统作为相对传统测绘的一种全新技术，主要由GNSS全球定位系统、IMU惯性测量单位、车辆控制编码系统以及激光扫描仪、数码相机等多传感器集成到车辆上，实现直接定位和数据采集，可自动采集城市信息，根据车辆运动的轨迹通过多图像传感器采集全景彩色图像、并通过相机记录道路中和道路两侧的物体，利用GPS/DR的集成数据，能够提供物体的绝对坐标和物体尺寸，具备导航数据采集、三维建模，DLG快速更新等功能[3]。

本文的车载移动测量系统采用的是拓普康公司生产的IP-S2，其以东风本田CR-V汽车为平台，集成安装了1部双频双星GNSS接收机、1套惯性导航设备、2个车轮编码器、3台三维激光扫描仪、1台360°像机、1台同步控制工作计算机。所有传感器在主控机控制下，利用GPS授时进行同步工作，采集平台移动过程中道路及两侧地物目标的影像、三维点云及车辆瞬时的坐标和姿态参数，然后通过软件处理，得到道路及两侧地物目标的真实三维地理坐标。

2 传统建模方式

传统的三维建模采用外业拍照进行纹理提取，内业用3DS Max建模的方式进行。3Ds Max是美国的Autodesk公司致力于三维建模、动画制作和渲染的专业工具，主要是利用二维线、矩形和三维长方体、球体等基本几何元素组合成实体，并经过拉伸、旋转、平移等几何变换构建几何场景[4]。在应用于城市三维模型搭建时，需要先提取建筑物的轮廓线，然后通过实地外业拍照提取建筑物的纹理，并结合楼层数及高度数据，进行三维建模。建立精细模型时，利用传统方法操作简单，模型效果真实，贴近真实场景，而且兼容性好，可以和其他相关软件配合使用，但对应大范围的简单建模时，花费时间较长，且真实性欠缺。

3 基于车载移动测量系统的快速三维建模方法研究

拓普康 IP-S2车载移动测量系统数据成果包括有空间信息的360°可量测视频、具有空间和时标信息的三维RGB点云及360°影像数据，本文主要采用有空间信息的360°可量测视频数据进行快速三维建模，分别探讨了简模和精模两种建模方法。

3.1城市简单模型建立方法

（1）采用车载移动测量系统获取建筑物的全景影像视频数据，经过加工处理，得到在3DPCCI软件上运行的数据。

（2）利用3DPCCI软件进行模型轮廓的提取，3DPCCI的优势是能够准确的获取模型的高度，长度和宽度，这是传统三维建模无法比拟的。

（3）提取建筑物纹理：直接在全景影像视频中提取出建筑物的纹理图片。

（4）纹理图片处理：由于提取的纹理图片会有变形和瑕疵，需要在Photo shop软件下对纹理图片进行相应的处理。

（5）建筑物纹理贴图。

3.2城市精细模型建立方法

（1）采用车载移动测量系统获取建筑物的全景影像视频数据，经过加工处理，得到在3DPCCI软件上运行的数据。同时外业对需要精细建模的模型进行纹理拍照。

（2）利用3DPCCI软件进行模型轮廓的提取。并导出为Max模型。

（3）用Photo shop处理外业拍照的纹理图片，提取较完整清晰的图片作为贴图。

（4）在3DS Max中导入需要精细建模的模型，并对模型进行贴图。

（5）模型微调整即可得到精细模型。

本项目研究和实验对象是贵港市金田路，利用车载移动测量系统获取的金田路两旁的建筑物进行三维建模，如图1所示。

图1 基于可量测影像的三维模型

3.3 实验分析

车载移动测量系统获得的全景影像视频数据应用于城市的三维模型搭建，不仅可以直接在3D PCCI上提取建筑物的轮廓和高度，而且可以多个角度来选择提取最佳的建筑纹理素材。但分辨率一般不高，同时因城市道路的两旁一般种植有诸多树木等绿化，导致拍摄下来街道两旁的建筑物一般遮挡较多，故在城市精细建模方面有所欠缺。

通过对模型的比较分析，在精细建模时，3DS Max软件所建模型更为精细美观；移动测量车因外业快速采集纹理的优势，更适合做整体的规划调整和设计。

4 结论

城市简单模型可以直接利用全景影像数据完成，速度快、精度高，而城市精细模型的建模则采用全景视频影像获取建筑物的轮廓，然后在3DS Max中对建筑物模型进行纹理贴图，能够得到更好效果。车载移动测量系统的数据成果信息量丰富，本文仅研究如何利用可量测视频数据进行快速三维建模，为三维建模提供一种新的方法。同时存在一些不足，如结合三维点云数据进行智能三维建模、利用倾斜摄影测量方法进行地面街景快速立体成像等方面内容有待进一步探讨。

参考文獻

[1]胡洪良，陈国跃.车载三维激光用于城市建模技术研究[J].科技资讯，2015（10）：49-50.

[2]张智勇.全景移动测量系统及其应用前景展望[J]测绘通报，2014，3：79-81，86.

[3]李华平，吴耀文.移动测量系统在芜湖市城管数字化项目中的应用[J]城市勘测，2010，6（3）：16-19.

[4]甘露.探讨基于3ds Max的城市三维建模技术[J].现代交际，2015，6（410）：92.