基于CC的实景三维模型建立技术研究

迟凤静

摘要：随着智慧城市、智慧工厂等行业对三维模型数据的需求日益增强，传统的采用3Dmax软件进行精细建模的方式，生产效率低，远远不能满足大面积三维建模的需要。本文对比了传统人工建模与实景三维建模的优缺点，通过在实际项目中的应用对实景三维建模技术进行了研究。

关键词：倾斜摄影;三维建模;实景三维;空三加密

一.前言

随着无人机技术的快速发展，使用无人机获取地面影像更加方便、快捷，不仅可通过无人机航摄技术进行正射影像图制作、数据采集、数字线划图等传统的二维测绘工作，还可进行热门的三维模型建设。传统虚拟三维模型建设主要采用无人机或者三维激光扫描仪获取点云数据，人工建立精细模型，有着耗时长、工作量大、人力消耗大、制作烦琐、场景不真实等缺点。而目前采用全自动三维建模系统ContextCapture Center（简称CC）进行的实景三维建模技术，可快速生成三维模型，从而达到自动、快速、准确、真实的空间数据重建效果。

二.关键技术研究

（一）倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直及多个倾斜角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息，符合人眼视觉的真实直观效果。

目前我们采用的是CC全自动三维建模系统处理倾斜摄影数据，它是基于图形运算单元GPU的快速建模技术，可以在像片质量符合要求下无须人工干预进行快速、简单、全自动的建模，并且它还支持输出多种数据成果格式，兼容多种数据源。

（二）空中三角测量技术

空中三角测量是利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。目前，倾斜摄影系统采用的是POS辅助空中三角测量技术，是将GPS和IMU组成的定位定姿系统（POS）和航摄仪集成在一起，通过GPS获取航摄仪曝光时刻摄站的空间位置参数，通过IMU测定航摄仪的姿态参数。

（三）三维建模技术

三维建模技术是利用计算机对物体或地形地貌进行三维模拟，是对真实世界的虚拟显示，通常是根据线、面在不同细节层次渲染、纹理映射或者用不同方法进行明暗描绘，使模型看起来更加真实、细致，使读者有身临其境的感觉。

基于CC的实景三维建模技术采用的原始数据是通过多角度的倾斜摄影系统获取的测区倾斜影像、POS数据等资料，运用CC强大的基于图像密集匹配技术的快速三维场景运算功能，进行倾斜摄影空中三角测量解算，再进行地面景物的逼真实景真三维重构，最终达到实现全要素的真实影像及纹理的高分辨率实景三维模型。

三.应用效果

（一）基于CC的实景三维模型建立流程

（二）应用项目

1 牛庄水务项目

引进倾斜摄影无人机后，以牛庄水务项目为契机首先在牛庄区域内进行了航拍，拍摄范围为牛庄物探区域内约1.3km²，飞行高度150m，飞行两个架次，模型精度0.5m。下面，以牛庄水务项目为例，介绍基于CC进行实景建模的应用情况。

1.1数据采集

数据采集采用倾斜摄影设备进行航拍，航线设计时确保同一地物、同一个特征点需要三张以上小于15度角的不同角度的像片覆盖，航向重叠度大于70%，旁向重叠度大于50%。侧面纹理像片覆盖度、重叠度越大，解算出来的实景三维模型精度越高、效果越好，解算出成果的时间也会相应地增加。所以考虑到效率问题，又不可以无限制地提高重叠度与像片数量。

1.2实景三维模型建立

1.2.1像片导入

野外数据采集完成后，进行影像数据检查，无误后导入CC软件中，新建工程，根据采用的航摄设备确定传感器长边及焦距。

1.2.2空三加密

在工程准备完成后进行空三加密。CC软件会根据像片进行大量特征点的计算、提取，对获取的特征点再采用多视角匹配同名点，然后反向解算出每张像片的空间位置还有像片的姿态角度，从而可以确定像片之间的关系。空三加密完成后，可以在ContextCapture里查看到整个航带的飞行情况、结算出来的空三点的位置密度，还有每张像片的相对位置以及其所覆盖的范围、方位角等信息。

1.2.3量测控制点

空三加密根据野外采集的相控点，进行像片刺点。此过程要确保每张像片准确刺点，完成后再进行一次空三加密。控制点可以在空三加密之前就加到Block中，这样就可以无需再一次进行空三。ContextCapture提供了很多个坐标系，我们也可以根据需要加入本地坐标系，只需要编写一个坐标系文件导入即可。

1.2.4模型建立

空三加密、刺控制点再次进行空三解算之后就开始进行模型建立。软件通过空三加密点计算出不规则三角网TIN，并且生成白模的三维模型，再通过三维模型形状位置从航片中选取合适的纹理进行贴图，最后输出纹理逼真的实景三维模型。根据使用的第三方软件，我们可以导出多种格式的模型数据，修改完成后还可以再次进入ContextCapture中重新整合输出。

1.2.5 重庆江津站分输站倾斜摄影测量实验

实验区飞行范围为位于重庆市江津区广兴镇东北方向的的江津分输站及延分输站西北方向2公里管道为中心周边500米的带状范围。共飞行三个架次，航高130米，总共拍摄了3640张，54G图像资料，布设地面控制点19个。

1.3效益分析

ContextCapture作为专业的高效实景建模软件，可创建具有照片纹理的、按照地理位置定位的三维模型，可直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。同时有效提升模型的生产效率。以牛庄水务项目为例，采用人工建模方式，野外采集数据三个人需要四天时间，包括无人机航拍以及纹理照片采集。后期建模，五个人共用五十多天时间。而使用CC进行实景三维建模，野外数据采集三个人两天，主要是进行倾斜摄影测量，后期数据处理只需一个人八天便可完成。所以，针对大范围的区域建模，在对模型精细度没有特殊要求的情况下，采用CC系统进行实景三维建模可以节省大量的人力和时间。

四.结语

实景三维模型建立技术以“全要素、全纹理”的方式来表达空间，提供了不需要解析的语义，是物理城市的全息再现，该技术是当今三维建模技术的主流，能够获取地理实体的纹理细节，不但丰富了影像数据源信息，而且极大地提升了三维建模的效率，同时也降低建模的生产成本，可以为测绘、规划、应急、公安、旅游文化等行業提供低廉、高效、敏捷的数据支持与服务。