三维虚拟现实技术在无人机航拍图像中的应用分析

摘  要：三维虚拟现实技术的发展过程中，也逐渐被应用到无人机航拍领域中，并推动了航拍领域中三维模型构建的快速发展，促进传统航拍模型构建成本高、耗时长等问题的解决。本研究着重探讨无人机航拍图像中三维虚拟现实技术的应用。首先，本研究探讨了无人机航拍图像中三维虚拟现实技术应用的难点，包括数据资源整合难点、计算效率与质量难点以及场景覆盖难点。其次，本研究探讨无人机航拍图像中三维虚拟现实技术的应用策略与方向，包括应用在航拍图像的仿真还原上、应用于航拍图像的建模、分析与恢复上以及应用在航拍图像的可视化呈现上。

关键词：无人机;航拍图像;三维虚拟现实;应用

引言

随着时代的发展，无人机航拍逐渐突破了军用、商用的领域，逐渐成为摄影爱好者、地理环境爱好者等的使用工具。相对于其他的拍摄工具来说，无人机航拍拥有着灵活、迅速便于控制等的优点。同时，由于军用、商用和民用三个领域对无人机航拍图像的要求不断提高，尤其是在图像的分析与展示上，传统的无人机摄像图像难以满足用户的需求。而三维虚拟现实技术的发展，国内无人机航拍和三维虚拟现实技术方面的专家学者开始在这两个领域中进行交叉式研究，为无人机航拍图像的建模等提供了支撑，本论文在此背景下进行分析与阐述，旨在为国内无人机航拍图像三维虚拟现实化的发展提供参考思路。

一、三维虚拟现实技术概述

三维虚拟现实技术是21世纪以来迅速发展的一门新的科学技术，即通过电子信息等技术来实现虚拟与现实的结合，创建出具有仿真性的虚拟世界，这种虚拟性空间是在现实世界的基础上进行生成与创建的，并通过三维模型来表现出来，是对现实世界的一种映射。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、多感知性、自主性等特点，其关键技术包括动态模型创建、三维图形生成、信息传输等，当前广泛应用在影视娱乐、教育、航空航天、医学等多个领域中，并产生了良好的应用效果，促进上述领域的快速发展。虚拟现实技术应用在无人机航拍图像中，主要是通过其模型创建、三维图形生成等，对航拍图像进行仿真的创建与展示，从而提高航拍图像的画质、流畅度等，并能够营造出仿真场景，为航拍图像的可视化呈现提供技术支持。

二、无人机航拍图像中三维虚拟现实技术应用的难点

由于三维虚拟现实技术当前正处于发展与完善的过程中，必然会导致在与无人机航拍图像的应用与融合过程中产生一些具体的难点，影响着融合进程的推进，就当前来看，这种难点主要包括方面，以下进行阐述与分析。

首先，体现在数据资源获取与整合的难点上。无人机航拍过程中应用三维虚拟现实技术，需要综合调动航拍图片资源、地理环境信息以及三维虚拟技术信息，并且整合到统一的模型构建与分析的过程中，就当前来看，这种资源获取与整合的能力仍旧有待提升。这主要表现在资源整合获取过程中会导致三维虚拟现实系统运行速度的降低，影响到三维仿真图像模型搭建的准确性。

其次，体现在分析系统的支持上。在三维虚拟现实技术与无人机航拍图像融合的过程中，也需要计算机信息系统和三维虚拟系统的支持。这种支持主要体现在两个方面，即快速信息计算与分析的支持，以及信息分析高度精确性的支持。而就国内当前三维虚拟分析系统来看，虽然在建模与可视化等方面有着较高的能力，但是在进行分析的过程中，由于资料信息的巨大性，会影响到分析的效率和速度，甚至会产生一些误差，影响到具体的仿真还原。

最后，体现在场景的全覆盖上。无人机航拍图像由于受到摄像头本身的视野局限性，难以全面反映出需要的场景信息，这就需要使用传感器技术进行搭在与拍摄，并在此基础上进行全覆盖的突破。而无人机搭在传感器技术进行航拍在当前还不太成熟，具体的可行性比较低。如果使用多张图像进行组合分析，也會形成一定的误差，影响到建模的具体效果，这就需要国内学者从三维虚拟现实技术方面去寻找解决策略。

三、无人机航拍图像中三维虚拟现实技术应用策略

（一）应用于航拍图像的仿真还原

无人机航拍图像中应用三维虚拟现实技术的一个关键就在于图像的三维仿真还原，这也是满足航拍图像分析需求的一项关键突破。在无人机航拍图像仿真还原的应用思路上，应当主要包括两个方面，即单纯图像的仿真还原和图像影视的还原与三维构建，以下进行分析与阐述。

首先，在单纯图像的仿真还原上，要通过三维虚拟现实技术对无人机航拍图像中的信息要素进行分析，并在建立模型的基础上，通过三维虚拟现实技术进行实体的还原或者三维图像的构建。这主要能够满足航拍图像使用者对细节分析的需要，并在航拍图像的三维虚拟现实技术应用中属于简单型和基础性的应用。

其次，在图像影视的还原与三维构建上，主要应用在VR影视和宣传领域中，需要在结合三维虚拟现实技术的基础上，进行可视化呈现以及一些特效的制作与融合。在图像影视还原的过程中，要在航拍视频的基础上，进行画质、覆盖面等的还原，还原的过程需要在对部分视频和图片进行建模，再将各个图片或者短视频通过剪辑技术呈现出来，或者在三维模型建立之前进行剪辑，再结合三维虚拟技术进行仿真还原与三维搭建。

（二）应用于航拍图像的建模

三维虚拟现实技术应用于航拍图像的建模上，是对无人机图像三维构建的基础，这种建模结合当前的应用，也主要体现在两个方面上，即无人机航拍图像本身的建模，以及无人机航拍图像中视景的建模。

首先，在对无人机航拍图像本身的建模上，对航拍图像本身的建模是三维虚拟现实技术与航拍图像融合过程中的基础建模，这也是三维虚拟仿真图像搭建的关键基础。在建模的过程中，要综合使用计算机、三维虚拟仿真技术和三维虚拟现实系统，在对图像信息分析的基础上进行准确的搭建。

其次，无人机航拍图像视景的建模，主要是虚拟无人机飞行的场景、无人机模型，应用外三维虚拟现实系统的控制界面上，通过对无人机飞行仿真视景的还原以及模型搭建，能够给使用者提供一种更加真实的环境，提高使用者的满意度。同时，在对航拍视景的建模上，也能够通过使用者的自定义进行机型、视景模型的选择，提高无人机航拍过程中的使用者自主性。

（三）应用于航拍图像的分析与恢复

三维虚拟现实技术应用在无人机航拍图像的分析与恢复过程中，主要是为了提高信息分析的准确度，以及降低三维虚拟仿真的误差，从而为后续的分析与应用提供参照基础。同时需要注意的是，分析与恢复的过程中，不单纯是某一个方面的事情，更是从整体和细节两个思路出发，进行的分析与恢复，这也直接关系着三维虚拟仿真成果的质量。以下从无人机航拍图精准算法分析与图像动态恢复两个方面进行分析。

首先，在无人机航拍图精准算法分析上，当前主要包括频域算法和时域算法两种，并且，结合具体的应用过来来看，时域算法应用最为普遍。这主要是由于时域算法具有精度高、使用便利的优点，能够对图像中结构等信息进行精准的分析，从而保障模型搭建的精准性与科学性。

其次，在航拍图像中动态恢复的应用上，主要体现在两个方面，即无人机航拍过程的推进化、无人机航拍图像的动态化，由于无人机本身就是在动态作业，导致其在飞行过程中难免会产生一些图像的模糊等问题，降低有关模型的参考性，甚至导致建模过程中几何使用不标准的问题。三维虚拟现实技术的应用，能够在对图像分析与还原的基础上，保证动态的流畅性，提高仿真还原本身的质量。

（四）应用于航拍图像的可视化

三维可视化隶属于三维虚拟现实技术，虚拟现实技术重在人机交互性，而三维可视化则重在通过3D技术的呈现。平面可视化就是我们常见的平面播放工具、平面图形的可视化，无论是三维可视化还是平面可视化都是航拍图像呈现的主要方式，只是依据呈现的需求表现出方式选择上的差异性。在航拍图像发展的现在，不仅需要通过可视化对仿真内容进行还原，也需要通过可视化技术进行展示，尤其是在实景可视化和操作可视化两个方面上，这也是当前航拍图像发展的一种趋势与需求。具体来说，就是需要对三维虚拟仿真的内容，通过外部连接装置的使用，来呈现出3D可视化的效果，作用于操作者的操作体验与观众的视觉体验。

首先，在航拍图像三维可视化上，航拍图像的三维可视化是一种非常复杂的制作过程，但是在复杂的背后彰显着巨大的视觉冲击特效，能够有着更加贴合的视觉体验。在三维可视化的过程中需要借用可视化仿真系统，通过对图像的建模、叠加等一系列的处理，结合计算机信息科学技术的辅助，对大量信息和数据进行分析与验证的基础上，得到具体的可视化效果。

其次，在航拍图像平面可视化的应用上，也有着三维虚拟现实技术参与的必要性。首先，如果单纯的将航拍图像进行可视化展示，其画质、分辨率相对较低，因而必须要结合三维虚拟现实技术进行模型的搭建，从而对画像进行优化，提高航拍图像具体的可视化效果。

四、结束语

无人机航拍图像中三维虚拟现实技术的应用，不仅为无人机航拍图像的三维展示与建构提供了基础支撑，同时也在应用中展现出一些具体的问题，这需要在具体的应用过程中去针对性的解决，也需要在相关科学技术的发展过程中进行针对性的更新与升级，从而推动无人机航拍领域与三维虚拟现实技术领域更好地融合。

参考文献

[1]  李彤亮. 基于多元可视化的无人机沉浸式操作平台设计与研究[D].北京邮电大学，2018.

[2]  王麒添.无人机航拍图像三维重建技术应用思考与研究[J].中国战略新兴产业，2018（12）：154.

[3]  王文静. 航拍Flash360全景图技术研究[D].山东师范大学，2017.

[4]  张立珍. 无人机自主飞行三维可视化视景仿真[J].电脑知识与技术，2013

作者简介：吴永慧，（1981.12-），女，壮族，广西柳州，硕士，讲师，研究方向：為二维动画、三维动画、微电影。