基于DP-Modeler的倾斜摄影技术在实景三维城市模型的应用

余敦棠 袁锐 胡善明 何梦杰 宋彩虹

摘要：本文主要论述了使用基于天际航Dp-Modeler软件，利用倾斜摄影技术在实景三维城市模型中的应用，表述了倾斜摄影技术特点，以及实景三维城市模型的制作技术流线

关键词：倾斜摄影技术;实景三维城市模型

1前言

传统的三维城市建设通常基于现有的地形图或者正射影像图，外加现场拍照，补充房屋侧面纹理的方式制作居民区。其地形常常采用数字正射影像叠加数字高程模型的方式来制作。整个场景清晰度不高，地形细节丢失过大，且整个场景纹理整体上不协调，效果一般。

当前兴起的三维城市是基于倾斜摄影技术，利用多角度摄影，拍摄地物的多种角度影像，通过倾斜空中三角测量技术、自动影像匹配技术等等多种技术，实现实景城市三维模型的构建。相对于传统的三维城市建模方式，采用倾斜摄影技术构建的三维数字城市，色彩均衡，空间精度高，真实感强烈，以第一人称或者上帝视角观看时，如同身临其境。

1.1倾斜摄影技术特点

倾斜摄影是在摄影测量技术发展和人们需求增加的基础上发展起来的。传统的豎直摄影只能获取地物顶部信息，对于地物侧面信息则无法获得;倾斜影像能让用户从多个角度观察被制作建筑，更加真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了基于正射影像分析应用的不足;通过配套软件的应用，可直接利用成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等属性的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用;针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效地降低城市三维建模成本。

1.2倾斜摄影的意义

传统建立三维城市模型的弊端在于，外业人员工作量大，拍摄时间长，存在漏拍等问题，导致内业人员只能靠猜测来分析部分建筑物的细部结构;由于拍摄角度的原因，内业人员往往看不清屋顶的细节，照片的拍摄顺序也不一定符合内业人员的观察习惯，照片顺序凌乱，浪费了很多建模的时间;纹理拍摄的倾角不同，导致内业人员制作纹理时遇到困难。

相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察被制作建筑，更加真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了基于正射影像分析应用的不足;通过配套软件的应用，可直接利用成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等属性的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用;针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效地降低城市三维建模成本。

倾斜摄影测量不仅能够真实地反应地物情况，而且可通过先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，极大地提高了航摄影像处理的速度。倾斜影像技术的应用，使目前高昂的三维城市建模成本大幅降低，大大提高三维城市建模的速度。

2实景三维城市模型制作技术路线

本次采用的三维建模软件为武汉天际航信息科技股份有限公司的快速三维建模软件DP-Modeler。

2.1数据准备

收集提供的空三成果、原始影像、Smart3D生产的OBJ和OSGB模型，以及广州独立坐标系的控制点成果。

首先利用天际航畸变纠正处理程序。因Smart3D生产无畸变影像时采用的数学模型不同于DP-Modeler，因此导入天际航DP-Modeler进行处理前，需要畸变纠正处理。因此，采用DP-Modeler的畸变影像纠正处理程序针对Smart3D生产的无畸变影像进行畸变处理。

2.2配置建模工程

采用天际航DP-Modeler进行工程配置，生成解决方案。

2.3空三精度检查

在天际航DP-Modeler中导入三维模型，导入控制点和检查点数据，在模型检查控制点以及检查点与模型实际的差异，生成精度报告。

2.4模型检查

在天际航DP-Modeler中导入三维模型，切换多角度影像数据质检体块模型精度及结构完整性;针对问题，进行标注，导出质检标记数据。

2.5几何信息获取

使用天际航DP-Modeler进行几何线条勾勒，获取模型的几何信息，方便后期进行单体化自动提取。

2.6模型纹理自动映射

使用天际航DP-Modeler，进行几何线条勾勒，然后在天际航DP-Modeler中进行模型纹理自动映射，生成带纹理映射的三维模型。

2.7模型修饰

在天际航DP-Modeler中对贴图存在遮挡或者自动贴图不精准的地方，手工调整贴图UV或者联动PS修改贴图，生成精确的三维模型。

贴图存在遮挡的地方，手工调整贴图UV或者联动PS修改贴图。对单个面自动贴图纹理亦可手动替换贴图，手动贴图具备UV框点、线、面的编辑功能。

2.8底商贴图补充

使用天际航DP-Modeler对重点区域，沿街商铺等建筑群，底商使用手持相机影像重新贴图补充。将模型进行几何切割，重新对底商进行手工贴图。

2.9底商贴图补充

用定向完成的手持相机影像重新对重点区域，沿街商铺等建筑群进行底商贴图补充。

（1）Dp-Modeler手持相机影像贴图

利用手持影像对重点建筑结构进行编辑修改

（2）天际航Dp Modeler与Max联动贴图

利用天际航Dp Modeler与Max联动的方式对重点建筑结构进行编辑修改。

2.10输出OBJ格式单体化成果数据

在天际航DP-Modeler中对模型检查无误后，一键自动生成OBJ格式成果数据。

2.11三维模型、基础数据的一体化全面检查

使用天际航DP-Modeler对数据进行一体化质检。

1）对数据生产过程中的重要环节进行检查控制，直到其符合项目成果质量要求，才进入下一环节，以免环节出错造成错误传递、累加等;

2）数据生产项目的各重要环节严格遵循持续改进的原则，即生产环节要进行阶段性的检查、更正和改进;

3）全部自检、互检、小组检查、项目部检查、公司级检查完成后，提交三维模型成果、技术总结和检查报告等资料，进行汇总、提交验收。

3实践总结

本项目城市三维建模只对测区内的建筑模型进行制作，其内容为：各类地上建筑物，包括建筑物主体及其附属设施，区域大约8.5平方公里。

实践表明，基于DP-Modeler，采用倾斜摄影技术，在三维城市建模中，其效果明显优于传统的三维数字城市建模方式，效率可以提高一倍，成本也得到了优化。可以预期，未来的三维数字城市建设中将会越来越多地应用到倾斜摄影技术。

参考文献：

[1]李德仁，肖雄武，郭丙轩 倾斜影像自动空三及其在城市真三维模型重建中的应用  《武汉大学学报（信息科学版）》 2016

[2]李安福，曾政祥，吴晓明 浅析国内倾斜摄影技术的发展 《测绘与空间地理信息》2014年

[3]王伟，黄雯雯，镇姣 Pictometry倾斜摄影技术及其在3维城市建模中的应用 测绘与空间地理信息》 2011年