倾斜摄影实景三维单体化建模技术研究与应用

徐荣

摘要：随着无人机倾斜航空摄影技术?愈加成熟，倾斜摄影建模软件制作的实景三维模型具有生产效率高、更新速度快、模型结构及纹理真实等优势。但实景三维模型数据的本质是由带有真实纹理的连续三角面构成，无法形成单独的地理实体。该缺点导致实景三维模型数据的应用程度不高。本文将通过实际项目案例介绍利用DP-Modeler实现实景三维模型单体化的技术研究并总结该成果的应用领域。

关键词：倾斜摄影;实景三维模型;单体化

1引言

近年来，随着实景三维中国以及智慧城市时空大数据平台的建设工作逐步推进，倾斜摄影技术及实景三维建模技术的优势愈加明显。倾斜摄影技术能够快速、高效地获取数据，实现三维几何信息、纹理信息的自动化提取、能真实反映地面实际情况，满足人们对大尺度三维场景模型的需求。由此也促进了无人机倾斜摄影搭载平台、倾斜相机以及实景三维建模软件的蓬勃发展[1]。但该方式生产的实景三维模型是一张真实表达地表的面结构数据，对实景三维模型中的地物地类均无法单独选中，进而无法对数据进行属性挂接，导致实景三维模型数据的应用受到了极大的限制[2]。

为弥补该数据缺陷，充分挖掘实景三维模型的数据价值，行业内早期提出了三种实景三维模型单体化的方法，主要包括物理分割法、ID标记法和动态包合渲染法[3]。为了实现全要素城市实景三维模型的单体化，衍生出了通过模型重建实现真正单体化的方法，基于倾斜摄影实景三维模型重建三维模型的精细结构，再利用空三成果恢复倾斜航空摄影获取影像的空中姿态及位置信息，对重建的三维模型进行自动贴图，最后辅以人工修饰实现模型的生产制作[4]。该方式弥补了传统手工建模的效率低、精度不高、纹理不真实等缺点[5]。

2倾斜摄影实景三维建模

倾斜摄影实景三维模型是基于无人机倾斜摄影技術获取地面多角度影像，结合外业像控点进行绝对定向，通过自动空中三角测量解算得到影像姿态，利用多视角影像匹配构建TIN网进而生成三维白膜，最后进行纹理映射得到最终的实景三维模型数据，较为通用的数据格式有OSGB、OBJ等，可导入各类三维展示平台进行浏览。利用自动化生产的无人机倾斜摄影实景三维建模相较于传统的建模方式，有着高效、高度自动化和高场景逼真度等诸多优点。

3单体化建模

实景三维模型单体化技术是以自动化生产的实景三维模型作为基础数据源，将实景三维模型以及空三结果导入到单体化软件中进行精细化建模，并利用空三结果实现影像自动映射到白膜，再通过人工对自动映射效果不理想的纹理进行精修。航空影像对底商、地面、城市部件等遮挡区域存在信息缺失的情况，因此，再结合人工外业地面拍摄的照片，可补充所需的纹理信息。该过程类似于传统人工建模，但优化了传统人工建模的精度，能通过对影像多角度观测建模，使模型具有精确的三维坐标信息，模型的贴图来源于航空摄影，色彩更为真实、色调一致。

4项目案例及应用

4.1项目介绍

以某城区体育中心建筑为例，该建筑具有结构复杂，底部遮挡较多等情况，同时属于城区内重点关注区域，需以I级模型精度要求进行建模，因此，该区域在进行倾斜航空摄影自动化建模时，采用1：1000精度要求进行航摄以及像控点布设，最终实景三维模型平面精度需优于0.3米，高度精度要求需优于0.5米。

天际航DP-Modeler单体化软件，可利用导入的实景三维模型OBJ数据进行精细化建模，通过创建工具中的点、线、多边形等建模工具在实景三维模型上拾取模型真实点位完成模型的制作，在自由视图中可非常直观的检查模型制作是否有误，在投影视图中则可优选最佳角度的影像进行纹理映射。利用倾斜摄影实景三维模型进行单体化不仅仅局限于建筑要素，同时部件要素、交通要素、植被要素、水系要素等均可从其提取出并进行单体化建模，最终生产的精细三维模型地理要素类型覆盖全面，可真实还原城市三维场景，各地理要素均具有可量测性。

4.2成果应用

该成果最终以3dMax格式导入三维可视化管理平台中，建该平台中的建筑、部件、交通设施等要素均为独立个体，可进行全方位浏览、挂接属性、空间分析等功能。倾斜摄影实景三维模型数据只有进行单体化后才能成为真正意义上的地理信息数据，具有图查属性、属性查图、缓冲区查询等GIS功能。在国土空间规划管理方面，单体化三维模型可进行用地红线分析、控高分析、规划方案对比分析、通视分析、天际线分析等功能。在灾害应急方面，该成果可进行淹没分析、管线爆破分析等功能辅助应急部门应对突发灾害。在文物保护方面，可利用该成果对具有保护价值的历史建筑进行三维建模，实现历史文物的保护、管理以及破损重建。

5总结

本文利用项目案例介绍了实景三维模型单体化的技术流程，并总结了该成果的应用方向。随着越来越多的单体化项目案例实施，倾斜摄影实景三维模型单体化技术的应用将越来越广泛，单体化三维数据的实用价值较于传统手工建模数据得到了极大的提升。但单体化建模的过程仍然存在人工干预多，周期长等问题，如何实现三维模型快速制作以及提升三维模型更新速度是行业内亟待解决的问题。

参考文献：

[1]聂赞， 文琳， 黄山，等. 倾斜摄影的单体化建模研究[J]. 地理空间信息， 2019， 17（3）：4.

[2]郑月、陈吉、孙韬、鲁艺玲. 基于无人机倾斜影像的模型重建单体化及精度研究[J]. 中阿科技论坛（中英文）， 2020（10）：3.

[3]郭如宝， 郝利娟， 刘旭东，等. 基于倾斜摄影的实景三维单体化模型构建方法[J]. 测绘通报， 2021（1）：5.

[4]沈昌兵. 倾斜摄影测量在城市数字化三维建模及更新中的应用研究[J]. 测绘与空间地理信息， 2020， 43（7）：6.

[5]张红华，赵威成，刘强凯.倾斜摄影实景三维模型建筑物单体化方法研究[J].北京测绘，2020，34（ 3） ： 9.