倾斜摄影实景三维模型成果的质量检查与分析

林金标

（福建省地质测绘院，福建 福州 350011）

0 引言

倾斜摄影测量作为一项新兴的测量技术，在三维建模和工程测量中有广泛的应用前景，特别是在街景工厂 Street Factory、Pix4Dmapper、JX4、Pixel⁃grid、DPGrid、TOPGRID、PhotoMesh等三维建模的先进专业软件的开发中，为实景三维模型数据的处理提供强有力支撑。与传统三维建模技术相比，倾斜摄影实景三维建模技术有很多优点，如省时省力、效率高、工作量少等。传统三维模型是在《三维地理信息模型数据产品质量检查与验收》（以下简称规范CH/T 9024—2014）［1］基础上进行质量控制的，但倾斜摄影实景三维模型在技术路线、作业流程等方面与传统三维建模不同，现行的标术规范无法对倾斜摄影实景三维模型的数据质量作出客观真实的评价。本研究基于福建省某县的倾斜摄影实景三维模型建设项目成果的质量检查，来阐述实景三维模型普遍存在的质量问题、检查内容、检查方式、检查结果、处理建议等。

1 实景三维特征

传统的三维模型以外业影像照片、数字线划图DLG、数字正射影像DOM、数字高程模型DEM 等为基础数据，利用3ds Max等三维处理软件对轮廓进行人工构建，从而构建建筑物的三维模型，照片处理和纹理贴图分为细节模型、主体模型和模型符号等方式，是依据现行的三维模型数据质量检查与验收的规范对传统三维模型数据进行质量检查、质量评定。

实景三维模型数据是在外业（倾斜摄影、全景拍摄等方式）采集到的数据基础上，内业通过计算机进行数据预处理，多视影像区域网联合平差，多视影像密集匹配，数字表面模型生产，实景三维模型的生成。倾斜摄影测量数据采集具有灵活、高效、高分辨率等优点，是实景三维建模数据采集普遍采用的一种方式。普通三维建模的模型等级高低、要素类型、精细程度均取决于地物要素的重要性，而倾斜摄影实景三维原始影像的分辨率和倾斜三维处理软件算法对模型的精细程度产生影响，与地物要素重要性等级无关，没有单体化之前的各类地物，其模型结构均按统一规则进行取舍，其精细度也基本一致。建筑物墙面、门窗、阳台等细节表现也较好，道路、水系、建筑物等模型结构基本上完整。但地物大小及其周边遮挡情况会影响模型的精细度，一些地物模型结构会出现不完整的现象，如漂浮、残缺、漏洞等，从而导致模型不完整、模型漂浮、模型残缺、模型漏洞等。这就要求在实景三维模型质量检查过程中，要区分地物要素的重要性，不能照搬现行规范，必须有选择、有重点地进行质量检查。

2 质量检查内容和方法

传统三维模型的质量检查是以规范CH/T 9024—2014为依据，倾斜摄影实景三维模型在技术路线、作业流程等方面均不同于传统三维建模，无针对性的标准规范可用，但现行的标术标准规范无法对倾斜摄影实景三维模型的数据质量作出客观真实的评价。通过参考相关规范及倾斜摄影实景三维模型数据质量检查存在的问题，对质量检查的元素进行分析梳理，阐述倾斜摄影实景三维模型数据的质量检查内容和检查方法［2］。检查内容、检查方式详见表1。

表1 质量检查内容和方式

3 应用实例

3.1 项目概况

本研究以福建省某县中心区域开展的倾斜摄影实景三维模型工作为例，该区域地势平坦，摄影面积为18.5 km2。摄影机为罗宾逊R44型直升机搭载AMC1050，双下视十镜头采集影像，航高为320 m，下视影像分辨率为0.05 m，共获取58 352 张影像，航线总数量为70条。布设像片控制点135个，采用Bentley Context Capture 软件进行空三加密和三维模型构建工作，同时使用DP-modeler 软件进行数据建模和修饰编辑，数据格式为openscenegraphbi⁃nary（.osgb），平面及高程误差均控制在0.25 m内［3］。

3.2 质量检查

综合考虑模型复杂度、重要程度和航摄分区等因素对该实景三维模型成果进行检查，其中抽取4 个区块（面积为1.3 km2）作为样本进行全面详查，且统计出存在的各类差错数量及中误差，样本成果进行外业实地检查，并实地测量明显特征点的平面坐标和高程，内业采用人机交互的方式进行检查，其他区域采取概括检查方式进行检查。每个区块选取检查30～60 点，外业实测检查点坐标及高程，与内业在软件Bentley Acute3D Viewer 平台上量取对应同名点的平面坐标和高程数据进行对比分析，并求出其中误差。通过核查分析法或外业实测法对空间参考系、位置精度、逻辑一致性、时间精度、场景效果、表达精细度、数据组织、附件质量等进行检查，汇总存在的主要质量问题、坐标及高程精度，并结合项目技术设计书及相关规范进行质量评定。

3.3 检查结果

4个样本区块的实景三维模型数据质量等级评定为合格，但也存在一些质量问题，经作业组全面、认真地整改后，成果满足技术设计书的要求。

3.3.1 主要质量问题。①场景完整性和协调性。采用核查分析法进行检查时，检查结果表明，少数低矮建筑物和高大独立树的模型出现相互穿插的现象。水域模型发生异常变形、破洞未处理、悬浮物未删除。城市道路、天桥和广告牌的模型出现相互穿插的现象。大面积水域、坡度较大的山体的模型存在缝隙和空洞现象。②表达精细度。采用人机交互核查的方式检查模型、纹理的精细度，检查结果表明，铁塔、电杆、路灯、广告牌等线状建筑物的模型发生扭曲变形。建筑物外墙出现表面不平、破洞的现象，少数房屋建筑物出现模型黏连，电杆、铁塔存在缺漏。低矮房屋模型存在轻微的变形，且纹理不清晰。道路路面局部凹凸不平，出现模型纹理错位、扭曲变形的现象。狭窄的街道出现模型扭曲失真的现象。一些纹理拼接出现色差明显、贴图错位的现象。水面发生变形，出现高程变化起伏较大的现象。少数大型建筑发生模型侧面纹理错位情况。茂密树林发生模型变形扭曲的情况。

3.3.2 坐标及高程精度检查。采用全站仪等仪器实地测量人行天桥和房屋等建筑物特征点的平面坐标或上下高程，将外业实测明显特征点的平面坐标和高程数据，与内业在三维模型上量取的对应同名点的平面坐标和高程数据进行对比分析，并求出其中误差，通过计算中误差的方法来衡量平面坐标和高程精度。精度检查结果如表2所示。

表2 坐标及高程精度检查统计表

4 处理建议

实景三维模型在模型比例、场景纹理、模型细节等方面具有真实直观的效果，但目前的技术手段和生产工艺还存在局限性。因此，在生产过程中出现质量问题也在所难免。倾斜摄影实景三维建模主要利用影像的特征点进行匹配构建，该算法在处理颜色单调、颜色变化小的金属柱架、墙壁或屋顶、大面积水域、玻璃幕墙等无明显特征点时，会出现匹配粗差或偏差的情形，从而造成拼接错位、冗余数据、扭曲变形、部件细节缺失、漏洞、纹理拉伸等。摄影测量因其航高低、倾角大，容易产生阴影和遮挡等现象。

对实景三维模型在检查过程中发现的模型扭曲变形、纹理拉伸模糊、黏连等质量问题，除了采用常规的技术手段来减弱或消除这些质量问题外，还可使用先进的处理软件通过人工编辑进行补充完善，进一步将模型处理好，也可将点云数据运用到实景三维模型构建中，并配合低空近景摄影方式来完善模型纹理，进一步提升实景三维模型数据的质量。

5 结语

现阶段，在倾抖摄影实景三维模型数据产品质量检查规范尚未发布的前提下，本研究参考现行的传统三维建模的相关行业规范，通过对福建省某县实景三维模型数据进行质量检查，总结倾斜摄影实景三维模型的主要检查内容和方法，并对存在的质量问题提出处理建议，为实景三维数据的生产提供指导，从而加强质量控制，为实景三维数据质量评定提供参考，确保实景三维数据的质量。