基于倾斜摄影的实景三维单体化模型构建方法

摘 要：倾斜摄影实景三维模型是由连续的三角网通过纹理贴图组成，模型上各地理要素具有“一张皮”的特点。针对无法管理与编辑模型上各地理对象的问题，该文提出基于倾斜摄影实景模型进行单体化建模的技术方法，通过对三维模型进行单体化操作，得到能够精确表达三维产权关系、且与地形匹配良好的三维地籍模型，为模型中地理对象属性的查询、管理和应用提供方便；对明晰表达三维空间中的权属状况，减少法律纠纷，对其他省市的相关三维地籍项目有借鉴价值和指导意义。

关键词：三维模型；倾斜摄影；单体化；三维地籍；单体化建模

中图分类号：P231 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）31-0142-04

Abstract： The 3D model of oblique photography is composed of a continuous triangular network through texture mapping， and the various physical elements on the model have the characteristics of "one skin." Aiming at the problem that it is impossible to manage and edit geographical objects on the model， this paper proposes a technical method for singulation modeling based on oblique photographic real-life models. By singulation operations on the 3D model， a 3D cadastral model that can accurately express the 3D property rights relationship and matches the terrain well is obtained， providing convenience for the query， management and application of geographical object attributes in the model. Therefore， it has reference value and guidiSlNVYX11NO7unp+KPu15VQ==ng significance for clearly expressing the ownership status in three-dimensional space， reducing legal disputes， and related three-dimensional cadastral projects in other provinces and cities.

Keywords： 3D model; oblique photography; singulation; 3D cadastral; singulation modeling

“单体化”是指能够选择且管理组织的单个实体对象，也就是可以直接查看相应的对象，能够显示、管理和查询各个地物要素的属性。从成果中进行相应的矢量化操作，将矢量化图层作为单体化的分类图层。模型的建立必须与具体情况密切结合，把需要单独管理的对象来以独立模型进行构建，这便是单体化。总的来看，倾斜摄影全自动化的模型建立需要遵循如下步骤：结合倾斜影像资料来对点云直接提取，然后经过抽稀处理后可以建立不规则的不规则三角网（TIN），把影像中提取的真实纹理映射到模型里。

所谓单体化，指的是将分类图层加入到倾斜模型中，从而直接从渲染角度来完成单体化处理。相应的操作实现机制的基本过程如下：通过矢量面来对网格模型内的区域范围来进行评估和判断，尽可能将其与模型表面相切合。如此一来，便可以有效地确保模型的整体数据分析动态性和处理高效性。单体化的效果是将其“对象化”以便能够被应用和管理，而非需要将地物从模型中物理切割出来[1]。

数据制作方面。一般情况下，需要提取相应配套矢量底面来完成数据的制作。在渲染环节上，动态单体化会对其进行动态覆盖模型。

三维渲染方面。采用动态单体化能够有效将矢量地面直接套合到模型中。此种操作方法，对系统硬件要求并非非常严格，只要计算机软件支持渲染效果即可。

数据应用方面。动态单体化不但符合应用需求，同时能够在不破坏源数据的前提下完成二维、三维数据一体化，有助于将二维GIS技术应用到三维场景中，进一步实现对地籍模型的选中、查询、管理等。

1 三维网格3DML

3DML数据可以将3Dmesh图层、单体化特征图层、属性数据和空间坐标数据等更好地结合起来。

添加、删除、修改和查询倾斜模型数据。例如基于字段或空间信息查找和突出显示相应的模型，以及实时更新和修改字段信息。

管理倾斜模型数据库。3DML数据可以很容易地上传到PostgreSQL、SQL和Oracle数据库，这有助于更好地管理模型数据库。

简单发布三维数据服务标准。将多源模型数据转换成三维模型，从而快速、流畅、便携地发布[2]。

2 倾斜模型单体化过程

2.1 三维模型立体测图

本项目应用真实三维场景进行裸眼测图，区别以往佩戴立体眼镜在立体环境下进行测图，直接由三维模型上生产矢量数据。通过快速获取测区内平面和高程信息，从而提高成果精度和工作效率，为大比例尺数字测图任务提供了可行的技术方案。该项目形成的测图工艺流程将在地籍调查、不动产登记、宅基地测量与危险地区大比例尺测图工作中发挥重要作用。在生产中给地物赋予CASS编码，采集房屋时可完成房檐改正、房屋层数等属性信息录入，并将成果直接输出到CASS成图[3]。如图1所示。

测图工作完成后，对数字线划图的要素精度通过人工实测的方式检核。精度合格后，人工外业进行地籍调查，获得地籍数据。调查结果应依据相应规范登记入库。界址点、线、面调查依据相关规划、设计、测量等资料以及法律文件等，在实地对三维产权体的界址点、界址线及界址面进行判断识别等调查工作。建筑物调查是对三维产权体内建筑物的结构、层数、名称、权属等内容进行调查登记[4]。

2.2 CASS图转换为Shapefile格式

将矢量化后的CASS数据导入到ArcGIS软件中进行数据处理，数据格式转换和相应拓扑关系检查。在导入以及转换数据后，将矢量面图层添加拓扑规则，检测出矢量表面的重叠部分，并删除重叠的表面。在处理之后，需要给矢量面赋予属性信息，根据外业人工地籍调查结果和现有数据，可以将属性信息赋予到建筑物的表面，这为后续的单体化奠定了基础。在生产完成之后，需要手动进行交互式质量检查以确保数据的准确性。矢量化后成图如图2所示。

2.3 倾斜模型与分类图层集成

利用CityBuilder软件以二维矢量数据为管理基础，将居民地的Shapefile数据图层作为分类图层进行单体化，从而更好地将倾斜模型应用到三维地籍管理系统[5]。

2.3.1 倾斜模型原始OSGB数据转换

数据转换后其组织结构被写入到XML文件中，通过读取XML文件来快速调度三维场景。如图3所示。2.3.2 LODTreeExport.XML文件

LODTreeExport.XML文件主要描述的是模型所在的地理坐标系与模型中心点位置信息，其中的Local标签是倾斜模型中心的位置信息，存储的是倾斜模型XML文件的路径。如图4所示。

2.3.3 套合分类图层生成3DML

本文通过使用CASS图转换的Shapefile格式数据作为分类图层，并且通过ArcGIS工具添加地籍的属性信息，从而可以提取与倾斜模型最贴合的分类图层。属性信息可以通过空间关联的方法相关联。通过在CityBuilder中读取LODTreeExport.XML网格模型来加载倾斜模型，再添加矢量分类图层和转换后的倾斜模型。如图5所示。

3 多层结构人工建模

对于多层结构的建筑，需要利用DP Modeler软件进行人工单体化建模，从而更清晰地表达三维地籍产权体的位置及空间特征，具有真实的纹理效果，方便地籍的日常管理工作。

打开解决方案资源管理器的DP Modeler文件，右键“新建”，输入名称。

打开自由视图界面，寻找目标建筑。打开工具箱的建模选项，点击“基础面”工具，点击屋顶边缘采集高程信息，在选择顶部边缘时，选择较平坦位置。如图6所示。

在相机视图中选择垂直影像，在投影视图中显示影像。在创建工具选择多边形、矩形面等，在投影视图中勾勒屋顶轮廓线。再进一步查看模型与影像套合情况来调整模型位置，通过选择倾斜影像来判断高度，挤出柱体，建立房屋主体。如图7所示。

选择建筑要素，进行自动纹理映射，再选择需要修改的纹理，打开相机试图从中挑选无遮挡或遮挡较少的纹理，通过PS 修改并保存，重新加载，建模完成。如图8所示。

4 结束语

本文主要探讨了倾斜模型单体化的方法、三维网格3DML以及倾斜模型单体化的过程，通过Shapefile数据图层对倾斜模型进行单体化操作及属性的挂接，对于多层结构建筑物进行人工建模，得到能够精确表达三维产权关系、且与地形匹配良好的三维地籍模型，从而有利于开展三维地籍日常管理工作，为日后三维地籍的发展提供了指导意义和借鉴价值。

参考文献：

[1] 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）：103-107.

[2] 雷江涛，刘清，潘婵玲，等.矢量切割倾斜摄影三维模型的单体化技术研究[J].测绘科学，2021，46（7）：84-91.

[3] 袁如金，苏光日，张禹，等.倾斜摄影单体化模型生产关键技术和问题研究[J].测绘与空间地理信息，2022，45（S1）：197-199.

[4] 张会霞，李豪，李晋宏，等.倾斜摄影测量三维模型单体化及服务发布[J].测绘通报，2021（9）：79-82.

[5] 董恺，何洁，王悦.矢量切割倾斜摄影三维模型的单体化技术研究[J].测绘与空间地理信息，2021，44（12）：210-212，215，218.