基于低空航測系統的建筑物三維建模

■珺張曉

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

基于低空航測系統的建筑物三維建模

■珺張曉

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

對低空航測系統進行研制和應用，可以有效的進行三維城市的建模。本文從實際工作經驗出發，對低空航測系統所使用的數據處理軟件系統和立體測圖軟件進行詳細的介紹，同時對基于該系統的三維城市建筑物紋理的快速獲取和利用3DMAX軟件進行三維建模的方法進行闡述。由此可以知道，低空航測技術結合3DMAX三維立體建模軟件進行的城市三維建模，可以為"數字城市"的取得提供一種新的快速發展的途徑。

航測系統 立體測圖 紋理采集 3DMAX 三維建模

1　引言

近幾年，人們對于“數字城市”的需求越來越高，傳統的基于三維空間數據轉化為二維數據可視化的模式已經不能滿足人們的需求。目前二維GIS系統中儲存了大量的建立三維城市模型所要使用的數據，曾有研究人員認為可以使用假定高度和模擬的紋理來對建筑物對象進行構建，然而這種模型真實感較差，相應的景觀信息表達不夠，大量的三維空間信息細節被忽略。而基于DSM和影像的相關建模方法，同樣有構筑的景觀缺乏真實感，并且難以構筑單個三維對象模型。因此，城市建筑的三維建模理論以及方法仍然有很多亟待解決的問題。所以，精度高、真實感強的建筑三維建模是未來三維建模的發展方向。目前，隨著攝影測量技術的快速發展，利用航空立體像自動對地面的三維信息和相關紋理信息進行確定是地面建筑物三維建模重現的熱門研究方向。

2　模型的構建及其獲取紋理的方法

當前，“數字城市”模型的建立所依據的數據主要來自航天影像、航空影像以及激光數據掃描等。其中，航天影像的獲取存在分辨率較低等問題；三維激光點云數據能夠直接對建筑物的立體模型進行重建，然而這種模式缺乏相應建筑的紋理信息，并且所使用的儀器設備特別昂貴，進而在某種程度上限制了其能夠應用的范圍。航空影像具有很多優點，如獲取快捷、高效等，然而數據的獲取受天氣影像較大，并且在建筑物密集區遮擋現象特別嚴重，同時從影像上獲得建筑的里面紋理難度較大，這是目前航空影像的缺點。新興的低空航測技術不僅具有傳統航測的優點，而且彌補了它的相關缺點，對于建筑三維建模特別適合。

在構筑三維數字城市時，通常采用的方法是，模型加紋理的技術，用以實現城市三維場景。傳統的建筑紋理獲得的方法主要有：（1）利用普通相機近距離獲得，這種方法被季節、天氣所影響；（2）利用直升機進行攝像機獲取紋理，然而此種方法成本較高。因此，低空航測系統，利用低空飛行和特寬角相機能夠對建筑的四個方向及頂部進行航拍，能夠獲得三維空間物體的全方位信息，并且分辨率較高。

圖1　基于低空航測系統的三維建模流程

3　基于低空航測系統的三維建模

低空航測系統主要部分包括：飛行器、傳感器系統、數據處理軟件系統的軟、硬件系統等，是一種新興的低空高分辨率遙感影像數據快速獲取系統。基于該系統的低空航測三維建模流程，參見圖1。

對于飛行器搭載多面陣組合相機，其相關影像拼接可以使用中國測繪研究院開發的MCC軟件。使用單相機檢校獲取的內方位元素和畸變公式參見公式（1）來對單張影像進行畸變糾正；然后使用相關手段獲取“像對外方位元素”的初始值和對重疊影響進行匹配，得出精確的拼接參數，然后利用獲得的相關參數結束虛擬影像的拼接，其實質即使通富哦相關的數學模型將多個獲得得CCD影響變換成具有同一投影中心、同一像平面、同一主距的虛擬影像。

其中：Δx，Δy為像點改正值，（x 0，y0）為像主點坐標；（x，y）為像方坐標系下的像點坐標；

為相片上像點到像主點的距離；k0，k1，k2為徑向畸變系數；p1，p2為切向畸變系數。

利用單幅影像或者相關拼接影像，借助于目前通常使用的全自動空中三角測量軟件MAP-AT，并且利用全自動處理低空飛行獲取的面陣相機影像，能夠實現在空中全自動完成相關數據的三角測量。通過大量的實踐可以證明空中三角測量軟件MAP-AT解決了低空航測大比例尺測圖存在的局限性，能夠很好的應用于低空航測。3DMAX是目前流行最廣泛的三維建模軟件。利用3DMAX軟件為工具，結合相關的測圖軟件MAP-LCS測出來的三維建筑頂面矢量數據和采集到的里面紋理進行三維建模，實踐表明這種方法簡單、可靠，與此同時這種方法所制成的三維立體建筑模型的成果較為逼真，具有很多優點。

4　結語

綜上所述，未來的攝影測量技術將會朝著數字化、自動化、可視化的發展方向前景，并且與其他學科進行交叉的發展也會為其提供一個新的發展途徑。本文所述的低空航測系統的建筑三維建模，是基于三維建模軟件的城市三維建模，這可以為“數字城市”的未來發展提供一個方案，并為我國未來的城市化建設做出貢獻。

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P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-212-1