基于傾斜攝影影像的真三維單體化模型精細(xì)建模方法研究

賀曉陽(yáng) 朱琦

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，尤其是數(shù)字地球概念的提出，在全世界掀起了一股數(shù)字化發(fā)展的浪潮，筆者就主要是以傾斜攝影攝影為主，對(duì)真三維單體化模型精細(xì)化建模方法進(jìn)行了分析研究，希望通過(guò)本文的闡述可以為其發(fā)展提供一些建議和借鑒。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影；影像；真三維；單體化；模型；精細(xì)建模；方法；研究

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）05-0130-02

1 基于傾斜攝影影像的基礎(chǔ)地理信息的獲取

傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)主要是隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展而在國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其與傳統(tǒng)的正射影像是不同的，改變了正射影像只能從垂直角度拍攝事物的局限性，傾斜攝影可以從各個(gè)角度拍攝地物，并且在這個(gè)過(guò)程中還引入了符合人體眼視覺的真實(shí)直觀世界。正是由于這樣的情況，因此我們?cè)跇?gòu)建建筑物模型的時(shí)候需要將建筑物模型的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)，因此我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中就需要及時(shí)的收集大量的信息，例如是建筑物的空間位置、地表高程以及建筑物的高度等各種各樣的信息。其相對(duì)于攝影數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，主要是從點(diǎn)云中提取相關(guān)建模的數(shù)據(jù)，這樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是比較高的，而且也比較的簡(jiǎn)單，所有我們就可以從獲取傾斜攝影的影響之后，就需要對(duì)其進(jìn)行處理，這樣就可以從中獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2 傾斜影像特點(diǎn)分析

2.1 真實(shí)的反映地表信息

自從傾斜攝影的出現(xiàn)，就廣泛的應(yīng)用在人們的生活和工作中，這主要是由于其與傳統(tǒng)的航空、航天攝影相比較，不僅能夠從多個(gè)角度拍攝地物，而且還能夠更加真實(shí)的反映地表的特點(diǎn)，這樣就大大的彌補(bǔ)了垂直攝影的缺點(diǎn)。并且由于傾斜影像在拍攝的過(guò)程中還收集了建筑物側(cè)面的紋理，再加上傾斜影像建模技術(shù)批量貼圖方式的存在，就大大的減少了三維建模的成本，增加了其經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 實(shí)現(xiàn)了單張影像的測(cè)量

我們?cè)谂臄z的過(guò)程中使用傾斜攝影的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)空中三角的測(cè)量，可以在單張傾斜影像的基礎(chǔ)上進(jìn)行長(zhǎng)度、角度以及面積等各個(gè)方面的測(cè)量，這樣就大大的擴(kuò)展了傾斜影響的使用范圍。

2.3 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布方便

由于我們使用傾斜影像的時(shí)候，其相關(guān)的數(shù)據(jù)格式最為主要的是數(shù)字圖像格式，這樣在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的時(shí)候十分地方便，而且人們?cè)诶谩⒐蚕淼臅r(shí)候十分地方便。

3 三維單體化建筑物模型的構(gòu)造

3.1 單體化模型構(gòu)造

我們?cè)跇?gòu)造三維單體化建筑物模型的時(shí)候，首先是需要構(gòu)造單體化模型，在這個(gè)過(guò)程中，我們需要加載建筑物屋頂?shù)妮喞@主要是由于屋頂輪廓主要是從建筑物定點(diǎn)云中獲取的，因此我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中不僅是需要提取建筑物屋頂?shù)男螤钚畔ⅲ疫€需要根據(jù)屋頂點(diǎn)云的空間位置信息獲取屋頂輪廓所在的空間位置。除此之外，我們還需要根據(jù)DEM查詢建模區(qū)域的地表高程，并由于在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，DEM與建筑物屋輪廓是在同一個(gè)坐標(biāo)中，因此我們就可以直接的通過(guò)建筑物屋頂輪廓的頂點(diǎn)坐標(biāo)查詢到與其對(duì)應(yīng)的位置高程，將屋頂所有頂點(diǎn)高程取平均值作為建筑物底部所在位置的高程，這樣我們就可以通過(guò)建筑物的頂部和底部的高程就可以計(jì)算出建筑物的高度。并且在這個(gè)過(guò)程中我們將建筑物屋頂向下進(jìn)行拉伸，拉伸的長(zhǎng)度就可以看作是建筑物的高度，這樣我們得到的方位就是建筑物模型單體化城維模型。

3.2 紋理映射分析

由于在傾斜影像技術(shù)使用的過(guò)程中，由于主要是好似用映射的方法，并針對(duì)模型中的每一個(gè)三角面計(jì)算出一片紋理，因此這幾可以很好的、真實(shí)的反映出建筑物的形態(tài)。正因?yàn)槿缛绱耍褪沟妹恳粋€(gè)建筑模型就具有大量的三角面，因此相關(guān)紋理的數(shù)量也是比較大的，相關(guān)的數(shù)據(jù)也十分巨大，并由于其組織結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，因此我們對(duì)紋理進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候十分比方便，工作量也十分巨大。如果在這個(gè)過(guò)程中使用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行，那么就會(huì)不能真實(shí)的反映建筑物的實(shí)際情況，因此這就需要我們使用新的方法處理這些紋理，使得每個(gè)建筑物有一張紋理，這樣就大大的減少了數(shù)據(jù)，并能夠及時(shí)的對(duì)紋理進(jìn)行更新，我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中從傾斜影像中截取紋理，就可以真實(shí)的反映建筑物的實(shí)際情況。

3.3 模型精細(xì)修編

雖然我們通過(guò)前面的措施能夠獲取建筑物真實(shí)的信息，但是由于所獲取的信息存在著較大的誤差，因此我們就需要對(duì)建筑物模型進(jìn)行精細(xì)的修編，這樣就可以真實(shí)的反映建筑物的實(shí)際情況，我們可以借助建筑物紋理影響對(duì)建筑物模型進(jìn)行修編。

4 交互式建模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)需求分析

筆者進(jìn)行建模的過(guò)程中，主要是從實(shí)際出發(fā)對(duì)系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，由于在實(shí)際建模的過(guò)程中涉及了各個(gè)步驟，并每個(gè)步驟在分析進(jìn)行的過(guò)程中涉及了不同的數(shù)據(jù)類型，例如是數(shù)字圖像、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、shp文件等，但是對(duì)于一般的建模軟件來(lái)說(shuō)，是不支持這些數(shù)據(jù)格式的，因此為了解決這些問題我們需要調(diào)用不同的軟件進(jìn)行，但是如果使用太多軟件的話，不利于對(duì)數(shù)據(jù)的管理，而且在一定的程度上也會(huì)大大的影響建筑物模型建模的效率。因此為了解決上述的問題，筆者就主要是在現(xiàn)有建模的基礎(chǔ)上編寫插件的方法構(gòu)建建模系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

筆者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一是需要工程管理模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，我們首先建立一個(gè)空白的工程，并在這個(gè)過(guò)程中連接影像所在的文件夾，并由于傾斜影像的分辨率是比較高的，因此我們?cè)诮⒌臅r(shí)候需要構(gòu)建相機(jī)模型或者預(yù)覽時(shí)會(huì)加載大量數(shù)據(jù)，并在這個(gè)過(guò)程中需要?jiǎng)?chuàng)建中間數(shù)據(jù)文件夾來(lái)保存中間出具，一些縮略圖也需要保存在這個(gè)文件中。

二是對(duì)點(diǎn)云處理模塊，在這個(gè)模塊中主要是包括點(diǎn)云濾波、點(diǎn)云分類兩個(gè)功能，我們對(duì)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)保存在中間數(shù)據(jù)文件夾中。并且對(duì)于點(diǎn)云分類以及點(diǎn)云濾波涉和大量參數(shù)的設(shè)計(jì)我們需要根據(jù)不同的建筑物預(yù)設(shè)三種參數(shù)，并在這個(gè)過(guò)程中支持自定義參數(shù)。

三是輪廓提取與規(guī)則化模塊，我們?cè)谶@個(gè)模塊中，主要是從中間數(shù)據(jù)中讀取建筑物屋頂點(diǎn)云，并將其進(jìn)行規(guī)則化，然后就需要將規(guī)則化的建筑物屋頂輪廓保存在中間數(shù)據(jù)文件夾中。除此之外，我們還需要模型構(gòu)造與編輯模塊，并對(duì)建筑物紋理進(jìn)行映射構(gòu)造，加強(qiáng)對(duì)建筑物模型的構(gòu)建。

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