傾斜攝影三維建模軟件性能對比研究

程鐵洪 黃磊

摘 要：通過傾斜攝影建立實景三維模型輔助電力工程設計有助于提高對工程建設環境的認識，本文從三維建模的軟件角度出發，對比分析ContextCapture、Pix4d和PhotoScan三款軟件的性能。

關鍵詞：傾斜攝影;三維建模;ContextCapture;Pix4d;PhotoScan

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0042-02

0 引言

傾斜攝影是從一個垂直和多個傾斜等不同視角采集研究對象的圖像，可以是兩相機集成、五相機集成等，也可以是單相機多角度、高重疊度的圖像數據獲取。傾斜攝影三維建模給使用者提供了真切的三維立體模型、豐富地理信息和真實的紋理信息，而基于攝影測量、計算機視覺與計算幾何算法等的三維建模技術推動了傾斜攝影應用研究，王偉[1]等研究了Pictometry傾斜攝影技術及其在三維城市建模中的應用，張福友[2]論述了針對小項目、工程局部地物提出一種利用大疆品牌消費級無人機采集影像，制作三維實景模型的方案，朱國強[3]等論述了基于無人機傾斜攝影技術的三維精細模型制作的全過程作業。傾斜攝影三維建模需要在功能軟件的支持下完成全流程作業，如Pixel Factory、DP-Smart、ContextCapture、Pix4D和PhotoScan等軟件均能實現三維建模功能，但性能參差不齊，針對各軟件的性能研究人員進行了一些闡述，趙四能[4]就無人機影像處理軟件Pix4Dmapper 與Photoscan在資源普查中的成像性能進行了分析，劉坦[5]論述了Inpho、PhotoScan及Pix4D軟件處理無人機數據生產正射影像的對比。本文就ContextCapture、Pix4D和PhotoScan三款軟件進行三維建模的性能進行對比研究。

1 技術原理

傾斜攝影技術以大范圍、高精度、高清晰的方式從多視角感知復雜場景，通過高效的數據采集設備及專業的數據處理流程生成的數據成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性真實的反映三維實景，同時為數據成果提供精度保證。通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器同時從垂直、傾斜等不同視角采集的影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。采用傾斜攝影進行三維建模主要包括多視角攝影圖像獲取、像控點布測和內業軟件建模（空三計算、密集點云生成、構建TIN網、紋理映射等步驟）實現真三維模型的快速生成，其基本作用流程如圖1所示。

2 三維建模軟件

傾斜攝影三維建模主流軟件有ContextCapture、Photo-Scan和Pix4DMapper等，PhotoScan比較輕量級，但是生成的模型紋理效果不是太理想，Smart3D生成的三維模型效果最為理想，人工修復工作量較低，但是軟件比較復雜不易上手，Pix4D相比而言體系適中，也便于上手。傾斜攝影三維建模軟件的總體認識見表1。

3 工程應用

本文數據采用大疆Phantom 4 Pro無人機搭載的FC6310、焦距8.8mm對某辦公樓130m×200m范圍進行多角度攝影，相機共拍攝430張圖像，采用ContextCapture、Pix4D和PhotoScan三款軟件分別進行三維建模，軟件參數均采用默認值，工作站參數：CUP i7-6700k、RAM 32GB、64位操作系統、顯卡NVIDIA Quadro M4000。三款軟件均實現了本次試驗數據的三維建模，在此對比分析三款軟件三維建模的自動化程度、處理效率和模型質量三個指標。

3.1自動化程度

ContextCapture軟件主要分為數據導入、空三計算和三維建模三個步驟，在每個步驟中設置相關參數;Pix4D需要進行數據導入和參數設置兩個步驟;PhotoScan需要依次進行數據導入、對齊照片、生成密集點云、生成網格和生成紋理五個步驟，在每個步驟中設置相關參數。具體對比情況見表2。

3.2處理效率

處理效率對比三款軟件整個處理流程的作業時間，處理時間從短至長依次是Pix4D、PhotoScan和ContextCapture，具體見表3。

3.3模型質量

圖2至圖7展示了三款軟件三維建模的整體效果和局部效果，從模型整體效果來看ContextCapture和Pix4D完整的建立了整個辦公樓的輪廓、紋理映射與實景基本一致，其效果明顯優于PhotoScan;而從細節表現來看ContextCapture又較Pix4D更好，圖5至圖7相應位置的模型在ContextCapture生產模型上的關鍵線和轉角點處理的更好。

4 結語

通過實例數據對比ContextCapture、Pix4D和PhotoScan分析三款軟件三維建模的自動化程度、處理效率和模型質量，ContextCapture建模效果最優、但處理時間最長，針對需要快速建模的項目而言略顯不足;PhotoScan建模效果較差，需要人工干預的環節又較多;Pix4D的綜合指標參數是最優的。本文論述了三款軟件進行建筑物進行建模的性能對比，針對不同軟件的數據適用性和單個軟件不同參數的建模效果是今后應用研究的方向。

參考文獻

[1] 王偉，黃雯雯，鎮姣.Pictometry傾斜攝影技術及其在三維城市建模中的應用[J].測繪與空間地理信息，2011（3）：181-183.

[2] 張福友.基于大疆無人機的Context Capture三維實景建模探討[J].廣東水利水電，2017（8）：88-91.

[3] 朱國強，劉勇，程鵬正.基于無人機傾斜攝影技術支持下的三維精細模型制作[J].測繪通報，2016（9）：151-152.

[4] 趙四能.一種采用Agisoft photoscan 和ENVI LiDAR快速生成三維模型的方法[C].云南省測繪地理信息學會2016年學術年會論文集，2016.

[5] 劉坦.Inpho、PhotoScan及Pix4D無人機正射影像處理軟件對比[J].海峽科技與產業，2017（11）：82-84.