傾斜攝影實景三維模型成果的質量檢查與分析

林金標

（福建省地質測繪院，福建 福州 350011）

0 引言

傾斜攝影測量作為一項新興的測量技術，在三維建模和工程測量中有廣泛的應用前景，特別是在街景工廠 Street Factory、Pix4Dmapper、JX4、Pixel?grid、DPGrid、TOPGRID、PhotoMesh等三維建模的先進專業軟件的開發中，為實景三維模型數據的處理提供強有力支撐。與傳統三維建模技術相比，傾斜攝影實景三維建模技術有很多優點，如省時省力、效率高、工作量少等。傳統三維模型是在《三維地理信息模型數據產品質量檢查與驗收》（以下簡稱規范CH/T 9024—2014）［1］基礎上進行質量控制的，但傾斜攝影實景三維模型在技術路線、作業流程等方面與傳統三維建模不同，現行的標術規范無法對傾斜攝影實景三維模型的數據質量作出客觀真實的評價。本研究基于福建省某縣的傾斜攝影實景三維模型建設項目成果的質量檢查，來闡述實景三維模型普遍存在的質量問題、檢查內容、檢查方式、檢查結果、處理建議等。

1 實景三維特征

傳統的三維模型以外業影像照片、數字線劃圖DLG、數字正射影像DOM、數字高程模型DEM 等為基礎數據，利用3ds Max等三維處理軟件對輪廓進行人工構建，從而構建建筑物的三維模型，照片處理和紋理貼圖分為細節模型、主體模型和模型符號等方式，是依據現行的三維模型數據質量檢查與驗收的規范對傳統三維模型數據進行質量檢查、質量評定。

實景三維模型數據是在外業（傾斜攝影、全景拍攝等方式）采集到的數據基礎上，內業通過計算機進行數據預處理，多視影像區域網聯合平差，多視影像密集匹配，數字表面模型生產，實景三維模型的生成。傾斜攝影測量數據采集具有靈活、高效、高分辨率等優點，是實景三維建模數據采集普遍采用的一種方式。普通三維建模的模型等級高低、要素類型、精細程度均取決于地物要素的重要性，而傾斜攝影實景三維原始影像的分辨率和傾斜三維處理軟件算法對模型的精細程度產生影響，與地物要素重要性等級無關，沒有單體化之前的各類地物，其模型結構均按統一規則進行取舍，其精細度也基本一致。建筑物墻面、門窗、陽臺等細節表現也較好，道路、水系、建筑物等模型結構基本上完整。但地物大小及其周邊遮擋情況會影響模型的精細度，一些地物模型結構會出現不完整的現象，如漂浮、殘缺、漏洞等，從而導致模型不完整、模型漂浮、模型殘缺、模型漏洞等。這就要求在實景三維模型質量檢查過程中，要區分地物要素的重要性，不能照搬現行規范，必須有選擇、有重點地進行質量檢查。

2 質量檢查內容和方法

傳統三維模型的質量檢查是以規范CH/T 9024—2014為依據，傾斜攝影實景三維模型在技術路線、作業流程等方面均不同于傳統三維建模，無針對性的標準規范可用，但現行的標術標準規范無法對傾斜攝影實景三維模型的數據質量作出客觀真實的評價。通過參考相關規范及傾斜攝影實景三維模型數據質量檢查存在的問題，對質量檢查的元素進行分析梳理，闡述傾斜攝影實景三維模型數據的質量檢查內容和檢查方法［2］。檢查內容、檢查方式詳見表1。

表1 質量檢查內容和方式

3 應用實例

3.1 項目概況

本研究以福建省某縣中心區域開展的傾斜攝影實景三維模型工作為例，該區域地勢平坦，攝影面積為18.5 km2。攝影機為羅賓遜R44型直升機搭載AMC1050，雙下視十鏡頭采集影像，航高為320 m，下視影像分辨率為0.05 m，共獲取58 352 張影像，航線總數量為70條。布設像片控制點135個，采用Bentley Context Capture 軟件進行空三加密和三維模型構建工作，同時使用DP-modeler 軟件進行數據建模和修飾編輯，數據格式為openscenegraphbi?nary（.osgb），平面及高程誤差均控制在0.25 m內［3］。

3.2 質量檢查

綜合考慮模型復雜度、重要程度和航攝分區等因素對該實景三維模型成果進行檢查，其中抽取4 個區塊（面積為1.3 km2）作為樣本進行全面詳查，且統計出存在的各類差錯數量及中誤差，樣本成果進行外業實地檢查，并實地測量明顯特征點的平面坐標和高程，內業采用人機交互的方式進行檢查，其他區域采取概括檢查方式進行檢查。每個區塊選取檢查30～60 點，外業實測檢查點坐標及高程，與內業在軟件Bentley Acute3D Viewer 平臺上量取對應同名點的平面坐標和高程數據進行對比分析，并求出其中誤差。通過核查分析法或外業實測法對空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、場景效果、表達精細度、數據組織、附件質量等進行檢查，匯總存在的主要質量問題、坐標及高程精度，并結合項目技術設計書及相關規范進行質量評定。

3.3 檢查結果

4個樣本區塊的實景三維模型數據質量等級評定為合格，但也存在一些質量問題，經作業組全面、認真地整改后，成果滿足技術設計書的要求。

3.3.1 主要質量問題。①場景完整性和協調性。采用核查分析法進行檢查時，檢查結果表明，少數低矮建筑物和高大獨立樹的模型出現相互穿插的現象。水域模型發生異常變形、破洞未處理、懸浮物未刪除。城市道路、天橋和廣告牌的模型出現相互穿插的現象。大面積水域、坡度較大的山體的模型存在縫隙和空洞現象。②表達精細度。采用人機交互核查的方式檢查模型、紋理的精細度，檢查結果表明，鐵塔、電桿、路燈、廣告牌等線狀建筑物的模型發生扭曲變形。建筑物外墻出現表面不平、破洞的現象，少數房屋建筑物出現模型黏連，電桿、鐵塔存在缺漏。低矮房屋模型存在輕微的變形，且紋理不清晰。道路路面局部凹凸不平，出現模型紋理錯位、扭曲變形的現象。狹窄的街道出現模型扭曲失真的現象。一些紋理拼接出現色差明顯、貼圖錯位的現象。水面發生變形，出現高程變化起伏較大的現象。少數大型建筑發生模型側面紋理錯位情況。茂密樹林發生模型變形扭曲的情況。

3.3.2 坐標及高程精度檢查。采用全站儀等儀器實地測量人行天橋和房屋等建筑物特征點的平面坐標或上下高程，將外業實測明顯特征點的平面坐標和高程數據，與內業在三維模型上量取的對應同名點的平面坐標和高程數據進行對比分析，并求出其中誤差，通過計算中誤差的方法來衡量平面坐標和高程精度。精度檢查結果如表2所示。

表2 坐標及高程精度檢查統計表

4 處理建議

實景三維模型在模型比例、場景紋理、模型細節等方面具有真實直觀的效果，但目前的技術手段和生產工藝還存在局限性。因此，在生產過程中出現質量問題也在所難免。傾斜攝影實景三維建模主要利用影像的特征點進行匹配構建，該算法在處理顏色單調、顏色變化小的金屬柱架、墻壁或屋頂、大面積水域、玻璃幕墻等無明顯特征點時，會出現匹配粗差或偏差的情形，從而造成拼接錯位、冗余數據、扭曲變形、部件細節缺失、漏洞、紋理拉伸等。攝影測量因其航高低、傾角大，容易產生陰影和遮擋等現象。

對實景三維模型在檢查過程中發現的模型扭曲變形、紋理拉伸模糊、黏連等質量問題，除了采用常規的技術手段來減弱或消除這些質量問題外，還可使用先進的處理軟件通過人工編輯進行補充完善，進一步將模型處理好，也可將點云數據運用到實景三維模型構建中，并配合低空近景攝影方式來完善模型紋理，進一步提升實景三維模型數據的質量。

5 結語

現階段，在傾抖攝影實景三維模型數據產品質量檢查規范尚未發布的前提下，本研究參考現行的傳統三維建模的相關行業規范，通過對福建省某縣實景三維模型數據進行質量檢查，總結傾斜攝影實景三維模型的主要檢查內容和方法，并對存在的質量問題提出處理建議，為實景三維數據的生產提供指導，從而加強質量控制，為實景三維數據質量評定提供參考，確保實景三維數據的質量。