倾斜摄影数据_基于倾斜摄影和近摄技术（基于CC和DP-M的真实3D模型制作
简介
近年来，随着经济社会的快速发展，城市建设水平不断提高
随着不断的改进
，当今城市的发展正在从数字城市向智能城市发展。传统的模拟三维模型无法满足智能城市的规划，建设和管理需求[1]。随着无人机倾斜摄影测量技术的飞速发展，使用配备多视角镜头的无人机进行倾斜摄影并快速生成城市的真实3D模型已成为获取地面3D信息的重要手段[2]。尽管倾斜摄影技术具有真实性和元素丰富的优势[3]，但在3D真实场景的应用中发现了许多缺点，特别是在靠近地面和建筑物侧面的细节表现方面，通常大面积的数据丢失和模糊。 ，花环等现象。本文从斜摄影测量法的缺点，斜摄影的有机融合和近距离摄影技术进行联合建模的缺点入手，以弥补斜摄影测量法的局限性。然后，对斜角图像模型丢失和模糊的细节进行修复，以获得具有更高清晰度和识别度的真实场景3D模型。
2倾斜和近距离摄影测量系统简介
2.1倾斜摄影测量系统
倾斜摄影是近年来在测绘领域中开发的高科技。通过同时从一个垂直和四个倾斜镜头收集图像，该技术可获取丰富的地面高分辨率图像信息。它不仅可以真实地反映地面物体的状况，并以高精度获取建筑物的纹理信息，而且还可以通过先进的定位，融合，建模等技术生成真实的3D城市模型。倾斜摄影测量系统如图1所示。
图1倾斜摄影测量系统
2.2个近距离摄影测量系统
影像测量仪（vRTK）是近距离摄影测量领域的先驱产品。该产品使用具有成熟RTK的单镜头在野外收集图像数据和位置信息，并结合了野外专业数据处理软件。它可以生成高精度的点坐标，三维模型和其他视觉交互对象。近距离摄影测量系统如图2所示。
图2近距离摄影测量系统
3数据源分析
3.1斜摄影数据源分析
与传统的航空摄影测量法相比，倾斜摄影测量法可以通过一次飞行获得垂直，前后，左，右5个角度的地面图像信息，同时获得与每组被测对象相对应的位置和姿态通过POS系统信息[5]获取图像，从而获得用于真实场景3D建模的图像和姿势位置文件。通过这种方法获得的数据是高度真实的，可测量的并且是全要素的。但是，由于建筑物等地面物体的遮挡和不同的摄像机角度，可能会丢失建筑物地面和侧面附近的数据，并且可能无法清晰显示细节。
3.2近距离摄影数据源分析
近距离摄影测量技术是一种相对成熟的技术。 vRTK是近距离摄影测量领域的先驱产品。与传统的手持摄像机相比，它使用RTK捕获每个图像。对应于曝光图像的高精度位置和姿势信息消除了现场操作后对图像控制点的需要。所捕获的近地和建筑物侧面元素数据完整且细节清晰。这是对倾斜摄影获得的图像数据的补充测量，可以很好地修复近地面和建筑物侧面的数据失真现象。
4现实3D模型制作的总体技术过程
联合制作实景3D模型空对地数据的想法：以无人机倾斜摄影测量和地面近距离摄影测量系统为实景3D建模的基本数据，并使用vRTK 影像测量仪通过图像方向获取建筑物底部和侧面数据，以获取后续联合建模所需的结果包，该结果包基于近距离摄影测量法前向相交[6]的原理，在“刺点”之后提取特征点坐标分别用于倾斜图像空中的三个解控制点的图像，实现空地数据坐标系的统一，然后结合倾斜真实世界模型和地面vRTK数据进行精细的单次建模建筑物模型，最后将单个模型重置为3D场景。机载斜摄影数据与近距离摄影数据结合处理的技术过程如图3所示：
图3数据联合处理的技术过程
5现实生活中3D模型制作的实现
使用斜摄影和近距离摄影进行实景3D联合建模的关键技术主要包括数据源的空中三角剖分，斜图像的真实3D模型的快速生成，真实3D模型的个性化和3D场景重建。
5.1数据源的空中三角剖分
为了确保可以自动配准空中倾斜图像和地面近距离图像，采用统一的平面坐标系和高程参考。首先，需要为天线三计算地面近距离图像，然后使用支持该仪器的VRT Access软件进行数据处理。该程序可以自动完成组[7]中图像的特征提取，特征匹配和空气三重解决步骤，并导出已解析的空气三重结果文件（图像列表，相机内部参数，外部方向元素）和变形的图像，解决过程如图4所示。
图4近距离图像求解过程
计算完成后，通过刺点法选择两个不同方向的图像来收集特征点坐标，并导出倾斜图像空气三解的图像控制点的坐标结果。选择的特征点必须与倾斜图像相符。地面图像上直线与目标图像的交点清晰易懂，或者是房屋下部明显的拐点。
5.2快速生成倾斜图像的真实3D模型
ConTextCapture软件是用于真实场景3D建模的广泛使用的软件。通过加载由采集终端采集的多视点图像，它可以快速生成高分辨率的真实3D模型。它的优势包括该区域的整体3D重建以及数据处理过程具有全自动和高效的特点。同时还可以采用集群在线操作，大大减少了数据处理时间。使用ConTextCapture进行实景3D建模，首先加载POS数据和倾斜的图像，并在控制点刺之后执行倾斜图像的联合调整，准确计算每个图像的外部方向元素并生成高密度和高精度3D点云数据根据点云，提取深度图并构建3D TIN。最后，根据3D TIN的空间位置，将图像自动映射到纹理[8，9]，以便快速获得倾斜的真实3D模型，如图5所示。
图5倾斜的真实3D模型
5.3个逼真的3D模型单一建模
倾斜的真实场景3D模型可以看作是覆盖有高分辨率图像的连续TIN三角测量网络。在GIS管理和应用中，不能单独选择倾斜照相模型中的对象并搜索其属性，只能将图像用作浏览的基本地图，并且不能进一步应用。因此，有必要对倾斜的3D模型进行分割。当前，主要有两种广泛使用的分割方法：逻辑分割和物理分割。逻辑分割是指对象在倾斜的三维模型中的二维矢量底表面的简单叠加，并且在渲染级别将建筑物，道路和其他要素单层叠加，并且矢量表面用作属性附加的载体。实现诸如对象的个体管理和属性查询之类的功能。此方法只是对建筑物轮廓的矢量平面的简单查询。这并不是真正意义上单个单元的物理分离。物理单位化是指通过手动重建将建筑物，道路和其他对象物理隔离。重建后的实体可以进行编辑，修改和附加属性，以实现诸如查询统计和分析之类的功能[10]。目前，可以实现物理统一的软件主要包括DP-Modeler，Oblique Sketch等软件，两者均基于斜图像模型，进行建筑物的边界提取，自动纹理匹配和3D模型。现场重建等待过程。其中，DP-Modeler是中国较早的应用程序，支持多源数据联合建模软件。本文以DP-Modeler为例，详细介绍物理unit元建模的实现过程。
（1)物理单体建模技术过程。DP-Modeler是基于3D图像的建模软件，可以对倾斜图像的自动建模结果进行单体修改，并删除悬浮的固体。[11]，精细模型可以获得建筑物的外观，其技术过程如图6所示。
图6单体化工艺流程
（2)物理单体建模过程。首先，加载空对地图像的空对空三维加密结果以进行数据配置。基于倾斜的3D真实场景模型，勾勒出建筑物的轮廓在顶视图模式下绘制轮廓并对其进行编辑，调整，推动和拉至基准平面以获取主要建筑物模型，然后使用倾斜图像和地面RTK图像获得建筑物的侧面和底部结构信息，并形成经过编辑，推拉后具有明显凹凸的结构，在建筑物结构完成后，使用可以收集建筑物纹理信息的功能，可以一键自动映射模型，顶部使用无人机垂直图像映射将建筑物的侧面和底部与倾斜图像和地面RTK图像的拍摄效果结合起来进行人工干预以选择映射，从而实现模型精化的统一效果，图7（a）是方向图t斜摄影的建模效果，而图7（b）是组合的奇异建模效果。使用近摄摄影进行建模后，您可以看到斜摄影建筑模型现象的侧面得到了很好的修复，例如模糊，信息丢失和纹理绘制。
图7精细单数化关节建模
5.4个真实的3D模型重建
基于DP-Modeler软件对3D模型进行精细分割，在倾斜的真实3D模型中绘制修改后的区域范围线，并使用该模型进行展平，删除，重建等操作，以制作新的single将模型与场景合并，以形成可以单独管理的精美的真实三维模型。从而达到将真实场景模型引入GIS应用的目的。场景重构前后的效果比较如图8所示。
图8前后场景重建的比较
6生产效率比较分析
当前，传统的建模技术主要分为以下四类：传统的手动建模，3D激光扫描建模，数字近距离摄影测量建模和倾斜摄影测量建模。其中，传统的3D建模通常使用3dsMax，AutoCAD等建模软件根据CAD 2D矢量图，图像数据或手动拍摄的照片来估算建筑物的轮廓和高度信息影像测量仪，以进行手动建模。用这种方法生产的模型外观漂亮，但精度低，在生产过程中需要大量的人工参与，生产周期长。三维激光扫描技术可以快速影像测量仪，连续地扫描和测量观察对象，并获得对象表面的三维点云数据。该方法具有非接触，精度高的优点。之后，点云数据被注册，减少噪声，提取和打包。通过一系列操作来建立三角剖分模型，最后通过手动映射纹理信息获得三维模型。
该方法不仅生产周期长，效率低，而且模型的映射质量中等，适用于小规模详细模型的构建。数字近景摄影测量技术可以快速拍摄非接触的平面地面物体，并通过一系列操作来构建三维模型，例如自动匹配捕获的图像，三维计算，点云生成和纹理贴图。该方法具有模型效果好，精度高的特点，但也存在建筑物盲角，不能顶顶的缺点。倾斜图像建模技术具有更广泛的野外航拍操作范围，低成本和高效率。内部数据处理需要较少的计算机硬件配置。它可以实现计算机集群处理，更适合大规模的3D模型构建。该方法还具有在建筑物的侧面和底部不完整的信息收集的缺点。表1总结了以上四种建模方法的优缺点。
基于倾斜和近距离摄影测量的基本原理，本文详细分析了倾斜和近距离摄影测量的三维建模技术的优缺点，将倾斜摄影和近距离摄影有机地结合在一起，并使用统一的空间。基准和坐标系用于空地数据的联合分割模型。该方法可以在保证3D模型准确性的同时，极大地提高3D模型的生产效率和显示效果。与其他传统建模技术相比，减少了模型生成时间。一半以上，所涉及的人员数量减少了2/3。目前，该方法还存在无人机飞行姿态受天气影响较大等问题，需要配备PPK后差分处理系统以确保精度。在未来的实际项目中，也可以考虑通过机载3D激光扫描获得的高精度。通过对斜摄影测量获得的点云数据和三维模型数据进行融合和建模，从而进一步提高了模型的整体精度。
7个结论
在3D城市建设项目中，随着3D城市建模需求和范围的增加，UAV倾斜摄影测量图像，自动航拍三项和建模技术的快速采集显示了强大的优势。本文提出的基于倾斜和特写摄影的真实世界3D模型制作方法已在实际工程项目中得到验证。在将建筑物重建为一个整体的同时，还修复了建筑物的侧面和底部纹理，极大地改善了城市。 3D建模的生产效率和模型效果。分割后的精简模型经过附加属性重置为倾斜真实3D模型，实现了倾斜真实3D模型的精细重构和单一管理，为以后3D场景的深入行业应用提供了方便。
本文转载于2018年6月第三期《城市调查》
