基于傾斜攝影技術的人物建模研究及其應用

廖純余 楊夢夢 王娟

摘 ?要：隨著傾斜攝影建模技術的日漸成熟，市場應用面的不斷擴大，其在傳統仿真模型的真實化改革中起到了重要作用。文章主要介紹利用傾斜攝影建模技術對人物進行實景三維建模，以解決市面上現存的傳統仿真工程建模軟件（如3ds Max）構建出的任務模型失真的問題;通過前期紋理數據采集、ContextCapture空三重建及后期模型修復來闡述成品輸出過程以及利用實景模型作為單體要素進行虛擬現實（AR）應用的表達。

關鍵詞：傾斜攝影;人物建模;AR應用

中圖分類號：TP391.9 ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）19-0032-02

Abstract： With the increasing maturity of oblique photography modeling technology and the continuous expansion of market application， it has played an important role in the realistic reform of traditional simulation models. This paper mainly introduces the use of oblique photography modeling technology for real-scene 3D modeling， in order to solve the problem of task model distortion constructed by the existing traditional simulation engineering modeling software （such as 3ds Max） in the market. Through the early texture data collection， ContextCapture spatial three-dimensional reconstruction and later model repair， this paper explains the output process of finished products and the use of real-scene model as a single element for the expression of augmented reality （AR） application.

Keywords： oblique photography; character modeling; AR application

1 概述

隨著傾斜攝影三維建模技術的飛速發展及廣泛應用，傳統的人像二維化表達已無法滿足對人物虛擬展示的需求，并且傳統的三維仿真人物模型無法滿足人物本體的結構、紋理特征要求，所以急需一套能解決上述結構錯亂、紋理失真問題的方案。為適應表達、展示的需要，以及人物的單體化建模應用及VR/AR嵌入應用。本文主要介紹利用傾斜攝影建模技術使用ContextCapture對現實人物本體進行實景建模及使用國產軟件模方（ModelFun）進行模型修飾。

2 傾斜攝影技術簡介

2.1 傾斜攝影技術的發展

在國外，傾斜攝影技術通過近二十年的發展，無論是在硬件設備上還是在預處理及后處理軟件上都取得了巨大的技術和應用成果。如德國的Penta-DigiCam系統、以色列的A3系統等硬件裝備以及法國的Smart3DCapture、微軟的Ultramap后處理軟件都是推動傾斜攝影技術發展的功臣。近年來，隨著國內頂尖高校的科技轉化，國產化的傾斜攝影裝備不斷推陳出新，如紅鵬及睿鉑的五鏡頭、大勢智慧的兩鏡頭航測設備，軟件上具有代表性的如武漢大勢智慧科技有限公司的重建大師以及模方兩款完全國產化的處理軟件，都為國內傾斜攝影技術的發展及應用起到了推動作用。

2.2 傾斜攝影技術的特點

傾斜攝影技術具有以下特點：（1）高分辨率。利用千萬級像素的高質量單反相機，可獲取厘米級高分辨率的垂直和傾斜影像。（2）獲取豐富的物體紋理信息。從多個不同的角度采集影像，能夠獲取地物側面更加真實豐富的紋理信息，彌補了正射影像只能獲取物體頂面紋理的不足[1]。（3）高效自動化的三維模型生產。通過垂直與傾斜影像的全自動聯合空三加密，無需人工干預，即可全自動化紋理映射，并構建三維模型[2]。（4）逼真的三維空間場景。通過影像構建的真實三維場景，不僅擁有準確地物地理位置坐標信息，并且可精細的表達地物的細節特征。

3 人物高精度建模解決方案實例

3.1 使用設備

佳能EOS M3單反相機、專業攝影三腳架、室內攝影棚及旋轉轉盤。

3.2 實景三維建模步驟

3.2.1 前期紋理數據采集

（1）燈光調試：將室內攝影燈打開，調至白熾燈漫散光線，可讓被攝人物各處均勻受光，不會造成局部反光及光亮差較大等影響模型效果的問題。（2）相機調參：首先將相機調至M檔（手動調參模式）、關閉閃光燈、無曝光補償、單點自動對焦、局部測光、圖像縱橫比為3：2;然后視相機與人物距離定焦距18cm、快門速度1/80s、光圈4.5（大光圈為使拍攝主體突出背景虛化）、感光度250（因本款相機為微距單反高感光度會使照片噪點較大）。（3）轉盤及人物位置：首先將圓形轉盤每隔10度做標記，人物立于轉盤中央，每旋轉10度相機拍攝一次，保證照片間重疊率不低于70%，且分四層拍攝，上下層重疊不低于60%，精細部位還需另外加密采集，本次共采集照片129張。

3.2.2 ContextCapture建模流程

（1）新建工程：首先打開ContextCapture Center Engine啟動后臺引擎調用，然后再啟動ContextCapture Master進入主界面，點擊新建工程，以英文字母命名工程，并選擇創建路徑。（2）導入照片：在軟件界面中的“影像”中按整個文件夾導入照片并進行照片檢查，待檢查通過后方可進行下一步操作。（3）空三加密：照片導入成功后，回主界面“概要”中點擊標簽進行空中三角測量，此時軟件會用對圖片進行大量特征點的計算提取，對獲取的特征點再采用多視角匹配同名點，然后反向解算出每張圖片的空間位置還有圖片的姿態角度，從而確定圖片間的關系。空三加密并不是每次都可以正確解算出來，這涉及照片的重疊度、角度等問題，空三加密完成后必須查看軟件解算出來的空三加密點是否有漂移、漂移的區域是邊緣還是中心、整個空三加密點的相對位置是否正確等。多個角度的不同高度的照片融合在一起進行實景三維模型建設時，空三加密就有可能不能把所有的照片計算出來，或者是計算出來空三加密點漂移等情況[3];（4）成果輸出：空三后查看點云無誤，進行項目重建，點擊“提交新的生產項目”“生產三維網格”選擇OBJ格式，因為OBJ格式可用于通用編輯，后生成OSGB格式用于后期模型修復。

3.3 實景三維模型修復

3.3.1 實景三維模型結構修整

在生成的模型中可以發現，除主體模型結構外還有其他的懸浮物存在，以及模型局部表面有破洞、凸起或下凹等結構缺陷問題，此時可將模型的OBJ及OSGB數據在模方中打開，運用模方中的一鍵去除懸浮物、刪減、補洞、一鍵置平等改變或修復模型結構問題的功能;在結構修正完畢后，更新模型。

3.3.2 實景三維模型紋理修整

由于生產模型過程中存在紋理映射紊亂問題，所以模型外觀上有色彩與實際不符，在模方中，調用“空三映射”利用原照片進行紋理修復或使用模方聯動Photoshop進行選定表面的紋理修復。

4 實景三維人物模型的VR/AR嵌入應用

目前3D模型可以借助國外的Unity3D、Unreal，國內的iCreator等工具進行嵌入開發，可以實時把三維數據通過壓縮技術在低延遲的網絡情況下傳輸給手機終端和VR一體機，包括實景三維模型的上傳，這為實景三維模型的應用推動起到了重要作用，實景三維場景作為一種擁有100%真實度的虛擬計算機場景在VR人機交互體驗上具有得天獨厚的優勢;尤其在實景人物模型的VR應用上，作為真實的虛擬單體要素嵌入，能夠取得常規手法所不能比擬的效果。

5 結束語

隨著傾斜攝影建模技術的持續普及，必將帶來產品行業的便捷化、智能化，同時5G通訊、人工智能等高新尖端技術的快速發展，解決掉三維數據發展的傳輸、體量限制，實景三維人物模型的推廣應用會更加迅速、更加便捷，應用面也會更加廣泛，隨之帶來的市場效應也是巨大的。

參考文獻：

[1]胡智峰.基于傾斜攝影測量技術的資源調查技術研究[J].科技創新導報，2018，433（01）：86-87.

[2]昌燕，李小亮.航空傾斜攝影測量技術及應用探討[J].科技資訊，2017（24）：64-65.

[3]戴竹紅，李柳興，鄒發東.基于SMART3D的實景三維建模與應用[J].廣西城鎮建設，2015（4）：113-115.