基于ContextCapture的小型物件傾斜攝影3D建模的研究

摘要：本文以柴油機調速器為例，主要介紹了Context Capture軟件在小型物件傾斜攝影建模中的應用，并結合其他圖像處理軟件，在前期進行圖像處理，利用Meshmixer和Realitypaint在Context Capture建模后對模型進行后期優化處理，使模型更加形象逼真，得到更貼近實物的3D模型。

關鍵詞：傾斜攝影;Context Capture;3D建模

中圖分類號：P231 ? 文獻標識碼：A ?文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

0緒論

在工程應用上，傳統的建模方法主要有兩種，一是采用3D建模軟件對其進行繪制，再經過渲染得到模型;另一種是手工拍照，建立白膜，通過拍攝的紋理分析模型的細部結構，將拍攝的紋理處理后貼在模型上，但這種方法工藝復雜，生產成本高、費時費力，制作的模型也不夠精確。相比較上述兩者，基于Contextcapture的傾斜攝影技術是國際攝影測量領域近十幾年發展起來的一項高新技術，該技術通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側視的高分辨率紋理[1]。生產出的三維模型以其直觀、真實、形象、信息量完整等優點，被越來越多地應用于智慧城市建設、應急救援、數字礦山、管線監測等工程領域。

1軟件介紹

1.1 contextcapture軟件介紹

實景建模軟件ContextCapture是Bentley公司于2015年收購的法國Acute3D公司的產品，由S mart 3D Capture升級而來，它可以將現實物體轉變為“電子模型”，對簡單的連續圖像加以處理就可以構建具有豐富側面紋理的三維模型。在ContextCapture軟件中進行實景三維自動建模需要的數據主要包括：輸入數據源（數碼照片）、POS 數據、傳感器屬性數據、位置參數、控制點數據等，其高自動化和智能化展現在無需人工干預，并在短時間內生成高分辨率的三角格網模型，生成的三角格網模型具有準確的形態、精細的細節和真實的色澤，能夠很逼真地還原了建模的物體[2]。ContextCapture主要包括四個模塊：Master， ?Setting，Engine，Viewer等，幾個部分相當于不同的軟件，相互協調各有分工，形成了強大的建模系統。Master主要負責工程的建設管理。S etting是Master和Engine的介質，用于設置一些數據，為Engine尋找工程路徑。Engine則是引擎端，master在制作生成產品使必須啟動Engine才能進行正常的運算工作。Viewe實際上則是三維模型的瀏覽器，用于對生成的產品進行瀏覽，生成的模型也可以在其它第三方軟件中打開并進行編輯，比如保存為obj格式即可在3Ds Max中打開模型。

1.2 Lightroom和LrTimelapes

Adobe Photoshop Lightroom是Adobe 研發的一款兼具圖像管理和后期處理等多重功能的圖像處理軟件，是當今數字拍攝工作流程中不可或缺的一款軟件。具有極強大的校正工具和組織功能以及靈活的打印選項，有與PS Camera Raw類似的圖片處理功能，且強大的管理功能可以幫助拍攝者加快圖片后期處理速度，大大提高圖像批量處理的效率。

LRTimelapse一款專業的延遲攝影編輯渲染軟件，可以做到平衡曝光不一致，去除閃爍，關鍵幀參數自動過渡等功能，可以搭配 Adobe Lightroom等程序來使用。

當前期拍攝環境不佳導致傾斜攝影得到的圖像曝光不均、色溫、色調不統一而影響ContextCapture制作3D模型時，可以將LR和LRT配合使用，能夠得到色調統一，曝光、顏色均相對一致的一組圖像，使得后期模型制作的質量大大提高。

1.3 Meshmixer和Realitypaint

Meshmixer是一款能夠幫助我們的用戶輕松進行CAD 3D建模的工具，軟件能夠完美的導入、編輯、修改和繪制各種3D模型，軟件的使用也非常簡單，通過混合現有的網格，用戶就能夠輕松的創建3D模型，它簡化了創建步驟，Meshmixer中文版是一款由Auto CAD的開發公司Autodesk開發的，Meshmixer中文版還有多種多樣的功能，比如3D雕刻和表面沖壓，自動打印床定向優化，布局和包裝等等，是非常強大的一款3D建模工具。

Realitypaint是一款來自國外的繪畫變形設計軟件，可以對模型貼圖進行適當修改，以提高模型質量。

2操作流程

操作流程如圖1所示。

模型的質量好壞很大程度上取決于拍攝質量，優質的前期拍攝能夠很大程度上減少后期工作量，而拍攝質量主要由圖片的像素和重疊率決定。所以，在圖片采集時應使用RAW格式，這樣圖像的后期調整空間就會更大，并且在拍攝時盡量采用多重疊加環繞的方式，盡可能多的采集圖像，通常要保證每相鄰兩張具圖片有80%以上的重疊率，如圖2中黃色的圖標就是相機機位。若出現受拍攝條件影響到時曝光不均等現象，則可以將所得到的圖像批量導入LrTimlapse中進行去閃處理后，用 LR打開之前在LrTimlapse中處理過的圖片，并讀取元數據，得到了曝光基本一致的圖像，這里也可以利用Lr強大的處理功能對圖像曝光、色溫、色調、高光、陰影等參數進行調整，使得生成后的模型效果更佳，然后將圖片導出為jpg格式;將導出的圖片加載到ContextCapture中，進行空中三角運算讓無序的圖片影像在三維空間中相互對齊，并構建與真實狀態下相接近的統一的空間模型[3]，在進行空中三角運算后可在Master中進行初步的預覽，確定沒有修改的數據則可以進行3D模型的生產，這里我們通常選用obj格式的模型進行生產。模型生成后可在Master中查看，也可用Viewer或第三方軟件，如3Ds Max等軟件打開進行瀏覽。然后再利用Meshimixer和Realitypaint等第三方軟件進行結構、貼圖的修復和優化處理得到更為精細的模型。

3模型的優化處理

模型制作好后，打開模型如圖3所示，分別為實物3D圖、白模圖和網格圖?？梢园l現模型表面有孔洞，部分連接處有明顯的變形，模型表面也不夠平整，又很明顯的缺陷，因此要將其導入第三方軟件進行后期的修復處理，得到更加精細的模型。

首先在Context Capture里將其生成可修改的產品，然后導入Meshmixer，對表面的孔洞進行自動檢查并填補，如下圖4也可使用手動的方式對需要修補的部分進行填補。而后將修飾后的模型其重新導入Context Capture，在reconstruction里重新提交后進行生產。此時我們打開重新生產好的模型發現，模型表面的孔洞已經處理平整，但并沒有對修改過后的部位進行貼圖，如圖5所示，這里我們需要另一個軟件對它表面的貼圖進行修復處理。

打開Realitypaint，利用克隆工具對沒有貼圖的部位進行填補，將處理好的模型導出，并覆蓋掉之原有的obj文件，此時打開Context Capture對修改后的模型進行重建，便得到圖6。

通過對比兩個模型可以發現利用Meshmixer和Realitypaint處理后的模型表面孔洞已完全消失，表面也更加光滑自然，與實物更加貼近。

4結語

本文闡述了小型物件利用傾斜攝影技術進行建模的前期圖像處理及后期模型優化處理的技術，利用該技術，使得生產出的模型具有很強的可塑性，大大提高了3D建模的質量，為日后大型設備或虛擬場景的建設奠定了基礎。傾斜攝影無論是在教學科研和工程應用領域都有極其廣泛的應用，且隨著該技術日趨成熟，不斷發展，未來會有更廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]李安福，曾政祥，吳曉明.淺析國內傾斜攝影技術的發展[J].測繪與空間地理信息，2014，37（9）：57-59+62.

[2]王爾君，楊雯彥，林雅麗，等.基于無人機航攝影像的Context Capture Center三維建模與應用[J].江西測繪，2019（2）：62-64.

[3]錢磊，張文超.基于Smart3D的小物件三維建模技術及應用[J].河南科技，2018（28）：14-16.

收稿日期：2020-03-06

作者簡介：趙子昂（1992—），男，遼寧朝陽人，碩士，研究方向：狀態監控與故障診斷。