基于ContextCapture的無人機傾斜攝影三維建模在舊城改造中的應用

覃凱　孔麗云

摘要：隨著無人機飛行技術的飛速發展，國產無人機的日益普及使得無人機航拍應用不再是高門檻行業。當前，利用無人機拍攝后再進行三維實景建模在許多行業得到了廣泛地應用。本文依托ContextCapture軟件平臺，總結了在舊城改造項目中進行三維實景建模的應用實踐，并分析了產生過程中遇到的問題，提出了解決的思路。

關鍵詞：ContextCapture? 無人機傾斜攝影? 三維實景建模? 舊城改造

1 引言

隨著國產無人機的日益普及，航拍不再是高門檻行業，無人機的應用在各行各業也得到了廣泛普及。無人機在城市管理、農業林業、電力、搶險救災、警用、軍用等領域用途非常廣泛。近年來，無人機傾斜攝影技術在許多專業領域也得到了快速地發展。在舊城改造中，利用無人機對項目范圍拍攝后進行三維實景建模，利用3D模型進行項目全方位實景展示、進行地籍和建筑測量，成為了新興的技術手段，這對于舊城改造項目決策、數據測繪、證據保全等都提供了高效的解決方案。本文依托ContextCapture軟件平臺，總結分析了3個舊城改造項目三維實景建模的應用實踐，并分析了產生過程中遇到的問題，提出了解決的思路。

2 三維實景建模在舊城改造中的應用需求

三維實景建模在舊城改造中有著廣泛地應用需求，主要體現在以下幾個方面：

一是項目決策階段文案展示的需要。舊城改造作為民心工程，在決策階段項目“改哪里”、“怎么改”往往需要全方位進行論證。傳統的改造建議文案通過圖文方式展現不夠直觀、不全面，往往需要補充說明甚至需要多次現場走訪，效率低。如舊城改造項目做了三維實景建模，就可以全方位展示項目實景狀況，彌補了傳統方式的不足。二是測繪需要。舊城改造項目的地塊面積、總建筑面積都需要測繪，利用3D模型進行測繪，大大提高了效率;三是固定證據的需要。在舊城改造項目中進行三維實景建模，固定房屋證據后，在實施改造過程中，可以很容易對比出哪些房屋是突擊搶建的違法建筑。

3 ContextCapture三維建模技術實現過程

采用ContextCapture三維建模前，需要做好航拍攝影分區、布設控制點、規劃好航拍線路后，全覆蓋地進行航拍。拍照時，要保證照片重疊率，一般不低于75%。隨后即可利用ContextCapture三維建模軟件按照創建工程、空中三角測量、生成密集點云、 構建TIN模型 、紋理切片映射，生成三維模型場景及發布三維成果等步驟。

4 舊城改造項目三維實景建模案例

本文以柳州市桂泰舊改、齒輪廠舊改、燎原舊改等3個舊城改造項目為例，用大疆精靈PHANTOM 4 PRO無人機對項目進行45度傾斜攝影，航高一般為120米，相片橫向、縱向都保證75%-80%的重疊率。3個項目規模不等，最小68畝，最大801畝。航拍完成后，用三種不同配置的計算機進行建模運算，每個項目建模時進行不同的設置。燎原舊改項目由于項目規模大、航拍相片數多，第一次建模（即任務1）時，由于未篩選剔除航拍相片，部分運行任務失敗導致3D模型不完整，產生了空洞。隨后又篩選剔除了重疊率過高的相片，再次進行建模（即任務2），順利完成了建模（項目概況及三維建模概況詳見表一、表二）。

5 ContextCapture三維建模應用總結與分析

5.1保證合適的相片重疊率。用無人機等進行拍照時，首先要對項目進行均勻拍照，確保相片較高達到的重疊率，一般要求重疊率在75%左右，否則容易產生空洞。齒輪廠舊改項目部分區域的相片重疊率不足導致出現了空洞效果（如圖1）。3個項目4個建模任務中，3D模型效果出現空洞的都是因為相片重疊率不高導致的。當然了，出現空洞后，我們也可以后期修復，但也需耗費大量時間。其次相片重疊率無需過高，否則容易因相片數量過大導致建模運行時間過長甚至部分任務運算失敗。燎原舊改任務1就是因為未篩選剔除重疊率過高的相片，相片總數達到了1881張，加上建模時未正確設置，出現14個失敗任務，建模運算耗時達157小時。而燎原舊改任務2篩選剔除重疊率過高的相片，將1881張相片篩選出1052張相片進行建模，進行正確的設置后，耗時20小時完成建模。

5.2正確設置ContextCapture參數。在ContextCapture進行建模時，如不進行正確的設置，會導致部分任務甚至全部任務失敗。ContextCapture參數設置這里重點介紹切塊模式設置。一般來說，如建模項目不進行切塊，計算機內存總量無法滿足運算要求，因此需進行切塊設置，切成若干瓦片后進行運算。切塊設置分自適應切塊、規則平面切塊、規則立體切塊，設置一般要求切塊后，單任務預計使用內存不能超過計算機物理內存。任務運算時，實際單任務內存需求量有可能大于設置提示所需預計使用內存，建議預留約一半的內存空間。不推薦自適應切塊，該設置容易導致任務失敗。燎原舊改任務1設置時采用規則平面切塊，預計使用內存13GB，出現2個任務卡死，人工取消后還有12個任務失敗并提示內存空間不足，建模總耗時達157小時，建模完成后3D模型不完整出現了空洞（如圖2）。

5.3選擇較高配置的計算機進行建模

從表一、表二的數據來看，桂泰舊改項目規模不大，相片數772張，但由于使用了較低配置的計算機（i3-4130+16GB RAM），雖沒有失敗任務但耗時較長;而燎原舊改任務2項目規模較大，相片數1052張，使用了較高配置的計算機（i5-7500+32GB RAM）后，建模耗時才20小時。我們通過對比不難發現，計算機配置對建模運算效率起決定作用，配置低的建模耗時長甚至會導致任務失敗。一般來說，對于項目規模不大的建模，配置需一塊專業顯卡，推薦i5以上cpu，16G以上內存;項目規模大的，推薦使用工作站建模。沒有條件使用較高配置計算機的，也可以通過多臺計算機聯網集群處理，提高運行效率。總的來說，建模需要高配置計算機，配置越高越好。

6 結束語

通過本文的總結，我們不難發現，無人機拍攝+三維實景建模已不再是專業領域的專享技術。只要我們掌握一些無人機拍攝的技巧，再加上熟練使用ContextCapture等建模軟件，我們就可以很容易進行三維實景建模。我們相信，隨著技術的發展，三維實景建模技術會在各行各業得到越來越廣泛地應用。

參考文獻

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作者簡介

覃凱，男，壯，廣西百色，1979.04，工程師，計算機應用、舊城改造。

孔麗云，女，漢，廣東清遠，1981.01，副教授、工程師，軟件測試及數據庫應用。