分析基于傾斜攝影測量的建筑物三維模型自動紋理映射方法

趙云靜

摘 要：本文基于DLC與3Dmax共同生成的建筑物模型，聯合SWDC-5多角度傾斜影像，歷經智能化選擇，編輯，映射等流程，自動生成大范圍建筑體三維實景數字模型，并以實驗研究為支撐，檢測該計算方法的可靠性，試驗結果表明該系統數字化程度偏高。

關鍵詞：傾斜攝影;紋理映射;SWDC-5;方法研究

文章編號：2095-4085（2020）05-0010-02

傾斜攝影測量是近些年發展起來的一種測繪遙感技術，能以此獲得場景的多角度影像，歷經空中三角測量，紋理映射等過程，智能化形成規模較大的三角網模型，有精準度高，紋理信息豐富及智能化水平高等優勢。本文介紹了采用傾斜影像構建三維城市模型自動紋理映射的原理，對研究中的一些技術難點進行闡述，以供同行參考。

1 模型面與成像面的匹配

航飛期間存在著航向，旁向重疊問題，模型中同一面與數個影像內的成像面對應，各張影像的內外方位元素存在差異，模型內任何一點A（X，Y，Z）對應的像坐標依次是ai（xi，yi），故而在不同航片上建筑物側面的影像效果存在一定差異。以上關系可采用物點，投影中心與像點三點共線的基本關系式表示，結合如上原理即可知各張航片持有的方位元素相關性，就可以確定各張影像的姿態信息，此時就可以建筑體側面各頂點組成的平面為基礎，以中心投影的構像方程為支撐，測得和各模型面相對應的像點坐標，隨即就能探尋出三維模型內各側面相應的二維成像面[1]。

2 自動獲取大規模建筑紋理

2.1 解除遮擋面問題

密集型是現代建筑體的典型特征，這也是航空拍攝建筑物側面形成的映像存在遮擋關系的主要原因之一，在采集紋理時，該類紋理被看成是錯誤紋理，其影響著觀測到的建筑體自身紋理的真實度。故而，解除遮擋面的紋理是獲取紋理的首要步驟，應以航空攝像時航拍的空間關系去判斷遮擋關系。

比如，某住宅小區1，2棟建筑體距離偏近，該區域地面類似于一個水平面，第1棟建筑體的側面ABCD于地面某一高層面的投影均是線段CD，銜接線段SA，SB并拓展至較地面高層面依次是A1，B1，則地面上CDA1B1即為第1棟建筑體形成的遮擋范疇[2]。

2.2 檢索最佳航片及自動糾正紋理

因影像成像的內外方位元素存在差異性，以致模型紋理匹配期間存有一對多的選取問題沒選擇適宜的紋理，是建模期間需重點分析的問題。先從視角層面上分析，結合觀測角的判斷結果，和面拍攝影像成角90°，能獲得最大的成像面積，所呈現出的紋理信息最為豐富，可將其作為最適宜的紋理信息。結合建筑體側面各頂點測算出的像點坐標，把其銜接成多邊形，進而能測算出多邊形的面積（Si），篩選出（Simax），就能檢索出最佳航片（Pi）。

航空影像或衛星影像能直觀的呈現出豐富的景物信息，當下在數字化成像領域中有較廣泛應用。但以上影像的形成并不是簡單式垂直投影，這是造成影像存在多種幾何變形的主要原因之一。三維模型為具備現實的紋理信息，不僅保證地理位置的精確性，也涵蓋了多種信息的正射影像。故而，在對三維模型貼圖前，應先把中心投影的影像轉型為正射投影影像，此時就引入了數字微分糾正這一概念，結合區域DEM數據與影像的內外方位元素，采用投影的構像方程式，或以一定的數字模型為支撐用控制點測算，最后轉化成正射投影影像。

2.3 編輯側面紋理

自動構建的三維模型建筑紋理與傾斜航片間存在一一對應關系，在多種中間誤差的作用下，可能會造成模型面映射于航片上出現偏移等多種改變，主要的影響因素有，（1）傾斜航片外方位元素的精確度。（2）三維模型的精確度與精細度。

歷經人工編輯處理后獲得的建筑體側面紋理，因影像的角點被人工強制性拉伸，以致相片形體出現不同程度改變。故而，一定要對影像實施糾正處理，以二次多項式模型為支撐，有益于解除以上形變，促使相片能歸化至預定的比例，這樣方能獲得成像逼真的場景數據。

2.4 紋理映射

Catmull是紋理映射的首位提出者，在對航片實施系列化處理后獲得的紋理圖像，把中心投影構像方程設為映射關系，對紋理圖像與三維模型兩者實施配準，貼圖過程。紋理空間至模型空間的過程等同于讀取紋理對應像素的過程，進而達成紋理映射目標。對航片實施預處理后，還需應對如下兩個問題。（1）在獲取航片紋理后，隨即要對紋理實施區域性裁剪，等同于讀寫像素。在對區域進行批量性裁剪環節中，還需考慮到自動調整文件名的問題，進而規劃出能自動清除已形成的文件名，為后續裁剪工作的開展創造便利條件。（2）逐一對單一建筑體面的紋理映射操作在提高建筑建模效率方面并沒有體現出良好效能，故而應考慮設計出一種以某區域紋理為基礎的智能映射流程。可以在某一區段中規劃出某一水平或垂直掃描線，若確定某個建筑體坐落在掃描線上，測算與該實物各側面相對應的航片紋理，就能實現紋理映射，并利用布爾型變量判斷該模型是否真正歷經了映射過程。

3 實驗和結果分析

本實驗研究中利用SWDC-5搭載運-5飛機獲得影像，用DLC與3Dmax生成建筑物模型，區域中建筑體樣式，分布均勻，可以用作三維模型紋理映射實驗研究。

已知本實驗區域大概有310個建筑物模型，采用該軟件進行紋理映射進行統計歷時145min，一個模型從選擇紋理，編輯紋理至紋理映射大概需要30s，用于實踐活動中有益于提升三維建模效率，并且使用航空攝影形式取得建筑體側面紋理數據信息，有益于壓縮運營成本。

4 結 語

結合本文研究過程及結果，認為所設計的方法能較好的滿足自動紋理映射空間分析的現實需求。但實踐中，可能會因為建筑物過于密集化或區域邊緣時，取得的紋理影像存在較大遮擋且消除難度較大，增加錯誤紋理出現的概率。另外因為航拍角度的限制，可能拍攝建筑物時出現死角。面對以上情況，應對系統做出適度的人工干預，這是后續研究的重要方向之一。參考文獻：

[1]徐慶賀，王珉，陳文亮，等.面向壁板變形預測的局部位移場分層映射方法[J].中國機械工程，2019，30（23）：2870-2876，2883.

[2]李煜東.無人機傾斜攝影技術在大型水利橋閘除險加固工程中的應用[J].水利規劃與設計，2019，17（11）：133-136.