無人機航拍在建筑與環境攝影中的應用

摘? 要：當代無人機的出現，標志著一個新的航拍時代到來。隨著大數據、人工智能技術和GPS衛星定位系統的發展，無人機航拍與移動網絡圖像傳輸技術日臻成熟。在攝影的諸多領域中，無人機航拍都得到廣泛應用。在表現體量巨大的建筑工程、廣闊的地貌環境、建筑的平面布局方面，無人機航拍具有其靈活的高度、廣闊的視野，有著地面拍攝不可比擬的優勢。當然，無人機航拍也有其自身的不足和問題：大場景畫面，細節缺失;上帝之眼，過度抽象，缺乏人類觀看體驗與情感;自身技術發展的局限以及政策、法規的不完善也給社會和國家的安全帶來挑戰。無人機航拍增加了拍攝角度，歸根結底，還要回歸攝影的本身。

關鍵詞：無人機;航拍;建筑與環境;水利工程

中圖分類號：TB869 文獻標識碼：A

用天空之眼俯瞰地球，一直是人類的夢想。由于設備的昂貴、技術的難度，大多數人在航拍面前望而卻步。近年來，隨著民用無人機技術的日臻成熟和移動互聯網大數據、人工智能技術以及衛星定位系統的迅速發展，無人機+數字攝影拓展了攝影的疆域，更多的人可以從上帝的視角觀看事物。2016年，被稱為中國無人機“元年”。無人機航拍在新聞報道、商業廣告、風景地貌、藝術創作等諸多攝影領域得到廣泛應用。當代無人機的出現，無疑標志著一個新的航拍時代到來。“一個職業的地理或風景攝影師沒有無人機會被人認為缺憾，一個廣告攝影師或項目攝影組因為沒有無人機航拍而自卑。”[1]

運用無人機航拍水利工程項目，無疑是建筑工程用攝影表現的一個最優選擇。水利工程項目大都具有較大的空間體量和結構，改變并塑造著環境，形成了新的人工和自然的關系以及地貌地形特征。通常地面的常規拍攝，往往不能夠較好地表現建筑工程的全貌及與自然環境的關系。而今，無人機航拍居高俯瞰能夠帶給我們審視這些“龐然大物”的視覺可能。本文結合浙江“五水共治”水利工程項目航拍實例，圍繞當代無人機航拍的優勢與應用模式，展開以下三個問題的分析：第一，無人機航拍在建筑與環境攝影中的優勢和必要性;第二，無人機航拍在建筑與環境攝影中的應用模式分析;第三，當前無人機航拍在建筑與環境攝影中存在的問題與未來期待。

1 無人機航拍在建筑與環境攝影中的優勢和必要性

根據我國工業和信息化部官方定義，民間所稱的“無人機”學名為“無人駕駛航空器”（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫為UAV），是利用遙控和智能控制裝置控制不載人的飛機，其實質是空中機器人，能夠代替人類完成空中作業。而無人機與攝影成像設備的結合，加上移動互網絡大數據、人工智能、GPS衛星定位、遙控指揮和圖傳系統，實現了當代無人機攝影。

1.1 無人機航拍的優勢

無人機航拍實現了人機分離，打破高度和空間的限制，能夠在不同高度看世界，是人類認識世界手段的一個顯著進步。

1.1.1 自由的高度，廣闊的視野（見圖1）

人類在地面上拍攝景物，對于較大體量的建筑、山川和廣闊的風景，往往受高度限制，其取景視野和內容，往往不能宏觀、概括地反映大面積、大體量景物的整體與全貌。無人機航拍最大的優勢在于自如地升降、懸停空中，“鳥瞰”地面景物，可以選取不同高度、視角和景別拍攝，更加宏闊、全景地觀看景物，形成雄深偉麗的風格。（見圖2）

1.1.2 較小空間限制，豐富的視角

相對載人直升機、熱氣球等航拍載體，無人機體積較小，輕量化。無人機的起飛降落、空中懸停，所需空間要求小，受拍攝場地限制少，存在著適用空間范圍廣等特點。另外，一些受自然條件限制的現場，人員不能或不容易到達的位置，例如峽谷、河流、水面、山頂等地方，無人機以其靈活的高度調整和較小的空間限制能夠進入，可多角度俯視、平視對地面上的景物進行前后縱深、左右視野上的影像表現。

1.1.3 操作相對簡單，成本相對較低

在無人機出現前，進行航拍是一件不容易的事，通常要借助直升機實現。在拍攝之前，需要有關部門審批，成本高、費時長。有時受氣象、航線影響，效率低。與駕駛直升機航拍相比，無人機操控性相對簡單容易，費用低。當今借助互聯網、谷歌地圖能夠幫助攝影師了解拍攝景物的地形和環境，隨著無人機智能化設計和技術的完善，其操作會更加便捷和靈活。

1.2 建筑與環境攝影對無人機航拍的需求

自人類誕生以來，建筑和人類關系尤為密切。建筑和環境是人類生活的舞臺，也表征著人類的科技、物質和精神。建筑工程需要影像的表現與傳播，攝影以生動、形象、逼真的特性，具有天然的優勢，并且為其他媒介不可比擬。建筑形式多樣，結構各異，既有高度又有廣度，以常規的攝影視角很難表現建筑的形式布局與結構特征。而當代無人機航拍的出現，對表現建筑與環境增添了新的視角、新的維度。

1.2.1 能夠便捷地表現建筑全貌及建筑和環境的關系

拍攝建筑與環境，不僅要表現建筑的整體輪廓、造型、質地及空間結構，也要注重它和自然環境的關系。通常拍攝需要一個較高的機位視點，由于地形和建筑工程體量的巨大，尋找一個恰當的高位，且沒有遮擋物，常常較為困難。如果借助無人機航拍，高度和視野很方便的得以解決，特別是崇山峻嶺中的水利工程如大壩、水庫，開闊的田野和水域。

1.2.2 能夠較好地表現建筑整體的平面格局與頂部特征

在建筑工程設計中，平面布局是建筑在地面上橫行分布延展的體現，是建筑表現的重要部分。常規地面拍攝，由于拍攝機位沒有達到一定的高度，且能夠垂直、視野較大，建筑平面布局表現無法實現。而無人機能夠在一定高度進行垂直地面拍攝，建筑工程的平面布局得以表現。

建筑工程頂部的設計、建造和裝飾因環境氣候、建筑材料、地域的不同而具有鮮明的特征。常規地面拍攝，對頂部的表現，往往不能很好的實現。借助無人機的俯拍，建筑頂部這一重要建筑元素也得以較好的表現。

1.2.3 能夠以靈活的高度解決建筑的“透視失真”

“建筑和環境攝影中對水平和垂直有著重要的要求。垂直線是建筑形體中的基本線條，垂直成為建筑形體中的基本特征。通常，除非有意傾斜造成特殊的視覺效果，拍攝建筑的垂直線應保持垂直。”[2]當鏡頭平面不能與建筑立面平行時，建筑上的垂直線就會傾斜。因此，地面上拍攝往往需要移軸相機（鏡頭），且移軸范圍有限。而升高機位是一種有效的辦法，可保持鏡頭平面與建筑立面平行。無人機具有不同高度的靈活升降、懸停拍攝，能夠方便的“升高機位”，便捷地解決建筑拍攝“透視失真”的問題。（見圖3）

1.2.4 能夠突破人不能到達的機位和角度進行拍攝

為了完成一些低空特殊角度的拍攝，常遇到較為困難到達的機位，如水面上、峽谷間、懸崖邊。無人機能夠靈活方便地突破常規人員不能到達位置，通過遙控完成所需畫面的拍攝，既保證了人員的安全，也減少了人力和財力付出。

2 無人機航拍在建筑與環境攝影中的應用分析

基于當代無人機航拍的各種優勢，針對水利工程的巨大體量，以及它們大多處于高山峽谷間、江海湖泊中等復雜的自然環境中，浙江“五水共治”水利工程項目，較多借無人機航拍的高度，帶來畫面強大的概括力，從而得以完成許多大型工程項目的影像記錄，也刻畫出人與環境共同生衍的關系。（見圖3）

2.1 鳥瞰式俯視（見圖4）

無人機飛行至一定高度，相機鏡頭俯視地面，與地面景物形成一定夾角，這種鳥瞰式俯拍是無人機航拍常用的一種表現方法。高度決定視野，這種拍攝方式具有開闊的視野，能夠拍攝到由近及遠不同層次的景物、信息量較大，具有遼闊、深遠之感。從空中俯拍，更多地展示前后景物間的關聯。想象力是一種與生俱來的感覺，相對于地面來說，俯瞰更需要想象力的提升。

無人機從高處拍攝建筑工程和地貌地形，信息量大，較好地展現建筑工程的主體全貌和廣闊的自然環境，表現建筑工程的壯闊和雄偉的氣勢，超越人類常規地面觀看事物的經驗和感受，畫面具有較強的視覺張力和藝術感染力。

根據建筑工程的高度、面積、規模，掌控好飛行高度與鏡頭視角。通常拍攝前要對拍攝景物做一定的實地調研與方案設計，根據需求完成作業，飛行高度一般控制在2000米以內視線范圍，景別范圍可由全景到局部，也可以由局部飛至全景。

在拍攝水利工程（大壩、泄洪口等）方面，為更好地表現大壩工程的整體面貌以及與周圍山體、河谷之間的關系。無人機飛行至高空，鳥瞰俯視拍攝水利工程。一方面展示了水利工程在地面空間上的與周圍環境的位置關系（在兩山之間，大壩把河道截斷，形成庫區和排泄閘門），另一方面也展示出大壩的整體形象。還有一些鳥瞰，宏闊地展示地貌地形。如浙江余姚四明湖灌區的治理效果。

2.2 垂直地面正視

無人機升至一定高度，鏡頭俯視與地面形成90度夾角，從空中垂直向下拍攝。這種拍攝視角，使原來地面上有立體深度的前后景物表現為二維“俯視圖”，弱化景物的層次感和比例感，常常抽象出簡潔的幾何化圖案，產生平面的陌生感，超越人類的視角，也超越了現實。（見圖5）

表現建筑平面布局與分布是航拍特有的角度和表現方式，同時這種拍攝方式也可表現建筑與其周圍環境的地貌、地形關系。在“五水共治”水利工程中，以垂直角度俯拍工程項目、河堤海塘，能夠展現水利工程的平面全景和布局，也能夠展示工程在整個環境中的位置，與周圍山川、江河、湖海的平面關系。如浙江麗水潛明水庫的垂直平面影像，既交待了大壩的平面結構（壩頂的道路和房子），又把大壩和山嶺、河流的關系表現出來。另外，那些簡潔抽象化的影像，以純凈的方式展示了人工與自然的美。

2.3 低空平視（見圖6、圖7）

無人機低空飛行，在飛行高度和視角允許的范圍內，對建筑景物進行直視平拍。低空平視拍攝，能夠避免建筑物垂直線傾斜，較好地表現建筑的立面形態和細節質感。由于無人機靈活的高度升降和懸停拍攝，方便的解決在地面拍攝不容易達到的機位和視角，如水面上、峽谷半空中。

水利工程項目大多都建設在崇山峻嶺、江河湖海間。在表現水利工程的立面形態和細節上，許多合適的機位都處于水面和半空中。利用無人機靈活高度的調整及空間位置，低空平視取景，較好地解決了這一難題。如拍攝潛明水庫大壩主體正立面，前方是水面無法在正前方拍攝。無人機降至大壩正前方平視拍攝，既解決了建筑物的垂直問題，又能夠把大壩主體結構和雄偉的氣勢表現出來。

2.4 光線選擇與模式控制

拍攝文化遺產上的一些經驗，在拍攝水利工程同樣適用。“在光線選擇上，通常早晚時段45度入射光線為佳，盡量避免順光或逆光（特殊效果除外），一方面避免順光飛行器的影子進入畫面，另一方面可以避免逆光拍攝時產生鏡頭眩光而影響畫質。通過白平衡，控制影像的色彩色調，通常設定為自動模式和日光模式。如果想準確地表現建筑與環境本身的色彩、質感與氛圍，可設定為日光模式。（見圖8、圖9）為防止拍攝時的頻率抖動，確保影像的清晰度，通常選擇快門速度為1/100-1/500，光圈為自動和手動相結合，焦點為自動模式。”[3]

任何一種拍攝視角都有自己獨特的規律、個性以及辨識度。攝影師要根據建筑與環境的屬性特征，充分運用攝影語言和藝術想象，靈活掌控各種技術手段，表現建筑與環境的社會文化和自然信息，以及攝影師對建筑與環境的理解。

3 無人機航拍在建筑與環境攝影中的問題與期待

事物和技術在發展過程中可能會遇到不同的問題。總體來講，當今無人機航拍主要面臨著情感缺失、安全飛行與空域資源三個方面。

3.1 過度的“上帝視角”，缺乏人類的情感

“一個選題，以情感類為主題或者主線，基本用不上無人機航拍。”[4] 新浪攝影師李頎拯如是說，這句話從另一個角度說明，無人機航拍廣闊的視野、上帝的視角缺乏人類視覺的情感體驗。無人機航拍的長處能夠宏觀地傳達景物的整體和全貌，與常規地面熟悉的觀看經驗相比較，景物更加抽象、陌生。上帝視角看的多了，會顯得單調，缺乏地面的細節。因此，航拍畫面常常需要與地面常規拍攝的圖像細節結合起來，更加立體、全面、有情感地反映現實世界中的建筑和環境景物。

3.2 續航能力低，惡劣環境氣候有安全隱患

目前，民用無人機的續航時間一般為15-30分鐘，飛行時間較短。而電池供電不足、導航偏位、系統癱瘓等原因，有可能引起摔機事件。香港科技大學的機器人研究所與大疆聯合團隊曾將機器帶到海拔4550米高度的貢嘎子，在高原低溫下對產品試飛測試[5]。從技術講，無人機需要更長的續航時間，更先進的飛行穩定系統，防水，防風適應惡劣天氣。

無人機多為小型多旋翼飛行器，對飛行條件要求較為苛刻，抵御自然天氣變化能力非常弱，在使用中存在安全隱患。所以，拍攝要避免大風、雨雪、霧霾等惡劣天氣。另外，山體、電線及建筑遮擋，無人機信號會被頻繁干擾。作為全球首位“大疆視覺藝術家”王建軍說，“無人機航拍，在接收信號以及遙控距離上還有提升的空間。”[6]

3.3 法律法規的限制與道德約束

近年來，無人機被濫用的負面事件不斷發生。搶占空中航道、制造恐怖襲擊、闖入軍事禁區等問題時有出現，如杭州蕭山機場事件、500米高空拍攝戰斗機;也有侵犯隱私，偷拍私人領域如房間和院落事件。許多負面的事件導致嚴厲的空中管制，許多地區實行了限飛。2018年6月實施《民用無人駕駛航空器系統經營性飛行活動管理辦法（暫行）》主要有三點：1.實名登記，250克以上的無人機都需要進行實名登記;2.飛行執照，從事無人機飛行作業的飛手需要考取無人機電子執照或其他相關行業證照后才能上崗作業;7千克以上的無人機需要考取駕照;3.禁飛區禁止飛行。當前，我國無人機相關法規還存在著制定過程中利益相關參與性不足、無人機適航性的要求不明確、治理無人機擾航的法律適用混亂等問題。不過，任何新興事物的發展，一開始可能是無序的，隨之而來的必然是規范。

4 結語

無人機航拍以靈活的高度以及較小的空間限制給當代攝影創作增添了新視角和新維度。在表現建筑和較為遼闊的環境，尤其是那些橫亙于山川峽谷、江河湖海上的水利建筑工程，無疑無人機航拍有著較大的優勢和便利。當前，無人機航拍成為一種現象，也涌現出大量的平庸的作品。然而，航拍只是一種手段，不是唯一目的。攝影編輯鄭濃說，“過度地依賴于角度所帶來的攝影變化是危險的，沒有理念與內容的支撐，只是依靠新奇角度的改變，是不現實的。”[7] 因此，我們仍然要結合地面常規攝影，利用好光線、地理地標，靈活、機智地使用無人機航拍。歸根結底，還要回歸到攝影本身。（見圖10）

參考文獻：

[1]李樹峰，南無哀，陽麗君.2017中國攝影藝術發展研究報[J].中國攝影，2018（4）：122.

[2]石戰杰.建筑與環境攝影[M].杭州：浙江攝影出版社，2018：93.

[3]吳健.鳥瞰絲路[J].中國攝影，2017（08）37.

[4]李頎拯.航拍多了一個視角[J].中國攝影，2017（08）：64.

[5]王建軍，鄭濃.俯瞰更需要想象力[J].中國攝影，2017（08）：47.

[6]王建軍，鄭濃.俯瞰更需要想象力[J].中國攝影，2017（08）：49.

[7]鄭濃.無人機攝影：高飛境自遠[J].中國攝影，2017（08）：25.