傾斜攝影三維建模軟件性能對比研究

程鐵洪 黃磊

摘 要：通過傾斜攝影建立實(shí)景三維模型輔助電力工程設(shè)計(jì)有助于提高對工程建設(shè)環(huán)境的認(rèn)識，本文從三維建模的軟件角度出發(fā)，對比分析ContextCapture、Pix4d和PhotoScan三款軟件的性能。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;三維建模;ContextCapture;Pix4d;PhotoScan

中圖分類號：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0042-02

0 引言

傾斜攝影是從一個(gè)垂直和多個(gè)傾斜等不同視角采集研究對象的圖像，可以是兩相機(jī)集成、五相機(jī)集成等，也可以是單相機(jī)多角度、高重疊度的圖像數(shù)據(jù)獲取。傾斜攝影三維建模給使用者提供了真切的三維立體模型、豐富地理信息和真實(shí)的紋理信息，而基于攝影測量、計(jì)算機(jī)視覺與計(jì)算幾何算法等的三維建模技術(shù)推動(dòng)了傾斜攝影應(yīng)用研究，王偉[1]等研究了Pictometry傾斜攝影技術(shù)及其在三維城市建模中的應(yīng)用，張福友[2]論述了針對小項(xiàng)目、工程局部地物提出一種利用大疆品牌消費(fèi)級無人機(jī)采集影像，制作三維實(shí)景模型的方案，朱國強(qiáng)[3]等論述了基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的三維精細(xì)模型制作的全過程作業(yè)。傾斜攝影三維建模需要在功能軟件的支持下完成全流程作業(yè)，如Pixel Factory、DP-Smart、ContextCapture、Pix4D和PhotoScan等軟件均能實(shí)現(xiàn)三維建模功能，但性能參差不齊，針對各軟件的性能研究人員進(jìn)行了一些闡述，趙四能[4]就無人機(jī)影像處理軟件Pix4Dmapper 與Photoscan在資源普查中的成像性能進(jìn)行了分析，劉坦[5]論述了Inpho、PhotoScan及Pix4D軟件處理無人機(jī)數(shù)據(jù)生產(chǎn)正射影像的對比。本文就ContextCapture、Pix4D和PhotoScan三款軟件進(jìn)行三維建模的性能進(jìn)行對比研究。

1 技術(shù)原理

傾斜攝影技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式從多視角感知復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性真實(shí)的反映三維實(shí)景，同時(shí)為數(shù)據(jù)成果提供精度保證。通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器同時(shí)從垂直、傾斜等不同視角采集的影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。采用傾斜攝影進(jìn)行三維建模主要包括多視角攝影圖像獲取、像控點(diǎn)布測和內(nèi)業(yè)軟件建模（空三計(jì)算、密集點(diǎn)云生成、構(gòu)建TIN網(wǎng)、紋理映射等步驟）實(shí)現(xiàn)真三維模型的快速生成，其基本作用流程如圖1所示。

2 三維建模軟件

傾斜攝影三維建模主流軟件有ContextCapture、Photo-Scan和Pix4DMapper等，PhotoScan比較輕量級，但是生成的模型紋理效果不是太理想，Smart3D生成的三維模型效果最為理想，人工修復(fù)工作量較低，但是軟件比較復(fù)雜不易上手，Pix4D相比而言體系適中，也便于上手。傾斜攝影三維建模軟件的總體認(rèn)識見表1。

3 工程應(yīng)用

本文數(shù)據(jù)采用大疆Phantom 4 Pro無人機(jī)搭載的FC6310、焦距8.8mm對某辦公樓130m×200m范圍進(jìn)行多角度攝影，相機(jī)共拍攝430張圖像，采用ContextCapture、Pix4D和PhotoScan三款軟件分別進(jìn)行三維建模，軟件參數(shù)均采用默認(rèn)值，工作站參數(shù)：CUP i7-6700k、RAM 32GB、64位操作系統(tǒng)、顯卡NVIDIA Quadro M4000。三款軟件均實(shí)現(xiàn)了本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的三維建模，在此對比分析三款軟件三維建模的自動(dòng)化程度、處理效率和模型質(zhì)量三個(gè)指標(biāo)。

3.1自動(dòng)化程度

ContextCapture軟件主要分為數(shù)據(jù)導(dǎo)入、空三計(jì)算和三維建模三個(gè)步驟，在每個(gè)步驟中設(shè)置相關(guān)參數(shù);Pix4D需要進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入和參數(shù)設(shè)置兩個(gè)步驟;PhotoScan需要依次進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、對齊照片、生成密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格和生成紋理五個(gè)步驟，在每個(gè)步驟中設(shè)置相關(guān)參數(shù)。具體對比情況見表2。

3.2處理效率

處理效率對比三款軟件整個(gè)處理流程的作業(yè)時(shí)間，處理時(shí)間從短至長依次是Pix4D、PhotoScan和ContextCapture，具體見表3。

3.3模型質(zhì)量

圖2至圖7展示了三款軟件三維建模的整體效果和局部效果，從模型整體效果來看ContextCapture和Pix4D完整的建立了整個(gè)辦公樓的輪廓、紋理映射與實(shí)景基本一致，其效果明顯優(yōu)于PhotoScan;而從細(xì)節(jié)表現(xiàn)來看ContextCapture又較Pix4D更好，圖5至圖7相應(yīng)位置的模型在ContextCapture生產(chǎn)模型上的關(guān)鍵線和轉(zhuǎn)角點(diǎn)處理的更好。

4 結(jié)語

通過實(shí)例數(shù)據(jù)對比ContextCapture、Pix4D和PhotoScan分析三款軟件三維建模的自動(dòng)化程度、處理效率和模型質(zhì)量，ContextCapture建模效果最優(yōu)、但處理時(shí)間最長，針對需要快速建模的項(xiàng)目而言略顯不足;PhotoScan建模效果較差，需要人工干預(yù)的環(huán)節(jié)又較多;Pix4D的綜合指標(biāo)參數(shù)是最優(yōu)的。本文論述了三款軟件進(jìn)行建筑物進(jìn)行建模的性能對比，針對不同軟件的數(shù)據(jù)適用性和單個(gè)軟件不同參數(shù)的建模效果是今后應(yīng)用研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 王偉，黃雯雯，鎮(zhèn)姣.Pictometry傾斜攝影技術(shù)及其在三維城市建模中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2011（3）：181-183.

[2] 張福友.基于大疆無人機(jī)的Context Capture三維實(shí)景建模探討[J].廣東水利水電，2017（8）：88-91.

[3] 朱國強(qiáng)，劉勇，程鵬正.基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)支持下的三維精細(xì)模型制作[J].測繪通報(bào)，2016（9）：151-152.

[4] 趙四能.一種采用Agisoft photoscan 和ENVI LiDAR快速生成三維模型的方法[C].云南省測繪地理信息學(xué)會2016年學(xué)術(shù)年會論文集，2016.

[5] 劉坦.Inpho、PhotoScan及Pix4D無人機(jī)正射影像處理軟件對比[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2017（11）：82-84.