傾斜攝影的單體化建模研究

朱曉峰 謝楓 韓承永

(1.國網安徽省電力有限公司經濟技術研究院,安徽合肥 230000;2.中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司,安徽合肥 230000)

1 傾斜攝影建模工藝研究

傾斜攝影建模在傾角條件下,首先對共線方程進行了結算,通過對同名點的尋找,能夠從整體上實現對連續相對相對定向模型的形成;然后通過對外業的利用,能夠實現對點的絕對定向的控制,使實景模型在地理坐標中能夠得以建立;最終能夠實現在坐標中對影像姿態和實際模型的匹配,使紋理能夠得到自動的映射。目前傾斜攝影主要有以下兩種建模方式:(1)最為典型的街景工廠、Bently公司ContextCapture建模所應用的全自動技術,其中街景工廠的測繪更符合專業標準,然而卻有著較高的使用要求以及價格,并且ContextCapture對消費級別更為合適,使用更加靈活便捷、價格相對更低,此外,傾斜攝影自動化建模軟件還涉及到了括Photoscan以及無限界等;(2)華政空間、東方道邇公司所采用的LiDAR傾斜自動化三維建模軟件,對專有軟件的使用,能夠處理來自機載傳感器的傾斜影像以及點云數據,采用點云數據能夠實現對形狀信息的構建,并且傾斜影響能夠實現對紋理圖像的提供,使三維模型的自動構建能夠更加快速,其優點是由于點云有著較大的密度,因此能夠使實景模型的表達更具真實性以及高精度,然而在大部分情況下機載激光以及傾斜影響的飛行是獨立的,需要采用人工的方式配準這兩種數據,因此有著較高的人工成本,并且需要在相同的地塊進行兩次飛行[1]。

2 傾斜攝影模型單體化思路

2.1 矢量切割單體化

DP-Modeler是類人工建模中最具代表性的,其通過對傾斜攝影模型的使用,結合人工干預的方式對獨立的三維模型進行了重新的構建,這一方式與人工建模較為類似,自然能夠獲取到單體化的結果,同時,還能夠實現對模型效果的修飾[2]。

傾斜攝影模型切割通過對輸電線路對應矢量面的采用,實現了對傾斜攝影模型的分割,也就是從物理上通過對三角面片網的連續分割,進而使單體化得到了實現。

二維矢量面渲染,指的就是以圖層的形式在三維場景中對二維矢量面的添加,通過二維矢量面能夠判斷其范圍中有哪些tin網,然后在tin網上用半透明的顏色進行覆蓋。渲染時所采用的二維矢量面就相當是半透明的皮膚衣,以自上到下的形式,通過對模型表面的貼合,在內部實現了對完整模型的套合[3]。

類人工建模法與人工建模幾乎有著相同的實現方式,單體化在生產數據模型的過程中就能夠完成,所以,此類單體化方法有著最好的效果,并且也最適用于對管理和應用數據。然而類人工建模法對人力成本有著較大的需求,因此,其并不是最優的實現方式。

該算法有著如下缺點:(1)算法對模型面的切割是針對已生成的,并不能夠對三角網進行重建,因此模型底部勢必會出現較為明顯的鋸齒;(2)由于3DGIS無法像二維GIS那樣對模型空間進行成熟、靈活的查詢和分析,因此,其有著有限的分析功能;(3)由于傾斜攝影模型對多層LOD的自帶,因此只能夠對最精細的層進行切割,會導致數據原有的LOD受到破壞,進而無法實現對模型的直接加載,只能夠進行導入;(4)通常只能夠實現對三角網的切割,而無法實現對整塊模型所對應紋理的切割,因此會導致多份紋理的出現,而大量重復的紋理會導致三維渲染性能受到直接的影響,當存在較大的數據量時會對三維瀏覽性能造成影響[4]。

2.2 矢量疊加單體化

市場上目前所應用的大部分傾斜攝影三維模型都對疊加配套矢量面進行了采用,通過對與攝影對象配套的二維矢量面的利用,將單體的實用性向用戶進行了表達,并使其在操作中獲得了體驗,使對象化的表達和操作得到了實現,為傾斜攝影模型與二維矢量面提供了一體化的二三維通道,也就是對單體化的疊加。此類方法主要是通過對超圖SuperMap等GIS典型性的GIS軟件的應用,在進行三維渲染時,在傾斜攝影模型中將對應矢量面進行了動態的疊加,該矢量面在垂直地表的方向對包圍盒的生成,并不會超過特定的閾值范圍,并且能夠實現對范圍內的三角網的判斷,通過半透明顏色與三角網的貼合,能夠使模型從視覺上的完整套合得以實現,并且能夠實現對單個操作的管理。此類方法有著便捷的操作,無需過多的人工干預,也不會對Mesh面造成破壞進而對模型的渲染速度造成影響,也不會對數據原始的LOD造成破壞,并且能夠使原始數據的LOD保持完整。通過對已有DLG數據的使用能夠實現對矢量面的配準,通過對正射影像的使用能夠實現對矢量面的半自動勾畫,通過對傾斜模型成果的使用能夠實現對DLG的自動生成等。采用二維矢量對屬性數據的掛接能夠使GIS得到更加貼合功能的應用,并且二維對查詢功能的分析更加成熟,更能夠與GIS的應用需求相符合。

然而此類方法對單體的分離并不是真正意義上的,其表面雖然能夠達到單體的效果,然而從事實上來說僅僅只是對對象輪廓的矢量面進行了調用,從真正意義的角度上來說,單體化的目標并不是單體,而是為了實現分離。然而作為智慧城市的基礎空間數據,所需的城市三維模型需要具備所有的要素,也就是對所有地表東西的分離,能夠再次對單體進行分離,為后續的用戶提供更加便捷的使用。例如:關注輸電線路的用戶只需通過對自身所關心的輸電線路的數據進行提取,而不必對周圍環境不必關心的數據進行提取。

2.3 模型重建單體化

相關模型對單體化的重建中最為典型的就是天際航DP-Modeler、SVS智覺空間、中海達OSketch等軟件,其基礎數據源就是連續的傾斜攝影數據,并采用了人工干預的形式。其在相關軟件中對建模成果進行了導入,以此來實現對其的精華編輯,能夠通過對原有模型場景的重建進行分離,視模型能夠實現單體化的效果。通過與地面照片的結合,對低空數據的集成,能夠使航空影像所缺失的輸電線路信息得到有效的彌補,在實現單體化的基礎上能夠對整個場景進行修飾。這一過程與人工建模有著極為相似之處,然而相比傳統的建模方式來說,使用影響對建模的多角度觀測,能夠使模型與影響的套合得以完整,使模具的三維坐標信息更加精確。通過模型貼圖對影像的自動采集,能夠意見實現對模型貼圖的映射。該方法相比矢量疊加單體化來說,對人力有著更大的需求,側重于對產品的提供,而并不是應用GIS。

圖1 采用DP-Modeler2.0 對模型進行重建和修飾

3 模型單體化實驗結果與分析

(1)基于BentlyDescartesV8i軟件,利用Mesh面切割后的效果。通過對Mesh面切割效果的利用。Descartes主要針對的文件格式為obj型,通過對所需裁剪模型區域的選擇,會對Mesh面的模型分割造成直接的破壞。

(2)利用超圖SuperMap9D疊加矢量面后的效果。采用相關軟件對DSM的生成,在所有等值線提取完成后,可以實現對基本輸電線路輪廓的生成。通過對輪廓線初始數據的刪除、合并等操作后,能夠實現對建筑物頂部矢量面的獲取。

(3)利用天際航DP-Modeler2.0對輸電線路的重建。

采用DP-Modeler2.0對模型進行重建和修飾,模型重建的建模方式與以往的3dMax類似,通過傾斜攝影模型對點、線生成特征的捕捉,通過在坐標內對照片和模型的紋理匹配,能夠采用人工的方式對最佳紋理吻合區域進行選擇,使紋理能夠得到自動映射。如圖1、圖2所示。

圖2 采用DP-Modeler2.0 對模型進行重建和修飾

4 傾斜攝影模型單體化應用

只有通過對傾斜攝影模型的單體化才能夠使GIS數據從真正意義上得以實現,才能夠對圖形的屬性進行查詢等操作,并且分析三維空間能夠使通視分析、可視域分析等得以實現[5]。使輸電線路能夠獲得具有可操作性的三維數據,并且能夠使解決方案與服務具有系統性以及完整性。由于三維建模通過傾斜攝影的實現,在效率、今天高度以及真實感等方面有著一定的優勢,因此,被大規模城市視為了重要的三維重建手段。由于生產需求、應用領域的不同,因此需要做好對單體化方式的合理選擇,使GIS分析能夠實現與精細化三維實景模型的無縫整合。

5 結語

根據相關特點通過對航空攝影的大規模利用,以及傾斜影響對紋理的批量提取及映射。能夠實現對輸電線路三維建模成本的有效降低,使輸電線路的三維模型能夠得到快速的建立,能夠實現對模型細部的快速分析,并且更加便于對模型的紋理進行采集和處,使項目周期能夠得以縮短,使工作效率能夠得到提升,且能夠通過對成果影像的直接利用,對各種屬性進行量測,比如長度以及面積等,使傾斜攝影技術在更多的行業中得到了應用。