傾斜攝影三維實景建模與修模效果分析
——基于大疆智圖與Context Capture、模方與Meshmixer

鐘雷文

（福建省121 地質(zhì)大隊 福建龍巖 364021）

隨著無人機攝影測量技術及相關軟硬件的飛速發(fā)展，越發(fā)成熟的攝影測量技術的應用也越來越廣泛［1］。而低空無人機傾斜攝影三維實景建模技術隨著社會的進步而日漸強大，但是這種建模方式存在著一定的弊端，譬如數(shù)據(jù)量大、影像傾角大、存在攝影死角等問題，造成在建模中經(jīng)常會發(fā)生數(shù)據(jù)處理運算慢、空中三角測量計算失敗、修復模型困難、應用數(shù)據(jù)困難等問題［2］。因此，本文著重介紹基于大疆智圖（DJI Terra）的三維建模效果與基于Context Capture 的三維建模效果的對比分析、模型精細化處理的方式總結，為同行提供參考依據(jù)。

1 低空無人機傾斜攝影

傾斜攝影技術是基于無人機上的多臺傳感器，正是因為這些傳感器，無人機能夠實現(xiàn)分別從航拍主體5 個不同的角度（即前、后、左、右、垂直）獲取影像數(shù)據(jù)，從而能夠得到航拍主體的4 張斜片、1 張正片［3］。

傾斜攝影測量的外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作主要包括：①前期的技術準備，即對現(xiàn)場環(huán)境進行踏勘并收集已有的成果及圖件；②根據(jù)規(guī)范要求起草航測設計書；③根據(jù)定稿的航測設計書，依次進行基礎控制測量、像片控制測量、像片調(diào)繪、補充測量。

在本次校園航拍中，外業(yè)航拍歷時6 h，共獲取影像15 012張。

2 三維實景建模

2.1 基于DJI Terra 和Context Capture 的三維建模

2.1.1 基于DJI Terra 的三維實景建模

DJI Terra 是一款提供自主航線規(guī)劃、飛行航拍、二維正射影像與三維模型重建的PC 應用軟件。基于DJI Terra 的校園三維實景模型成果如圖1 所示。

圖1 基于DJI Terra 軟件的建模成果

2.1.2 基于Context Capture 的三維實景建模

美國Bentley 公司出品的Context Capture 軟件是一款目前被廣泛使用的三維實景建模軟件。基于Context Capture 校園三維實景模型成果如圖2 所示。

圖2 基于Context Capture 軟件的建模成果

2.2 對比分析DJI Terra、Context Capture 兩款軟件的建模質(zhì)量

本研究通過對兩款建模軟件關于部分重要區(qū)域建模效果的對比、分析，旨在為不同的作業(yè)場景提供不同的軟件選擇方案，形成建模軟件選擇上的指導意義。以下是對兩款軟件部分重要區(qū)域建模效果的對比分析過程。

采光玻璃建模質(zhì)量對比：通過圖3 的對比，Context Capture在處理采光玻璃時，由于玻璃的反光性導致建模成果存在陰影的問題，而DJI Terra 在建模時玻璃反光性對其產(chǎn)生的干擾性較小。

圖3 采光玻璃處理對比

房屋立面建模質(zhì)量對比：通過圖4 對比，DJI Terra 在處理立面時其紋理出現(xiàn)拉花現(xiàn)象，而Context Capture 在處理立面時展示出的紋理較清晰，因此DJI Terra 在處理立面的效果較差于Context Capture。

圖4 立面處理效果對比

水體建模質(zhì)量對比：對于水體的處理，DJI Terra 處理后水體較為清晰，無污漬，且水面上的陰影呈現(xiàn)效果十分規(guī)則，而Context Capture 對水體處理后，整片水域有污漬，并且其樹木的陰影部分和水面混為一體，顯得雜亂無章，總體來說，DJI Terra的處理后的水體模型較優(yōu)于Context Capture，如圖5 所示。

圖5 水體處理效果對比

處理道路上的移動物體效果對比：如圖6 所示，DJI Terra只是簡單地將移動物體進行道路置平，并沒有自動抹去移動物體，而Context Capture 直接對移動物體進行了自動抹去的操作。抹去后，道路顯得十分干凈整潔，并且從對比圖中可以看到Context Capture 還抹去了路面上的陰影，很好地展示出道路的模型，便于將三維模型應用于以后的道路測量工作，所以，Context Capture 對于移動物體的處理效果較優(yōu)于DJI Terra。

圖6 移動物體處理效果對比

2.3 歸納DJI Terra、Context Capture 的建模質(zhì)量情況

綜合分析比較兩款軟件建模質(zhì)量，如表1 所示。

從表1 可見，DJI Terra 軟件目前在細節(jié)處理方面會較優(yōu)于Context Capture 軟件。表1 僅供大家參考，在實際生產(chǎn)中，大家可以根據(jù)各自所需進行選擇。例如：在實際生產(chǎn)中如果以玻璃面、綠化、水面為主體的項目，可以考慮選擇利用DJI Terra進行建模；如果項目以立面測量、道路測量為主體的，可以考慮選擇利用Context Capture 進行建模。

表1 DJI Terra 與Context Capture 建模成果對比情況

3 三維模型的精修

3.1 模型精修方法的研究

3.1.1 研究的目的及方法

本研究基于兩款修模軟件：模方（是一款對實景三維模型聯(lián)動Photoshop 進行編輯處理的工具，可以依據(jù)分瓦片的OSGB 數(shù)據(jù)，對分瓦片的OBJ 數(shù)據(jù)進行編輯、修補操作，本次研究使用V2.1.3 版本的模方）、Meshmixer（是由Autodesk 公司研發(fā)的一款能夠用于制作CAD/3D 模型的軟件，具有著十分強大的編輯三維網(wǎng)格的工具，幫助用戶輕松構造3D 模型［4］。Meshmixer 識別OBJ、STL、PLY、ASC、AMF 的文件類型，本次研究使用V2.9.4 版本的Meshmixer）對校園三維實景模型進行修模，并針對這兩款軟件的修模效果進行對比、討論與分析，得出這兩款修模軟件在進行單體化修模時各自存在的優(yōu)缺點，并總結出這兩款軟件在不同的應用場景中的適用情況，為同行根據(jù)現(xiàn)場的作業(yè)場景提前選擇相應的修模軟件提供參考。

3.1.2 對比分析修模軟件模方、Meshmixer 的精修效果

針對兩款修模軟件對水體的修復及其成果對比，得出以下結論：如圖7 所示，模方修復的水體效果較優(yōu)，調(diào)色均勻且存在自動水紋，模型形象逼真，而Meshmixer 處理的水體，顏色分布不均勻、存在白斑。通過對比，模方對于水體的修復效果較優(yōu)。

圖7 水體精修效果對比

如圖8 所示，模方在對墻面的修復處理效果較優(yōu)，表現(xiàn)為墻面平整、棱角光滑且色彩自然，而Meshmixer 在對墻體的修復中墻面整體雖然平整，但是墻體紋理不清晰，修補墻面顏色與周圍不一致。因此，相對于Meshmixer 軟件，模方軟件對于墻面的修復成果較優(yōu)。

圖8 墻體精修效果對比

如圖9 所示，模方軟件對于處理道路的功能較優(yōu)于Meshmixer 軟件，模方軟件很好地去除了路面的雜物，而Meshmixer軟件在對道路進行修復時，僅簡單地對道路進行了壓平處理，道路上的雜物紋理依舊清晰可見。

圖9 道路精修效果對比

通過圖10 的對比，發(fā)現(xiàn)模方、Meshmixer 軟件在處理懸浮物件的效果是不相上下的。值得一提的是，模方在處理懸浮物件時需要自行選中再對其做刪除處理，這種方法會引起小物件刪不全等問題，而Meshmixer 在處理懸浮物件時可以采取分析工具，能夠將模型中的所有懸浮小物件自動識別出來手動選擇刪除。利用Meshmixer 對懸浮小物件的刪除，可實現(xiàn)操作簡單、快速，處理完整的功能。

圖10 懸浮物體精修效果對比

3.2 歸納模方、Meshmixer 的修模質(zhì)量情況

針對模方、Meshmixer 兩款修模軟件的修模質(zhì)量對比，得出以下結論：①模方軟件在對于水體修復、墻體修復、道路修復時較有優(yōu)勢；②若修模主體為水體、墻面、道路的，建議直接使用模方進行修模處理；③Meshmixer 軟件適用于懸浮小物件的刪除、道路平整等工作。針對兩款修模軟件的修模質(zhì)量對比情況如表2 所示。

表2 模方與Meshmixer 修模效果對比情況

4 結論

通過對兩款建模軟件即DJI Terra 與Context Capture、兩款修模軟件即模方與Meshmixer 的生產(chǎn)效果進行對比，發(fā)現(xiàn)對于不同的作業(yè)場景，軟件選擇的合適與否將對后期的作業(yè)效果、作業(yè)效率有直接的影響。所以，無論是針對什么軟件，在項目開展時，應就軟件的選擇方案上做深入調(diào)研，以便為項目提供高質(zhì)量、高效率的產(chǎn)品。

5 展望

本文以龍巖學院為研究區(qū)，通過采集校園的影像數(shù)據(jù)，結合低空無人機傾斜攝影三維實景建模技術以及三維模型的精修技術，形成了校園精細化模型。并分別總結了兩款建模軟件DJI Terra、Context Capture，兩款修模軟件模方、Meshmixer 的建模、修模效果，為同行對建模、修模軟件的選擇提供了一定的參考依據(jù)。相信隨著5G 技術、物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，無人機傾斜攝影技術、建模技術、修模技術的有機融合系統(tǒng)會有飛躍性的發(fā)展。