淺析傾斜攝影實景三維模型成果質量檢查與方法

劉夢詩 蔡佐茜

摘要：實景三維建設是面向新時期測繪地理信息事業服務經濟社會發展和生態文明建設的新定位、新需求。隨著各領域對城市實景三維模型的需求日漸增大，傾斜攝影、自動化三維建模、紋理采集等測繪技術的逐步成熟。傾斜攝影實景三維模型數據成果應用越來越廣泛?；诖?，本文通過對比分析傳統手動三維建模與傾斜攝影自動建模生產的實景三維成果，分析產品質量檢查的關鍵內容以及總結檢查常見錯誤，從生產技術的角度分析問題產生的原因與改進方案，為新型實景三維成果的檢查與驗收提供技術參考。

關鍵詞：傾斜攝影；實景三維；質量

DOI：10.12433/zgkjtz.20240307

一、研究背景

2022年3月，自然資源部辦公廳印發《關于全面推進實景三維中國建設的通知》，實景三維建設的進程進一步加快。實景三維是對人類賴以生存、生產和生活的自然物理空間進行真實、立體、時序化反應和表達的數字虛擬空間，是國家新型基礎設施建設的重要組成部分，為經濟社會發展和各部門信息化與智能化提供統一的空間基底。

這一技術的演進源于對更真實、精細和逼真的三維模型和環境的需求，從早期的計算機圖形實驗發展到今天的廣泛應用領域。實景三維模型的發展歷程伴隨著計算機技術、虛擬現實和地理信息系統等多個領域的不斷進步，為城市規劃、文化遺產保護、虛擬現實應用和模擬技術等領域提供了豐富的資源和工具，為更好地理解和交互現實世界創造可能。

近年來，伴隨傾斜航空攝影建模等技術的快速發展，三維地理模型數據已從傳統的手工建模轉向通過傾斜攝影測量、激光點云等技術輔助建模。就產品形式與質量特性而言，“一張皮”形式的傾斜攝影三維模型已成為一類獨立的三維模型數據產品。因此，如何積極探索傾斜攝影實景三維模型成果的質量檢查與方法，明確不同設計要求下的質量檢查元素和錯漏類型，構建完整的檢查與驗收體系，是亟需解決的問題。

二、傳統三維模型與傾斜攝影實景三維模型區別

傾斜攝影實景三維模型在生產工藝、成果表現、應用層次等方面均與傳統三維建模不同。傳統意義的三維模型普遍以二維GIS數據（主要包括數字線劃圖、數字正射影像、數字高程模型、外業照片）等非立體的數據為數據來源，通過三維建模軟件如3D Max等采取人工構建立體模型的方式構建三維模型。而傾斜攝影三維模型生產利用傾斜攝影技術，通過在同一飛行平臺搭載多臺傳感器，同時，從1個垂直、4個傾斜、5個不同的角度采集影像，捕捉真實世界中的高分辨率三維技術，然后利用計算機進行數據預處理，包括圖像校正、去畸變、多視角影像匹配，多視影像區域網聯合平差，自動化模型建立來實現實景三維模型構建，具有高精度、高分辨率、高清晰度的特點。

在模型精度方面，由于數據來源和建模過程的不同，傳統三維模型生產的精度受到數據采集和建模方式的約束，難以獲得高精度的模型。而傾斜攝影三維模型生產能夠以多個角度獲取目標區域的影像和數據，精度更高，可以實現亞米級別的精度要求。

傳統三維模型生產需要經過復雜的建模過程，包括粗略建模、細節建模、紋理處理等。按地物的重要程度劃分模型等級高低或者按精細程度劃分建模類型。傾斜攝影三維模型在生產過程中，模型的建模、紋理的處理等很多環節自動完成。各類地物的模型結構和精細程度均按統一規則取舍，與地物要素的重要等級無關。結合實景三維模型成果，體量較大且地物周邊無遮擋的建筑模型、道路模型、水系模型、地形模型結構比較完成。但較為復雜的建筑物模型如下穿結構、懸空通廊以及電線桿、指示牌、圍墻等普遍容易出現漏洞、漂浮、殘缺現象。這就需要在對實景三維模型質檢過程中，結合實際情況，有選擇、有重點的檢查。

三、質量檢查重點

新時期下，測繪地理信息工作的根本定位是以服務國家戰略需求為導向，通過數字化轉型、提高精度和可靠性、促進創新發展和加強國際合作，為現代化進程提供強有力的地理信息支持。因此，如何提高實景三維模型數據成果的精度和可靠性，成為質量檢查工作的重中之重。

一方面要對模型數據質量檢查元素有整體的認知以及重點元素的梳理。模型數據檢查元素包括空間參考系、位置精度、表達精細度、邏輯一致性、時間精度、場景效果以及附件質量。從成果應用領域、各行業要求、模型細節層次等角度出發，應重點檢查實景三維模型中建筑物要素、交通水系要素、管線設施要素以及植被要素等不同模型的場景效果和數據的細節層次、紋理質量，并對模型的空間參考系和位置精度，包括平面位置、高程位置、高度位置進行精度評定。另一方面檢查數據組織、資料質量的完整性與正確性。重點質量元素包含空間參考系、位置精度、邏輯一致性（數據文件存儲組織、文件格式、文件有效性與名稱是否符合技術要求）、表達精細度、場景效果五大重點要素。

（一）位置精度

實景三維模型的位置精度是確保其適用于特定應用的關鍵步驟。位置精度主要通過已有的高精度檢測點或野外實地外業檢核點檢測模型的平面位置、高程位置以及高度精度是否超限。同時，檢查不同空中三角測量分區間模型幾何位置接邊的準確程度，接邊處地形是否過渡自然、地物有無明顯錯位及變形情況。實景模型的絕對空間精度與航攝影像分辨率大小有關，在原始影像分辨率確定的情況下，模型的位置精度與空中三角測量的精度、區域網平差模型息息相關。而傳統的僅對建（構）筑物高度精度檢測，不能完全代表整個實景三維模型的高度精度，故應調整為模型整體的高程精度檢查更加客觀。在精度評定選點時，應選擇平整道路地面特征點或建模效果較好的建筑物房角點進行精度檢查。

（二）場景效果

場景效果，是指模型的視覺外觀和逼真性，包括場景完整性和場景協調性。完整性主要包括場景范圍和模型是否存在缺失，場景協調性包括場景整體色調、光影效果、地表上下異常懸浮物、模型之間存在穿插、漏縫等。場景主要采取內業人機交互檢查的方法。注意場景范圍內是否存在不合理的缺失，特別是接邊處理、場景后修整等原因造成的不合理的局部地形失真、地物丟失等情況。例如，城市中重要建筑（外部玻璃、幕墻等）是否存在遺漏、多余問題。檢查場景的地表模型與建筑物、水系、道路等模型之間的整體色調協調性等。

（三）表達精細度

主要檢查模型精細度和紋理精細度。注意模型結構如地標性建（構）筑物、景觀性主干大道等是否存在不同程度的破損、裂縫或扭曲變形，內外業檢查地形模型與實際地形地貌是否一致、協調、道路的高差起伏是否平順，河流水面是否平滑過渡。

檢查模型紋理缺失、映射錯誤、拉花、模糊、色調異常與拼接縫等質量問題。著重注意大面積反光面如水面、玻璃幕墻處的紋理是否真實、間距較小的建筑物側面紋理是否清晰無變形，復雜結構的模型紋理是否真實且無變形等情況。

四、主要質量問題與改進方法

盡管實景三維模型在模型的真實性、細節以及場景紋理表現等方面都要優于傳統三維模型成果，但鑒于傾斜攝影結合激光點云的自動化地輪廓采集紋理映射的技術，仍然會出現很多新的質量問題。

由于同名點無法精確匹配或者鏡面倒影對同名點造成干擾等因素，自動生成的傾斜三維模型在鏡面（如水面、玻璃等）材質部分、細小地物部分存在一定的偏差。如水域模型發生異常變形、破洞未處理；指示牌、電線桿、路燈、柵欄等現狀地物的模型發生扭曲變形和懸浮，茂密樹林出現普遍扭曲拉花的情況，如圖1～圖3所示。

傾斜拍攝有時由于攝影傾角過大或航高較低的緣故，容易出現地物陰影和遮擋等攝影盲區，造成近地面地物之間模型粘連、扭曲變形、紋理拉伸等現象，如圖4所示。

遮擋、反射、分辨率低、建筑物結構復雜等原因導致模型扭曲、紋理缺失、漏洞等無法構建模型的區域，除需借助相關軟件和人工編輯相結合的方式對模型優化處理外，還可以更好地將點云數據更好地應用于模型構建中，并配合空地多平臺采集來實現全面采集進行多源數據融合，進一步提升實景三維模型數據的質量。針對較為復雜且地標性的模型，也可以采取高重疊度繞飛的飛行方式大量獲取模型不同角度的影像進行同名點匹生成三維模型。

五、結語

目前，傾斜攝影實景三維數據的生產和三維產品質量檢查與驗收都仍然處在摸索探究階段，將傳統的三維模型與實景三維成果對比分析，研究新型三維模型成果的質量特性和檢查重點，并從生產的角度分析產生普遍性問題的原因和解決方法，在進一步指導生產技術發展的同時，把握質量檢查重點和質量控制方法，為質量檢查與驗收提供可行性參考。

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作者簡介：劉夢詩（1991），女，湖南省長沙市人，工程師，碩士，研究方向為攝影測量與遙感。

蔡佐茜（1982），女，湖南省邵陽市人，本科，中級測繪師，研究方向為測繪與規劃。