基于sMaRT3D的实景三维建模与应用

建设论坛

2015.04 - 113

基于sMaRT3D的实景三维建模与应用

□ 戴竹红 李柳兴 邹发东

[摘 要] 随着无人机的快速发展，利用无人机进行低空航空摄影获取地面图片越来越快捷与方便，加上街景工厂与

Smart3D等实景三维建模软件的成熟推出，使得实景三维这些年的热度越来越高。本文阐述了在获取无人机拍摄数据基础上，运用Smart3D进行实景三维建模方法，以及目前使用生产中所涉及的应用。

[关键词] Smart3D；实景三维模型；实景三维建模；实景三维模型应用[文章编号] 1672-7045（2015）04-0113-03 [中图分类号] TP391.41 [文献标识号] a

1 引言

随着无人机的快速发展，现在用无人机获取地面图片更加方便快捷，不仅可通过无人机拍摄图片进行正射影像图制作、数据采集、数字线划图等传统的二维测绘工作，还可进行现在热门的三维模型建设。传统的虚拟三维模型有着建设耗时长、工作量大、人力消耗大、制作烦琐、场景不真实等缺点。一个城市的三维建设项目往往需要一两年的建设周期，而现在的中国城市发展迅速，一两年的时间又会建设开发很多区域，带来了三维模型时效性滞后的缺点。而倾斜航空摄影进行的实景三维模型具有工期短、人工干预少、建模过程自动化、三维场景真实等虚拟三维无可比拟的优点。而正是因为实景三维的真实性与实时性的特点，使得实景三维有着真实场景查看的效果，并且在大多数情况下比去实地看现场效果要好，特别是宏观的效果查看方面。现在实景三维建模软件比较流行的有街景工厂与Smart3D等，本文研究采用的建模工具为Smart3D，使用的数据有正射航片与倾斜航片。

1.1 smart3D

Smart3D是法国的Acute3D公司研发的一个产品，它是基于图形运算单元GPU的快速建模产品，它可以在图片质量符合要求下无须人工干预进

行快速、简单、全自动的建模，并且它还支持输出多种数据成果和兼容多种数据源。它不仅可以用于实景三维模型的建设，还可以用于文物保护、微小零件、模具等的三维模型建设，而本文讲述只用它来进行实景三维模型的建设。

1.2 航飞图片

现在国内很多公司研发了很多搭载在无人机上的航拍仪器，基本上都是一个正射的角度，多个倾斜角度集成在一起，这样飞行一个航带就可以同时获取一张正射图片与多张倾斜图片，大大地提高了效率。现在每个实景三维软件都要求同一地表物、同一个特征点需要三张以上小于15度角的不同角度的图片覆盖，并且侧面纹理图片覆盖度、重叠度越大，解算出来的实景三维模型精度越高、效果越好，解算出成果的时间也会相应地增加。所以考虑到效率问题，又不可以无限制地提高重叠度与图片数量，一般提供的航向重叠度大于70%，旁向重叠度大于50%。

2 smart3D实景三维建模流程

2.1 工程准备

把无人机获取的数据，按照拍摄相机放入不同的文件夹中，并且保持文件夹的路径为非中文路

114 - Cities and towns ConstruCtion in GuanGxi - 广西城镇建设

广西城镇建设

编辑＿苏 琦 设计＿姜 璠

径。相机的camera文件与图片的POS数据可以有也可以没有，有这些数据可以给Smart3D参考修正它所解算出来的空三数据，没有影响也不大。准备完成后在Smart3D里创建新的工程，创建一个Block，把图片分组加载到Block里。

2.2 空三加密

在工程准备完成后进行空三加密。软件会用对图片进行大量特征点的计算提取，对获取的特征点再采用多视角匹配同名点，然后反向解算出每张图片的空间位置还有图片的姿态角度，从而确定图片间的关系。空三加密完成后，可以在Smart3D里面查看到整个航带的飞行情况、解算出空三点的位置密度、每张图片的相对位置还有图片所覆盖的范围方位角等信息。（见图1）

空三加密并不是每次都可以正确解算出来，这涉及航片的重叠度、清晰度和角度等问题，解算出来的空三加密点可以在Smart3D工程软件里查看，也可以放到其他软件里查看。空三加密完成后必须查看软件解算出来的空三加密点是否有漂移、漂移的区域是边缘还是中心、整个空三加密点的相对位置是否正确等。如果空三加密点相对位置不正确或者漂移，并且漂移的区域是中心地段和重要区域，就必须重新再进行一次空三加密。多次空三加密都未成功，可以删除一些质量较差、姿态较差的航片再次尝试。

多个架次的不同高度的航片融合在一起进行实景三维模型建设时，空三加密就有可能不能把所有的航片计算出来，或者是计算出来空三加密点漂移等情况。这个时候就需首先创建多个Block，把不同航片导入不同的Block里面进行空三加密。空三加密完成后，把解算出来的航片位置与姿态信息记录完成，再新建一个Block把所有的航片加载进入，然后输入分开算好的航片位置与姿态信息，融合起来进行空三加密。这样来进行空三加密就可以解决不同架次、不同航高融合一起后空三加密困难的问题。

2.3 控制点加入

空三加密后开始加入控制点。在空三加密之后加

入控制点还要再进行一次空三加密，而控制点也可以在空三加密前就加入Block里面，这样就无需再一次空三加密。之所以选择空三加密后加入控制点，是因为这样两次空三加密所需要的时间要比加入控制点后空三加密的时间还要短，并且还可以通过空三加密出来的航带信息，更快找到控制点在哪些图片上减少了刺控制点的时间。Smart3D提供了很多个坐标系，当然也可以加入本地坐标，加入本地坐标需要编写一个坐标文件导入，坐标文件如图2所示。

2.4 模型建立贴图

空三加密、控制点刺完之后就开始模型建立贴图。软件通过空三加密点计算出不规则三角网TIN，

并且生成白模的三维模型，再通过三维模型形状位置从航片里面选取最合适的进行纹理的贴合，最后输出纹理逼真的实景三维模型。把模型切分为多块来建立模型，这样可以把Smart3D计算不好的或者是水域计算出来有空洞的部分导出到第三方软件里面修改编辑加工，这样分块就可以减少导出的数据量并便于整合数据、更新数据。导入第三方软件，就重新用Smart3D导出OBJ格式，然后再到如3D MAX等软件里面编辑修改加工，修改加工完成后再导入Smart3D里重新整合输出便可以完成一个实景三维的项目建设。

3 实景三维实际应用

实景三维可以有很多种应用，在本文中只是阐述笔者所遇到的生产应用项目。

3.1 宏观场景查看、新建道路选址

通过拿去之前其他项目飞行的正射航片，没有另外飞取，航片的航向重叠度80%左右，旁向重叠65%左右，控制点抓取3个，计算50平方公里左右的面积，花掉了3天的计算机跑数据时间，计算出实景三维。该片区域是山地，现场选取新建道路的路线比较困难，并且效果也不好，还要通过其他各种多方位数据结合一起进行。而通过实景三维计算出来的模型来

进行选取，可以清晰地看到所有的小路、山的走势及

图1 空三点的密度图

图2 坐标文件

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山谷走向，多角度观看整个区域的地形地貌与实际情况，这样更加便于在规划图里选取新建道路的路线与地址。

3.2 与虚拟三维结合

广西多为石头山，而传统的虚拟三维建造山体都是靠等高线拉取出来，再贴上纹理制作的。这样制作圆形的山可以，但是广西奇形怪状的山众多，本身的等高线就比较难获取，就算获取到等高线，拉扯起来的山也和实际上的山差别甚远无法辨别。通过Smart3D计算出来的山体真实，贴图清晰，把山体导入虚拟三维，补足了虚拟三维山体构建困难不真实的缺陷。

4 结语

目前，无人机与实景三维是不断发展并且越来越火爆的两个技术，其存在的问题：无人机的续航时间与载重制约了工作效率，每个架次电动的无人机普遍飞行时间为半个小时到一个小时，小区域面积操作可以，但是大面积使用所承担的风险与时间效率上不去，即使实景三维比传统虚拟三维消耗的时间大大缩短，这个工作效率还是不能够满足现状。实景三维存在后续的展开应用困难、计算出来的数据使用不够彻底、三维模型的面太多、移植平台后效果降低、数据

量大、更新及平台整合能力不足等各种问题。随着这些问题的一一解决，相信实景三维会逐步取代虚拟三维，并且应用到更多的领域中解决更多的实际生产问题。

[参考文献]

[1]张骥，高钊，陈容．基于Leica rCD 30倾斜航摄仪和Smart3D 技术快速进行城市三维实景生产[J]．测绘技术装备，2014 （3）：61-64．

[2]孙宏伟．基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J]．现代 测绘，2014， 37（1）：18-21．

[3]曲林，冯洋，支玲美，高文慧．基于无人机倾斜摄影数据的实景 三维建模研究[J]．测绘与空间地理信息，2015，38（3）： 38-39．[作者简介]

戴竹红，硕士研究生，工程师，现任职于柳州市勘察测绘研究院。

李柳兴，大学本科，现任职于柳州市勘察测绘研究院。邹发东，大学本科，高级工程师，现任职于柳州市勘察测绘研究院 。

[收稿日期] 2015-03-20