倾斜摄影建模测图技术方案

1倾斜摄影建模

1.1概述

目前来说，倾斜摄影主要应用在于替代传统手工三维建模，倾斜摄影模型有两种成果数据，一种是单体对象化的模型数据，一种是非单体化的模型数据。单体化的模型主要采用半自动化的生产方式，武汉天际航在这方面做了一些研究。非单体化模型采用全自动化的生产方式，自动化建模是基于图形运算单元进行快速三维模型的构建，通过摄影测量原理对获得的倾斜影像数据进行几何处理、多视匹配、三角网构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型。该过程仅依靠简单连续的二维图像，就能还原出最真实的真三维模型，无需依赖激光点云扫描辅助设备，也无需人工干预便可以完成海量三维模型的批量处理。

1.2自动化建模

目前市面上比较成熟的全自动三维建模软件有AirBus公司的街景工厂（StreetFactory）和被Bentley收购的Acute3D公司的Smart3DCapture以及DP-Smart软件等。

1.2.1 DP-Smart简介

倾斜摄影三维自动建模软件Digital Photo Smart（以下简称DP-Smart）是一套基于从空地多源序列影像，无需人工干预，全自动生成高分辨率真三维模型的自动化建模软件。软件基于摄影测量、计算机视觉与计算几何算法，支持全自动空三计算、密集点云生成、构建TIN 网、自动纹理映射等步骤，实现真三维模型的快速生成。

运用倾斜摄影技术获取沿线的倾斜影像及正射影像数据，通过合理布设部分野外像控点，然后将影像数据、POS数据、野外像控点数据导入DP-Smart自动建模系统进行批处理。在计算三维模型数据或3D TIN 纹理方面，DP-Smart自动建模系统并不需要人工干预。

1.2.2 数据检查与预处理

1）航空影像数据检查与预处理

●影像数据地面分辨率是否达到要求；

●通过目视观察，影像质量应确保影像清晰，反差适中，颜色饱和，

色彩鲜明，色调一致，有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求；

●影像重叠度的检查，确保影像重叠度是否达到要求；

●影像数据编号，为了方便于后期数据管理和检查。

2）POS数据的检查与预处理（可选）

●POS数据的记录是否与影像一一对应；

●将POS数据整理成软件对应格式。

3）野外控制点成果数据的检查与预处理

●借助Google Earth检查野外控制点成果

●在作业范围内均匀挑选部分控制点为建模时使用，剩余控制点为后

期精度检查时使用。

●对于建模时使用的控制点，提前挑选好控制点片

1.2.3 DP-Smart三维模型生产过程

自动化建模流程

1）空中三角测量

导入倾斜影像、POS 数据，DP-Smart 经过提取特征点、提取同名像对、相对定向、匹配连接点、区域网平差等步骤的运算处理，得到摄区空中三角测量成果。

空三结果

2）密集点云生成

根据空中三角测量结果，DP-Smart高效提取影像特征点，生成高密度点云数据。

点云视图

3）构建TIN网模型

模型制作的计算任务量较大，为提高数据处理速度，处理过程中将摄区分割成N 个模型小块进行处理。对每个区块内模型精细构网，可以快速生成TIN网模型。

高精度的三角格网TIN

白模

4）自动纹理映射

对TIN 网模型自动纹理映射，以此生成基于真实影像位纹理的高分辨率实景真三维模型，对真实场景的还原达到了无限接近真实世界。支持输出包括OBJ、OSGB(OSG)等通用兼容格式，方便导入各主流应用平台，生成多级别金字塔模型，能够流畅应用平台浏览。

纹理映射后模型

5）DEM、TDOM

DP-Smart 生成真三维模型之后，可直接输出对应区块高精度的DEM、TDOM数据，支持多种标准格式的输出（.tif、.dem）等；

1.2.4 DP-Smart 拓展功能

支持用户需求实现有偿定制化功能开发。

1.3 DP-Modeler精细化建模工具

1.3.1 DP-Modeler 简介

单体化的模型成果数据分两种，一种是传统的3D MAX 建模，一种是倾斜摄影半自动化的生产方式。倾斜摄影半自动化的生产方式，是在获得影像后，经过定向空三处理，然后通过DP-Modeler 软件生产三维模型。

DP Modeler 是一款集定向、测图、建模等功能于一体的新型软件。DP Modeler 能基于多幅影像进行快速、精确的三维建模，除此之外，与传统的建模方式相比，它最核心的优势体现在：通过对影像多角度观测建模，能够达到模型与影像完全套合，使模型具有精确的三维坐标信息；实现模型贴图自动从影像中采集，一键完成模型贴图。

DP Modeler 支持各种倾斜相机、传统航测、手持相机、街景设备、点云等多数据源影像，是一款真正实现空地一体化作业模式的专业摄影测量系统。

DP Modeler 软件融合多功能操作处理，窗口布局如图所示：

1.3.2 DP-Modeler 原理

利用倾斜摄影可实现单张影像测量原理，在垂直影像上获取顶部结构，四周倾斜影像上获取房屋立面结构信息，对其进行推拉、编辑、调整得到最终模型。利用倾斜摄影建筑物侧面纹理可采集的特点，实现模型贴图自动从影像中采集，一键完成模型贴图。

1.3.3DP-Modeler 建模流程

1、选择多边形绘制工具，根据下视影像提取建筑顶部轮廓线。如下图：

2、根据倾斜影像判断房屋高度，选择创建柱体工具制作建筑物立面以及房屋附属结构，例如屋檐、单元楼门洞。如下图所示：

3、对建好的模型进行一键贴图，得到如下效果。如下图所示：

4、自动映射得到模型贴图，不免有些瑕疵，软件中可直接调用PhotoShop 进行纹理修改，修改后保存的贴图直接可以加载进入软件，无需查找贴图。如下图所示：

2倾斜摄影地形图测绘

地形图是指按一定的比例尺，用规定的符号表示地物、地貌、平面位置和高程位置的正摄投影图。它以基本地理要素为制图对象，包含数学要素、自然地理要素、社会经济要素、注记和整饰要素等四个内容。包括：①国家基本比例尺地形图，是国防建设、经济建设和科学研究中应用最为广泛的图种，比例尺系列为：1：1 000 000，1：500 000、1：250 000(1985年以前为l：200 000)，1：100 000，1：50 000，1：25 000，1：10 000，l：5000(1985年以后)；②工程建设规划设计所用的地形图，比例尺通常较大，有l：5 000、1：2 000、1：1 000、1：500及更大的比例尺。传统的成图方法野外工作量大，作业艰苦，作业程序复杂，同时还有繁琐的内业数据处理和绘图工作，成图周期长，难以适应社会飞速发展的需要。目前来说，倾斜摄影主要应用在于替代传统的地形图数据采集。我们应用一款软件DP-Modeler-mapper。它可以基于倾斜数据直接对房屋矢量、点状地物进行测量，包括对高程点进行提取，在测绘的过程中给地物赋予CASS的编码，成果直接输出到CASS成图。

传统数据采集

倾斜摄影数据采集