测绘及三维建模知识点

三维建模及测绘相关知识点

一、三维建模

三维空间数据模型主要有三种：数字高程建模DEM、数字地面建模DTM、等值线。

地理三维建模：三维建模是指用一定的模型来模拟、表达地学三维现象。

TIN为不规则三角网的缩写，在地理信息系统中有广泛应用:根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程有连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的位置和密度，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。

三维空间数据不仅指起伏的地形数据，还包括离散点在某一平面的任何属性数据，如某城市的降雨量，某小区域土壤的酸碱度等。

点云数据处理基本描述：点云数据处理软件能够用于海量点云数据的处理（点云数量无限制，先进内存管理）及三维模型的制作。支持模型的对整、整合、编辑、测量、检测监测、压缩和纹理映射等点云数据全套处理流程。能够基于点云进行建模，拥有规则组建智能自动建模功能（一键自动建模）要求能够精细再现还原现场。具有真彩色配准模块，扫描物体点云的颜色即为物体真实的颜色。相机彩色图片可以配准贴图到三维模型。

两种方法：点绘制、多边形网格绘制。

（三维数据获取与建模现状：我们身在一个三维的世界中，三维的世界是立体的、真实的。同时，我们处于一个信息化的时代里，信息化的时代是以计算机和数字化为表征的。随着计算机在各行各业的广泛应用，人们开始不满足于计算机仅能显示二维的图像，更希望计算机能表达出具有强烈真实感的现实三维世界。三维建模可以使计算机作到这一点。所谓三维建模，就是利用三维数据将现实中的三维物体或场景在计算机中进行重建，最终实现在计算机上模拟出真实的三维物体或场景。而三维数据就是使用各种三维数据采集仪采集得到的数据，它记录了有限体表面在离散点上的各种物理参量。它包括的最基本的信息是物体的各离散点的三维坐标，其它的可以包括物体表面的颜色、透明度、纹理特征等等。三维建模在建筑、医用图像、文物保护、三维动画游戏、电影特技制作等领域起着重要的作用。一个三维模型的建立过程包括三维初始数据的获取，对初始数据进行诸如去除噪声点、简化等处理，按照不同的方式组织三维数据，最终实现在计算机中绘制出具有三维特征的模型。在三维建模中，最主要的问题就是使用三维数据进行绘制，要使得绘制出的模型有立体感和真实感，达到理想的视觉效果；同时还要较好地组织数据，减少存储空间以便于数据的传输和加快显示速度。多边形网格绘制是目前的标准绘制方法，它把三维模型表面的点连接成以多边形为单位的网格，可以表达复杂的表面，提供更强的适应性，其中尤以三角网格的使用最为广泛。目前国际上多边形网格绘制技术已经很成熟了，而流行的各种3D制作软件，如OPENGIL等，都可以实现三维物体的网格建模和绘制。但最近几年，三维图像处理领域出现并普及了新的工具——三维激光扫描仪，它可以方便快捷地检测一个三维物体表面各点的空间位置，将三维物体表示成空间中大量密集分布的点，我们称之为点云数据。于是又有人提出了点绘制的思想，即在每一个点上绘制一个面或其他几何体，当点云密度足够大时，就可以把整个模型绘制出来。两种方法各有优劣，本文就试图在这两种方法中找到一条中间道路，取其各自的长处而补其不足。）

三维立体导航，采取三维建模的实景路口地图情势，可以显示全国各大城市3万多幅路口实景画面，将庞杂路口完整真实的无差浮现，以最清楚突出的方法领导驾驶者进入目的车道，一目了然，零识别时光。

二、三维数据采集

（一）专业术语

1、空中三角测量

空三处理提供地理参照的影像，是建立所有摄影测量项目的几何级基础。

空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。空中三角测量一般分为两种:模拟空中三角测量即光学机械法空中三角测量;解析空中三角测量即俗称的电算加密。模拟空中三角测量是在全能型立体测量仪器(如多倍仪)上进行的空中三角测量。它是在仪器上恢复与摄影时相似或相应的航线立体模型，根据测图需要选定加密点，并测定其高程和平面位置。

航空摄影测量中利用连续摄取的具有一定重叠的航摄像片,依据少量野外控制点，以摄影测量方法建立同实地相应的航线模型或区域网模型(光学的或数字的)，从而获取加密点的平面坐标和高程。主要用于测地形图。

2、遥感影像?

凡是指纪录各种地物电磁波大小的胶片(或相片)，都称为遥感影像(Remote Sensing Image)，在遥感中主要是指航空像片和卫星相片。用计算机处理的遥感图像必须是数字图像。以摄影方式获取的模拟图像必须用图像扫描仪等进行模/数(A/D)转换；以扫描方式获取的数字数据必须转存到一般数字计算机都可以读出的CCT等通用载体上。计算机图像处理要在图像处理系统中进行。图像处理系统是由硬件(计算机、显示器、数字化仪、磁带机等等)和软件(具有数据输入，输出，校正，变换，分类等功能)构成。图像处理内容主要包括校正、变换和分类。

空间分辨率

成像方式分类：

折叠航空摄影成像

摄影成像是通过成像设备获取物体的影像技术。传统摄影成像是依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影则通过放置的焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。

折叠航空扫描成像

扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标物体以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标物的电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。

折叠航空微波雷达成像

微波成像雷达的工作波长为1mm-1m的微波波段，由于微波雷达是一种自备能源的主动传感器和微波具有穿透云雾的能力，所以微波雷达成像具有全天时、全天候的特点。在城市遥感中，这种成像方式对于那些对微波敏感的目标物的识别，具有重要意义。

3、倾斜相机/倾斜摄影

作为近年来国际上发展十分迅速的一项高新技术，倾斜摄影不仅能够真实反映地物情况，而且可通过先进的定位技术嵌入精确的地理信息，在欧美等发达国家，已经广泛应用于应急指挥、国土安全、城市管理等领域。鉴于该技术的重大意义，我国也将其列入了《国家地理信息产业发展规划（2014-2020年）》。

4、导航定位定向系统（简称：POS系统）是通过全球导航卫星系统（GNSS）获取位置数据作为初始值，通过惯导系统（IMU）获取姿态变化增量，应用卡尔曼滤波器、反馈误差控制迭代运算，生成实时导航数据。

应用POS系统可以得到移动平台位置和姿态的轨迹数据。

能够实现直接地学定位，可以减少或省略空中三角测量的地面控制点。可以与任何类型的量测类型的传感器（航摄像机、机载激光雷达（LIDAR）、高光谱成像仪、机载合成孔径雷达（SAR）和机载干涉雷达（InSAR）等）直接连接使用。

应用机载POS组合导航系统可以获取摄影相机的外方位元素和飞机的绝对位置，实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。该技术和方法还广泛用于高空分辨率卫星影像的的几何处理中，大量研究集中在稀少控制点和无控制点条件下如何提高影像的平面和高程精度。我国正在采用航天遥感，数字航空摄影，航空航天可见光成像、激光扫描成像、合成孔径雷达成像，卫星导航定位，地理信息系统，无控制点或稀少控制点测绘等现代地理空间技术的集成手段进行测绘工程。

5、Gps卫星定位系统

GPS定位系统靠车载终端内置SIM通过移动GPRS信号传输到后台来实现定位。在远的地方定位人的行踪。

6、地图精度?

地图精度就是地图的精确度，即地图的误差大小，是衡量地图质量的重要标志之一，它与地图投影、比例尺、制作方法和工艺有关。通常用地图上某一地物点或地物轮廓点的平面和高程位置偏离其真实位置的平均误差衡量。地图要素的误差主要由以下几方面引起：资料数据和图稿的误差；地图投影的误差；展绘地图数学基础的误差；转绘地图内容的误差；制图综合产生的误差；复照和印刷造成的误差和图纸伸缩造成的误差。这些误差难以避免。在地图生产过程中，一般对每一生产工序都进行误差控制，以便达到地图的精度要求。如展绘地图数学基础时，展点允许误差为±毫米，边长误差≤±毫米，对角线误差≤±毫米；内容转绘误差<±毫米；描绘误差<±毫米；印刷套印误差≤±毫米等。因存在地图误差，故在地图上进行量算时，对量测的数据必须考虑地图的各项误差。

地图比例尺?指地图上的线段长度与实地相应线段长度之比。严格讲，只有在表示小范围的大比例尺地图上，由于不考虑地球的曲率，全图比例尺才是一致的。比例尺与地图内容的详细程度和精度有关。一般讲，大比例尺地图，内容详细，几何精度高，可用于图上测量。小比例尺地图，内容概括性强，不宜于进行图上测量。

地图比例尺是指图上某线段的长度与相应的实地水平距离之比。即：地图比例尺=图上距离/相应实地水平距离。

我国的国家基本比例尺地图的比例尺应为：（最大）1∶500、1∶1000、1∶2000、1∶5000、1∶10000、1∶25000、1∶50000、1∶100000、1∶250000、1∶500000、1∶1000000、1:、1:. 一般的，1:10万以下算小比例尺，以上算大比例尺。

（二）获取三维模型数据的方法

1、基于图像

航空倾斜摄影技术

它是在700米左右的低空以45度角对地面进行摄影测量，可以获得近地高分辨率航测影像。它克服了正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，可获得5个或更多角度的倾斜摄影影像。

这种航空倾斜影像有如下功能特点：通过低空云下摄影，从一个垂直和4个以上45度倾斜的方向获取高清晰度的地物影像，可供多角度观察；在高精度定位定（向）姿POS系统的辅助下，影像上每个点都具有三维坐标，基于影像可进行任意点线面的量测，获得厘米级到分米级的测量精度。相比正射影像它还可以获得更精确的高程精度，对建筑物等地物的高度可以直接量算；影像中包含真实的环境信息，信息量丰富，可进行影像信息的数据挖掘；倾斜影像通过专门软件处理，能较高效率地完成城市三维建模，相比传统方法，其建设周期更短、成本更低。

倾斜摄影技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。该技术去年2010年4月由北京天下图公司首次从美国Pictomitry（英领）公司引入我国。

航空相片（遥感影像包含航空相片和卫星相片）成像方式分类：

1、摄影成像是通过成像设备获取物体的影像技术。传统摄影成像是依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影则通过放置的焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。

2、扫描成像是依靠探测元件和扫描镜对目标物体以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标物的电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。

3、微波成像雷达的工作波长为1mm-1m的微波波段，由于微波雷达是一种自备能源的主动传感器和微波具有穿透云雾的能力，所以微波雷达成像具有全天时、全天候的特点。在城市遥感中，这种成像方式对于那些对微波敏感的目标物的识别，具有重要意义。

校正处理图像校正是指从具有畸变的图像中消除畸变的处理过程，消除几何畸变的叫几何校正；消除辐射量失真的叫辐射校正。

倾斜摄影技术中Infinite3D - Real Scenes涉及倾斜相机型号及用途

Infinite3D - Real Scenes能够兼容处理各种主流倾斜摄影相机采集的数据，包括：SWDC-5、莱卡RCD30、AMC580 ，以及无人机采集的倾斜影像。

1、SWDC-5（四维远见）数字航空倾斜摄影仪区别于传统的竖直航摄，除一个子相机获取正下方影像外，还可同时从前后左右四个方向以45°倾斜角对地面进行拍摄,得到被拍摄物的多视角影像、建筑物墙体真实纹理，可广泛用于数字城市、数字地球（智慧地球）的基础地理空间框架建设。

2、莱卡RCD30

新型徕卡机载中幅面阵数码相机RCD30高度集成了相机镜头、控制系统、可插拔SSD硬盘和定位定向系统IPAS20，同时高频获取速度保证了RGB和NIR（CH62）影像的同步获取。徕卡RCD30配备了完整的数据后处理软件，能高效完成最终产品提交。徕卡RCD30配备50mm，80mm二种可更换镜头，每个镜头都经过严格检校，如此保证了获取数据的精度。另外，可以选择徕卡惯性定位及定向系统IPAS20和陀螺稳定座架PAV80实现直接定位定向，并提高数据精度。行业应用领域徕卡RCD30可用于小、中面积的各种比例尺航空摄影测量项目。

3、AMC580多视角航空照相机系统（5个多视角航空相机传感器与陀螺稳定平台）

AMC580是我国自主研发的多视角数码航空照相机系统，该系统集成了5台8000万像素的大幅面量测型专业航空相机，包括1台垂直和4台倾斜照相机。设备可用于可取三维影像数据，为数字城市与智慧城市建设提供可靠地数据源。特点：

（1）幅面大，目前国际市场上像幅最大的多视角航空照相机系统。

（2）量测型，提供准确且稳定的镜头内方位元素检校。

（3）支持多种类型的稳定平台，包括GSM3000、PAV30、PAV80、Z/I Mount等。

（4）传感器头部可以伸缩，便于在不同类型的飞机上的安装，避免了倾斜镜头在航摄过程中的遮挡。

（5）集成Applanix POS（导航定位定向系统）AV系统，为多个镜头直接提供准确的外方位元素，快速直接定向。

（6）支持多种类型的飞行管理系统，用户可根据不同需求自由选择。

多视角摄影技术及其成果会在以后的测绘生产与空间信息服务中扮演更加重要的角色。航空多视角影像不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位定姿技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，极大地扩展了遥感影像的应用领域。同时，多视角摄影技术使得目前高昂的三维城市建设成本将得以降低。由于多视角影像为用户提供了更丰富的地理信息，更友好的用户体验以及其低廉的成本，该技术将越来越多的应用于应急指挥、国土安全、消防、虚拟导航、城市管理与城市规划、房产税收、建筑工程施工、网络旅游、三维电影产业等行业。

2、激光扫描

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。

快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，更甚者，要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量，在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需求，三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹，而现在脉冲扫描仪(scanstation2)最大速度已经达到50000点每秒，相位式扫描仪Surphaser 三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。

三维激光扫描仪（相位式扫描仪）特别适用于对大面积、表面复杂的物体进行精细测量，对表面结构复杂的物体扫描有死角。优点是高效率高精度，缺点是难以实现流水化生产，后期处理难度大，专业性强难以普及。

无臂式手持3D 扫描系统和双摄像头传感器形成了一个独特的组合，确保在实验室和工作场所能生成最精确的测量值。这一完备且功能强大的检测方案提高了测量过程的可靠性、速度和多功能性。在铰接臂方面与其他3D 扫描仪相比较，光学3D 扫描系统可以完全自由移动，显着提高了工作效率和质量!

机载激光扫描仪

用AirborneLaserScanner结合空中影像,经过算法处理提取建筑物高程、纹理以及其他数据;该方法获取速度快,但后续处理工作量大,费用可观,是一种很有发展前途的方法。

激光测距仪

用Laserrangerfinder结合CCD相机从地面获取建筑物高度及纹理数据;该方法获取速度快、但工作量大,且后续处理工作量也很大。

3、三维几何建模

几何建模是20世纪70年代中期发展起来的,它是一种通过计算机表示,控制,分析和输出几何实体的技术,是CAD/CAM技术发展的一个新阶段。以几何信息和拓扑信息反映结构体的形状、位置、表现形式等数据的方法进行建模就称为几何建模。几何信息即指在欧氏空间（欧氏空间是一个特别的度量空间，它使得我们能够对其的拓扑性质，在包含了欧氏几何和非欧几何的流形的定义上发挥了作用。）中的形状、位置和大小，最基本的几何元素是点、直线、面。拓扑信息是指拓扑元素(顶点、边棱线和表面)的数量及其相互间的连接关系。

几何建模通过对点线面体等几何元素的数学描述，经过平移旋转变比等几何变换合并、交、差等几何运算，产生实际的或想象的物体模型。

根据描述方法及存储的几何信息、拓扑信息的不同，三维几何建模系统可分三类：

线框建模：在计算机内部是以边表和点表来描述和表达物体的。用顶点和棱边表示形体，没有面的信息。

优点：结构简单，绘制快速；物体的三维数据可以产生任意试图。

缺点：有二义性，缺少表面轮廓信息；在数据结构中缺少面与面，面与体之间关系信息。

表面建模：是用有连接顺序的棱边围成的有限区域来定义形体的表面，再由表面的集合来定义形体。表面模型实在线框模型的基础上，增加有关面边信息以及表面特征、棱边的连接方向等内容。

存储几何信息的方法是建立三表结构，顶点表、边表、面表。

优点：结构简单数据量小，速度较快；可消隐着色、求表面积，轨迹计算。

缺点：有二义性，缺少体内信息；没有解决形体究竟在表面的哪一侧，缺乏完整性。

实体建模：为了解决形体存在于表面的哪一侧问题，可采用实体建模来描述三维立体。

基于三维几何建模的几款软件：

3D MAX

3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Discreet公司开发的(后被Autodesk公司合并)基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于DOS操作系统的3D Studio系列软件。在Windows NT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。3D Studio Max + Windows NT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首先开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等。在Discreet 3Ds max 7后，正式更名为Autodesk 3ds Max 最新版本是3ds max 2016。

突出特点

1、基于PC系统的低配置要求;

2、安装插件(plugins)可提供3D Studio Max所没有的功能(比如说3DS Max 6版本以前不提供毛发功能)以及增强原本的功能;

3、强大的角色(Character)动画制作能力;

4、可堆叠的建模步骤，使制作模型有非常大的弹性。

在应用范围方面，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。

MAYA

Autodesk旗下的着名三维建模和动画软件。Autodesk称，Maya 2008可以大大提高电影、电视、游戏等领域开发、设计、创作的工作流效率，同时改善了多边形建模，通过新的运算法则提高了性能，多线程支持可以充分利用多核心处理器的优势，新的HLSL着色工具和硬件着色API则可以大大增强新一代主机游戏的外观，另外在角色建立和动画方面也更具弹。

软件功能

Autodesk MotionBuilder 扩展包2也将推出。作为Autodesk 3ds Max 和Autodesk Maya 的完美伴随产品，Autodesk® MotionBuilder?软件是用于高容量3D 角色动画和3D 剧情制作的世界领先的生产力套装软件之一。MotionBuilder 的重点是专业级角色动画制作和剪辑，为化解复杂的动

画挑战提供了"创造性的"解决方案。最后，该版本包含众多的Biped 改进，包括对角色动作进行分层并将其导出到游戏引擎的新方法以及在Biped 骨架方面为动画师提供更高灵活性的工具。新版本包括了许多在建模、动画、渲染和特效方面的改进，这些改进使得工作效率和工作流程得到最大的提升和优化。

应用

maya是现在最为流行的顶级三维动画软件，在国外绝大多数的视觉设计领域都在使用maya,即使在国内该软件也是越来越普及。由于maya软件功能更为强大，体系更为完善，因此国内很多的三维动画制作人员都开始转向maya，而且很多公司也都开始利用maya作为其主要的创作工具。maya 的应用领域极其广泛，比如说《星球大战》系列《金刚》等都是出自maya之手。至于其它领域的应用更是不胜枚举。

MAYA7与3D MAX比较

MAYA是高端3D软件，3dsmax是中端软件，易学易用，但在遇到一些高级要求时(如角色动画/运动学模拟)方面远不如MAYA强大。MAYA的基础层次更高，3dsmax属于普及型三维软件3dsmax的工作方向主要是面向建筑动画，建筑漫游及室内设计。

MAYA 的用户界面也比3dsmax要人性化点，Maya 是Alias|Wavefront ( 2003 年7月更名为Alias )公司的产品。MAYA软件应用主要是动画片制作、电影制作、电视栏目包装、电视广告、游戏动画制作等。3dsmax软件应用主要是动画片制作、游戏动画制作、建筑效果图、建筑动画等。Maya主要是为了影视应用而研发的。

三、三维数据处理

建模：对于现实世界中的物体，用计算机内部表示（描述表达和存储物体的模型）的过程。

模型：数据、结构和算法的集合。

三维模型数据检索

三维模型在很多领域应用广泛，并且形成了越来越庞大的三维模型数据库。

完整的三维数据检索系统应包括特征提取（最关键）、索引结构、相似度度量、查询接口等方面。

1、校正

折叠几何校正

各类遥感图像都存在在几何校正的问题。由于人们已习惯使用正射投影的地形图，因此对各类遥感影像的畸变都必须以地形图为基准进行几何校正。几何校正步骤大致如下：

①选择控制点：在遥感图像和地形图上分别选择同名控制点，以建立图像与地图之间的投影关系，这些控制点应该选在能明显定位的地方，如河流交叉点等。

②建立整体映射函数：根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型，建立起图像与地图之间的空间变换关系，如多项式方法、仿射变换方法等。

③重采样内插：为了使校正后的输出图像像元与输入的未校正图像相对应,根据确定的校正公式，对输入图像的数据重新排列。在重采样中，由于所计算的对应位置的坐标不是整数值，必须通过对周围的像元值进行内插来求出新的像元值。

折叠辐射较正

从遥感器所获得的图像的灰度与目标物的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的，这是因为遥感器测量值中包含太阳位置及角度条件、薄雾及霭等大气条件所引起的失真。为了正确评价目标物的反射及辐射特性，必须消除这些失真。消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程就是辐射较正。辐射校正的结果，会改变图像的色调和色彩。

折叠纹理特征

是指周期性图案及区域的均匀性等有关纹理的特征。根据构成图案的要素形状、分布密度、方向性等纹理进行图像特征提取的处理叫做纹理分析。

图像分类

利用遥感图像进行分类，就是对单个像元或比较匀质的像元组给出对应其特征的名称，其原理是利用图像识别技术实现对遥感图像的自动分类。计算机用以识别和分类的主要标志是物体的光谱特性，图像上的其它信息如大小、形状、纹理等标志尚未充分利用。在计算机分类之前，往往要做些预处理，如校正、增强、滤波等，以突出目标物特征或消除同一类型目标的不同部位因照射条件不同、地形变化、扫描观测角的不同而造成的亮度差异等。

2、纹理数据获取

由于航空影像很容易得到,因此地形纹理与建筑物顶部纹理较易获取,相对而言建筑物侧面纹理的获取遇到了与建筑物高度获取同样的问题,目前学者们提出的获取方法可以概括为如下几种:由计算机做简单模拟绘制。这种方法采用了矢量纹理,其优点是数据量少、建立的模型浏览速度快,但缺乏真实感。

地面摄影像片直接提取。这种方法需要用相机拍摄大量的建筑物侧面照片,其获取速度慢,且涉及数据量大,后续处理工作量也很大,但所建模型真实感强。

根据摄影像片由计算机生成。对具有相似的纹理的,通过该方法获取的数据重构的建筑物形状接近实际,但工作量仍然很大。

以研究算法为主,从影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。这是一种高效的方法,但目前还不适于进行大批量数据的自动处理。

3、GPU & CPU(工作站)

PU英文全称Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”。GPU是相对于CPU的一个概念，由于在现代的计算机中(特别是家用系统，游戏的发烧友)图形的处理变得越来越重要，需要一个专门的图形的核心处理器。GPU使显卡减少了对CPU的依赖，并进行部分原本CPU的工作，尤其是在3D图形处理时。GPU所采用的核心技术有硬体T&L、立方环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等，而硬体T&L技术可以说是GPU的标志。GPU核心频率、管线数量、着色单元数量基本可以代表一款GPU的性能。具有专用性特点，擅长图形计算和处理。

CPU是英语“Central Processing Unit”，中文名称叫作“中央处理器”，或叫作微处理器。它由运算器和控制器组成，是电脑的心脏，它决定电脑档次的高低。它是用半导体材料经过复杂的加工而生产出来的。CPU的功能是取出、解释并执行指令。我们不是听说过386、486吗它指的就是该计算机的CPU的型号是386或486，它是衡量一台电脑性能高低的标志。世界上研究和开发CPU的“龙头老大”是美国的英特尔公司，许多电脑的外面贴着InterInside的标志。

工作重点不一样，GPU相当于一位具有图形计算和处理专长的高级助理。

工作站

由计算机和相应的外部设备以及成套的应用软件包所组成的信息处理系统。它能够完成用户交给的特定任务，是推动计算机普及应用的有效方式。工作站应具备强大的数据处理能力，有直观的便于人机交换信息的用户接口，可以与计算机网相连，在更大的范围内互通信息，共享资源。工作站在编程、计算、文件书写、存档、通信等各方面给专业工作者以综合的帮助。常见的工作站有计算机辅助设计(CAD)工作站（或称工程工作站），办公自动化(OA)工作站，图像处理工作站等。不同任务的工作站有不同的硬件和软件配置。例如,一个小型CAD工作站的典型硬件配置为：小型计算机（或高档的微型计算机），带有功能键的CRT终端，光笔，平面绘图仪，数字化仪，打印机等。软件配置为：操作系统，编译程序，相应的数据库和数据库管理系统，二维和三维的绘图软件，以及成套的计算、分析软件包。显卡：作为图形工作站的主要组成部分，一块性能强劲的3D专业显卡的重要性，从某种意义上来说甚至超过了处理器。与针对游戏、娱乐市场为主的消费类显卡相比，3D专业显卡主要面对的是3维动画（如3DSMax、Maya、Softimage|3D）、渲染（如LightScape、3DSVIZ）、

CAD（如AutoCAD、Pro/Engineer、Unigraphics、SolidWorks）、模型设计（如Rhino）以及部分科学应用等专业OpenGL应用市场。对这部分图形工作站用户来说，它们所使用的硬件无论是速度、稳定性还是软件的兼容性都很重要。

GIS地理信息系统应用：它所面向的客户群主要是城市规划单位、环保部门、地理地质勘测院、研究所等。他们通常是用图形工作站来运行GIS软件。它使用户可以实时的、直观的了解项目地点及周围设施的详情，如路灯柱、地下排水管线等。这些大数据量的作业也只有在具有专业图形处理能力的工作站上才能高效率地运行。

工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。工作站通常比较昂贵，价格一般是标准PC的数倍

4、模型单体化问题

PS:Skyline具有专门进行单体化处理的软件。

切割还是矢量化

矢量数据主要是指城市大比例尺地形图。此系统中图层主要分为底图层、道路层、单位层，合理的分层便于进行叠加分析、图形的无逢拼接以实现系统图形的大范围漫游。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误，显示的图形一般分为矢量图和位图。

基于倾斜影像，若做人工干预的建模，自然就不存在单体化的问题，生成的模型本来就是单体的。而自动化建模的成果，由于其生成机理，得到的模型是一个连续的TIN（三角网）加贴图，并没有根据建筑物划分为一个个可以单独选中的对象。而我们都知道，在GIS管理和应用中，若倾斜模型不能进行对象的单独选中和查询，就只能和影像一样作为底图浏览，无法进一步深入应用。单体化成为第二大“拦路虎”，我们必须闯关成功。

▲如何实现单体化才是最好的

我想你脑海中冒出的第一个直观的想法一定是：对倾斜模型进行切割呀，这样切割之后的模型就和人工建模成果一个样了。

不过我要很遗憾地告诉你：想法貌似很完美，但其实是一条“死胡同”。

（图）倾斜模型切割后的边缘效果

如上图，我想这样的边缘效果肯定不是用户所想要的。更重要的是，切割之后，两个主要后续用途都没法实现：

一是替换人工精细建模的模型。这样的锯齿边缘，人工建模的人员难以把锯齿边缘接上去。

第二个用途是隐藏某种类型的地物。这样会露出一个锯齿状的空洞，不符合项目要求。为什么会有锯齿呢这种锯齿是因倾斜模型生成机理而造成的，和GIS平台无关。注意看，只要稍稍放大，你就能看到同样的锯齿。

（图）某厂商发布图片放大后看到的切割倾斜模型边缘效果

第二个问题是，这样的切割后，也抛弃了数据自带LOD的优点，导致GIS平台只能按照普通模型的方法来构建LOD。倾斜模型数据量庞大，想想这性能表现也是醉了。

第三个问题是：切割必须事先输入对应地物的矢量底面数据。经过漫长的等待，切割出来之后，若发生任何一点变动，数据还得再返工切一遍。因此，其灵活性几乎为零。

现在，让我们换一个思路来看待倾斜模型：它事实上就是带有TIN作为高程背景的影像。在二维GIS中，有谁见过根据矢量底面来把影像数据切割为建筑物影像图层、道路影像图层、绿植影像图层的吗

正确的思路是：我们在影像数据上进行矢量化，从而可以在影像+矢量的图层上选中建筑物、道路等地物。若一定需要把影像上的某种类型地物隐藏，也是通过叠加这种地物的矢量图进行显示过滤。

把GIS的科学原理搞清楚了，我们回过头来再看待如何进行倾斜模型的单体化，就胸中有丘壑了。只要你试一下就知道，通过叠加的矢量底面，在渲染层面实现单体化，被选中的地物像是被高透膜紧密包裹，底部边缘笔直。

（图）矢量化后的倾斜模型单体化边缘效果

采用矢量化的方式，在保证效果、不破坏原始数据及LOD的同时，最大的好处还在于它打通了基于三维的倾斜模型和基于二维的矢量面之间的关键“关卡”，实现三维和二维GIS的完美一体化。基于此，GIS的一系列功能(如图查属性、属性插图、缓存区分析与查询、专题图制作等等)都可轻松实现。至此，我想对于倾斜模型的应用，你可以不用再纠结于选择哪个GIS平台，而是要充分发挥应用的广阔想象力。它带来的价值还体现在动态性和灵活性的大大提升。由于叠加的矢量面只需要一个简单的图层设置就可以起作用，这也就意味着：在应用过程中，可以随时更换需要叠加的矢量面。当用户增加数据类型后，不用再大费周章的把数据重新切割一遍，而是点两下鼠标，就可快速搞定。

PS：Infinite3D-real scenes模型边缘处理不清晰，软件后期会进一步改进，推出单景化半自动辅助软件。

5、几大数据处理软件

传统手工建模的方式需要大量的经费和人力物力投入，最终得到的，的确是一个美轮美奂的“三维”虚拟城市。但是，这个结果往往是“静态的”、“固化的”“作品”，实际上是“劳动密集型”的手工成果，做出来后，可看、好看，却难于统计、没法分析，后续的作用有限。其症结就在于这些“做”出来的城市建设要素与动态的空间数据库之间缺乏关联，也没有动态的规划和设计规则与之对应。这样的成果，难以在支撑城市规划设计、审批和监督执行等工作中发挥更大的作用，为决策者提供的辅助能力也十分有限。

◆Pix4Dmapper软件（北京神州华星科技发展有限公司）

Pix4Dmapper（原Pix4UAV）是瑞士Pix4D公司的全自动快速无人机数据处理软件，是目前市场上独一无二的集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。无需专业知识，无需人工干预，即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的二维地图和三维模型，该软件可从航拍片中利用摄影测量与多目重建的原理快速获取点云数据，并进行后期的加工处理。加工处理后的应用，可惠及不同行业，例如测绘、文物保护、矿业等等。应用领域：航测制图、灾害应急、安全执法、农林监测、水利防汛、电力巡线、海洋环境、高校科研、军事等多个领域。

四大优势：

专业化、简单化--PIX4D mapper让摄影测量进入全新的时代，整个过程完全自动化，并且精度更高，真正使无人机变为新一代专业测量工具。只需要简单地操作，不需专业知识，飞控手就能够处理和查看结果，并把结果发送给最终用户。

空三、精度报告--PIX4D mapper通过软件自动空三计算原始影像外方位元素。利用PIX4UAV 的技术和区域网平差技术，自动校准影像。软件自动生成精度报告，可以快速和正确地评估结果的质量。提供了详细的、定量化的自动空三、区域网平差和地面控制点的精度。

全自动、一键化--PIX4D mapper无需IMU，只需影像的GPS位置信息，即可全自动一键操作，不需要人为交互处理无人机数据。原生64位软件，能大大提高处理速度。自动生成正射影像并自动镶嵌及匀色，将所有数据拼接为一个大影像。影像成果可用GIS和RS软件进行显示。

云数据、多相机--PIX4D mapper利用自己独特的模型，可以同时处理多达10000张影像。可以处理多个不同相机拍摄的影像，可将多个数据合并成一个工程进行处理。

PIX4D mapper数据处理软件作业流程：

支持多达10000张影像同时处理—在同一工程中处理来自不同相机的数据—多架次、大于2000张数据全自动处理—直观便捷的界面，便于添加GCP—快速成果图（DOM、DSM等）应用领域：航测制图、灾害应急、安全执法、农林监测、水利防汛、电力巡线、海洋环境、高校科研。

◆街景工厂

应用

陕西省测绘地理信息局省五院推进街景工厂三维建模应用体系建设（）

四川省遥感信息测绘院2013年引进了倾斜摄影测量系统街景工厂

可支持相机平台类别：支持所有

Pictometry、Midas、DigiCam、SWDC-5、A3其他国家自有平台。

工作流程和特点：高度自动化

先进的多视角三维空三：基于多视影像生成密集高连接点、相机内部几何的完全建模及纠正、可根据精度要求人工干预空三过程。

三维重建流程：由以下六个环节实现三维重建

选择立体像对、密集点云生成、基于点云构建三角网TIN、在三角尺度下对TIN进行整修、优化/简化三维TIN模型、纹理信息生成。

三维模型的噪声和异常：受遮挡盲区、重叠率、对应视角影像缺少影响。

◆Smart3D Capture

Smart3D Capture可以通过简单的照片生成具有高分辨率的真实三维模型。近乎于没有任何限制的照片拍摄要求，并且数据处理的过程也具有高伸缩性和高效率，整个处理过程不需要人工干预，通常可以在数分钟至数小时的时间内完成数据处理。

是一套经过25年研发的、基于图形运算单元GPU的快速三维场景运算软件，它能无需人工干预地从简单连续影像中生成最逼真的实景真三维场景模型。无需依赖昂贵且低效率的激光点云扫描系统或POS定位系统，仅仅依靠简单连续的二维影像，就能还原出最真实的实景真三维模型。

Smart3DCapture??基于高性能摄影测量、计算机视觉与计算几何算法。在实用性、稳定性、计算性能、互操作性方面，能够满足严苛的工业质量要求。

优势：（快速，简单，全自动）：1、配置灵活，既有单机版，也有集群版。2、无数据量限制。

3、处理结果精度高。

4、支持的传感器广泛。

劣势：1、数据安全性无保障。2、不能定制开发。3、售后服务保障不力。

◆Skyline-PhotoMesh

PhotoMesh是Skyline旗下的倾斜摄影自动批量建模软件，是基于图形运算单元GPU快速三维模型的构建软件。它通过摄影测量原理，可以将多种源数据、分辨率、任意数据量的照片转化为高分辨率的、带有图像纹理的三维网格模型。具体来说，它通过对获得的倾斜影像、街景数据、拍摄照片等不同数据源数据进行同名点选取、多视匹配、三角网（TIN）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，完全无需人工干预便可以完成海量城市模型的批量处理。

PhotoMesh软件可处理各种硬件采集的各种原始数据，包括大型固定翼飞机，载人直升机，大中小型无人机，街景车，手持式数码相机，甚至手机获得的照片等数据都可进行全自动三维模型构建。PhotoMesh软件也支持主流倾斜相机如RCD30、UCO、SWDC5、AMC580等。

倾斜模型后处理:

使用PhotoMesh自动批量构建三维模型之后，提供CityBuilder专门用于对建模成果进行后处理。具体来说，CityBuilder通过引入分类图层，可以对建成的三维城市模型进行单体化切割、挂接业务属性，同时创建一个多层次细节的优化模型。经过后处理的倾斜模型，一方面可以用于查询检索，另一方面还可以将该模型存放在数据库中，通过网络发布后，被远程的客户端（桌面端移动端）访问。（Infinite3D - Real Scenes是否具备该功能）

◆Agisoft PhotoScan

是一款基于影像自动生成高质量三维模型的优秀软件，一般只有文物保护、地形测量、建筑物三维建模、雕塑等行业才会用到这样的软件，专业性非常高。Agisoft PhotoScan能够将平面影像进行重建，建立3D模型，而且Agisoft PhotoScan Professional无需设置初始值，无需相机检校，它根据最新的多视图三维重建技术，可以对任意照片进行处理，无需控制点；也可以通过给予的控制点生成真实坐标的三维模型。照片的拍摄位置是任意的，无论是航摄相片还是高分辨率数码相机拍摄的影像都可以使用。整个工作流程无论是影像定向还是三维模型重建过程都是完全自动化的。

PhotoScan可生成高分辨率真实坐标的正射影像（使用控制点可达5cm精度）及带有详细彩色纹理的DEM模型。完全自动化的工作流程，即使是非专业人员也可以在一台电脑上处理成百上千张航空影像，生成专业级别的摄影测量数据。

Agisoft PhotoScan支持输入格式包括：JEPG、TIFF、PNG、BMP、JEPG Multi-Picture Format(MPO)，输出格式包括三维建模常见的格式GeoTiff、xyz、Google KML、COLLADA、VRML、Wavefront OBJ、PLY、3DS Max、Universal 3D、PDF。

三、数据应用平台(GIS)

1、GIS平台

GIS（Geographic Information Software）：它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。

GIS平台软件是成型的商品软件。Mapinfo、Arcinfo、Supermap、MAPGIS等GIS平台。这些软件具有强大的通用的GIS功能，可以在其上用开发工具（.NET、JAVA、Delphi等等）开发出各种GIS软件。

三维GIS:是布满整个三维空间的GIS，与传统的二维GIS或维GIS明显不同，尤其体现在空间位置和拓扑关系的描述及空间分析的扩展上。在二维平面上增加属性数据如高程、温度等进行DTM表示还只能是维表示;而在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义。

国内三维GIS平台:

中地数码MapGIS IGSS 3D、超图Supermap、睿城传奇StampGIS、武大吉奥GeoGlobe、国遥新天地EV-Globe、灵图VRmap、适普IMAGIS、易伟航EviaEarth、伟景行CityMaker、天下图UGlobe、高德Angeo、晶众BrightEarth、中科宇图UniGlobe、Esri Cityengine。

※MapGIS是中地数码集团的产品名称，是中国具有完全自主知识版权的地理信息系统，是全球唯一的搭建式GIS数据中心集成开发平台，实现遥感处理与GIS完全融合，支持空中、地上、地表、地下全空间真三维一体化的GIS开发平台。2014全球首款云特性GIS软件平台--MapGIS10面世。

支持真三维建模与可视化，能进行三维海量数据的有效存储和管理，三维专业模型的快速建立，三维数据的综合可视化和融合分析。

※Super map是北京超图软件股份有限公司开发的，具有完全自主知识产权的大型地理信息系统软件平台，提供全方位的专业GIS开发平台、多行业的GIS系统解决方案以及GIS云服务。SuperMap 已经成为亚洲最大的GIS软件平台提供商。SuperMap GIS在全球100多个国家拥有正式用户，获得越来越多的政府和企业用户的认可。

SuperMap GIS能提供：

Ⅰ涵盖数据生产、业务定制、服务发布、终端展示的整套GIS工具和开发平台。

Ⅱ涵盖展示、查询、分析、地址定位等功能的二三维一体化全平台3D GIS。

Ⅲ在线GIS服务，包括超图在线GIS平台、地图慧。

Ⅳ多行业的GIS应用解决方案，包括：智慧城市、数字园区、国土资源、电子政务、交通信息、防灾减灾、应急指挥等。

国际三维GIS平台：

Google earth、ArcGIS 3D（美国环境系统研究所公司（Environmental Systems Research Institute, Inc. 简称Esri））、

2、Open Scene Graph

OpenSceneGraph图形系统是一个基于工业标准OpenGL 的软件接口，它让程序员能够更加快速、便捷地创建高性能、跨平台的交互式图形程序。OpenSceneGraph是一个开放源码，跨平台的图形开发包，它为诸如飞行器仿真，游戏，虚拟现实，科学计算可视化这样的高性能图形应用程序开发而设计。它基于场景图的概念，它提供一个在OpenGL之上的面向对象的框架，从而能把开发者从实现和优化底层图形的调用中解脱出来，并且它为图形应用程序的快速开发提供很多附加的实用工具。

Infinite 3DReal scense二次开发问题：用户只需在网站上下载相应的SDK，即可方便地进行二次开发。

SDK（Software Development Kit, 即软件开发工具包）一般是一些被软件工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。