基于ContextCapture的小型物件倾斜摄影3D建模的研究

摘要：本文以柴油机调速器为例，主要介绍了Context Capture软件在小型物件倾斜摄影建模中的应用，并结合其他图像处理软件，在前期进行图像处理，利用Meshmixer和Realitypaint在Context Capture建模后对模型进行后期优化处理，使模型更加形象逼真，得到更贴近实物的3D模型。

关键词：倾斜摄影;Context Capture;3D建模

中图分类号：P231   文献标识码：A  文章编号：1007-9416（2020）06-0000-00

0绪论

在工程应用上，传统的建模方法主要有两种，一是采用3D建模软件对其进行绘制，再经过渲染得到模型;另一种是手工拍照，建立白膜，通过拍摄的纹理分析模型的细部结构，将拍摄的纹理处理后贴在模型上，但这种方法工艺复杂，生产成本高、费时费力，制作的模型也不够精确。相比较上述两者，基于Contextcapture的倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理[1]。生产出的三维模型以其直观、真实、形象、信息量完整等优点，被越来越多地应用于智慧城市建设、应急救援、数字矿山、管线监测等工程领域。

1软件介绍

1.1 contextcapture软件介绍

实景建模软件ContextCapture是Bentley公司于2015年收购的法国Acute3D公司的产品，由S mart 3D Capture升级而来，它可以将现实物体转变为“电子模型”，对简单的连续图像加以处理就可以构建具有丰富侧面纹理的三维模型。在ContextCapture软件中进行实景三维自动建模需要的数据主要包括：输入数据源（数码照片）、POS 数据、传感器属性数据、位置参数、控制点数据等，其高自动化和智能化展现在无需人工干预，并在短时间内生成高分辨率的三角格网模型，生成的三角格网模型具有准确的形态、精细的细节和真实的色泽，能够很逼真地还原了建模的物体[2]。ContextCapture主要包括四个模块：Master，  Setting，Engine，Viewer等，几个部分相当于不同的软件，相互协调各有分工，形成了强大的建模系统。Master主要负责工程的建设管理。S etting是Master和Engine的介质，用于设置一些数据，为Engine寻找工程路径。Engine则是引擎端，master在制作生成产品使必须启动Engine才能进行正常的运算工作。Viewe实际上则是三维模型的浏览器，用于对生成的产品进行浏览，生成的模型也可以在其它第三方软件中打开并进行编辑，比如保存为obj格式即可在3Ds Max中打开模型。

1.2 Lightroom和LrTimelapes

Adobe Photoshop Lightroom是Adobe 研发的一款兼具图像管理和后期处理等多重功能的图像处理软件，是当今数字拍摄工作流程中不可或缺的一款软件。具有极强大的校正工具和组织功能以及灵活的打印选项，有与PS Camera Raw类似的图片处理功能，且强大的管理功能可以帮助拍摄者加快图片后期处理速度，大大提高图像批量处理的效率。

LRTimelapse一款专业的延迟摄影编辑渲染软件，可以做到平衡曝光不一致，去除闪烁，关键帧参数自动过渡等功能，可以搭配 Adobe Lightroom等程序来使用。

当前期拍摄环境不佳导致倾斜摄影得到的图像曝光不均、色温、色调不统一而影响ContextCapture制作3D模型时，可以将LR和LRT配合使用，能够得到色调统一，曝光、颜色均相对一致的一组图像，使得后期模型制作的质量大大提高。

1.3 Meshmixer和Realitypaint

Meshmixer是一款能够帮助我们的用户轻松进行CAD 3D建模的工具，软件能够完美的导入、编辑、修改和绘制各种3D模型，软件的使用也非常简单，通过混合现有的网格，用户就能够轻松的创建3D模型，它简化了创建步骤，Meshmixer中文版是一款由Auto CAD的开发公司Autodesk开发的，Meshmixer中文版还有多种多样的功能，比如3D雕刻和表面冲压，自动打印床定向优化，布局和包装等等，是非常强大的一款3D建模工具。

Realitypaint是一款来自国外的绘画变形设计软件，可以对模型贴图进行适当修改，以提高模型质量。

2操作流程

操作流程如圖1所示。

模型的质量好坏很大程度上取决于拍摄质量，优质的前期拍摄能够很大程度上减少后期工作量，而拍摄质量主要由图片的像素和重叠率决定。所以，在图片采集时应使用RAW格式，这样图像的后期调整空间就会更大，并且在拍摄时尽量采用多重叠加环绕的方式，尽可能多的采集图像，通常要保证每相邻两张具图片有80%以上的重叠率，如图2中黄色的图标就是相机机位。若出现受拍摄条件影响到时曝光不均等现象，则可以将所得到的图像批量导入LrTimlapse中进行去闪处理后，用 LR打开之前在LrTimlapse中处理过的图片，并读取元数据，得到了曝光基本一致的图像，这里也可以利用Lr强大的处理功能对图像曝光、色温、色调、高光、阴影等参数进行调整，使得生成后的模型效果更佳，然后将图片导出为jpg格式;将导出的图片加载到ContextCapture中，进行空中三角运算让无序的图片影像在三维空间中相互对齐，并构建与真实状态下相接近的统一的空间模型[3]，在进行空中三角运算后可在Master中进行初步的预览，确定没有修改的数据则可以进行3D模型的生产，这里我们通常选用obj格式的模型进行生产。模型生成后可在Master中查看，也可用Viewer或第三方软件，如3Ds Max等软件打开进行浏览。然后再利用Meshimixer和Realitypaint等第三方软件进行结构、贴图的修复和优化处理得到更为精细的模型。

3模型的优化处理

模型制作好后，打开模型如图3所示，分别为实物3D图、白模图和网格图。可以发现模型表面有孔洞，部分连接处有明显的变形，模型表面也不够平整，又很明显的缺陷，因此要将其导入第三方软件进行后期的修复处理，得到更加精细的模型。

首先在Context Capture里将其生成可修改的产品，然后导入Meshmixer，对表面的孔洞进行自动检查并填补，如下图4也可使用手动的方式对需要修补的部分进行填补。而后将修饰后的模型其重新导入Context Capture，在reconstruction里重新提交后进行生产。此时我们打开重新生产好的模型发现，模型表面的孔洞已经处理平整，但并没有对修改过后的部位进行贴图，如图5所示，这里我们需要另一个软件对它表面的贴图进行修复处理。

打开Realitypaint，利用克隆工具对没有贴图的部位进行填补，将处理好的模型导出，并覆盖掉之原有的obj文件，此时打开Context Capture对修改后的模型进行重建，便得到图6。

通过对比两个模型可以发现利用Meshmixer和Realitypaint处理后的模型表面孔洞已完全消失，表面也更加光滑自然，与实物更加贴近。

4结语

本文阐述了小型物件利用倾斜摄影技术进行建模的前期图像处理及后期模型优化处理的技术，利用該技术，使得生产出的模型具有很强的可塑性，大大提高了3D建模的质量，为日后大型设备或虚拟场景的建设奠定了基础。倾斜摄影无论是在教学科研和工程应用领域都有极其广泛的应用，且随着该技术日趋成熟，不断发展，未来会有更广阔的应用前景。

参考文献

[1]李安福，曾政祥，吴晓明.浅析国内倾斜摄影技术的发展[J].测绘与空间地理信息，2014，37（9）：57-59+62.

[2]王尔君，杨雯彦，林雅丽，等.基于无人机航摄影像的Context Capture Center三维建模与应用[J].江西测绘，2019（2）：62-64.

[3]钱磊，张文超.基于Smart3D的小物件三维建模技术及应用[J].河南科技，2018（28）：14-16.

收稿日期：2020-03-06

作者简介：赵子昂（1992—），男，辽宁朝阳人，硕士，研究方向：状态监控与故障诊断。